基礎工程總復習

第一篇緒論及地基基礎的設計原則1、地基基礎設計必須滿足三個基本條件：1、承載力要求：作用于地基上的荷載效應基底壓應力不得超過地基容許承載力或地基承載力特征值..2、沉降和穩(wěn)定性要求：基礎沉降不得超過地基變形容許值；擋土墻、邊坡以及地基基礎應保證具有足夠防止失穩(wěn)破壞的安全儲備..3、基礎作為結構物;應滿足結構的強度、剛度和耐久性要求..2、地基、基礎的分類：地基按照材料性質可分為土質地基和巖石地基；按照處理與否可分為天然地基包括特殊土地基和人工地基..基礎按照埋置深度可分為淺基礎和深基礎兩大類..3、常用的線性彈性地基模型有文克勒地基模型、彈性半空間地基模型、分層地基模型..第二篇天然地基上的淺基礎剛性基礎：由素混凝土、磚、毛石等抗壓強度較高而抗彎拉強度較低的材料砌筑而成的基礎;計算時不計其彎曲變形;基礎高度由剛性角控制;這類基礎叫剛性基礎..剛性角：剛性基礎中為使基底彎曲拉應力和剪應力不超過基礎圬工強度極限;墩臺身邊緣處的垂線與基底邊緣的連線間的最大夾角..剛性角的大小與基礎材料及基底反力大小有關..或者：剛性基礎允許寬高比所對應的角度..柔性基礎：由具有較好的抗剪能力和抗彎能力的鋼筋混凝土材料所構成的基礎叫柔性基礎;柔性基礎整體性能較好;抗彎剛度較大..所以柔性基礎也叫鋼筋混凝土基礎..無筋擴展基礎：由磚、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料組成的;且不需配置鋼筋的墻下條形基礎或柱下獨立基礎..基礎埋深：從設計地面線到基礎底面的距離..軟弱下臥層：位于持力層以下;且承載力小于持力層承載力的土層..動力觸探：利用落錘能量將一定規(guī)格的探頭打入土中;由打入的貫入度來判斷土的性質的測試方法..靜力觸探：是利用機械或油壓裝置將帶有探頭的觸探桿壓入土層;用電阻應變儀測出土的貫入阻力;并將該阻力與野外載荷試驗測得的地基土承載力和變形指標建立相關關系式;從而確定建筑物地基土的承載力特征值和變形指標等數據..地基凈反力：僅由基礎頂面標高以上部分傳下的荷載所產生的地基反力..1、淺基礎的設計步驟：1選擇基礎的材料、類型和平面布置；2選擇基礎的埋置深度；3確定地基承載力設計值；4確定基礎的底面積和底面尺寸地基承載力驗算；5地基變形驗算特殊情況下;還應進行穩(wěn)定性驗算；6基礎結構設計主要指確定基礎的內力、高度及配筋；7基礎施工圖繪制包括施工說明..上述設計步驟相互關聯;通常按順序進行;當后面不能滿足設計要求時;可返回重復..2、淺基礎的分類：從構造形式來看;淺基礎有：獨立基礎、條形基礎、十字交叉條形基礎、筏板基礎、箱形基礎等..按照材料的受力性能分為：剛性基礎和柔性基礎..3、基礎埋深確定：原則：在保證安全可靠的前提下;盡量淺埋;但不應淺于0.5m;且基礎頂面距設計地面的距離宜大于0.1m..具體來講;應結合以下因素綜合確定..一、建筑結構條件指建筑物的用途、類型、荷載的大小及性質二、工程地質條件：盡量選擇承載力高而壓縮性小的土層；存在軟弱下臥層時;應同時考慮軟弱下臥層的強度和變形要求；當場地土層分布明顯不均勻或荷載大小相差很大時;也可采用不同埋深..三、水文地質條件：1當有地下水存在時;基礎底面應盡量埋置在地下水以上；否則應采取必要的施工防范措施..2有沖刷的河流中;橋梁墩臺基礎必須埋置在設計洪水沖刷線以下一定深度..