土力學與地基基礎教案.doc

周 次第 12周，第 1、2 次課章節(jié)名稱第7章 天然淺基礎設計授課方式課堂講授（ ）；實踐課（ ）教學時數(shù)4教學目標1、 掌握天然淺基礎的類型；2、 掌握地基承載力設計；3、 掌握淺基礎的設計與計算；教學重點與難點重點：基礎埋置深度，天然淺基礎的設計，地基承載力計算難點：天然淺基礎的設計，地基承載力計算地基、基礎與上部結構相互作用的概念。地基承載力設計值；基礎底面尺寸的確定；軟弱下臥層地基承載力的驗算方法 教學內容與設計第7章 天然淺基礎設計本章內容：7.5.1 按土的抗剪強度指標確定一、規(guī)范推薦的理論公式對豎向荷載偏心和水平力都不大的基礎來說，當荷載偏心距/30(為偏心方向基礎邊長)時，還可以采用建筑地基基礎設計規(guī)范推薦的式7-5計算。7.5.2 按地基載荷試驗確定在現(xiàn)場通過一定尺寸的載荷板對擾動較少的地基土體直接施荷，所測得的成果一般能反映相當于12倍載荷板寬度的深度以內土體的平均性質。這樣大的影響范圍為許多其它測試方法所不及。載荷試驗雖然比較可靠，但費時、耗資而不能多做。規(guī)范只要求對一級建筑物采用載荷試驗，理論公式計算及其它原位試驗等方法綜合確定，對于成份或結構很不均勻的土層，如雜填土、裂隙土、風化巖等，它則顯出用別的方法所難以代替的作用。規(guī)范地基承載力表所提供的經(jīng)驗性數(shù)值也是以靜載荷試驗成果為基礎的。 有關載荷試驗方法以及確定承載力和變形參數(shù)的內容已經(jīng)分別在第三章和第六章中介紹，此處不再贅述。新書198頁，“由于建筑物基礎面積?！?.5.3 按規(guī)范承載力表確定我國國家標準建筑地基基礎設計規(guī)范GBJ789以各地區(qū)靜載荷試驗資料為基礎，通過統(tǒng)計分析，對各類土建立了按野外鑒別結果、室內物理、力學指標，或現(xiàn)場動力觸探試驗錘擊數(shù)查取地基承載力基本值或標準值的表格。除巖石地基外，所有表格都是針對基礎寬度3m、埋置深度0.5m的情況作出的，具體的計算步驟可以看規(guī)范。7.6 淺基礎的設計與計算7.6.1 軸心荷載作用下基礎底面積的確定7.6.2 偏心荷載作用下基礎底面積的確定7.6.3 軟弱下臥層的驗算當?shù)鼗芰臃秶鷥却嬖谲浫跸屡P層(承載力顯著低于持力層的高壓縮性土層)時，按持力層土的承載力計算得出基礎底面所需的尺寸后，還必須對軟弱下臥層進行驗算，要求作用在軟弱下臥層頂面處的附加應力與自重應力之和不超過它的承載力設計值，即新書201頁7-7 。講到201頁結束舊書232頁例題6-87.6.4 地基變形驗算 一、概述按地基承載力適當選定了基礎底面尺寸，一般已可保證建筑物在防止地基剪切破壞方面具有足夠的安全度，但是，在荷載作用下，地基的變形總要發(fā)生。如何控制地基變形，使之不會導致建筑物開裂損壞、有損其使用條件和外觀，這是地基基礎設計必須予以充分考慮的另一基本問題。解決問題的理想途徑是：從地基、基礎、上部結構三者之間的變形協(xié)調條件和靜力平衡條件出發(fā)，進行整體的相互作用分析。這種計算如果可以實現(xiàn)，當然就能全面地預測整個體系的內力和變形情況，從而作出理想的設計方案。然而，建筑物與地基變形的相互影響與建筑物的結構類型、整體剛度、體型大小、荷載分布、基礎結構、地基土層分布及其工程特性、乃至施工過程和方法等許多因素有關，其復雜程度是可想而知的。目前充其量還只能部分遵循以上原則，采用可行的簡化方法進行局部的相互作用計算(例如將在第七章介紹的地基上梁和板的分析)。在常規(guī)設計中，一般都針對各類建筑物的結構特點、整體剛度和使用要求的不同，計算地基變形的某一特征值，驗證其是否不超過相應的允許值，即要求滿足下列條件： (7-27)上式中各種特征變形值的預估應以對應于荷載標準值時的基礎底面處的附加壓力，按第三章的方法計算沉降量后求得。