《房屋基礎(chǔ)工程》PPT課件.ppt

1、第四章 房屋基礎(chǔ)工程,概述,房屋基礎(chǔ)工程包括房屋的基礎(chǔ)與地基的設(shè)計(jì)與施工。 基礎(chǔ)是將結(jié)構(gòu)所承受的各種作用傳遞到地基上的結(jié)構(gòu)組成部分，處于房屋結(jié)構(gòu)的下部，也稱下部結(jié)構(gòu)。 地基是承受由基礎(chǔ)傳遞 的各種作用的土體或巖體 ，位于基礎(chǔ)之下。,地基和基礎(chǔ)分類,地基按其是否需要加固處理分為天然地基和人工地基。 基礎(chǔ)可以分為脆性材料基礎(chǔ)和延性材料基礎(chǔ)；淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。 基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式有獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)以及樁基礎(chǔ)。 選擇地基和基礎(chǔ)的原則：使用上安全可靠、施工上技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)上合理。,第一節(jié) 天然地基上的淺基礎(chǔ)類型及設(shè)計(jì)原理,基礎(chǔ)類型： 脆性材料基礎(chǔ)（剛性基礎(chǔ)）：用混凝土、毛石混凝土、毛石、粘土磚、灰

2、土、三合土等脆性材料做的基礎(chǔ)成為剛性基礎(chǔ)?？梢宰龀蓧ο聴l形基礎(chǔ)和柱下方基礎(chǔ)。,設(shè)計(jì)要求,延性材料基礎(chǔ),剛性基礎(chǔ)受臺(tái)階寬高比的限制，往往會(huì)高度很大，造成材料多，自重大的缺點(diǎn)。 鋼筋混凝土基礎(chǔ)允許有彎曲變形，有抗彎抗拉能力，因此不受寬高比的限制。,分類,條形基礎(chǔ),獨(dú)立基礎(chǔ),獨(dú)立基礎(chǔ)亦稱單獨(dú)基礎(chǔ)，是柱基礎(chǔ)中最常用的一種基礎(chǔ)。,交叉梁基礎(chǔ),在柱網(wǎng)的縱橫兩個(gè)方向上都布置條形基礎(chǔ)。在柱底構(gòu)成十字交叉梁基礎(chǔ)。,筏板基礎(chǔ),箱形基礎(chǔ),當(dāng)?shù)鼗鶚O軟弱且不均勻筏板基礎(chǔ)顯得剛度偏小，難于滿足要求時(shí)，采用箱形基礎(chǔ)更合理。,天然地基上的淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原理,方案的選擇 （1）天然地基上做淺基礎(chǔ) （2）人工加固地基上做淺基礎(chǔ) （3

3、）在天然地基上做深基礎(chǔ),天然地基上淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟,確定基礎(chǔ)的類型和平面布置方式 確定基礎(chǔ)的埋深 確定地基承載力 確定基礎(chǔ)底面尺寸 進(jìn)行地基計(jì)算 進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算 繪制施工圖,基礎(chǔ)埋深的選擇與地基設(shè)計(jì)原則,基礎(chǔ)埋置深度 硬性基礎(chǔ)埋深的主要因素： （1）建筑的用途 （2）施加在地基上各種作用的大小和性質(zhì) （3）工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件 （4）相鄰建筑物基礎(chǔ)的埋置深度 （5）地基土凍脹和融陷的影響,地基設(shè)計(jì)的原則,地基引起建筑物的破壞形式： （1）荷載超過地基土的承載能力，使地基發(fā)生大范圍的剪切破壞，造成建筑物傾倒或滑移。 （2）過大沉降或差異沉降，破壞上部結(jié)構(gòu)或影響建筑物正常使用。,地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)滿

