《基礎(chǔ)工程課件》課件-3 連續(xù)基礎(chǔ)3.1-3.3

3連續(xù)基礎(chǔ)3.1概述柱下條形基礎(chǔ)、交叉條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ)統(tǒng)稱為連續(xù)基礎(chǔ)。連續(xù)基礎(chǔ)的特點：①具有較大的基礎(chǔ)底面積，因此能承擔(dān)較大的建筑物荷載，易于滿足地基承載力的要求；②連續(xù)基礎(chǔ)的連續(xù)性可以大大加強(qiáng)建筑物的整體剛度，有利于減小不均勻沉降及提高建筑物的抗震性能；③對于箱形基礎(chǔ)和設(shè)置了地下室的筏形基礎(chǔ)，可以有效地提高地基承載力，并能以挖去的土重補償建筑物的部分（或全部）重量。

連續(xù)基礎(chǔ)一般可看成是地基上的受彎構(gòu)件——梁或板。它們的撓曲特征、基底反力和截面內(nèi)力分布都與地基、基礎(chǔ)以及上部結(jié)構(gòu)的相對剛度特征有關(guān)。因此，應(yīng)該從三者相互作用的觀點出發(fā)，采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行地基上梁或板的分析與設(shè)計。

3.2地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)相互作用的概念3.2.1地基與基礎(chǔ)的相互作用3.2.1.1基底反力的分布規(guī)律此處把剛性基礎(chǔ)能跨越基底中部，將所承擔(dān)的荷載相對集中地傳至基底邊緣的現(xiàn)象叫做基礎(chǔ)的“架越作用”。（1）柔性基礎(chǔ)（2）剛性基礎(chǔ)

基底壓力的分布可用應(yīng)變片式或鋼弦式土壓力盒實測（圖3-3）。鋼弦式土壓力盒

一般來說，無論黏性土或無黏性土地基，只要剛性基礎(chǔ)埋深和基底面積足夠大、而荷載又不太大時，基底反力均呈馬鞍形分布。

結(jié)論：基礎(chǔ)架越作用的強(qiáng)弱主要取決于基礎(chǔ)的相對剛度、土的壓縮性以及基底下塑性區(qū)的大小。一般來說，基礎(chǔ)的相對剛度愈強(qiáng)，沉降就愈均勻，但基礎(chǔ)的內(nèi)力將相應(yīng)增大，故當(dāng)?shù)鼗植寇浻沧兓^大時可以考慮采用整體剛度較大的連續(xù)基礎(chǔ)；而當(dāng)?shù)鼗鶠閹r石或壓縮性很低的土層時，宜優(yōu)先考慮采用擴(kuò)展基礎(chǔ)，如采用連續(xù)基礎(chǔ)，抗彎剛度不宜太大，這樣可以取得較為經(jīng)濟(jì)的效果。

（3）基礎(chǔ)相對剛度的影響(4)鄰近荷載的影響基底反力呈現(xiàn)雙拱形分布3.2.1.2地基非均質(zhì)性的影響3.2.2地基變形對上部結(jié)構(gòu)的影響

整個上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)不均勻沉降或撓曲的抵抗能力，稱為上部結(jié)構(gòu)剛度，或稱為整體剛度。根據(jù)整體剛度的大小，可將上部結(jié)構(gòu)分為柔性結(jié)構(gòu)、敏感性結(jié)構(gòu)和剛性結(jié)構(gòu)三類。

以屋架-柱-基礎(chǔ)為承重體系的木結(jié)構(gòu)和排架結(jié)構(gòu)是典型的柔性結(jié)構(gòu)。由于屋架鉸接于柱頂，這類結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)的不均勻沉降有很大的順從性，故基礎(chǔ)間的沉降差不會在主體結(jié)構(gòu)中引起多少附加應(yīng)力。但是，高壓縮性地基上的排架結(jié)構(gòu)會因柱基不均勻沉降而出現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開裂，以及其他結(jié)構(gòu)上和使用功能上的問題（詳見2.4.3節(jié)）。因此，對這類結(jié)構(gòu)的地基變形雖然限制較寬，但仍然不允許基礎(chǔ)出現(xiàn)過量的沉降或沉降差。

不均勻沉降會引起較大附加應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，稱為敏感性結(jié)構(gòu)，例如磚石砌體承重結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。敏感性結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)間的沉降差較敏感，很小的沉降差異就足以引起可觀的附加應(yīng)力，因此，若結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度貯備不足，就很容易發(fā)生開裂現(xiàn)象。

上部結(jié)構(gòu)的剛度愈大，其調(diào)整不均勻沉降的能力就愈強(qiáng)。因此，可以通過加大或加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體剛度以及在建筑、結(jié)構(gòu)和施工等方面采取適當(dāng)?shù)拇胧ㄔ斠?.8節(jié)）來防止不均勻沉降對建筑物的損害。對于采用單獨柱基的框架結(jié)構(gòu)，設(shè)置基礎(chǔ)梁（地梁）是加大結(jié)構(gòu)剛度、減少不均勻沉降的有效措施之一。