四、地基凍融條件五、場地環(huán)境條件：1基礎最小埋深為0.5m;基礎頂面至少應低于設計地面0.lm..2當存在相鄰建筑物時;新建筑物的基礎埋深不宜大于原有建筑物基礎;否則兩基礎間應保持一定的凈距..3基礎附近有管道或坑道等地下設施時;埋深一般應低于地下設施底面..4位于穩(wěn)定土坡坡頂的建筑;基礎與土坡邊緣應具有一定距離..4、淺基礎地基承載力特征值確定方法：1按土的抗剪強度指標以理論公式計算；2按地基載荷試驗確定；3按觸探試驗動力或靜力確定；4按有關規(guī)范提供承載力經驗公式確定；5按有關規(guī)范提供承載力表查表確定新規(guī)范已取消..5、按地基載荷試驗確定地基承載力特征值時;低壓縮性土一般由強度安全控制;中、高壓縮性土往往受基礎沉降量控制..6、承載力的修正：基礎寬度大于3m或埋深大于0.5m時;從載荷試驗或其他原位測試、經驗值等方法確定的地基承載力特征值須進行深度和寬度修正：7、地基承載力的驗算包括：一、持力層的驗算；1、軸心荷載作用：2、偏心荷載作用：二、軟弱下臥層的驗算：軟弱下臥層頂面土體的附加應力與自重應力之和不超過軟弱下臥層承載力;即..附加應力計算一般采用擴散角法..8、水平和豎向荷載共同作用下;地基失穩(wěn)定破壞形式：1沿基底產生表層滑動；2偏心荷載過大而使基礎傾覆；3深層整體滑動破壞..9、地基變形驗算：對于甲、乙級建筑物和荷載較大、土質不堅實的丙級建筑物;需進行地基變形驗算..地基變形特征有四種：1沉降量：獨立基礎或剛性特別大的基礎中心的沉降量；2沉降差：兩相鄰獨立基礎中心點沉降量之差；3傾斜：獨立基礎在傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值；4局部傾斜：砌體承重結構沿縱向6～10m內基礎兩點的沉降差與其距離的比值..對于單層排架結構的柱基;一般應限制其沉降量；對于框架結構和單層排架結構;應由沉降差來控制;并要求沉降量不宜過大；對于高聳結構物;高層建筑物;控制地基特征變形的主要是整體傾斜；對于砌體承重結構;主要由局部傾斜控制..10、淺基礎結構設計：在確定基礎底面尺寸或計算基礎沉降時;應考慮設計地面以下基礎及其上覆土重力的作用；在進行基礎截面設計中;應采用地基凈反力計算..一、剛性基礎：基礎寬度根據地基承載力條件確定;基礎高度由基礎允許寬高比來控制..二、墻下鋼筋混凝土條形基礎：基礎底面尺寸根據地基承載力和沉降要求確定；基礎高度由混凝土的抗剪切條件確定；基礎的受力鋼筋配筋由抗彎驗算確定..三、柱下鋼筋混凝土獨立基礎：基礎底面尺寸由地基承載力確定;基礎高度由抗沖切驗算確定;基礎底板雙向配筋由抗彎驗算確定..四、柱下條形基礎：翼板可視為懸臂于肋梁兩側;計算方法同墻下條形基礎；基礎梁縱向內力計算方法有：1直線分布法滿足靜力平衡條件;不滿足變形協調條件..具體有：靜定分析法和倒梁法..2彈性地基梁法滿足靜力平衡條件和變形協調條件..地基模型有文克勒地基模型和彈性半空間地基模型..五、十字交叉條形基礎：視為雙向的柱下條形基礎;柱的豎向荷載在兩個方向上分配;彎矩則直接加于相應方向的基礎梁上;不再分配..節(jié)點分為三種：中柱節(jié)點：兩個方向均為無限長梁；邊柱節(jié)點：一個方向為無限長梁;另一方向為半無限長梁；角柱節(jié)點：兩個方向均為半無限長梁..例題2-1：某粉土地基如下圖所示;試按規(guī)范提供的承載力公式計算地基承載力特征值....