第2章 淺基礎.ppt

1、基礎工程,第2章 淺基礎,地基基礎的類型？ 淺基礎地基承載力的確定？ 剛性擴大基礎的設計與計算？,主要內(nèi)容,天然地基上的基礎：,埋入地層深度較淺 5m 施工 敞開挖基坑 明挖基礎 設計計算，忽略基礎側面土體對基礎的影響 基礎結構形式和施工方法也較簡單 造價也較低,淺基礎,深基礎,優(yōu)先選用,入地層較深 5m 結構形式和施工方法復雜 設計計算時需考慮基礎側面土體的影響,淺基礎分類,按受力性能分類 按構造分類 按材料分類,2-1.淺基礎的分類：,1.按受力條件分類,剛性基礎,柔性基礎,剛性基礎 磚、石、灰土，素混凝土 材料抗拉強度很低 有基礎臺階寬高比(剛性角)要求,柔性基礎 鋼筋混凝土 要滿足抗彎

2、,抗剪和抗沖切等結構要求,1:1.0 1:2.0 與材料和荷載有關,優(yōu)點： 穩(wěn)定性好、施工簡便、能承受較大的荷載。 缺點： 自重大，并且當持力層為軟弱土時，由于擴大基礎面積有一定限制，需要對地基進行處理或加固后才能采用，否則會因所受的荷載壓力超過地基強度而影響結構物的正常使用。 適用條件： 只要地基強度能滿足要求，它是橋梁和涵洞等結構物首先考慮的基礎形式。對于荷載大或上部結構對沉降差較敏感的結構物，當持力層的土質較差又較厚時，不適宜的。,剛性基礎,優(yōu)點： 它整體性能較好，抗彎剛度較大。在外力作用下只產(chǎn)生均勻沉降或整體傾斜，基本上消除了由于地基沉降不均勻引起結構物損壞的影響。 缺點： 鋼筋和水泥

3、的用量較大，施工技術的要求也較高。 適用條件： 土質較差的地基上修建高層建筑時，采用這種基礎形式是適宜的。,柔性基礎,1) 剛性擴大基礎:,2.按基礎的結構形式分類,它是橋涵常用的基礎形式，其平面形狀常為矩形。其每邊擴大的尺寸最小為0.20m0.50m，視土質、基礎厚度、埋置深度和施工方法而定。作為剛性基礎，每邊擴大的最大尺寸應受到材料剛性角的限制。,地基強度低 墩臺強度高 基礎平面尺寸擴大 剛性擴大基礎,配置于整個構筑物（敦、臺）之下，比上邊構筑物底面擴大,2) 單獨基礎: 柱下或墻下,土質較好,獨立基礎的主要受力層深度 1.5b,3) 條型基礎,墻下或柱下條形基礎, 柱下:一般是土質差,兩

4、側單獨基礎相連,條形基礎的 主要受力層深度 3.0b,4) 十字交叉基礎,柱下:土質更差,或荷載很大,四面基礎相連,5) 片筏基礎,土質更差,單獨基礎聯(lián)成整體,6) 箱形基礎,有筏、墻和頂板形成箱，整體性更好,7) 殼體基礎,高聳建筑物,3 按基礎材料分類 磚 石料 混凝土 鋼筋混凝土 灰土 三合土,地基容許承載力的確定一般有以下四種方法： 1在土質基本相同的條件下，參照鄰近建筑物地基容許承載力； 2根據(jù)現(xiàn)場荷載試驗的p-s曲線； 3按地基承載力理論公式計算； 4按現(xiàn)行規(guī)范提供的經(jīng)驗公式及表格計算。,常用,2-2.淺基礎地基容許承載力的確定：,通過載荷試驗確定,通過載荷試驗確定,通過載荷試驗確

