關(guān)于地基基礎(chǔ)設(shè)計的若干問題

李廣信

關(guān)于地基基礎(chǔ)設(shè)計的若干問題清華大學第一頁，共四十二頁。目錄1·地基基礎(chǔ)設(shè)計理論與荷載2·關(guān)于地基承載力3·樁的承載特性與群樁效應(yīng)4·復合地基設(shè)計的三個原則5·基坑及其事故分析6·基坑的設(shè)計7·土中水及其滲流問題8·土工合成材料第二頁，共四十二頁。地基基礎(chǔ)設(shè)計理論與荷載第三頁，共四十二頁。滿足如下要求：1、承載力2、變形3、穩(wěn)定4、基礎(chǔ)本身（強度、剛度、耐久性、抗裂······）設(shè)計基本原則第四頁，共四十二頁。兩種極限狀態(tài)設(shè)計承載能力極限狀態(tài)：以結(jié)構(gòu)內(nèi)力（地基荷載）超過其承載能力為依據(jù)—各種失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)破壞。正常使用極限狀態(tài)：以結(jié)構(gòu)（地基）的變形、裂縫、振動參數(shù)（老化蠕變）的限值為依據(jù)。有時間接通過應(yīng)力控制（例如最大塑性深度的限制—容許承載力）第五頁，共四十二頁。地基基礎(chǔ)的設(shè)計思想可靠度理論：以概率理論未基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法；是不確定性理論方法——因果關(guān)系的破缺；結(jié)果是破壞的概率或者工程的可靠度。定值設(shè)計法：所有參數(shù)和條件是定值，所有不確定性由一個安全系數(shù)K包括。第六頁，共四十二頁。一、地基基礎(chǔ)承載力設(shè)計理論1、容許承載力理論2、極限承載力理論－安全系數(shù)法3、極限承載力理論－分項系數(shù)法重要性系數(shù)分項系數(shù)分項系數(shù)第七頁，共四十二頁。1、容許承載力理論承載力：塑性區(qū)開展范圍：Pcr，P1/4,，s/b=0.01-0.02（載荷試驗）、計算公式荷載：標準值（組合）F塑性區(qū)第八頁，共四十二頁。1、容許承載力理論在載荷試驗中可以由其比例界限確定；按一定沉降比人為規(guī)定，例如s/b0.002在理論計算中可以由塑性區(qū)發(fā)展理論中的臨塑荷載pcr＝p1/4、p1/3確定。按容許承載力理論確定的承載力，其沉降一般也會滿足要求，常常不需進行沉降驗算。在這種設(shè)計中，工程的安全性和可靠性是無定量的概念的。因而是一種經(jīng)驗的設(shè)計方法。其設(shè)計荷載可取為標準值或標準組合。第九頁，共四十二頁。2、極限承載力理論—安全系數(shù)法承載力：極限承載力公式、平板載荷試驗的極限值/安全系數(shù)（2－3）荷載采用標準值（組合）第十頁，共四十二頁。2、極限承載力理論—安全系數(shù)法在這一理論方法中，其安全程度用單一的安全系數(shù)K表示，但這一安全系數(shù)反映多大的失事概率是不得而知的。對于地基承載力問題，單一安全系數(shù)法的一般表達式為：第十一頁，共四十二頁。定值設(shè)計法長期的經(jīng)驗的積累合理的綜合判斷工程的類比合理的反算第十二頁，共四十二頁。3、極限承載力理論－分項系數(shù)承載力：采用標準值除以承載力分項系數(shù)荷載：荷載效應(yīng)組合的代表值×分項系數(shù)－設(shè)計值S（基本組合）第十三頁，共四十二頁。3、極限承載力理論－分項系數(shù)基于可靠度理論的分項系數(shù)設(shè)計方法也是一種極限狀態(tài)設(shè)計方法。由于工程中的荷載和抗力都是隨機變量，有多少可能使荷載大于抗力而失事是一個隨機事件，破壞的概率（可能性）決定于兩個隨機變量的均值（眾值，中值及某個分位值）及其分布。第十四頁，共四十二頁。R，SR，Sf(S)f(R)RSRS第十五頁，共四十二頁?？煽慷绕涫赂怕士捎每煽慷戎笜吮硎?。例如，則表示失效概率為萬分之9.4。相應(yīng)的設(shè)計公式可簡單表示為：3.0這種設(shè)計理論能夠明確地給出安全與失效的概率，然后通過經(jīng)濟、社會、技術(shù)的風險分析，給出最合理的設(shè)計值。所以是一種最科學合理的設(shè)計理論與方法，為國內(nèi)外工程設(shè)計所廣泛采用。我國頒布的《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》（GB50068-2001）規(guī)定，對于各種結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循該理論方法。