4、足： （1）上部結(jié)構(gòu)的作用使基底產(chǎn)生的平均壓力不能大于地基承載力； （2）基礎(chǔ)的沉降量或傾斜度不能大于該類建筑物的容許變形值。,地基承載力的確定方法,地基承載力的確定方法： （1）理論公式計(jì)算 （2）荷載試驗(yàn) （3）用規(guī)范地基承載力表確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值,理論公式計(jì)算,用于偏心荷載時(shí)，外力合力偏心距不能超過0.033b，否則，應(yīng)調(diào)整基礎(chǔ)底面的邊長(zhǎng)。 當(dāng)基礎(chǔ)為多層時(shí)，c和標(biāo)準(zhǔn)值采用基底以下相應(yīng)于一倍基礎(chǔ)底寬深度范圍內(nèi)各層土的c和的標(biāo)準(zhǔn)值。,臨界荷載公式,極限荷載公式,fv=Pu/k,荷載實(shí)驗(yàn)法,適用于單一土層 壓力板面積宜在0.25-0.5m2.,規(guī)范承載力表法,將持力層以某個(gè)性參數(shù)作大致分類

5、不考慮軟弱下臥層對(duì)地基承載力產(chǎn)生的影響。 承載力表按標(biāo)準(zhǔn)埋深0.5m，標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)寬度3m定出的，未考慮地下水位高低、升降的影響。 根據(jù)全國(guó)各地上百個(gè)載荷試驗(yàn)曲線以及相應(yīng)的土性參數(shù)確定。,承載力標(biāo)準(zhǔn)值和承載力基本值 承載力基本值向承載力標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N及輕便觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)N10的統(tǒng)計(jì)公式 地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)值的計(jì)算公式,各種確定地基承載力方法的適用范圍,一級(jí)建筑，至少有三方面的分析結(jié)果綜合 三級(jí)建筑物，可以采用類比法 二級(jí)建筑物，分為兩類,按地基承載力確定基礎(chǔ)尺寸,基礎(chǔ)底面的壓力,Pmin0 Pmin/Pmax0.25,基礎(chǔ)尺寸的確定,中心荷載下的基礎(chǔ)尺寸,(F+G)/Af

6、,偏心荷載,按中心荷載計(jì)算面積A1 考慮偏心荷載的影響程度，加大初始面積，作為偏心荷載的基底面積A。增大幅度為10%-40%。 計(jì)算Pmax和Pmin，滿足條件即可。,軟弱下臥層的承載力驗(yàn)算,上 下 土 層 的 壓 縮 模 量 比 值 大 于 3,如果上下土層的壓縮模量之比小于3，則可以采用通常計(jì)算地基中附加應(yīng)力的方法求出基底中心線上的軟弱下臥層頂面的附加應(yīng)力。,地基變形計(jì)算與地基變形允許值,一級(jí)建筑物和部分二級(jí)建筑物應(yīng)該計(jì)算地基變形。,地基沉降量采用規(guī)范推薦的分層總和法。 地基沉降計(jì)算深度的確定。 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。,建筑物的地基變形允許值,包括沉降量、沉降差、傾斜和局部?jī)A斜。,彈性基礎(chǔ)的地

7、基計(jì)算模型,地基模型：描述在任意荷載條件下地基土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的模型。 基礎(chǔ)的變形-基底的反力。,文克爾地基模型 p=Ks 一般用30.5cm30.5cm面積的荷載板試驗(yàn)求得，在工程設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)際基礎(chǔ)下的基床系數(shù)設(shè)計(jì)值K則應(yīng)做調(diào)整。 K=（Bp/B)Kp,半無限彈性地基模型 文克爾模型是一些互不相干的豎立的彈簧組成，而半無限彈性地基模型是連續(xù)彈性介質(zhì)。 半無限彈性地基模型：變形系數(shù)-壓縮系數(shù),第二節(jié) 軟弱地基上的建筑,軟弱地基是指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜質(zhì)土或其它高壓縮性土層構(gòu)成的地基。特點(diǎn)為壓縮性大、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、承載力低。,軟弱地基上建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題,由地基變形引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力稱結(jié)構(gòu)