5、定, 有明顯直線段：,fak = Pcr, 加載到破壞且 Pu / 2 Pcr ：, 不能滿足上述要求時：,fak = Pu / 2,取某一沉降量對應的荷載，但其值不能大于最大加載量的一半,靜力觸探試驗法,Qf,Qc,用靜壓力將裝有探頭的觸探器壓入土中，通過壓力傳感器及電阻應變儀測出土層對探頭的貫入阻力。探頭貫入阻力的大小直接反映了土的強度的大小，把貫入阻力與荷載試驗所得到的地基容許承載力建立相關關系，從而即可按照實測的貫入阻力確定地基的容許承載力值。還可以把土的貫入阻力與土的變形模量及壓縮模量建立相關關系，從而可以確定變形模量和壓縮模量,方法介紹：,探頭阻力Q可分為兩個部分,1.錐頭阻力Qc

6、,2.側壁摩阻力Qf,比貫入阻力：探頭單位截面積的阻力,其它原位測試方法,標準貫入試驗法,試驗時，先行鉆孔，再把上端接有鉆桿的標準貫入器放至孔底，然后用質量為63.5kg的錘，以76cm的高度自由下落將貫入器先擊入土中15cm，然后測繼續(xù)打30cm的所需要錘擊數(shù)，該擊數(shù)稱為標準貫入擊數(shù),方法介紹：,建立標準貫入擊數(shù)與地基承載力之間的對應關系，可以得到相應標準貫入擊數(shù)下的地基承載力,按現(xiàn)行規(guī)范提供的經(jīng)驗公式計算,根據(jù)我國各部門多年來的實踐經(jīng)驗，收集了大量荷載試驗和對已建建筑物的觀測資料，通過理論和統(tǒng)計分析后制定相應的表格，它使確定地基土容許承載力的工作大為簡化。 我國幅員遼闊，土質變化較復雜，規(guī)

7、范僅對一般土質條件作了規(guī)定，對一些特殊地基，如疏松狀態(tài)的砂土、接近流動狀態(tài)的軟粘土、含有大量有機質土和鹽漬土等，以及對于大的或較重要的工程，還應結合具體情況，綜合采用荷載試驗，現(xiàn)場標貫或靜力觸探及理論計算等方法研究分析后確定。,公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范（JTJD63-2007）,步驟和方法 ：,1確定土的分類名稱 對于一般地基土，通常根據(jù)塑性指數(shù)、粒徑、工程地質特性等分為六類，即粘性土、砂類土、碎卵石類土、黃土、凍土及巖石。 2確定土的狀態(tài) 土的狀態(tài)是指土層所處的天然松密和稠度狀況。粘性土的天然狀態(tài)是按液性指數(shù)IL分為堅硬、半堅硬狀態(tài)、硬塑、軟塑和流塑狀態(tài)；砂類土根據(jù)相對密度分為稍松、中等密

8、實、密實狀態(tài)；碎卵石類土則按密實度分為密實、中等密實及松散狀態(tài) 。,3確定土的容許承載力,根據(jù)規(guī)范表格得到地基承載力基本容許值fa0, 可按下式計算修正得到容許承載力fa ：,式中： fa0, 原位測試、或者從規(guī)范查取。稱為地基承載力基本容許值。 b基礎驗算剖面底面最小邊寬(或直徑)（m），當b10m時，按10m計算； h基礎底面的埋置深度(m)，對于受水流沖刷的基礎，由一般沖刷線算起；不受水流沖刷的基礎，由天然地面算起，位于挖方內(nèi)的基礎，由開挖后地面算起；當h3m時，取h=3m； 1基底下持力層土的天然重度(kN/m3)，如持力層在水面以下且為透水性土 時，應取用浮重度； 2基底以上土的重度

9、（如為多層土時用換算重度）(kN/m3)，如持力層在水面以下且為不透水性土時，不論基底以上土的透水性質如何，應一律采用飽和重度，如持力層為透水性土時，應一律采用浮重度； K1、K2按持力層土類確定在基礎寬度和深度方面的修正系數(shù)。,當偏心距e小于0.033b時，承載力公式,fa=Mbb+Md md+Mcck, fa：承載力特征值（設計值）, Mb、Md 、Mc：承載力系數(shù)，由 k 查表, b：基底寬度，大于6m按6m考慮， 對于砂土小于3m按3m考慮, ck：基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力,建筑地基基礎設計規(guī)范GB50007_2002,取消表格,1.公式法,fa=fak+b(b-3)+dm(d

