地基与基础讲座.ppt

基 础 工 程,建筑物,建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。受建筑物影响的那一部分地层称为,地基,；建筑物向地基传递荷载的下部结构称为,基础,。,地 基,基 础,上部结构,地基及基础的概念,建筑物三部分示意图,地 基,基 础,上部结构,建筑物的地基和基础是建筑物的根本，它们一旦出现问题，建筑物的安全和正常使用必然受到影响。建筑物的事故，绝大多数都与,地基,和,基础,有关。,组成地层的,土,或岩石是自然界的产物。建筑物建造在地层上面，所以建筑物场地的工程地质条件是决定地基基础设计和施工的先决条件。,案 例,上海莲花南路楼盘倒塌事故,地基基础设计必须满足的基本条件,建筑物的建造使地基中原有的,应力状态,发生变化，所以地基基础的设计必须满足：,a.作用于地基的荷载不超过地基的承载能力（,地基土的强度问题,）；,b.控制基础沉降使之不超过允许值（,地基土的变形问题,）。,地基,：,承受建筑物荷载应力与应变不能忽略,的土层。（有一定深度和范围）,基础,：,埋入土层一定深度并将荷载传给地基,的,建筑物下部结构,。,地基土层,持力层,：,直接支撑建筑物基础的土层。,下卧层,：持力层下部的土层,。,(,软弱下卧层,),地基,天然地基：,没有经过人为处理，直接修建。,人工地基：,承载力低，高压缩性的地基，,经人工处理后才能修建。,上部结构、基础、地基间的关系,：,上部结构,荷载,基础,压力,地基,应力,变形,（三者间相互制约协同工作）,人工地基,施工周期长，造价高，承载力相对提高少。,人工地基的特点：,换土垫层法,基岩层,不均匀软土层,采用桩排式地下连续墙及注浆方案进行处理，直径14m的深入基岩的44根挖孔桩形成一圈，像一巨大的花盆，塔位于中间，在塔身内外地基中钻孔灌注水泥浆加固地基，塔体的不均匀沉降和倾斜得到了有效控制。,水泥灌浆,苏州虎丘塔地基处理示意图,基础按埋深分类：,基础,浅基础(5m)：用一般方法、工艺施工。,深基础(桩基、沉井)：特殊工艺施工。,常见的基础形式有如下类型,浅基础常用形式与材料,毛石基础,毛石砼基础,柱下钢筋砼独立基础,柱,梁,柱下十字交叉基础,筏形基础（板式与梁板式）,梁,柱,底版,箱形基础,柱,顶板,隔板,梁,底版,钻孔灌注桩,深基础形式,挖孔灌注桩,现浇砼护壁,成孔、支护,浇注护壁,成孔后浇注砼,钢筋笼,活瓣圆台形模板,土：,岩石经风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程,形成的堆积物，由固体颗粒、水和气体组成的,三相分散体系,。（形成了土自身固有的特性）,一、土的生成,土的成因与组成,风化：,物理风化,机械破坏，无质变（称为原生矿物）；,化学风化,水与大气作用，产生次生矿物；,生物风化,动植物、微生物生长使岩石破坏变化,。,地基土的分类,作为建筑地基的岩土一般可分为岩石、天然土和人工填土,1、岩石,2、天然土可分为碎石土、砂土、粘性土、软土等,粘性土是指塑性指数,Ip,大于的土,特殊天然土工程性质不稳定，应予以重视,、人工填土由人类活动堆积而成，其物质成分杂乱，一般均应性较差、强度低、压缩下高，长具有湿陷性。未经处理一般不得作为基础持力层。,土的组成,土一般是由固体颗粒、水和气体组成的三相孔隙介质。,水,气体,孔 隙,土颗粒,土三相分布组成示意图,粒组划分,(一)土中固体颗粒：,土颗粒构成土的骨架，其,大小、粗细、成分与组成,决定土的物理力学性质。,工程上将物理力学性质相近的颗粒划分为一组。,粒组划分及特性,d,土颗粒粒径,巨粒,：漂石、块石：,d,200；,卵石、碎石：60,d,200,透水性大，无粘性。,粗粒,：砾粒、粗粒：20,d,60，,细粒：2,d,20；,砂粒：0.075,d,2,透水性大，无粘性。,易透水，无粘性，松散。,细粒,：,粉粒：0.005,d,0.075；,粘粒：,d,0.005,透水性小，稍有粘性。,透水性很小，有粘性，可塑。