第三講 獨立基礎(淺基礎)[章節(jié)練習]

1、第三講 獨立基礎（淺基礎）天然地基上結構較簡單的淺基礎，最為經(jīng)濟，如能滿足要求，宜優(yōu)先選用。天然地基、人工地基上淺基礎設計的原則和方法基本相同，只是采用人工地基上的淺基礎方案時，尚需對選擇的地基處理方法進行設計，并處理好人工地基與淺基礎的相互影響。獨立基礎：當建筑物上部結構采用框架結構或單層排架結構承重時，基礎常采用方行、圓柱形和多邊形等形式的獨立式基礎，這類基礎稱為獨立式基礎，也稱單獨基礎，是整個或局部結構物下的無筋或配筋基礎。一般是指結構柱基，高煙囪，水塔基礎等的形式（大塊實體基礎、單柱基礎、墻下條形基礎）。 獨立基礎類型：階形基礎、坡形基礎、杯形基礎。3.1 基礎設計所需資料、設計內(nèi)容和

2、步驟3.1.1 獨立基礎設計所需資料（1）建筑場地的地地形圖（2）巖土工程勘察成果報告（3）建筑物平面圖、立面圖，荷載，特殊結構物布置與標高（4）建筑物場地環(huán)境，臨近建筑物基礎類型與埋深，地下管線分布（5）工程總投資與當?shù)亟ㄖ牧瞎闆r（6）施工隊伍技術力量與工期要求3.1.2 基礎設計內(nèi)容、步驟（1）初步擬定基礎的結構型式、材料和平面布置；（2）確定基礎的埋置深度；（3）計算作用在基礎頂面的荷載（4）確定地基承載力；（地基承載力：是指地基土單位面積上承受荷載的能力，以kNm2或kPa計。地基承載力特征值：在保證地基穩(wěn)定的前提下，使建筑物的沉降不超過容許值的地基承載力）（5）根據(jù)作用在基礎頂

3、面的荷載及地基承載力，計算基礎的底面積，并以此確定基礎的長、寬；（6）設計基礎高度與剖面形狀（7）若地基持力層存在軟弱下臥層時需驗算下臥層的承載力（8）進行地基變形與穩(wěn)定性驗算；（9）進行基礎細部結構設計；（10）繪制基礎施工圖，提出施工說明。 注：（1）（8）中有不滿足要求的情況時，可對基礎設計進行調(diào)整，如采取改變基礎埋置深度火加大基礎寬度、長度等措施，但應注意富余不應過大，應滿足經(jīng)濟要求。3.2 基礎埋置深度基礎埋置深度確定原則（考慮因素）：（1）基礎埋深不應小于按各種破壞因素而定的最小埋深（保證持力層不受外界破壞因素影響）；（2）以滿足各種力學驗算為前提，應在最小埋深以下選擇地基承載力較

4、高的土層作為持力層。即：在大于最小埋深的條件下選擇最淺的高承載力地層作為持力層。3.2.1橋涵明挖基礎最小埋深和基礎埋置深度（1）為了保證持力層穩(wěn)定的最小埋深 不埋置在不穩(wěn)定的地表層（旱地、無水流沖刷處或設有鋪砌防護層時，應在地面以下2m以下，困難情況時不得小于1m）（2）有水流沖刷時基礎埋深應考慮水流的沖刷作用一般沖刷深度：河床面在水流沖刷后下降的深度局部沖刷深度：在一般沖刷的同時由于墩臺的阻水作用在墩臺周圍形成的附加沖刷深度沖刷總深度：一般沖刷深度+局部沖刷深度安全值的考慮（見教材表3-1）（3）寒冷地區(qū)土的凍脹融陷與基礎埋深關系土的標準凍結深度：地表無積雪和草皮覆蓋時，多年實測最大凍深的

5、平局值 為保證建筑物不受凍脹，基底應埋置在凍結線以下一定深度 凍脹及強凍脹土，應在凍脹線以下不少于0.25m，弱凍脹土不小于凍結深度的80% 涵洞基礎出入口及兩端洞口向內(nèi)各2m范圍內(nèi)基底應埋置于凍結線以下0.25m概念：土的標準凍結深度多年實測最大凍深的平均值。滿足以上3條規(guī)定的基礎埋深為最小埋深，它是保證基礎安全的先決條件和最低要求。合適的持力層要在最小埋深以下的各土層中尋找。綜合考慮各種因素，得出可以比較的具體數(shù)值之后，再作出判斷。3.2.2 建筑基礎埋置深度的選擇 受下列因素影響：（1）建筑物的類型和用途 有地下室、地下管溝和設備基礎時，基礎埋深要局部或整個加深（注意剛性基礎剛性角的控制