10、-0.5),fak ：經(jīng)驗確定或靜載荷試驗確定的承載力標準值,fa ：深寬修正后的承載力特征值（設計值）,b、d ：寬度和埋深修正系數(shù), ：基礎底面以下土的重度,m ：基礎底面以上土的加權平均重度,b ：大于6m按6m考慮，小于3m按3m考慮,2.通過載荷試驗、經(jīng)驗確定時需修正,2-3.剛性擴大基礎的設計與計算：,基礎埋置深度的確定 剛性擴大基礎尺寸的擬定 地基承載力驗算 基底合力偏心距驗算 基礎穩(wěn)定性和地基穩(wěn)定性驗算 基礎沉降驗算,主要內(nèi)容：,一、基礎埋置深度的確定,原則：,在滿足承載力的條件下盡量淺埋,要求： 變形較小，而強度又比較大的持力層，以保證地基強度滿足要求，而且不致產(chǎn)生過大的沉降

11、或沉降差。此外還要使基礎有足夠的埋置深度，以保證基礎的穩(wěn)定性，確?；A的安全。 考慮因素： 地基的地質、地形條件、河流的沖刷程度、當?shù)氐膬鼋Y深度、上部結構形式，以及保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋深和施工技術條件、造價等因素。,剛性擴大基礎,沉井基礎,樁基礎,（1）地基的地質條件,巖石地基： 覆蓋土層較薄的巖石地基： 一般應清除覆蓋土和風化層后，將基礎直接修建在新鮮巖面上。 如巖石的風化層很厚： 難以全部清除時，基礎放在風化層中的埋置深度應根據(jù)其風化程度、沖刷深度及相應的容許承載力來確定。 巖層表面傾斜時： 不得將基礎的一部分置于巖層上，而另一部分則置于土層上，以防基礎因不均勻沉降而發(fā)生傾斜甚至斷裂

12、。 在陡峭山坡上修建橋臺： 還應注意巖體的穩(wěn)定性。,非巖石地基： 壓縮層范圍內(nèi)為均質土: 基礎埋置深度除應滿足沖刷、凍脹等要求外，可根據(jù)荷載大小，由地基土的承載能力和沉降特性來確定(同時考慮基礎需要的最小埋深)。 地層為多層土: 對大中型橋梁、結構物基礎持力層的選定，應通過較詳細計算或方案比較后確定。,（2）河流的沖刷深度,沖刷的基本概念: 洪水沖刷后，整個河床面要下降，這叫一般沖刷 被沖下去的深度叫一般沖刷深度 同時由于橋墩的阻水作用，使洪水在橋墩四周沖出一個深坑，這叫局部沖刷,在有沖刷的河流中，為了防止橋梁墩、臺基礎四周和基底下土層被水流掏空沖走以致倒塌，基礎必須埋置在設計洪水的最大沖刷線

13、以下不小于1m。特別是在山區(qū)和丘陵地區(qū)的河流，更應注意考慮季節(jié)性洪水的沖刷作用。,對于大、中橋基礎的基底在設計洪水沖刷總深度以下的最小埋置深度，建議根據(jù)橋梁大小、技術的復雜性和重要性，參照下表采用。,（3）當?shù)氐膬鼋Y深度,為了保證建筑物不受地基土季節(jié)性凍脹的影響，除地基為非凍脹性土外，基礎底面應埋置在天然最大凍結線以下一定深度。 公橋基規(guī)規(guī)定： 當上部結構為超靜定結構時，基底應埋置在最深凍結線以下不小于0.25m；對靜定結構的基礎，一般也按此要求，但在凍結較深地區(qū)，為了減少基礎埋深，有些類別的凍土經(jīng)計算后也可將基底置于最大凍結線以上。,（4）上部結構型式,上部結構的型式不同，對基礎產(chǎn)生的位移要