,（二）土中水：,按物理状态,分为,固态水（冰）,气态水（孔隙中水气）,液态水,（有以下两种,存在方式，影响土性）,结合水,弱结合水,强结合水,自由水,存于孔隙中,（三）土中气体,与大气相通时可排出，封闭气泡可使土产生压缩性和弹性。（对土的性质影响相对较小）,土的物理状态指标与工程特性,一、无粘性土（碎石土、砂土）的密实度,无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系。呈密实状态时，为良好地基；呈疏松状态时，为不良地基。,用,孔隙比,e,判断,e,0.6,密实 是良好的天然地基,e,0.95,松散 不宜作天然地基,二、粘性土的物理特征,即粘性土的,软硬程度,因土粒与水作用强，,故水对其工程性质影响大。,（一）界限含水量,（由试验测得）,粘性土由一种状态转变到另一种状态的,分界含水量,缩限,w,s,塑限,w,p,（测）液限,w,L,（测）,固态 半固态 可塑状态 流动状态,（二）塑性指数,I,P,表示土在可塑状态下的含水量变化范围。,塑性指数,I,P,大，则粘粒（,d,0.005mm颗粒）含量多，,故工程上用于对土进行分类，即：,当：,I,P,10,时为粘性土。,（三）液性指数,I,L,反映土不同天然含水量（,w）,状态下软硬程度指标，,规范根据液性指数将粘性土划分为如下五种状态：,液性指数,I,L,0,00.25,0.250.75,0.751,I,L,1,坚硬,硬塑,可塑,软塑,流塑,液性指数越大，土质越软，反之，土质越硬。,三、土的压实性（填土施工）,在工程建设中，经常会遇到填土或松软地基，为了改善这些土的工程性质，常采用压实的方法使土变得密实。,压实是指采用人工或机械以夯、碾、振动等方式，对土施加夯压能量，使土颗粒原有结构破坏，空隙减小，气体排出，重新排列压实致密，从而得到新的结构强度。,四、土的渗透性,水流通过土中孔隙难易程度的性能称为土的渗透性。,土颗粒移动,渗透变形,土体变形,渗透破坏,流砂,管涌,地基变形、下沉、破坏,各类岩土的地基承载力特征值,填土时间超过10年的黏土及粉质黏土,地基变形允许值,一般建筑物的地基允许变形值可按下表规定采用。,注：,1.本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值；,2.有括号者仅适用于中压缩性土；,3.,l,为相邻柱基的中心距离（mm）；,H,g,为自室外地面起算的建筑物高度（m）。,变 形 特 征,地 基 土 类 别,中、低压缩性土,高压缩性土,砌体承重结构基础的局部倾斜,0.002,0.003,工业与民用建筑相邻柱基的沉降差,（1）框架结构,（2）砌体墙填充的边排柱,（3）当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构,0.002,l,0.0007,l,0.005,l,0.003,l,0.001,l,0.005,l,单层排架结构（柱距为6m）柱基的沉降量（mm）,（120）,200,桥式吊车轨面的倾斜（按不调整轨道考虑）,纵向,横向,0.004,0.003,多层和高层建筑的整体倾斜,H,g,24,24,Hg,60,60,Hg,100,Hg,100,0.004,0.003,0.0025,0.002,体形简单的高层建筑基础的平均沉降量（mm）,200,高耸结构基础的倾斜,Hg,20,20,Hg,50,50,Hg,100,100,Hg,150,150,Hg,200,200,Hg,250,0.008,0.006,0.005,0.004,0.003,0.002,高耸结构基础的沉降量（mm）,Hg,100,100,Hg,200,200,Hg,250,400,300,200,均布荷载下不同基础形状时的沉降变化规律,在基础面积相同的情况下，圆形基础的沉降要小于方形基础；方形基础的沉降要小于矩形基础；长宽比较小的矩形基础的沉降要小于长宽比较大的矩形基础。,矩形基础的沉降随基础长宽比的增加而加大，因此，应避免采用长宽比过大的矩形基础，一般应将基础的长宽比控制在3以内，以获得比较满意的技术经济效果。