解：根據持力層粉土;查表得;例題2-2：某建筑物的箱形基礎寬8.5m;長20m;持力層情況見下圖所示;其承載力特征值;箱基埋深;已知地下水位在地面下2m處..試確定粘土持力層的承載力特征值..解：箱基寬度;故按6m考慮；箱基埋深..持力層為粘土;因為;查表可得：因基礎埋在地下水位以下;故持力層的取有效重度：例題2-3：“承載力驗算”：某柱基礎;作用在設計地面處的柱荷載設計值為作用于長邊方向;水平力作用于長邊方向;基礎底面長3.5m;寬3m;基礎埋深2.3m;地下水位深2.3m;土基分兩層：首層為厚1.5m的填土;；持力層為粉質粘土;;;;地基承載力特征值為200kPa..基礎及回填土的平均重度為：..試驗算持力層的強度..解：1確定地基承載力設計值：因;查表由得;故kPa2基底平均壓力：所以滿足要求..3基底最大壓力：所以滿足要求..例題2-4：“基底面積確定”：已知廠房作用在基礎上的柱荷載如圖所示;地基土為粉質粘土;;地基承載力特征值;試設計矩形基礎底面尺寸..解：1按軸心荷載初擬基礎底面積由得考慮偏心荷載的影響;將增大30%;即設長寬比為;則可得;2計算基底應力包括平均和最大應力基礎及回填土重：合力偏心距基底應力為梯形分布基底最大應力：3地基承載力設計值確定與驗算根據;查表2-3得;滿足滿足所以;基礎采用的底面尺寸是合適的..第三篇樁基礎單樁基礎：采用單根樁的形式以承受和傳遞上部結構荷載的獨立樁基礎稱單樁基礎..群樁基礎：由2根或以上的多根樁組成樁群;由承臺將樁群在上部聯結成一個整體;建筑物的荷載通過承臺分配給各根樁;樁群再把荷載傳給地基;這種樁基礎稱群樁基礎..低承臺樁基：承臺底面位于土中的樁基..高承臺樁基：承臺底面高出土面以上的樁基..摩擦樁：樁頂極限荷載絕大部分由樁側阻力承擔;樁端阻力可忽略不計的樁基..端承樁：樁頂極限荷載絕大部分由樁端阻力承擔;樁側阻力可忽略不計的樁基..嵌巖樁：樁端嵌入巖層一定深度要求樁的周邊嵌入微風化或中等風化巖體的深度不小于0.5m的樁基..沉管灌注樁：利用錘擊或振動等方法沉管成孔;然后放鋼筋籠;澆灌混凝土;拔出套管所成的樁..鉆孔灌注樁：用鉆機鉆土成孔;然后清除孔底殘渣;安放鋼筋籠;澆灌水下混凝土所成的樁..挖孔灌注樁：采用人工或機械挖掘成孔;逐段邊開挖邊支護;達所需深度后再進行擴孔、安裝鋼筋籠及澆灌混凝土而成的樁..群樁效應：摩擦型群樁基礎當樁數較多;樁距較小時;此時群樁中各樁的工作狀態(tài)與單樁的顯著不同;其承載力小于各單樁承載力之和;沉降量大于單樁沉降量;這種現象叫群樁效應..復合樁基：在荷載作用下;由樁和承臺底地基土共同承擔荷載的樁基..1、樁基礎由樁和承臺兩部分組成..1、按基樁數量;樁基礎分為：單樁基礎和群樁基礎..群樁基礎中的單樁稱基樁..2、根據承臺與地面相對位置;樁基礎分為低承臺樁基和高承臺樁基..2、樁的分類：1、按承載性狀可分為：摩擦型樁和端承型樁..摩擦樁具體有：樁的長徑比很大；樁端下無較堅實的持力層；樁底殘留虛土或沉渣的灌注樁；樁端出現脫空的打入樁等..端承樁具體有：樁的長徑比較小;樁端設置在密實砂類、碎石類土層中或位于中、微風化及新鮮基巖層中的樁..2、按施工方法可分為：預制樁和灌注樁..常用預制樁有：木樁、鋼樁、混凝土預制樁含預應力混凝土樁等;施工方法有：錘擊、震動、靜壓或旋入等..常用灌注樁有：沉管灌注樁、鉆沖孔灌注樁、挖孔灌注樁等..鉆孔灌注樁施工時;護筒的作用：固定樁位;鉆孔導向；保護孔口;防止坍塌；隔離孔內外表層水；泥漿的作用：防止坍孔；護壁；浮渣..3按擠土效應可分為：非擠土樁、部分擠土樁、擠土樁..