6、要求） 對沉降敏感的建筑物應將基礎埋置在較堅實的土層上 基礎需要不同埋深時，應采用臺階形基礎，由淺入深 地下管線通過基礎時，基礎應保留足夠的空隙 相鄰建筑基礎存在高差時，應保持基礎之間的凈距（相鄰基礎底面高差的12倍），否則應采取相應的支護措施（2）作用在基礎上的荷載大小和性質(zhì) 承受較大豎向荷載的基礎應選擇好的持力層 承受水平荷載的基礎應考慮埋深抗滑 承受拉拔荷載的基礎應考慮埋深抗拔 地震區(qū)避免液化土作持力層（3）工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件應選擇具有足夠強度、穩(wěn)定可靠的地層作為持力層 地基土在深度方向上均勻 地基由兩層土組成，上層土性差，下層土性好 地基由兩層土組成，上層土性好，下層土性差 應

7、盡可能講基礎置于地下水位以上，注意排水及圍護 注意持力層下的承壓水，避免破壞隔水層（4）地基土的凍脹和融陷的影響3.3 基礎上的荷載基礎上的荷載：作用于基礎上的各種荷載所組成的合力計算荷載：基礎上實際可能同時出現(xiàn)的荷載組合荷載取值方法：（1）容許應力設計法（工作應力設計法）（鐵路公路）（2）極限狀態(tài)設計法（可靠度設計法）（房建）計算荷載=主要荷載+附加荷載+特殊荷載3.3.1 主要荷載3.3.1.1恒載（始終作用在結構上，且任何時候都要考慮的一類荷載）（1）結構自重（2）浮力（注意在驗算穩(wěn)定性時和驗算基底應力、偏心時的區(qū)別）（3）土壓力（4）預應力（提高材料強度和剛度，防止裂縫出現(xiàn)）（5）混凝

8、土收縮和徐變3.3.1.2活載（1）鐵路列車重量（2）公路活載（3）離心力（4）沖擊力（5）列車活載所產(chǎn)生的土壓力（6）人行道荷載3.3.2附加荷載（1）制動力或牽引力（2）風力（3）列車橫向搖擺力（4）流水壓力（5）冰壓力（6）溫度變化的影響（7）凍脹力3.3.3特殊荷載（1）船只或排筏撞擊力（2）地震作用（3）施工荷載3.3.4荷載組合原則各種荷載，其特性和出現(xiàn)幾率不同，不會全部同時作用在結構上，或者不是同時出現(xiàn)最大值，它們對結構的強度、剛度和穩(wěn)定性三方面的影響也不一致。因此，在橋梁設計中，對某種要求應選取導致結構物出現(xiàn)最不利情況的各種荷載進行檢算，即最不利荷載組合。教材P693.4 基礎

9、的設計計算3.4.1基礎尺寸的初步擬定橋梁墩臺的剛性擴大基礎依據(jù)參數(shù)：地基基本允許承載力s上部結構荷載（如橋跨的計算跨度L，橋墩的高度H）擬定原則：形狀與墩、臺形狀相符 分層擴大：每層1m，常用1m 層數(shù)一般不超過3層，如繼續(xù)擴大，基底應力不一定會降下來。滿足剛性角的要求襟邊尺寸0.2m為便于施工立模、放線誤差的調(diào)整房建中的基礎中心受壓（軸心荷載作用下）因為 基礎底面處的平均壓力為： f為修正后的地基承載力特征值（基礎寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時由地基承載力特征值修正而來）所以 基底面積為為基礎及上覆土的平均重度，按經(jīng)驗通?？扇。?）若為柱下矩形基礎，則：取基礎底面長邊l與寬度b的比例