,软弱地基及软弱下卧层地基,基础底面以下，当土层的地基承载力低于持力层1/3时，则该土层为,软弱下卧层。,软弱地基指主要由淤泥、淤泥质土、冲天土、杂填土或其他高压缩性土构成的地基，其主要问题是：承载力不足及地基变形过大。,软弱下卧层地基指在地基受力层范围内存在软弱地基土层的地基。,应避免在软弱地区进行工程建设，不应在未经处理的软土地基上建造高层建筑。,对基础埋深的常见问题的理解,控制基础埋深的根本目的是满足上部结构的抗倾覆稳定性和地基稳定及变形要求；,基础具有一定的埋深后，地下室前后墙体的被动土压力和侧墙的摩擦力对基础的摆动有一定的限制作用；,基础有一定的埋置深度对抗震有力，可以减少上部结构的地震反应；,对多、高层建筑，设置地下室可以降低地基的附加应力从而减少地基的沉降量。,软土地基处理,地基处理的目的：,对地基进行必要的加固或改良，提高地基的强度，保证地基的稳定，降低压缩性，减少基础的沉降或不均匀沉降。,适用情况,：,拟建建筑物或已建工程地基加固。,地基处理方法及适用情况,序号,处理方法,适用地基类型,说明,1,机械压实,含水量一定的黏土、填土,浅层处理,2,换填法,淤泥、淤泥质土、素杂填土,浅层处理,3,预压法,淤泥质土、淤泥、冲填土等饱和粘土,浅层处理,4,强夯法,碎石、砂、粉土、黏性土、杂素填土,深层处理,5,振冲法,黏性土、粉土、人工填土,深层处理,6,挤密桩法,地下水位以上的素杂填土,深层处理,7,砂石桩法,松散砂土、素填土、杂填土,深层处理,8,深层搅拌,粉土、含水量高,f,a,129kP,a,黏性土,深层处理,9,高压注浆,各类土均可,深层处理,水泥粉煤灰碎石桩（CFG）法,水泥粉煤灰碎石桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合而成，桩、桩间土、褥垫层是组成复合地基的三大要素，并共同构成复合地基。,CFG,桩与素混凝土桩的区别仅在于桩体材料的构成不同，而在其受力和变形方面几乎没有区别。,CFG,桩复合地基具有承载力提高幅度大，地基变形小等特点，并具有较大的适用范围。既可适用于条形基础、独立基础，也可适用于箱型基础、筏型基础。,CFG,桩的持力层应落在相对好的土层上。,CFG桩顶褥垫层的主要作用：,保证桩、土共同承担荷载，它是,CFG,桩形成复合地基的主要条件；,一般情况下，褥垫层越薄，,CFG,桩承担的荷载比越大，反之越低；,褥垫层越厚，土分担的水平荷载占总荷载的比例越大，反之越小；,CFG,桩的复合地基承载力特征值应通过实验确定。,CFG桩的质量检测,地基处理规范,水泥粉煤灰碎石桩地基检测应在桩身强度满足试验荷载条件时，并宜在施工结束,28,天后进行。试验数量宜为总桩数的,0.5,1,，且每个单体工程的试验数量不应少于,3,点。,应抽取不少于总桩数的,10%,的桩进行低应变动力试验，检测桩身完整性。,浅基础的类型及适用条件,浅基础分类,按材料分类,按构造分类,按受力性能分类,按材料,分类,毛石基础,砼及毛石砼基础,钢筋砼基础,灰土及三合土基础,砖基础,按构造,分类,联合基础,条形基础,单独基础,十字交叉,筏 形,箱 形,按受力,性能分类,刚性,(,无筋扩展,),基础,柔性,(,扩展,),基础,按,规范,分五大类,无筋扩展基础（砖、毛石、砼基础）,扩展基础（墙下或柱下钢筋砼基础）,柱下条形基础,筏形基础（高层建筑）,箱型基础（高层建筑）,一,无筋扩展（刚性）基础,MU10砖,M5砂浆,大放脚,砖基础：,低层建筑墙下基础。砌筑方便，强度低、抗冻性差。砌法：二一间隔收（,1/4,砖）。,MU20毛石,M5砂浆,每阶,两皮,200,400,毛石基础：,砌筑较方便，抗冻性好，适于,6,层及以下墙承重结构。砌法：错缝搭接。,柱下,砼基础,墙下,砼基础,掺入毛石,节约水泥,砼与毛石砼基础：,强度、耐久性和抗冻性均较好，适于荷载大及地下水位以下结构。掺入毛石要求：占体积,2030%,，尺寸,300,。