鉆沖或挖孔灌注樁、機挖井形灌注樁及機動洛陽鏟成孔灌注樁等屬于非擠土樁；沖擊成孔灌注樁、預鉆孔打入式預制樁、H型鋼樁、開口鋼管樁和開口預應力混凝土管樁等屬于部分擠土樁；實心預制樁、下端封閉的管樁、木樁以及沉管灌注樁等屬于擠土樁..3、各種樁的比較：1振動噪聲：預制樁、沉管灌注樁在用錘擊或振動法下沉時;施工噪音大;污染環(huán)境；預制樁用靜壓法施工可消除噪音污染；鉆孔樁在施工過程中產生的振動、噪音較小..2擠土效應：預制鋼筋混凝土樁、沉管灌注樁均屬于擠土樁;會造成各種危害；鉆孔灌注樁、挖孔灌注樁為非擠土樁;對鄰近建筑物及地下管線危害很小..3沉樁能力：除鋼樁、嵌巖樁外;受沉樁能力的限制;預制混凝土樁、沉管灌注樁其樁徑、樁長不可太大;單樁極限承載力一般不超過6000kN；鉆孔灌注樁直徑可大至1～2m;樁長可達100m;可適用于各種地層；挖孔灌注樁直徑更可擴大至2～3m;因此單樁的總承載能力大..4施工應力：預制樁的配筋往往由搬運起吊和錘擊時的施工工況控制;因此;樁身需用高標號混凝土、高含筋率;主筋要求通長配置;用鋼量大；灌注樁省去了預制樁的制作、運輸、吊裝和打入等工序;樁不承受這些過程中的彎折和錘擊應力;混凝土標號較低;配筋也少..5質量穩(wěn)定性：預制樁預制質量易保證;但接頭往往是薄弱環(huán)節(jié)；鉆沖孔灌注樁樁身的混凝土質量不易控制和保證;易出現斷樁、縮頸、露筋和夾泥等現象;鉆進時用泥漿護壁會影響樁的承載能力；挖孔樁一般為無水作業(yè);因而施工質量比鉆孔樁更有保證..4、樁基檢測：樁的質量檢測常用的方法有：開挖檢查、鉆孔取芯法、超聲波透射法、低應變動測法..樁的承載力檢測常用的方法有：靜載試驗、高應變動測法..5、樁的荷載傳遞過程：樁身位移和樁身荷載軸力隨深度遞減;側摩阻力自上而下逐步發(fā)揮；先樁側阻力后樁端阻力..6、樁的荷載傳遞一般規(guī)律：1、側阻端阻的發(fā)揮程度與樁土之間的相對位移有關;樁側阻力的發(fā)揮先于樁端阻力..一般粘性土為4-6mm;砂土約為6-10mm..2、樁端阻力發(fā)揮滯后于樁側阻力;充分發(fā)揮所需樁端位移值比樁側摩阻力到達極限所需的樁身截面位移值大得多..3、樁側阻力和樁端阻力都存在深度效應..樁的端阻臨界深度：樁的極限端阻力一般隨樁的入土深度增加而線性增大;但當樁入土深度超過一定值后;樁的極限端阻力不再隨深度增加而增大;該一定深度稱為樁的端阻臨界深度..樁的側阻臨界深度：樁側摩阻力一般隨樁的入土深度增加而線性增大;但當樁入土深度超過一定值后;側阻力不再隨深度增加而增大;該一定深度稱側阻臨界深度..4、樁側、樁端的分配比例與長徑比、樁端與樁側土的相對剛度等有關..7、單樁的破壞模式：1、壓屈破壞：承載力取決于樁身材料強度..如穿越深厚淤泥質土層的小直徑端承樁或嵌巖樁、細長的木樁..2、整體剪切破壞：承載力主要取決于樁端土的支承力..如一般打入式短樁、鉆擴短樁..3、刺入破壞：承載力主要取決于樁周土的強度..如一般情況下的鉆孔灌注樁..8、負摩阻力：當樁周圍的土體由于某些原因發(fā)生下沉;且變形量大于相應深度處樁的下沉量;即樁側土相對于樁產生向下的位移;土體對樁產生向下的摩擦力;稱為負摩阻力..產生的條件：樁周圍的土體下沉大于樁的沉降..樁身負摩阻力并不一定發(fā)生于整個軟弱壓縮土層中;而是在樁周土相對于樁產生下沉的范圍內..