10、為l/b=n（一般取n2）。有（2）若為柱下矩形基礎，則：開方上式即得基礎寬度。（3）若為墻下條形基礎，則：偏心受壓（偏心荷載作用下）可以通過上述方法求得基底面積A之后，再考慮偏心影響（1.11.2），再進行檢算。幾個基本概念：（1）地基承載力：地基所能承受荷載的能力。（2）地基容許承載力：保證滿足地基穩(wěn)定性的要求與地基變形不超過允許值，地基單位面積上所能承受的荷載。（3）地基承載力基本值：按標準方法試驗，未經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計處理的數(shù)據(jù)?？捎赏恋奈锢硇再|(zhì)指標查規(guī)范得出的承載力。（4）地基承載力標準值：在正常情況下，可能出現(xiàn)承載力最小值，系按標準方法試驗，并經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計處理得出的數(shù)據(jù)?？捎梢巴忤b別結果和動

11、力觸探試驗的錘擊數(shù)直接查規(guī)范承載力表確定，也可根據(jù)承載力基本值乘以回歸修正系數(shù)即得。（5）地基承載力的特征值：正常使用極限狀態(tài)計算時的地基承載力。即在發(fā)揮正常使用功能時地基所允許采用抗力的設計值。它是以概率理論為基礎，也是在保證地基穩(wěn)定的條件下，使建筑物基礎沉降計算值不超過允許值的地基承載力。（一般為承載力設計值） 在設計結構物基礎時，各行業(yè)使用規(guī)范不同，地基容許承載力、地基承載力設計值與特征值在概念上有所不同，但在使用含義上相當。3.4.2地基強度驗算持力層強度檢算目 的 控制基底：最大壓應力地基的容許承載力檢算內(nèi)容 所有外力向基底形心處簡化式中A為基底面積，m2；W為基底的截面模量，m3注

12、：地基容許承載力與地基基本承載力之間的關系。注：若持力層為巖層，當出現(xiàn)拉應力時，即為負值時，應考慮應力重分布現(xiàn)象。（注意應力重分布和內(nèi)力重分布的概念：內(nèi)力重分布相對于構件或結構而言；應力重分布相對于截面而言，隨著荷載的增大或減小，應力分布形式隨之發(fā)生變化，如荷載增大時從三角形發(fā)展到矩形）判 式 或軟弱下臥層強度檢算目 的 控制軟弱下臥層頂面處：總應力地基的容許承載力檢算內(nèi)容 求下臥層頂面處總的應力橋規(guī)公式法為基底壓應力，（線性分布）其取值與z值相關，公式中各個符號的含義見橋規(guī)及教材。由圣維南原理可知：z/b1時，的取值與基底荷載分布形式無關，即采用基底平均壓應力。圣維南原理 如將物體的一部分邊

13、界上面力變換為分布不同但靜力等效的面力（主矢同，對某點力矩同），則近處應力分布將有顯著改變，但遠處所受影響可以不計。引申此處即有：一定深度處，土中應力分布與基底壓力分布形式關系不大，只取決于合力大小和作用點位置。3.4.3基底偏心距的檢算目 的 使地基應力較均勻分布，控制基礎兩側產(chǎn)生過大的不均勻沉降，從而限制墩身傾斜所引起的墩頂位移。檢算內(nèi)容 基底截面所有外力的合力偏心原則：設計時一般以基底不出現(xiàn)拉應力為原則，只要控制其偏心距，使其不超過某一數(shù)值即可。即偏心距e為： 式中：，作用于基底重心上的豎向合力力矩和總力矩判式 基底截面核心半徑。橋規(guī)中對c的規(guī)定影響因素：荷載性質(zhì)、大??；地基土的性質(zhì)僅受

14、恒載：非巖石地基上，合力作用點應盡量接近于重心。c1.5主要荷載+附加荷載、主要荷載+地震力在地基土質(zhì)、基底反力不同時有差異。3.4.4基礎的傾覆和抗滑穩(wěn)定性檢算基礎的傾覆穩(wěn)定性檢算目 的 保證墩臺在最不利荷載作用下，不致繞基底外緣轉動而發(fā)生傾覆現(xiàn)象。檢算內(nèi)容 橋墩在外力作用下，在基底處合成為三個力：、，則傾覆穩(wěn)定系數(shù)為：判 式 ，施工荷載或地震力時關于y的一些注意事項y的概念：在沿截面重心與合力作用點的連線上，自截面重心至檢算傾覆軸的距離（m）凹多邊形，傾覆軸應取基底截面的外包線計算力矩時，應視各力繞基底截面重心的方向區(qū)別正負基礎的抗滑穩(wěn)定性檢算目 的 保證基礎的位置穩(wěn)定性檢算內(nèi)容 在作用下