,（有筋）扩展基础,（钢筋砼基础）,适用条件：,在砼优点的基础上，更具良好的,抗弯和抗剪性能,。相同条件下,基础高度小,，适于荷载大或土质软的情况下采用。,结构柱,基础底板配筋,结构柱,配筋,现浇柱下钢筋砼单独基础：,台阶形,:,施工支模、浇筑简单，用材相对多。,基础底板配筋,结构柱,配筋,浇柱下现钢筋砼单独基础：,锥形：,受力与用材合理，施工浇注成型较难。,墙,翼板,柱,肋梁,砼垫层,钢筋砼条形基础：,墙下条形基础：不带肋与带肋,柱下条形基础：带肋,扩展基础的构造应符合下列要求,单独柱基的基底平面宜取正方形，当为矩形平面时，其长短边的比不宜大于,2,。柱下联合基础基底平面宜取为矩形，当长短边的比大于,2,时，应设计成带基础梁的基础。,扩展基础一般有锥形、阶梯型基础两种。锥形基础的边缘高度不宜小于,200mm,，顶面坡度不宜大于,1:3,（垂直：水平）。阶梯型基础一般不宜超过三阶，每阶高度宜为,300500mm,。,基础混凝土的强度等级不宜低于,C25,。,扩展基础的构造应符合下列要求,受力钢筋应优先采用,HRB335,及,HRB400,钢筋。有垫层时钢筋保护层厚度取,40,。,当基础宽度大于等于,2.5,时，钢筋在该宽度方向的长度可减少,10%,，并交错布置。,筏形及箱形基础,筏形基础具有整体性好、承载力高、结构布置灵活等优点，广泛用作高层建筑及超高层建筑基础。筏形基础分梁板式和平板式两大类。,箱形基础由于设计要求高、施工难度大及受使用功能的限制，目前一般仅用于人防等特殊用途的地下室建筑中。,抗震设防区天然地基土上的筏形和箱形基础，其埋深不宜小于建筑物高度的,1/15,，桩筏（桩箱）基础不宜小于建筑物高度的,1/18.,筏形基础（板式与梁板式）,箱形基础,当高层建筑的地下室采用箱形或筏形基础，且地下室四周外墙与土层紧密接触时，上部结构的嵌固部位可按表6.1.6的原则确定：,构造要求,高层建筑基础混凝土强度等级：筏形、桩筏、桩箱基础不应低于,C30,，箱形基础不应低于,C25,。当有防水要求时，其混凝土抗渗等级应按下表采用：,地下室外墙沿高度处的水平接缝应严格按施工缝要求施工，必要时可设通常止水带。（图,.,.,）,构造要求,筏形及箱形基础，当采用粉煤灰混凝土时，其设计强度等级的龄期宜为,60,天或,90,天。在满足设计要求的前提下，地下室内、外墙和柱子采用粉煤灰混凝土时，其设计等级强度的龄期可采用相应的较长龄期。,抗浮设计水位一般取最近,35,年的最高水位,关于基础混凝土,当地下室结构的顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级。,无上部结构的纯地下室结构，如地下车库等，抗震等级根据建筑物的抗震设防分类和设防烈度定出：丙类地下室结构,6,、,7,度时不应低于四级，,8,、,9,度时不宜低于三级；乙类地下室结构,6,、,7,度时不宜低于三级，,8,、,9,度时不宜低于二级。,地下室结构的抗震等级,大体积混凝土,大体积混凝土：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于,1m,的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。,温控指标宜符合下列规定：,入模温度基础上的温升值不宜大于,50,；,里表温差不宜大于,25,；,降温速率不宜大于,2.0,/,d,；,浇筑体表面与大气温差不宜大于,20,。,大体积混凝土,大体积混凝土施工宜采用整体分层连续浇筑和推移式连续浇筑施工。,大体积混凝土保湿养护的持续时间不得少于,14d,。,炎热天气混凝土入模温度宜控制在,30,以下，混凝土浇筑后，应及时进行保温、保湿养护。,冬季浇筑混凝土，宜采用热水拌合、加热骨料等提高混凝土原材料温度的措施，混凝土入模温度不宜低于。,桩基础,桩基础：,（,桩基）,桩体（基桩）,承台,低承台：其底面低于地面,高承台：其底面高于地面,工业与民用建筑中常用低承台桩基础,桩基础作用：将荷载通过,桩传给,埋藏较,深的坚硬土层,，或通过桩身周围的,摩擦力传给地基,，以满足承载力、稳定性和变形的要求。