14、求也不同。 對中、小跨度簡支梁來說，這項因素對確定基礎的理直深度影響不大。 對超靜定結構 ， 便基礎發(fā)生較小的不均勻沉降也會使內(nèi)力產(chǎn)生一定變化。 如對拱橋橋臺，為了減少可能產(chǎn)生的水平位移和沉降差值，有時需將基礎設置在埋 藏較深的堅實上層上。,（5）當?shù)氐牡匦螚l件,當墩臺、擋土墻等結構位于較陡的土坡上，在確定基礎埋深時，還應考慮土坡連同結構物基礎一起滑動的穩(wěn)定性。,當?shù)鼗鶠閮A斜土坡時，應結合實際情況，對地基容許承載力適當折減。,若基礎位于較陡的巖體上，可將基礎做成臺階形，但要注意巖體的穩(wěn)定性。,（6）保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋置深度,地表土在溫度和濕度的影響下，會產(chǎn)生一定的風化作用，其性質是不穩(wěn)

15、定的。加上人類和動物活動以及植物的生長作用，也會破壞地表土層的結構，影響其強度和穩(wěn)定，所以一般地表土不宜作為持力層。,為了保證地基和基礎的穩(wěn)定性，基礎的理置深度(除巖石地基外)應在天然地面或無沖刷河流的河底以下不小于lm。,公橋基規(guī) （JTJD63-2007）規(guī)定：,建筑基規(guī) （GB50007_2002）規(guī)定：,除巖石地基外，不宜小于0.5m。,除上述因素以外，在確定基礎埋置深度時，還應考慮相鄰結構物的影響，如新結構物基礎比原有結構物基礎深，則施工挖土有可能影響原有基礎的穩(wěn)定。施工技術條件(施工設備、排水條件、支撐要求等)及經(jīng)濟分析等對基礎埋深也有一定影響，這些因素也應考慮。,上述影響基礎埋深

16、的因素也適用于其它類型的基礎(如沉井基礎)。,現(xiàn)舉一簡例來說明如何較合理地確定基礎埋置深度和選擇持力層。,剛性擴大基礎,沉井基礎,樁基礎,二、剛性擴大基礎尺寸的擬定,基礎厚度 基礎平面尺寸 基礎剖面尺寸,剛性擴大基礎立面、平面圖,基礎厚度,應根據(jù)墩、臺身結構形式，荷載大小，選用的基礎材料等因素來確定。,基底標高應按基礎埋深的要求確定。 水中基礎頂面一般不高于最低水位，在季節(jié)性流水的河流或旱地上的橋梁墩、臺基礎，則不宜高出地面，以防碰損。,基礎厚度可按上述要求所確定的基礎底面和頂面標高求得。在一般情況下，大、中橋墩、臺混凝土基礎厚度在1.02.0m左右。,基礎平面尺寸,基礎平面形式一般應考慮墩、

17、臺身底面的形狀而確定，基礎平面形狀常用矩形?；A底面長寬尺寸與高度有如下的關系式,定義：剛性擴大基礎的剖面形式一般做成矩形或臺階形，自墩、臺身底邊緣至基頂邊緣的距離c稱襟邊。 作用：一方面是擴大基底面積增加基礎承載力，同時也便于調(diào)整基礎施工時在平面尺寸上可能發(fā)生的誤差，也為了支立墩、合身模板的需要。 取值： 應視基底面積的要求、基礎厚度及施工方法而定。橋梁墩臺基礎襟邊最小值為20cm-30cm。 基礎較厚(超過lm以上)時，可將基礎的剖面澆砌成臺階形,基礎剖面尺寸,襟邊,基礎懸出總長度(包括襟邊與臺階寬度之和)按前面剛性基礎的定義，應使懸出部分在基底反力作用下，在a-a截面所產(chǎn)生的彎曲拉應力和

