重慶交大土力學(xué)）第十章+天然地基上的淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì).ppt

1、2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,1,概述 淺基礎(chǔ)的類型與構(gòu)造 剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)計(jì)算算例,第十章 天然地基上的淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì),2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,2,第一節(jié) 概述,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,3,橋梁基礎(chǔ),2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,4,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,5,地基的強(qiáng)度條件：地基有足夠的強(qiáng)度，在荷載作用下，地基土不發(fā)生剪切破壞或失穩(wěn)。 地基的變形條件：不使地基產(chǎn)生過(guò)大的沉降或不均勻沉降，保證建筑物正常使用。 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

2、本身應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，在地基反力作用下不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大強(qiáng)度破壞，并具有改善沉降與不均勻沉降的能力。 綜上所述：地基種類分 人工地基：經(jīng)過(guò)處理而達(dá)到設(shè)計(jì)要求的地基。 天然地基：不需處理而直接利用的地基。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,6,基礎(chǔ),淺基(造價(jià)低、施工方便)剛性擴(kuò)大基礎(chǔ),深基（埋深大于5米）樁、沉井基礎(chǔ),設(shè)計(jì)原則,對(duì)地基: pfa, ss, 或,對(duì)基礎(chǔ): 強(qiáng)度、剛度、耐久性,天然地基，人工地基（地基處理）,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,7,一、 設(shè)計(jì)資料,1、橋位及上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)資料 2、橋位地基勘察資料及地質(zhì)剖面； 3、地基土質(zhì)調(diào)

3、查試驗(yàn)報(bào)告； 4、河流水文資料等；,一、設(shè)計(jì)施工所需資料表10-1,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,8,二、作用與作用效應(yīng)組合,（一）作用分類 1、永久作用：經(jīng)常作用的其數(shù)值不隨時(shí)間變化或變化微小的作用 結(jié)構(gòu)自重、土重及自重產(chǎn)生的土壓力、預(yù)加力、浮力、收縮徐變力。 2、可變作用：數(shù)值隨時(shí)間變化,且變化值與平均值比較不可忽略的作用 包括汽車荷載、沖擊力、離心力、汽車引起的土側(cè)壓力、人群、汽車制動(dòng)力、風(fēng)荷載、流水及冰壓力、溫度作用、支座摩阻力等。 3、偶然作用：作用時(shí)間短暫，且發(fā)生的機(jī)率很小的作用 地震作用、船舶或漂流物的撞擊作用、汽車撞擊作用等。 詳見(jiàn)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)

4、范。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,9,（二）作用效應(yīng)組合 1、基本組合： 永久作用的設(shè)計(jì)值效應(yīng)與可變作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)相組合,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,10,2、偶然組合,永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)相組合。 偶然作用的效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.0；與偶然作用同時(shí)出現(xiàn)的可變作用，可根據(jù)觀測(cè)資料和工程經(jīng)驗(yàn)取用適當(dāng)?shù)拇碇?。地震作用?biāo)準(zhǔn)值及其表達(dá)式按現(xiàn)行公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定采用。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,11,3、長(zhǎng)期組合,永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合,2

5、009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,12,4、短期組合,永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,13,（三）作用的計(jì)算 1：永久作用。 2：可變作用。 3：偶然作用 詳見(jiàn)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,14,（四）浮力的處理 1：透水地基基礎(chǔ)，穩(wěn)定性驗(yàn)算考慮設(shè)計(jì)水位；基底應(yīng)力計(jì)算可考慮低水位或不考慮。 2：不透水地基（密實(shí)粘土、完整基巖）且接觸良好，可不考慮浮力。 3：不能確定透水不透水時(shí)，取不利情況。 4：作用在樁基承臺(tái)底面浮力，應(yīng)考慮全部底面積，但嵌巖灌注樁