第十六頁，共四十二頁。巖土工程的不確定性土層剖面與邊界的不確定性現(xiàn)場與實驗室?guī)r土指標的不確定性現(xiàn)場應(yīng)力與孔隙水壓力的不確定性外加荷載及其分布的不確定性計算理論和方法的不確定性應(yīng)力變形的機理不清楚。第十七頁，共四十二頁。三種設(shè)計理論容許承載力法單一安全系數(shù)可靠度設(shè)計第十八頁，共四十二頁。二、荷載計算1·極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)，而不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求時，這一特定狀態(tài)為結(jié)構(gòu)對于該功能的極限狀態(tài)。（1）承載能力極限狀態(tài)：一般是結(jié)構(gòu)的內(nèi)力超過其承載能力為依據(jù)；（2）正常使用極限狀態(tài)：一般是以結(jié)構(gòu)的變形、裂縫、振動參數(shù)等超過設(shè)計允許的限值為依據(jù)。第十九頁，共四十二頁。2·荷載種類：永久荷載（恒荷載）：（1）不隨時間變化(自重）；（2）變化與均值比可忽略（設(shè)備）；（3）單調(diào)變化并趨于極值（正常水壓力）：結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)自重、固定設(shè)備重量、土壓力、正常穩(wěn)定水位的水壓力可變荷載（活荷載1）：變化與均值比不可忽略：屋面、樓面、吊車、雪、風荷載偶然荷載（特殊荷載、活荷載2）：在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)其值很大，持續(xù)時間很短：地震、撞擊、爆炸、第二十頁，共四十二頁。3·荷載的代表值（1）標準值：基本代表值，為設(shè)計基準期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計分布的特征值（如：均值、眾值、中值··）（2）組合值：對于可變荷載，組合超越概率與其出現(xiàn)概率相同（等于標準值）如：1％臺風＋設(shè)防地震＋最大樓面荷載········（3）頻遇值：對于可變荷載，超越概率為規(guī)定的較小比率；（4）準永久值：對于可變荷載，在設(shè)計基準期內(nèi)，其超越的總時間為設(shè)計基準期一半的荷載值。（人群活荷載－沉降）第二十一頁，共四十二頁。pS：荷載R：抗力標準值荷載與抗力的取值第二十二頁，共四十二頁。4·荷載與承載力的設(shè)計值荷載S＝代表值分項系數(shù)（大于1）抗力R＝代表值/分項系數(shù)（大于1）第二十三頁，共四十二頁。5·荷載效應(yīng)：指在一定的外荷載作用下，在一定設(shè)計對象中的作用：軸力、水平力、力矩··第二十四頁，共四十二頁?；A(chǔ)上荷載及荷載效應(yīng)上部結(jié)構(gòu)F、M、H：結(jié)構(gòu)自重屋面荷載樓面荷載活荷載基礎(chǔ)自重G：設(shè)計地面高程（內(nèi)外地面平均值）第二十五頁，共四十二頁。FMFFHFMH一般為前兩種情況，橫向力不大，只做校核基礎(chǔ)上荷載及荷載效應(yīng)第二十六頁，共四十二頁。6·荷載組合：按極限狀態(tài)設(shè)計時，為保證結(jié)構(gòu)的可靠性對于同時出現(xiàn)的各種荷載設(shè)計值的規(guī)定?；窘M合：承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用與可變作用的組合；（分項系數(shù)）偶然組合：承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，（永久作用）＋（可變作用）＋（一個偶然作用）的組合；（大于基本組合）標準組合：正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，采用標準值，（或組合值）為荷載代表的組合；（頻遇組合）：正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，對于可變荷載，采用頻遇值（或準永久值）為荷載代表的組合：（永久組合標準值）＋（主導可變荷載頻遇值）＋（伴隨可變荷載的準永久值）準永久組合：正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，對于可變荷載，采用準永久值為荷載代表的組合第二十七頁，共四十二頁。（1）基本組合－

荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值（1）由可變荷載控制時：SQ1k:在所有可變荷載中產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)的一個（2）由永久荷載控制時：組合值系數(shù)c第二十八頁，共四十二頁。（2）標準組合－

荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值SQ1k:在所有可變荷載中產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)的一個組合值系數(shù)c第二十九頁，共四十二頁。（4）準永久組合－

荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值準永久值系數(shù)q第三十頁，共四十二頁。民用建筑樓面均布活荷載的各種代表值類別標準值(kN/m2)組合值系數(shù)c頻遇值系數(shù)f準永久值系數(shù)q住宅、宿舍、辦公樓教室、實驗室、會議室2.00.70.50.60.40.5食堂、餐廳2.50.70.60.5禮堂、劇場、影院3.00.70.50.5商店、車站、機場大廳3.50.70.60.3健身房、舞廳4.00.70.60.5書庫、檔案庫5.00.90.90.8第三十一頁，共四十二頁。規(guī)范GB5007-2002中的規(guī)定第三十二頁，共四十二頁。（一）按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標準組合。承載力采用特征值。

組合值系數(shù)c第三十三頁，共四十二頁。（二）計算地基變形時，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下的荷載效應(yīng)的準永久組合。不應(yīng)計入風荷載和地震荷載。相應(yīng)的限值應(yīng)為地基變形的允許值。準永久值系數(shù)q第三十四頁，共四十二頁。（三）在確定基礎(chǔ)或承臺高度、支擋結(jié)構(gòu)高度、計算它們的內(nèi)力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)組合和相應(yīng)的基底反力，采用承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，采用相應(yīng)的分項系數(shù)。

第三十五頁，共四十二頁。（1）由可變荷載控制時：組合值系數(shù)c第三十六頁，共四十二頁。（2）由永久荷載控制時：組合值系數(shù)c第三十七頁，共四十二頁。（3）對于由永久荷載控制的基本組合，也可采用簡化規(guī)則：R:結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計值Sk:荷載效應(yīng)的標準組合值第三十八頁，共四十二頁。（四）計算擋土墻、地基或斜坡穩(wěn)定基滑坡推力時，荷載效應(yīng)，按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，但其分項系數(shù)均為1：組合值系數(shù)c第三十九頁，共四十二頁。GB50007-2002的設(shè)計理論應(yīng)用地基承載力－容許承載力穩(wěn)定分析－單一安全系數(shù)結(jié)構(gòu)計算－可靠度的分項系數(shù)第四十頁，共四十二頁。幾種荷載組合的應(yīng)用地基承載力－標準組合穩(wěn)定分析—基本組合，分項系數(shù)＝1，（單一安全系數(shù)法）結(jié)構(gòu)設(shè)計－基本組合沉降計算－準永久組合第四十一頁，共四十二頁。內(nèi)容總結(jié)李廣信。承載能力極限狀態(tài)：以結(jié)構(gòu)內(nèi)力（地基荷載）超過其承載能力為依據(jù)—各種失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)破壞?？煽慷壤碚摚阂愿怕世碚撐椿A(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法。是不確定性理論方法——因果關(guān)系的破缺。結(jié)果是破壞的概率或者工程的