8、次應(yīng)力；由地基沉降引起的結(jié)構(gòu)變形稱結(jié)構(gòu)的外加變形。在軟弱地基上的建筑容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)次應(yīng)力和外加變形。 解決的措施：加固地基、建筑措施、結(jié)構(gòu)措施。,建筑措施的目的：提高建筑的整體剛度，增強(qiáng)抵抗不均勻沉降的危害性的能力。 措施：盡量采用簡(jiǎn)單的建筑體型； 設(shè)置沉降縫 控制建筑物的長(zhǎng)高比 當(dāng)建筑物高度差異或荷載差異較大時(shí)，可將兩者隔開一定的距離,沉降縫的設(shè)置部位: 建筑物平面的轉(zhuǎn)折部位； 高度差異或荷載差異處； 長(zhǎng)高比過大的砌體承重結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位； 地基土的壓縮性有顯著差異處； 建筑結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)類型不同處； 分期建造房屋的交界處。 沉降縫的寬度應(yīng)按建筑物的高度考慮。 相鄰建筑物的距離，

9、可以根據(jù)預(yù)估沉降量和被影響建筑物的長(zhǎng)高比兩個(gè)指標(biāo)確定。,結(jié)構(gòu)措施： （1）減輕建筑物的自重，選用輕型材料；設(shè)置地下室或半地下室，采用覆土少、自重輕的鋼筋混凝土基礎(chǔ)。 （2）加強(qiáng)基礎(chǔ)整體剛度，采用箱形基礎(chǔ)、厚筏板基礎(chǔ)等，減少不均勻沉降。 （3）增強(qiáng)建筑物的整體剛度和強(qiáng)度。控制長(zhǎng)高比、設(shè)置圈梁。,第三節(jié) 人工地基,人工地基是指經(jīng)過人工加固處理或是由人工填筑壓實(shí)的地基。 處理的對(duì)象：軟弱地基、填土地基、濕陷性黃土地區(qū)、膨脹土地基 處理方法：壓實(shí)法、換土法、灌漿加固法,壓實(shí)法,對(duì)松軟粘性土層采用重錘夯實(shí)、分層碾壓、預(yù)壓加固、碎石擠密樁；對(duì)砂性土層采用振動(dòng)壓實(shí)等措施，使地基土中的孔隙減少、密實(shí)度增大、強(qiáng)

10、度提高。,機(jī)械壓實(shí)法：指用機(jī)械設(shè)備將疏松軟弱的地基土壓實(shí)或夯實(shí)，以降低其壓縮性，提高其承載力的一類方法。 常用的機(jī)械有壓路機(jī)、羊腳碾壓機(jī)、振動(dòng)機(jī)、混凝土夯錘及起重機(jī)等。 施工方法有分層碾壓法、振動(dòng)壓實(shí)法、重錘夯實(shí)法和強(qiáng)夯法。,分層碾壓法：常用語每次壓實(shí)深度30-40cm，要分層鋪土分層碾壓。利用壓實(shí)系數(shù)和控制含水量控制。 振動(dòng)壓實(shí)法：常用于處理砂土地基和粘土含量較少、透水性較好的松散雜填土地基。,夯實(shí)法 重錘夯實(shí)法：破壞黃土的結(jié)構(gòu)，減少其濕陷性；含水飽和度不宜太高，擊實(shí)影響深度范圍內(nèi)不宜有飽和的軟弱下臥層。地下水位應(yīng)低于夯實(shí)影響深度。 強(qiáng)夯法：利用巨大的沖擊能，使土中出現(xiàn)很大的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力，