6、扣除樁截面積。 詳見(jiàn)地基基礎(chǔ)規(guī)范。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,15,（五）最不利組合 1：組合起來(lái)的作用，產(chǎn)生最大的力學(xué)效應(yīng)，如最大沉降、最大應(yīng)力、最小安全系數(shù)等，對(duì)應(yīng)的組合即為最不利。 2：最不利組合難以判別時(shí)需要對(duì)可能組合進(jìn)行計(jì)算；而且主要組合和附加組合控制標(biāo)準(zhǔn)不一樣。 （六）縱橋向和橫橋向 一般縱橋向控制設(shè)計(jì)，但大跨橋梁、橫向荷載較大時(shí)需進(jìn)行橫橋向計(jì)算。 詳見(jiàn)地基基礎(chǔ)規(guī)范。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,16,基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)計(jì)算原則： 1：基底壓應(yīng)力小于地基容許承載力。 2：地基基礎(chǔ)變形值小于建筑物容許沉降值。 3：地基基礎(chǔ)的整體

7、穩(wěn)定性有足夠保證。 4：基礎(chǔ)本身的強(qiáng)度滿足要求。,第二節(jié) 淺基礎(chǔ)的類型與構(gòu)造,淺基礎(chǔ)通常指埋深小于5米的基礎(chǔ)，在所有基礎(chǔ)形式中應(yīng)用最廣。具有施工簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)計(jì)算明確、造價(jià)低等特點(diǎn)，一般情況下，在條件允許時(shí)優(yōu)先選擇淺基礎(chǔ)形式。由于通常采用明挖法施工，也稱明挖基礎(chǔ)。 淺基礎(chǔ)由于埋入地層較淺，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以忽略基礎(chǔ)側(cè)面土體對(duì)基礎(chǔ)的影響，如不計(jì)基礎(chǔ)側(cè)邊與土間的摩阻力等；而深基礎(chǔ)則在設(shè)計(jì)計(jì)算中需考慮側(cè)面土體對(duì)基礎(chǔ)的影響，施工方法也稍復(fù)雜。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,17,一、淺基礎(chǔ)的類型和適用條件,天然地基淺基礎(chǔ)，根據(jù)受力條件及構(gòu)造可分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)兩大類。 (一)

8、剛性基礎(chǔ),2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,18,當(dāng)基礎(chǔ)在外力（包括基礎(chǔ)自重）作用下，基底承受著強(qiáng)度為 的反力，基礎(chǔ)的懸出部分即a-a斷面左端，相當(dāng)于承受著強(qiáng)度為 的均布作用的懸臂梁，在荷載作用下，a-a斷面將產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。當(dāng)基礎(chǔ)圬工具有足夠的截面使材料的容許應(yīng)力大于由地基反力產(chǎn)生的彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力時(shí)，a-a斷面不會(huì)出現(xiàn)裂縫，這時(shí)，基礎(chǔ)內(nèi)不需配置受力鋼筋，這種基礎(chǔ)稱為剛性基礎(chǔ)。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,19,剛性基礎(chǔ)的特點(diǎn)：穩(wěn)定性好，施工簡(jiǎn)便，能承受較大的作用。是橋涵、房屋、公共設(shè)施等結(jié)構(gòu)物首先考慮的基礎(chǔ)型式。 主要缺點(diǎn)是自

9、重大，并且在持力層為軟弱土?xí)r，由于基礎(chǔ)底面積受一定限制，需要對(duì)地基進(jìn)行處理或加固后才能采用，否則會(huì)因所受的壓力超過(guò)地基強(qiáng)度而影響結(jié)構(gòu)物的正常使用。因此對(duì)于作用大、上部結(jié)構(gòu)對(duì)差異變形量較為敏感的結(jié)構(gòu)物，當(dāng)持力層土質(zhì)較差又較厚時(shí)，剛性基礎(chǔ)作為淺基礎(chǔ)是不適宜的。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,20,剛性基礎(chǔ)的材料都具有較好的抗壓性能，但抗拉、抗剪強(qiáng)度不高。設(shè)計(jì)時(shí)必須保證發(fā)生在基礎(chǔ)內(nèi)的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力不超過(guò)相應(yīng)材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,21,設(shè)自柱身（或墩、臺(tái)身）邊緣處的垂線與基礎(chǔ)邊緣聯(lián)線間的夾角為 ，既能保證基礎(chǔ)安全，又能