,上部结构,承台,桩,坚硬土层,(a)低承台桩基础,(b)高承台桩基础,桩基础的类型,一、按桩基础承载性状分类,按桩侧与桩端阻力大小及分担比例差异，,分为如下两大类：,端承型桩,摩擦端承桩,：,荷载主要由桩端阻力承担，桩侧,阻力承担部分荷载；,端 承 桩：,（,l/d,10,）,荷载绝大部分由桩端,阻力承担，桩侧阻力不计。,摩擦型桩,端承摩擦桩：,荷载主要由桩侧阻力承担，桩端,阻力承担部分荷载；,摩 擦 桩：,（,l/d,较大）荷载绝大部分由桩侧,阻力承担，桩端阻力不计。,软弱土层,较坚硬,土层,(c)摩擦端承桩,极软弱土层,坚硬,土层,(d)端承桩,较软弱土层,(a)摩擦桩,软弱土层,较坚硬,土层,(b)端承摩擦桩,预制桩接头工艺：,浆锚接头,：用硫磺胶泥或环氧树脂制成黏合剂，,桩体上留插筋下留插孔，浆锚结合。,预埋件,预留孔,浆锚接头,焊接接头,：每段端部预埋角钢或钢板，施工时,上下段对接，用扁钢贴焊成整体。,贴板,焊接接头,法兰盘接头,：预埋管法兰盘螺栓连接或焊接。,内插管,法兰盘,法兰盘接头,沉管灌注桩,沉管方法：锤击、振动、静压均可,施工程序,就位,沉管,浇筑,振动,拔管,浇灌,放钢筋笼,成型,优点：造价低，管内无水作业桩身砼质量好；,缺点：产生缩颈、夹土、断桩，因挤土效应,相邻桩可能破坏。,防治措施：,控制拔管速度，快振慢拔；,合理选择打桩顺序：“跳打”；,采用“复打法”。,桩尖构造,钻孔灌注桩：,指用机械方法取土成孔灌注桩,泥浆泵,钻机,护筒,钻头,泥浆,钻杆,施工程序,湿作业法,就位,成孔,导管,钢筋笼,浇注漏斗,浇筑,钢筋笼,放导管,成型,砼,湿作业法适用于地下水位较高的地质条件；,干作业法适用于地下水位以上干土层桩基。,优点：无挤土、无振动、噪音小，对邻近,建筑物影响小，城区高层建筑常用。,缺点：泥浆沉淀不易清除，承载力降低，,沉降量增大。,防治措施：浇灌前清底，夯填或注水泥浆。,尺寸：一般,600800mm,，,较大,3000mm,。,挖孔灌注桩：,指用人工方法挖掘成孔（护壁：砼），,安放钢筋笼，灌注混凝土而成的桩。,优点：可直接鉴别检验成孔质量，,干作业，桩身质量易保证无挤土效,应影响，施工简单，造价低。,适用条件：粘性土和地下水位较低,的条件，忌在含水砂层中施工，防,止产生流砂塌孔。宜做大直径桩，,单桩承载力大。,缺点：劳动条件差。,活瓣圆台形模板,超流态混凝土压灌桩,工艺流程：,长螺旋钻孔压灌混凝土在连续压力泵送下，桩身完整性好，桩身混凝土与嵌固土层结合紧密，没有断桩、缩径、孔底沉渣等质量通病，单桩承载力高，混凝土泵送时因孔内高压使混凝土充盈性好，易形成扩径桩。,适用于粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等地基。,施工准备,定位放线,钻机成孔,制备桩料,压灌成桩,放钢筋笼,转移钻机,桩体养护,质量检验,桩位放样允许偏差,：群,20mm,；单排桩,10mm,。,截面位移,桩侧摩阻力,轴力,静载荷试验,小梁,横梁,锚桩,试桩,锚桩,千斤顶,锚桩反力装置,勘察报告的基本要求,查明场地和地基的稳定性、地层结构、持力层和下卧层的工程特性、土的应力历史和地下水条件以及不良地质作用等；,提供满足设计、施工所需的岩土参数，确定地基承载力；,提出地基基础、基坑支护、工程降水和地基处理设计与施工方案的建议；,提出对建筑物有影响的不良地质作用的防治方案建议；,对于抗震设防的场地，进行场地与地基的地震效应分析。,基槽检验（验槽）,验槽是工程地质勘探工作的最后一个环节，基槽挖至设计标高后，应会同甲方、施工、监理、勘察、设计等五部门进行验槽，方可继续施工。,基底是否挖至设计要求土层；,持力层土质与勘察报告是否相同；,发现是否有不良地质现象（古井、坟穴、河道等）。,观察验槽：,对勘察技术成果的检查,勘察报告应有相关责任人签字和注册土木工程师（岩土）签章。,勘察报告逐页应加盖施工图审查机构的审图专用章。,结束,