11、土中的許多微氣泡發(fā)生瞬間壓縮，孔隙水壓力增大，使土體局部野外，在夯擊點(diǎn)周圍產(chǎn)生許多徑向裂隙，孔隙水得以迅速排出，土體迅速固結(jié)。適用于砂土、粉土、濕陷性黃土、雜填土和粘性土。,換土法,換土法是指將工程性質(zhì)不符合設(shè)計(jì)要求的地基土挖除一部分，并用好土分層回填，以用作基礎(chǔ)持力層的地基處理方法。置換以后的持力層稱為墊層。,軟土地基的換土法：當(dāng)厚度不大于3m時(shí)全部換掉；當(dāng)軟弱土層較厚，可以換掉一部分，留下一部分，但是要進(jìn)行下臥土層的承載力驗(yàn)算。 砂墊層寬度： b b+2Ztg,膨脹土換土法：把地基主要脹縮變形層內(nèi)的膨脹土全部或部分挖除，回填灰土，以消除或減小地基的膨脹變形?；靥钣玫幕彝潦怯弥亓勘葹?:10

12、的熟石灰與膨脹土經(jīng)過破碎拌和而成。,濕陷性黃土換土法：利用三七灰土分層回填夯實(shí)。濕陷性黃土地基的處理深度決定于黃土的濕陷起始?jí)毫sh與上覆土飽和自重壓力Z及建筑物在地基中的附加壓力Pz的關(guān)系。若墊層厚度大于3m則考慮其它處理方法。 Z+ PzPsh,預(yù)壓加固法,在建筑物施工之前，先在飽和軟土地基上堆放重物，使地基逐漸滲水固結(jié)，以降低其壓縮性，并提高其承載力的方法。 為了加速固結(jié)，可以在軟土地基上鉆一些豎向井孔，并用細(xì)砂回填。 真空預(yù)壓法，在軟土表面鋪設(shè)砂墊層，然后做豎向砂井或塑料排水管，在砂墊層上面覆蓋密封塑料膜使軟土與大氣隔斷。利用吸水管和真空泵抽氣，形成真空。,擠密樁法,砂樁擠密法：通過

13、振動(dòng)沉管成孔設(shè)備在軟基上成孔，再用中、粗、礫砂填孔，使原有的地基土受到擠密作用而改善其工程特性的方法。,振沖碎石樁法：先用振沖成孔設(shè)備在松砂類地基上成孔，再向孔中填砂石料并同時(shí)用振沖設(shè)備振動(dòng)密實(shí)成樁，用以擠密地基土。一般用于加固砂性土地基和剪切強(qiáng)度大于20kPa的地基土。,化學(xué)漿液加固法,用水泥漿液配以速凝劑或使用硅酸鈉為主劑，配制成混合溶液，通過壓力泵灌注或攪拌混合等方法將地基土膠結(jié)起來，成為圓柱狀固結(jié)體，使地基形成復(fù)合地基，以提高地基承載力。,高壓旋噴水泥漿法：用鉆機(jī)和超高壓水泥漿泵組成的施工設(shè)備系統(tǒng)。鉆機(jī)在預(yù)定孔位鉆孔到設(shè)計(jì)高程后，用超高壓水泥漿泵通過安裝在鉆桿低端的橫向噴嘴向周圍射水泥

14、漿液，同時(shí)鉆桿旋轉(zhuǎn)上升。 水泥漿流失多，用量大。適合局部加固。,深層攪拌水泥漿法：通過專用設(shè)備“深層攪拌機(jī)”在地基深處把軟土與水泥漿拌和在一起，形成水泥土樁以加固地基的方法。,加筋土法：在壓實(shí)填土地基中分層鋪設(shè)一些拉筋約束土體側(cè)向位移，減少地基沉降量和增大地基承載力。,第四節(jié) 樁基礎(chǔ),樁基礎(chǔ)是一種由樁和連接樁頂?shù)臉冻信_(tái)組成的深基礎(chǔ)，簡(jiǎn)稱樁基。 樁基礎(chǔ)承載力高、沉降量和沉降差都較小，抗震能力好，幾乎可以應(yīng)用于各種工程地質(zhì)條件和各種類型的工程，尤其適用于建筑在軟弱地基上的重型建筑物。,樁的類型,按承臺(tái)與地面的相對(duì)位置，可以分為低承臺(tái)樁基和高承臺(tái)樁基。 按樁的材料可以分為木樁、鋼樁、混凝土樁。 混凝