10、充分發(fā)揮材料強(qiáng)度的最大夾角max 稱為材料的剛性角。剛性基礎(chǔ)只要滿足剛性角的要求(即 )，就是安全的。材料剛性角的正切值稱為容許寬高比。設(shè)計(jì)時(shí)，基礎(chǔ)的懸出長(zhǎng)度與高度之比以及每個(gè)臺(tái)階的寬度與厚度之比，都要滿足容許寬高比的要求。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,22,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,23,(二) 柔性基礎(chǔ) 理論上的柔性基礎(chǔ)基底反力分布與作用于基礎(chǔ)上的荷載分布一致，工程上的柔性基礎(chǔ)是指鋼筋混凝土基礎(chǔ)。 柔性基礎(chǔ)整體性能較好，抗彎剛度較大。如筏板和聯(lián)合基礎(chǔ)在外力作用下只產(chǎn)生均勻沉降或整體傾斜，這樣對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加應(yīng)力比較小，基本上

11、消除了由于地基沉降不均勻引起結(jié)構(gòu)損壞的影響。所以，在土質(zhì)較差的地基上修建高層建筑時(shí)，采用這種基礎(chǔ)型式是適宜的。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,24,二、淺基礎(chǔ)的構(gòu)造,1、 剛性擴(kuò)大基礎(chǔ),2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,25,2、單獨(dú)和聯(lián)合基礎(chǔ),2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,26,3、條形基礎(chǔ),2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,27,4、片筏和箱型基礎(chǔ),2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,28,第三節(jié) 剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算,設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容： 在基礎(chǔ)埋置深度和構(gòu)造尺寸確

12、定后，應(yīng)先根據(jù)最不利而且有可能的作用效應(yīng)組合，計(jì)算出基底的應(yīng)力，然后進(jìn)行基礎(chǔ)的合力偏心距、穩(wěn)定性以及地基的強(qiáng)度（包括持力層、軟弱下臥層的強(qiáng)度）的驗(yàn)算，需要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行地基變形的驗(yàn)算。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,29,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,30,剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容及步驟： 1.選擇基礎(chǔ)的埋置深度； 2.選擇基礎(chǔ)的材料、類型和平面布置； 3.地基承載力驗(yàn)算； 4.基底合力偏心距驗(yàn)算； 5.基礎(chǔ)和地基穩(wěn)定性驗(yàn)算； 6.基礎(chǔ)沉降驗(yàn)算； 7.繪制基礎(chǔ)施工圖，提出施工說(shuō)明。,一、埋置深度的確定,確定基礎(chǔ)的埋置深度時(shí)，必須綜合考慮地基的

13、地質(zhì)、地形條件、河流的沖刷程度、當(dāng)?shù)氐膬鼋Y(jié)深度、上部結(jié)構(gòu)形式，以及保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋深和施工技術(shù)條件等因素。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,31,(一) 工程地質(zhì)條件 (二) 河流的沖刷深度 (三) 當(dāng)?shù)氐膬鼋Y(jié)深度 (四) 上部結(jié)構(gòu)形式 (五) 當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件 (六) 保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋置深度,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,32,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,33,一）、地基的地質(zhì)條件,應(yīng)選好土層作為持力層。,1、若表層土好、下層土軟，基礎(chǔ)應(yīng)盡量淺埋。,2、若表層土軟、下層土好，如圖。,H,軟土

14、,好土、基巖,H2米 選下層土,H=24米,低層：選上層土，需加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)；,其它：選下層土,H5米，采用深基、或采用人工地基,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,34,二）、河流的沖刷深度,1、一般沖刷：整個(gè)河床下降；局部沖刷：墩臺(tái)周圍局部沖刷；二者相加即為最大沖刷深度。,2、有沖刷河流基礎(chǔ)必須埋置于最大沖刷線以下不小于1米。,3、橋梁越重要、修復(fù)越困難則最小埋深越大，見(jiàn)P27表2-7及規(guī)范。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,35,三）、凍結(jié)深度東北及西北地區(qū),高寒地區(qū)，產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象。規(guī)范規(guī)定：一般而言要埋置于最深凍結(jié)線以下不小于0.25米，見(jiàn)