在地面發(fā)生沉降的地基中;長樁的上部為負摩擦力而下部往往仍為正摩擦力..中性點：正負摩擦力分界的地方稱為中性點..負摩擦力的防治：治：通過涂層減小摩阻系數;從而減小負摩阻力..如在預制樁的樁身側面涂瀝青或合成樹脂等..防：采用各種措施對樁周土進行預先處理;使樁周土提前完成沉降..9、單樁豎向承載力的確定：1、根據樁身材料強度確定；2、按單樁豎向抗壓靜載試驗確定：傳統方法;結果較準確;但操作麻煩;多用于重要樁基；3、按土的抗剪強度指標計算確定：多用于承載力的估算;國外采用較多；4、按靜力觸探法確定：其設備簡單;自動化程度高;很有發(fā)展前途；5、按規(guī)范提供的經驗公式確定：傳統方法;計算簡單;但結果較為粗略;多用于單樁承載力估算和無原位測試資料的一般樁基；6、按高應變動測法確定：設備較靜載試驗簡單;但仍有待積累經驗;目前多用于成樁后的測試..10、水平荷載作用時的樁的破壞性狀分為：1、短樁剛性樁：水平荷載作用下整個樁身破壞為繞樁身下部某點的轉動破壞;樁身材料沒有充分發(fā)揮..2、長樁柔性樁：水平荷載作用下;樁將形成一端嵌固的地基梁;樁的變形呈波浪狀;沿樁長向深處逐漸消失..樁在彎矩最大處撓曲折斷..目前確定單樁水平承載力的途徑有：1、水平靜載荷試驗；2、理論計算..前者更為可靠..11、水平受荷樁采用文克勒地基模型研究樁的撓度曲線..根據樁側水平抗力系數的分布的不同假定;具體方法有：1、常數法：2、k法：3、m法：假定隨深度呈線性增加;即;我國鐵道、公路和水利部門常用；4、c法..12、群樁基礎與單樁的不同主要體現在兩個方面：1、荷載下的群樁基礎;各樁的承載力發(fā)揮和沉降性狀往往與相同情況下的單樁有顯著差別；2、承臺底產生的土反力也將分擔部分荷載..13、群樁基礎按受力特性可分為：端承型群樁基礎和摩擦型群樁基礎..A、端承型群樁可認為不存在群樁效應;各基樁的工作性狀與單樁基本一致：1、群樁承載力＝單樁的承載力之和；2、群樁的沉降量也與單樁基本相同..B、摩擦型群樁當樁數少;樁距較大時;可認為不存在群樁效應；當樁數較多;樁距較小時;群樁承載力＜各單樁承載力之總和;沉降量＞單樁的沉降量;存在群樁效應..14、樁型的選擇主要考慮以下幾個方面：1、環(huán)境條件：居民區(qū)避免使用錘擊、振動沉樁；環(huán)境對擠土效應敏感;不能使用擠土樁；2、結構荷載條件：預制小方樁、沉管灌注樁僅適用于多層、小高層建筑；超高層建筑、橋梁和碼頭多用大直徑灌注樁、鋼管樁和嵌巖樁等；3、地質、施工條件；4、經濟條件..基樁幾何尺寸確定：1、同一結構單元避免采用不同樁長的樁；2、選擇較硬土層作為樁端持力層；3、樁端進入持力層深度宜達到臨界深度;不允許時應滿足最小深度；4、同一建筑物盡量采用相同樁徑樁基；5、端承樁應采用較大樁徑;摩擦樁應采用細長樁..樁數估算：軸心受壓時;樁數可按式估算；偏心受壓時;應將上式確定的樁數增加10－20%..樁的中心距要求：樁間距過大;承臺體積增加;造價提高；間距過小;承載能力不能充分發(fā)揮;且施工困難..承臺的作用：將樁聯結成一個整體;并把建筑物的荷載傳到樁上;因而承臺應有足夠的強度和剛度..例題2：某低承臺建筑樁基如下圖所示;柱截面尺寸為450mm×600mm;作用在基礎頂面的荷載設計值為：作用于長邊方向;;擬采用截面為350mm×350mm的預制混凝土方樁;樁長12m;已確定基樁豎向承載力設計值;水平承載力設計值..