15、土樁具有強(qiáng)度高、耐久性好，樁的尺寸不受限制，能適應(yīng)各種土層，材料供應(yīng)方便等優(yōu)點(diǎn)。按鋼筋樁的施工方法分，有鋼筋混凝土預(yù)制樁、鋼筋混凝土、灌注樁和鋼筋混凝土爆擴(kuò)樁。,鋼筋混凝土預(yù)制樁,預(yù)先在鋼筋混凝土構(gòu)件廠（或工地現(xiàn)場(chǎng)）做好，運(yùn)到工地的預(yù)定位置，用打樁機(jī)（或壓樁機(jī)）打入（或壓入）地下的鋼筋混凝土樁。,預(yù)制樁單樁軸向承載力,端承樁：樁尖落到巖層上，樁頂上的荷載主要由樁端的巖層來承受。 摩擦樁：樁尖只能穿過弱土層進(jìn)入到中等密實(shí)的土層，那么樁尖在樁頂荷載作用下，要向下發(fā)生一定的位移，這時(shí)樁周圍的土要對(duì)樁發(fā)生摩擦阻力，阻礙樁下沉。這時(shí)樁的承載力由樁身周圍的摩擦力和樁端土層的阻力構(gòu)成。,單樁承載力是指樁基土

16、和樁身都處于穩(wěn)定狀態(tài)的承載力。 預(yù)制樁的單樁軸向承載力的確定方法有三種：靜力試驗(yàn)法（單樁靜荷載試驗(yàn)，靜力觸探試驗(yàn)）、動(dòng)力試驗(yàn)法（打樁公式、波動(dòng)方程法）和計(jì)算公式法（經(jīng)驗(yàn)公式和理論公式）。,單樁承載力的靜荷載試驗(yàn)確定法,1.分級(jí)加載； 2. 定時(shí)測(cè)讀樁頂沉降量； 3. 沉降穩(wěn)定； 4. 終止加載； 5. 卸載觀測(cè)； 6. 單樁極限承載力的確定； 7.單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值。,預(yù)制樁單樁承載力的經(jīng)驗(yàn)公式估算法,摩擦樁： 端承樁：,樁基承載力,樁基礎(chǔ)承載力即組成樁基礎(chǔ)的群樁的承載力。由摩擦樁群組成的樁基礎(chǔ)稱端承樁基礎(chǔ)；由摩擦樁群組成的樁基礎(chǔ)稱摩擦樁基礎(chǔ)。 端承樁基礎(chǔ)的豎向承載力為各單樁軸向承載力之和。可以

17、認(rèn)為樁基礎(chǔ)的沉降量等于單樁靜荷載試驗(yàn)時(shí)相應(yīng)荷載的沉降量。,摩擦柱基礎(chǔ)承載力 根據(jù)摩擦樁群的樁數(shù)及樁間距離等條件，確定方法不同。 1. 樁數(shù)少于9根及樁列不多于兩排的條形樁基礎(chǔ)承載力，等于各單樁承載力之和。當(dāng)樁間距離大于6倍樁徑時(shí)，沉降量等于在同樣土層中靜載試驗(yàn)時(shí)相應(yīng)荷載的單樁沉降量；當(dāng)小于6倍樁徑時(shí)，則把群樁作為整體深基礎(chǔ)考慮，用分層總和法計(jì)算。,2. 多于9根樁的樁基承載力 單樁相互之間的影響不能忽視。將此樁基視作一假想實(shí)體深基礎(chǔ)。其埋深即為樁端埋深，其底面尺寸為群樁外圍的平面尺寸加上摩擦樁應(yīng)力擴(kuò)散角的底邊寬度。 承載力確定原則：當(dāng)假想基礎(chǔ)中心受壓時(shí)，承臺(tái)下群樁中各樁所分擔(dān)的軸向壓力不得超過