坐落在均質(zhì)地基上的多層多跨框架結(jié)構(gòu)，其沉降規(guī)律通常是中部大、端部小。這種不均勻沉降不僅會在框架中產(chǎn)生可觀的附加彎矩，還會引起柱荷載重分配現(xiàn)象，這種現(xiàn)象隨著上部結(jié)構(gòu)剛度增大而加劇。對一8跨15層框架結(jié)構(gòu)的相互作用分析表明，邊柱荷載增加了40%，而內(nèi)柱則普遍卸載，中柱卸載可達(dá)10%。由此可見，對于高壓縮性地基上的框架結(jié)構(gòu)，按不考慮相互作用的常規(guī)方法設(shè)計，結(jié)果常使上部結(jié)構(gòu)偏于不安全。

結(jié)論：基礎(chǔ)剛度愈大，其撓曲愈小，則上部結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力也愈小。因此，對高壓縮性地基上的框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)剛度一般宜剛而不宜柔；而對柔性結(jié)構(gòu)，在滿足允許沉降值的前提下，基礎(chǔ)剛度宜小不宜大，而且不一定需要采用連續(xù)基礎(chǔ)。

剛性結(jié)構(gòu)指的是煙囪、水塔、高爐、筒倉這類剛度很大的高聳結(jié)構(gòu)物，其下常為整體配置的獨立基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)鼗痪鶆蚧蛟卩徑ㄖ锖奢d或地面大面積堆載的影響下，基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動傾斜，但幾乎不會發(fā)生相對撓曲。

3.2.3上部結(jié)構(gòu)剛度對基礎(chǔ)受力狀況的影響

增大上部結(jié)構(gòu)剛度，將減小基礎(chǔ)撓曲和內(nèi)力。研究表明，框架結(jié)構(gòu)的剛度隨層數(shù)增加而增加，但增加的速度逐漸減緩，到達(dá)一定層數(shù)后便趨于穩(wěn)定。例如，上部結(jié)構(gòu)抵抗不均勻沉降的豎向剛度在層數(shù)超過15層后就基本上保持不變了。由此可見，在框架結(jié)構(gòu)中下部一定數(shù)量的樓層結(jié)構(gòu)明顯起著調(diào)整不均勻沉降、削減基礎(chǔ)整體彎曲的作用，同時自身也將出現(xiàn)較大的次應(yīng)力，且層次位置愈低，其作用也愈大。

如果地基土的壓縮性很低，基礎(chǔ)的不均勻沉降很小，則考慮地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)三者相互作用的意義就不大。因此，在相互作用中起主導(dǎo)作用的是地基，其次是基礎(chǔ)，而上部結(jié)構(gòu)則是在壓縮性地基上基礎(chǔ)整體剛度有限時起重要作用的因素。

3.3地基計算模型土的應(yīng)力應(yīng)變特性：非線性、彈塑性、土的各向異性、結(jié)構(gòu)性、流變性、剪脹性。影響土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的應(yīng)力條件：應(yīng)力水平、應(yīng)力路徑、應(yīng)力歷史。（1）線彈性模型文克勒地基模型，彈性半空間地基模型，有限壓縮層地基模型（2）剛塑性模型用于地基承載力、邊坡穩(wěn)定、土壓力等計算。（3）理想彈塑性模型（5）彈塑性模型劍橋模型（Cam-Clay）——用于黏土萊特-鄧肯模型（Lade-Duncan）——用于砂土（6）黏彈性模型（4）非線性彈性模型

E-μ模型（鄧肯-張、Duncan-Chang、雙曲線）

K-G模型3.3.1文克勒地基模型1867年，捷克工程師E.Winkler提出：地基上任一點所受的壓力強(qiáng)度p與該點的地基沉降量s成正比，即

p=ks式中比例系數(shù)k稱為基床反力系數(shù)（或簡稱基床系數(shù)），其單位為kN/m3。按照文克勒地基模型，地基的沉降只發(fā)生在基底范圍內(nèi)，這與實際情況不符。其原因在于忽略了地基中的剪應(yīng)力，而正是由于剪應(yīng)力的存在，地基中的附加應(yīng)力才能向旁擴(kuò)散分布，使基底以外的地表發(fā)生沉降。

在下述情況下，可以考慮采用文克勒地基模型：①地基主要受力層為軟土。由于軟土的抗剪強(qiáng)度低，因而能夠承受的剪應(yīng)力值很小。②厚度不超過基礎(chǔ)底面寬度之半的薄壓縮層地基。這時地基中產(chǎn)生附加應(yīng)力集中現(xiàn)象，剪應(yīng)力很小。③基底下塑性區(qū)相應(yīng)較大時。④支承在樁上的連續(xù)基礎(chǔ)，可以用彈簧體系來代替群樁。

3.3.2彈性半空間地基模型彈性半空間地基模型將地基視為均質(zhì)的線性變形半空間，并用彈性力學(xué)公式求解地基中的附加應(yīng)力或位移。此時，地基上任意點的沉降與整個基底反力以及鄰近荷載的分布有關(guān)。

根據(jù)布辛奈斯克（Boussinesq）解，在彈性半空間表面上作用一個豎向集中力P時，半空間表面上離豎向集中力作用點距離為r處的地基表面沉降s為：

對于均布矩形荷載p0作用下矩形面積中心點的沉降，可以通過對上式積分求得：

式中

[δ]稱為地基柔度矩陣。

沉降系數(shù)優(yōu)缺點：彈性半空間地基模型具有能夠擴(kuò)散應(yīng)力和變形的優(yōu)點，可以反映鄰近荷載的影響，但它的擴(kuò)散能力往往超過地基的實際情況，所