15、規(guī)范。,四）、上部結(jié)構(gòu)形式,對(duì)中小靜定橋梁埋深影響不大；但超靜定橋梁結(jié)構(gòu)，要埋置于較深的堅(jiān)實(shí)地基上。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,36,五）、當(dāng)?shù)氐匦螚l件,斜坡地帶位保證基礎(chǔ)及地基穩(wěn)定，要控制基礎(chǔ)邊緣的埋深及到坡表的距離，見(jiàn)P28表2-8及規(guī)范要求。,六）、保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋深,應(yīng)至少位于地表以下1米。 其它相鄰建筑影響、施工條件、經(jīng)濟(jì)性、地下水等綜合確定最佳埋深。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,37,二、 剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸的擬定,基礎(chǔ)厚度：一般1-2米，分層厚度0.5-1米。 平面尺寸：一般為矩形，襟邊最小0.2-0.3米，基

16、礎(chǔ)長(zhǎng)寬分別為：,l為墩臺(tái)截面長(zhǎng)度，d墩臺(tái)截面寬度，H為基礎(chǔ)高度，a=剛性角。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,38,地基進(jìn)行豎向承載力驗(yàn)算時(shí),傳至基底或承臺(tái)底面的作用效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)的短期效應(yīng)組合采用,同時(shí)尚應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合(不包括地震作用)。 當(dāng)采用短期效應(yīng)組合時(shí)，可變作用的頻遇值系數(shù)均取為1.0，且汽車荷載應(yīng)計(jì)入沖擊系數(shù)。 填料厚度（包括路面厚度）0.5m的拱橋、涵洞，以及重力式墩臺(tái)，其地基計(jì)算可不及汽車沖擊系數(shù)。 當(dāng)采用偶然組合時(shí)，所有系數(shù)均取為1.0。,三、地基承載力驗(yàn)算,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,39,(一）持

17、力層強(qiáng)度驗(yàn)算,單向偏心,單向偏心（重分布）,為抗力系數(shù)，可取1.25，但僅受直接作用作用或承載力容許值小于150kpa時(shí)，應(yīng)取1.0。,三、 地基承載力驗(yàn)算,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,40,三、 地基承載力驗(yàn)算,雙向偏心,式中，M、N分別為最不利工況下的偏心矩和豎向力合力，且為同一作用組合求得。驗(yàn)算原則為基底面最大壓應(yīng)力小于該處地基容許承載力。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,41,三、 地基承載力驗(yàn)算,(二）軟弱下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算,驗(yàn)算原則為軟弱下臥層頂面處自重應(yīng)力和附加應(yīng)力之和小于該處地基容許承載力。 注意p如何取植！,2009年11月

18、,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,42,四、 基底合力偏心矩驗(yàn)算,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一個(gè)原則在于使基底壓力均勻，減少不均勻沉降及傾斜。 對(duì)于非巖石地基，以不出現(xiàn)拉應(yīng)力為原則：當(dāng)墩臺(tái)僅受永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合時(shí)，基底合力偏心矩不大于基底核心半徑0.1倍（墩）和0.75倍（臺(tái)）；當(dāng)受作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合或偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合時(shí)，僅需e0不超過(guò)核心半徑。,當(dāng)外力合力作用點(diǎn)不在任何一個(gè)對(duì)稱軸上時(shí)，可以下式直接求解。,注意：合力和最小應(yīng)力應(yīng)在同一種作用組合下求得。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,43,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,44,五、 基礎(chǔ)和

19、地基穩(wěn)定性驗(yàn)算,地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算包括基礎(chǔ)抗滑、抗傾及地基整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。,(一）基礎(chǔ)傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算,傾覆穩(wěn)定同合力偏心距直接相關(guān)，可以通過(guò)控制偏心距來(lái)保證基礎(chǔ)不傾覆。,式中s為基底截面重心至基底壓力最大一邊邊緣的距離。,抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù),2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,45,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,46,五、 基礎(chǔ)和地基穩(wěn)定性驗(yàn)算,(二）基礎(chǔ)抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算,基底摩擦系數(shù)見(jiàn)P34表2-10或規(guī)范。,抗滑穩(wěn)定性系數(shù),和 分別為兩個(gè)相對(duì)主向的各自水平力總和，絕對(duì)值較大者為滑動(dòng)水平力，另一為抗滑穩(wěn)定力； 為抗滑動(dòng)穩(wěn)定力。,2009年11月,重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 巖土與地質(zhì)工程系,47,2009年1