15、，基礎有沿底面滑走的趨勢，阻力為：故其滑動穩(wěn)定系數(shù)為：f為基底與持力層土之間的摩擦系數(shù)，可采用試驗資料或查表取得。判 式 ，施工荷載：，地震力：3.4.5 沉降檢算目 的 限制墩臺沉降量非巖石地基上修建了建筑物后，建筑物會發(fā)生沉降，橋梁基礎同樣也會發(fā)生沉降，為保證鐵路的正常運營，必須限制墩臺的沉降量。橋規(guī)在確定地基承載力時，已經(jīng)考慮的地基變形的因素，如：當b10m時，仍取10m。b越大，應力影響范圍越大，引起沉降越大。因此當滿足強度要求時，就間接滿足了沉降要求。但在特殊情況下，必須進行沉降檢算。特殊情況見橋規(guī)第12.1.12條如：相鄰墩臺基礎下地基土有顯著的不同或相鄰跨度差別懸殊時必須考慮差異

16、沉降時；非巖石地基上的超靜定結構基礎，如拱橋、連續(xù)梁橋等；黃土、軟土、凍土等特殊土地基；考慮凈高控制的跨線橋等；快速鐵路（客專及高鐵）。檢算內(nèi)容計算總沉降采用分層總和法計算恒載作用下（按所有荷載一次施加，與施工過程有偏差）的最終沉降量。因為 活載作用時間段，對沉降影響不大，飽和粘土的固結未完成。且 修建基礎開始，沉降就開始發(fā)生，隨著施工進行，沉降也不斷增加，因此，施工期間已完成總沉降的一部分，而可在澆注頂帽混凝土時進行調(diào)整，即將頂帽加高，這樣一來，對上部線路及運營產(chǎn)生影響的，只有故 計算墩臺基礎的沉降量判 式 容許沉降靜定結構：L以m代入（L為相鄰跨中較短的跨度）墩臺均勻沉降量（mm）相鄰墩臺

17、均勻沉降量之差（mm）不等跨時，取小跨；24m，按24m計超靜定結構：根據(jù)沉降差所引起的結構次應力來確定判別式：3.4.5 地基整體穩(wěn)定性檢算目 的 確保墩臺不致于連同土坡滑動；路基不致于沿滑動弧面滑動建在斜坡上的基礎（尤其是受有水平荷載的），如：墩臺位于較陡的土坡上，或橋臺建于軟土上且臺后填土較高時，基礎可能會連同地基一起下滑，要防止下滑，就需要加深基礎的埋置深度。檢算內(nèi)容 圓弧條分法分析在整體穩(wěn)定性判 式 穩(wěn)定安全系數(shù)措施 位于穩(wěn)定土坡坡頂，當b8m，則應檢算整體穩(wěn)定性。3.5防止和減輕不均勻沉降危害的措施 主要從建筑措施、結構措施、施工措施三個方面來考慮。3.5.1建筑措施1. 建筑物體

18、型力求簡單：增加整體剛度，減少不均勻沉降平面：力求簡單，避免附件應力重疊立面：建筑物高低（輕重）相差不大反之亦然，當高低（荷載）相同，地基承載力不同時，見秦皇島的老龍頭長城。2. 控制長高比（L/H）及合理布置墻體合理布置墻體實質(zhì)上就相當于提高梁截面的W思考：倒“八”字裂紋是如何產(chǎn)生的？是什么樣的沉降趨勢造成的？3. 設置沉降縫 劃分多個獨立沉降單元（疏導） 長高比過大的建筑物的適當部位 平面形狀復雜的建筑物轉折部位 地基土的壓縮性有顯著變化處 建筑物的高度或荷載有很大差別處 建筑物結構（包括基礎）類型截然不同處 分期建造房屋的交界處 擬設置伸縮縫處（沉降縫可兼作伸縮縫）思考： 沉降縫縫寬為何隨建筑物高度不同而變化？怎樣變化？4. 相鄰建筑物凈間距的考慮 避免引起附加應力，導致互傾開裂根據(jù)地基的壓縮性、影響建筑物的荷載大小和面積、被影響建筑物的剛度等因素來確定。5. 調(diào)整某些設計標高 根據(jù)預估沉降量適當提高室內(nèi)地坪和地下設施的標高 可適當提高沉