試采用簡化方法計算樁基中各樁所受的軸向力和水平力;并進行驗算..解：樁頂平均豎向應力設計值為基樁水平力設計值第四篇沉井基礎沉井：帶刃腳的井筒狀構造物;用人工或機械方法清除井內土石;主要借助自重或添加壓重等措施克服井壁摩阻力逐節(jié)下沉至設計標高;再澆筑混凝土封底并填塞井孔;成為建筑物的基礎..按施工方法分為一般沉井和浮運沉井..2、沉井構成：井壁、刃腳、隔墻、井孔、凹槽、封底和頂板等;有時預埋射水管等..3、沉井下沉過程中常見問題及處理：1、偏斜：大多發(fā)生在下沉不深時..糾正偏斜;通?？捎贸?、壓重、頂部施加水平力或刃腳下支墊等方法處理;空氣幕沉井也可采用單側壓氣糾偏..2、難沉：即沉井下沉過慢或停沉..解決措施主要是：增加壓重和減少井壁摩阻力..3、突沉：沉井產生較大的傾斜或超沉..防止措施一般是控制均勻除土;在刃腳處除土不宜過深..4、流砂：防治措施是：一、向井內灌水;采取不排水除土;減小水頭梯度；二、采用井點、深井或深井泵降水;降低井外水位..4、沉井計算：埋深不大時;按淺基礎計算；埋深較大時;按剛性樁計算..5、現澆地下連續(xù)墻：在泥漿護壁條件下;使用專門的成槽機械;在地面開挖一條狹長的深槽;然后在槽內設置鋼筋籠;澆注混凝土;逐步形成一道連續(xù)的地下鋼筋混凝土連續(xù)墻..6、其它型式地下連續(xù)墻：預制地下連續(xù)墻、排樁地下連續(xù)墻、勁性水泥土攪拌樁地下連續(xù)墻SMW工法..第五篇基坑工程基坑：指為了修筑建筑物的基礎或地下室、埋設市政工程的管道以及開發(fā)地下空間如地鐵車站、地下商場等所開挖的地面以下的坑..1、基坑支護結構：1、放坡開挖及簡易支護；2、懸臂式支護結構；3、水泥土樁墻支護結構；4、內撐式支護結構；5、拉錨式支護結構；6、土釘墻支護結構；7、其他支護結構..2、基坑降水：1、集水明排法：又稱表面排水法;它是在基坑開挖過程中以及基礎施工和養(yǎng)護期間;在基坑四周開挖集水溝匯集坑壁及坑底滲水;并引向集水井..適用于一般土質條件;當抽水易發(fā)生流砂現象時不適用..2、井點降水法：是將帶有濾管的降水工具沉設到基坑四周的土中;利用各種抽水工具;在不擾動土的結構條件下;將地下水抽出;以利基坑開挖..適用于粉質土、粉砂類土等采用表面排水法易引起流砂現象的土質..第六篇地基處理軟弱地基：主要由淤泥、淤泥質土、雜填土、沖填土或其他高壓縮性土層構成的地基..復合地基：指由兩種剛度或模量不同的材料樁體和樁間土組成;共同承受上部荷載并協調變形的人工地基..1、地基處理按深度可分為：淺層處理和深層處理；按原理分為：換土墊層法、排水固結法、密實法、化學加固法、加筋法等..2、換土墊層法：將基礎底面下一定深度范圍內的軟弱土層部分或全部挖去;然后分層換填強度較大的砂、碎石、素土、灰土、高爐干渣、粉煤灰;或其他性能穩(wěn)定、無侵蝕性的材料;并分層壓夯、振實至要求的密實度的地基處理方法..適用性：淤泥、淤泥質土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等不良地基的淺層處理..墊層作用：1、提高地基承載力；2、減少地基沉降量；3、排水；4、防凍..3、排水固結法：在軟土地基中設置砂井、塑料排水板等豎向排水通道;在頂層設置砂墊層作為橫向排水通道;然后加載預壓;使軟土中孔隙水加快排出;加速地基固結;提高地基承載力..適用性：厚度較大的飽和