傳至基礎底面的荷載應按長期效應組合，不應計入風荷載和地震作用。對重要的柱下條形基礎、筏板基礎和箱形基礎等連續(xù)基礎，初步設計時，可先按常規(guī)方法驗算，以確定方案的可行性，在詳細設計時，可進一步，以考慮地基與基礎相互作用的方法計算地基變形。地基變形允許值的確定涉及的因素很多，它除了要考慮各類建筑物對地基不均勻沉降反應的敏感性以及結構強度貯備等有關情況外，還與建筑物的具體使用要求有關。我國建筑地基基礎設計規(guī)范綜合分析了國內外各類建筑物的有關資料，提出了附表7-16所列的地基變形允許值供設計時采用。對表中未包括的其它建筑物的地基變形允許值，可根據(jù)上部結構對地基變形的適應能力和使用上的要求自行確定。二、地基變形特征 地基變形特征一般分為：沉降量基礎某點的沉降值；沉降差基礎兩點或相鄰柱基中點的沉降量之差；傾斜基礎傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值；局部傾斜砌體承重結構沿縱向6l0m內基礎兩點的沉降差與其距離的比值。具體建筑物所需驗算的地基變形特征取決于建筑物的結構類型、整體剛度和使用要求。三、要求驗算地基變形的建筑物范圍進行地基變形驗算，必須具備比較詳細的勘探資料和土工試驗成果。這對于建筑物安全等級不高的大量中、小型工程來說，往往不易辦到。為此，建筑地基基礎設計規(guī)范在制訂各類土的地基承載力表時，已經(jīng)考慮了一般中、小型建筑物在地質條件比較簡單的情況下對地基變形的要求。所以，只要是安全等級為三級，或地基條件和建筑類型符合規(guī)范要求的二級建筑物，在按規(guī)范表格提供的承載力確定基礎底面尺寸之后，就可以不進行地基變形驗算。7.7 防止不均勻沉降損害的措施 前面已反復說明，地基的過量變形將使建筑物損壞或影響其使用功能。特別是高壓縮性土、膨脹土、濕陷性黃土以及軟硬不均等不良地基上的建筑物，如果考慮欠周，就更易因不均勻沉降而開裂損壞。因此，如何防止或減輕不均勻沉降造成的損害，是設計中必須認真考慮的問題。通常的辦法不外有：(1) 采用柱下條形基礎、筏基和箱基等；(2) 采用樁基或其它深基礎；(3) 采用各種地基處理方法；(4) 從地基、基礎、上部結構相互作用的觀點出發(fā)，在建筑、結構或施工方面采取本節(jié)介紹的某些措施。前三類措施造價偏高，樁基、深基和許多地基處理方法還需要具備一定的施工條件才能采用。此外，只處理地基有時還不能完全解決問題，往往需同時輔以某些建筑、結構和施工措施，才能取得預期的效果。在很多場合下，采取了這些措施以后，便可降低對地基處理的要求，有時還可免于處理。7.7.1 建筑措施一、建筑物的體型應力求簡單建筑物平面和立面上的輪廓形狀，構成了建筑物的體型。復雜的體型常常是削弱建筑物整體剛度和加劇不均勻沉降的重要因素。因此，地基條件不好時，在滿足使用要求的前提下，應盡量采用簡單的建筑體型，如長高比小(建筑物長度或沉降單元長度與自基礎底面算起的總高度之比)的等高“一”字形建筑物。實踐表明，這樣的建筑物，由于整體剛度好，地基受荷均勻，所以較少發(fā)生開裂。平面形狀復雜(如“”、“”、“”、“”等)的建筑物，縱、橫單元交叉處基礎密集，地基中由各單元荷載產生的附加應力互相重疊，必然出現(xiàn)比別處大的沉降。加之這類建筑物的整體性差，各部分的剛度不對稱，很容易遭受地基不均勻沉降的損害。建筑物高低(或輕重)變化太大，地基各部分所受的荷載輕重不同，自然也容易出現(xiàn)過量的不均勻沉降。據(jù)調查，軟土地基上緊接高差超過二層的砌體承重結構房屋，低者很多開裂，因此，當?shù)鼗浫鯐r，建筑物的緊接高差以不超過一層為宜。二、控制長高比及合理布置墻體砌體承重房屋的長高比大，整體剛度就差，縱墻很容易因撓曲過度而開裂。