18、其單樁承載力設(shè)計(jì)值R，并且基底壓力不得超過樁群底端土層的地基承載力；當(dāng)偏心受壓時(shí)，承臺(tái)下樁群中的各樁所分擔(dān)的最大軸向壓力不得超過1.2R,并且基底壓力最大值不得超過地基承載力的1.2倍。,樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)步驟 （1）確定樁的類型和幾何尺寸，初步選擇承臺(tái)底面標(biāo)高； （2）確定單樁承載力； （3）確定樁的數(shù)量及平面布置； （4）確定群樁承載力，必要時(shí)要進(jìn)行地基變形驗(yàn)算； （5）計(jì)算樁基中各樁的荷載，做單樁設(shè)計(jì)； （6）設(shè)計(jì)承臺(tái)。,樁的類型和樁長(zhǎng)的選擇,類型決定于工程地質(zhì)條件的好壞，能否使用預(yù)制樁，決定于打樁時(shí)是否會(huì)遇到障礙物，如孤石、巖脈等。如打樁困難，可采用灌注樁。 樁長(zhǎng)要根據(jù)持力層的深度確定

19、。,樁的根數(shù)及布置,樁的根數(shù) 中心荷載：n(N+G)/R; R=1.2Rk，對(duì)于3根和以下取R=1.1Rk 。 偏心荷載：n (1.1-1.2)(N+G)/R,樁的布置 布置原則：盡可能使樁基內(nèi)的每根樁受的荷載接近或相當(dāng)，以發(fā)揮每根樁的最大效用。,驗(yàn)算樁的荷載 軸心受壓：Q=（N+G）/nR； R=1.2Rk 當(dāng)n 3時(shí)，R=1.1Rk。 偏心受壓： Q=（N+G）/nMyi/yi2 Qmax 1.2 R,樁的負(fù)摩擦力問題,阻礙樁的下沉的摩擦力，是構(gòu)成摩擦樁承載力的一部分，成為正摩擦力。 增大樁的下沉量的摩擦力稱為負(fù)摩擦力。,確定作用在樁上的負(fù)摩擦力的大小，首先應(yīng)確定中心點(diǎn)的深度及軟土的摩擦強(qiáng)

20、度。,由于樁基礎(chǔ)在工程荷載作用之下的沉降過程與上層軟弱土的固結(jié)沉降過程并不一定同時(shí)發(fā)生，所以，中性點(diǎn)的位置很難確定。通常通過估算確定樁的負(fù)摩擦力。,鋼筋混凝土灌注樁,鋼筋混凝土灌注樁是指在工地預(yù)制的樁位上用機(jī)具設(shè)備先鉆出樁孔，再向樁孔布置鋼筋、澆灌混凝土所形成的鋼筋混凝土樁。根據(jù)地基土中不同的成孔方法，灌注樁主要分為錘擊灌注樁和鉆孔灌注樁。,錘擊沉管灌注樁：用打樁機(jī)在設(shè)計(jì)樁位將帶有活動(dòng)鋼筋混凝土樁靴的鋼管打入到地下設(shè)計(jì)標(biāo)高，通過鋼管放入鋼筋，再一邊灌注混凝土，一邊提升鋼管，樁靴自動(dòng)脫落留在孔底，混凝土與鋼筋充填樁孔而形成鋼筋混凝土灌注樁。還可以用錘擊沉管成孔法做成擴(kuò)大裝。,鉆孔灌注樁：鉆孔灌注樁是采用沖擊鉆或回轉(zhuǎn)鉆在工地設(shè)計(jì)樁位上鉆進(jìn)成孔隨后置放