18、剪應力不超過基礎污工的強度限值。所以滿足上述要求時，就可得到自墩臺身邊緣處的垂線與基底邊緣的聯(lián)線間的最大夾角max，稱為剛性角。 在設計時，應使每個臺階寬度ci與厚度ti保持在一定比例內(nèi)，使其夾角i=max這時可認為屬剛性基礎，不必對基礎進行彎曲拉應力和剪應力的強度驗算，在基礎中也可不設置受力鋼筋。,剛性角max的數(shù)值是與基礎所用的污工材料強度有關。根據(jù)實驗，常用的基礎材料的剛性角max值可按下面提供的數(shù)值取用 磚、片石、塊石、粗料石砌體，當用5號以下砂漿砌筑時 max30度 磚、片石、塊石、粗料石砌體，當用5號以上砂漿砌筑時 max35度 混凝土澆筑時 max40度 基礎每層臺階高度ti通常

19、為0.50m-1.00m，在一般情況下各層臺階宜采取相同厚度。,三、地基承載力驗算,持力層強度驗算 軟弱下臥層承載力驗算,偏心豎直力作用在任意點,基底應力分布圖,持力層強度驗算,1.基底只承受軸心荷載,公橋基規(guī) （JTJD63-2007）：,2.基底單向偏心受壓,3.基底雙向偏心受壓,4.基底單向偏心受壓，偏心距e0大于核心半徑(b/6),當受壓層范圍內(nèi)地基為多層土，且持力層以下有軟弱下臥層，這時還應驗算軟弱下臥層的承載力，驗算時先計算軟弱下臥層頂面（在基底形心軸下）的應力（包括自重應力及附加力），不得大于該處地基土的容許承載力。即:,軟弱下臥層強度驗算,四、基底合力偏心距驗算,目的: 盡可能

20、使基底應力分布比較均勻，以免基底兩側應力相差過大，使基礎產(chǎn)生較大的不均勻沉降，墩、臺發(fā)生傾斜，影響正常使用 。,設計原則:,非巖石地基:以不出現(xiàn)拉應力為原則，當墩、臺僅受恒載作用時，基底合力偏心距e0應分別不大于基底核心半徑的0.1倍（橋墩）和0.75倍（橋臺）；當墩、臺受荷載組合是短時的，對基底偏心距的要求可以放寬，一般只要求基底偏心距e0不超過核心半徑即可。,巖石地基:可以允許出現(xiàn)拉應力，根據(jù)巖石的強度，合力偏心距e0最大可為基底核心半徑的1.21.5倍，以保證必要的安全儲備。,五、基礎穩(wěn)定性和地基穩(wěn)定性驗算,基礎傾覆穩(wěn)定性驗算 基礎穩(wěn)定性驗算 基礎滑動穩(wěn)定性驗算 地基穩(wěn)定性驗算,基礎傾覆

21、穩(wěn)定性驗算,基礎傾覆穩(wěn)定性與合力的偏心距有關。合力偏心距愈大，則基礎抗傾覆的安全儲備愈小，如下圖所示，因此，在設計時，可以用限制合力偏心距e0來保證基礎的傾覆穩(wěn)定性。,K0為抗傾覆穩(wěn)定系數(shù),一般對主要荷載組合K01.5，在各種附加荷載組合時，K01.11.3。,基礎傾覆穩(wěn)定性計算,基礎滑動穩(wěn)定性驗算,基礎在水平推力作用下沿基礎底面滑動的可能性即基礎抗滑動安全度的大小，可用基底與土之間的摩擦阻力和水平推力的比值Kc來表示，Kc稱為抗滑動穩(wěn)定系數(shù)。即,Kc為抗滑動穩(wěn)定系數(shù) 必須大于規(guī)范規(guī)定的設計容許值，一般根據(jù)荷載性質，Kc1.21.3。,地基穩(wěn)定性驗算,位于軟土地基上較高的橋臺需驗算橋臺沿滑裂曲面滑動的穩(wěn)定性，基底下地基如在不深處