根據(jù)調查認為，二層以上的砌體承重房屋，當預估的最大沉降量超過120mm時，長高比不宜大于2.5；對于平面簡單，內、外墻貫通，橫墻間隔較小的房屋，長高比的控制可適當放寬，但一般不大于3.0。不符合上述要求時，一般要設置沉降縫。合理布置縱、橫墻，是增強砌體承重結構房屋整體剛度的重要措施之一。一般房屋的縱向剛度較弱，故地基不均勻沉降的損害主要表現(xiàn)為縱墻的撓曲破壞。內、外縱墻的中斷、轉折，都會削弱建筑物的縱向剛度。地基不良時，應盡量使內、外縱墻都貫通?？v橫墻的聯(lián)結形成了空間剛度?？s小橫墻的間距，可有效地改善房屋的整體性，從而增強了調整不均勻沉降的能力。因此，許多長高比小，內外縱墻貫通，橫墻間距較小的房屋(例如小開間集體宿舍)，盡管沉降較大，也能保持完好無損，反之，因不注意長高比的控制和合理布置墻體，致使建筑物開裂的事例也不少。三、設置沉降縫用沉降縫將建筑物(包括基礎)分割為兩個或多個獨立的沉降單元，可有效地防止地基不均勻沉降產生的損害，分割出的沉降單元，原則上都要求具備體型簡單，長高比小、結構類型不變以及所在處的地基比較均勻等條件。為此，沉降縫的位置通常選擇在下列部位上：(1)長高比過大的建筑物的適當部位；(2)平面形狀復雜的建筑物轉折部位；(3)地基土的壓縮性有顯著變化處；(4)建筑物的高度或荷載有很大差別處；(5)建筑物結構類型(包括基礎)截然不同處；(6)分期建造房屋的交界處；(7)擬設置伸縮縫處(沉降縫可兼作伸縮縫)。四、控制相鄰建筑物間距地基中附加應力的向外擴散，使得相鄰建筑物的沉降互相影響。在軟弱地基上，兩建筑物的距離太近時，相鄰影響產生的附加不均勻沉降，可能造成建筑物的開裂或互傾。這種相鄰影響主要表現(xiàn)為：(1)同期建造的兩相鄰建筑物之間的彼此影響，特別是當兩建筑物輕(低)重(高)差別太大時，輕者受重者的影響；(2)原有建筑物受鄰近新建重型或高層建筑物的影響。為了避免相鄰影響的損害，軟弱地基上的建筑物基礎之間要有一定的凈距。其值視地基的壓縮性，影響建筑(產生影響者)的規(guī)模和重量，以及被影響建筑(受影響者)的剛度等因素而定。這些因素可以歸結為影響建筑的預估沉降量和被影響建筑的長高比兩個綜合指標。五、調整某些設計標高 建筑物的沉降改變了原有的標高，嚴重時將影響建筑物的使用功能，預防措施有：(1)根據(jù)預估的沉降量事先提高室內地坪或地下設施的標高；(2)建筑物各部分(或設備之間)有聯(lián)系時，可將沉降較大者的標高適當提高；(3)在建筑物與設備之間，留有足夠的凈空；(4)有管道穿過建筑物時，應預留足夠尺寸的空洞。7.7.2 結構措施一、減輕建筑物的自重基底壓力中，建筑物自重(包括基礎及覆土重)所占的比例很大，據(jù)估計，工業(yè)建筑物為12左右，民用建筑物可達35以上，為此，對于軟弱地基上的建筑物，常采用下列一些措施減輕自重，以便達到減少沉降量的目的。1、減少墻體的重量。許多建筑物(特別是民用建筑物)的自重，大部分以墻體的重量為主，為了減少這部分重量，從長遠來看，應大力發(fā)展輕質高強墻體材料?；炷翂Π?、各種空心砌塊，多孔磚以及其它輕質墻，都能不同程度地達到減少自重的目的，可以考慮選用。此外，某些非承重墻，可用輕質隔墻代替，不過要注意不使建筑物的整體剛度過于削弱。2、選用輕型結構。例如可采用預應力鋼筋混凝土結構、輕鋼結構及各種輕型空間結構等。工業(yè)廠房屋蓋的重量往往很大，應注意減輕。如過去常用的大型屋面板加外防水屋蓋，重量就很可觀，如改用各種自防水預制輕型屋面板，重量就可減輕不少。3、減少基礎和回填土的重量，可選用自重輕、回填土少的基礎型式，如墻下的淺埋鋼筋混凝土條形基礎、殼體基礎等。如要求大量抬高室內地坪時，可考慮用架空地板代替室內厚填土。二、設置圈梁對于砌體承重墻房屋，不均勻沉降的損害突出地表現(xiàn)為墻體的開裂。因此，實踐中常在墻內設置圈梁來增強其承受撓曲應力的能力。這是防止出現(xiàn)裂縫及阻止裂縫開展的一項有效措施。當墻體撓曲時，圈粱的作用猶如鋼筋混凝土梁內的受拉鋼筋，它主要承受拉應力，彌補了砌體抗拉強度不足的弱點，當墻體正向撓曲時，下方圈粱起作用，反向撓曲時，上方圈梁起作用。因不容易正確估計墻體在某一段內可能發(fā)生的撓曲方向，故通常在上、下方都設置圈梁。另外，圈粱必須與砌體結合成整體，否則便不能發(fā)揮應有的作用。一般的經(jīng)驗是：二、三層的房屋，在基礎面附近及頂層門窗頂處各設圈梁一道，多層房屋除上述二道外，中間各層隔層設置(必要時也可層層設置)，位置在窗頂或樓板下面，對于單層的廠房及倉庫，可結合基礎梁、聯(lián)系梁：過梁等酌情設置。圈梁有兩種，一種是現(xiàn)澆的鋼筋混凝土梁。梁寬一般同墻厚，梁高不應小于120mm，混凝土強度等級不低于C15，縱向鋼筋不宜少于48，箍筋間距不宜大于300mm。兼作跨度較大的門窗過梁時，按過梁計算另加鋼筋。另一種是鋼筋磚圈梁，即在水平灰縫內夾筋形成鋼筋磚帶，高度為4-6皮磚，用M5砂漿砌筑，水平統(tǒng)長鋼筋不宜少于46，水平間距不宜大于120mm，分上、下兩層設置。此外，如果墻體因開大洞而受到嚴重削弱，且地基又很軟弱時，還可考慮在削弱部位適當配筋，或用鋼筋混凝土邊框加強。三、減小或調整基底附加壓力四、采用剛性結構7.7.3 施工措施在軟弱地基上進行工程建設，合理安排施工程序，注意某些施工方法，也能收到減小或調整部分不均勻沉降的效果。當擬建的相鄰建筑物之間輕(低)重(高)懸殊時，一般應按照先重后輕的程序進行施工；有時還需要在重建筑物竣工之后間歇一段時期后，再建造輕的鄰近建筑物。如果重的主體建筑物與輕的附屬部分相連時，也可按上述原則處理。 在已建成的輕型建筑物周圍，不宜堆放大量的建筑材料或土方等重物，以免地面堆載引起建筑物產生附加沉降。擬建的密集建筑群內如有采用樁基礎的建筑物，樁的設置應首先進行。在進行井點排水降低地下水位及挖深坑修建地下室(或其它地下結構)時，應密切注意到對鄰近建筑物可能產生的不良影響。在淤泥及淤泥質土的地基上開挖基坑時，要注意盡可能不擾動土的原狀結構，通常可在坑底保留200mm左右厚的原土層，待施工墊層時才臨時鏟除。如發(fā)現(xiàn)坑底軟土已被擾動，可挖去擾動部分，用砂、碎石(磚)等回填處理。四、本章常見問題：常見問題7-1設計淺基礎一般要妥善處理哪幾方面問題？答案：淺基礎設計一般要妥善處理下列幾方面問題：1.充分掌握擬建場地的工程地質條件和地基勘察資料2.了解當?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗、施工條件和就地取材的可能性。 3.在研究地基勘察資料的基礎上，結合上部結構的類型，荷載的性質、大小和分布，建筑布置和使用要求以及擬建的基礎對原有建筑或設施的影響，從而考慮選擇基礎類型和平面布置方案，并確定地基持力層和基礎埋置深度。4.按地基承載力確定基礎底面尺寸，進行必要的地基穩(wěn)定性和變形驗算。5.以簡化的、或考慮相互作用的計算方法進行基礎結構的內力分析和截面設計，以保證基礎具有足夠的強度、剛度和耐久性。最后繪制施工詳圖并作出施工說明。常見問題7-2地基與基礎相互作用主要受哪些因素影響？答案：基礎相對剛度及地基非均質情況。常見問題7-3為何采取擴展基礎，它包括哪幾種類型？答案：上部結構通過墻、柱等承重構件傳遞的荷載，在其底部橫截面上引起的壓強通常遠大于地基承載力。以便將墻或柱荷載擴散分布于基礎底面，使之滿足地基承載力和變形的要求，這就有必要在墻、柱之下設置水平截面向下擴大的基礎擴展基礎，擴展基礎包括配筋或不配筋的條形墻基礎和單獨柱基礎。常見問題7-4基礎埋置深度的確定要考慮哪些因素？答案：基礎埋置深度的確定要考慮以下因素：1與建筑物有關的條件；2工程地質條件；3水文地質條件；4地基凍