基础工程-一.pptx

1基底压力基底压力：基础底面传基础底面传递给地基表面的压力，递给地基表面的压力，也称也称基底接触压力基底接触压力。基底压力基底压力附加应力附加应力地基沉降变形地基沉降变形基底反力基底反力基础结构的外荷载基础结构的外荷载上部结构的自重及各上部结构的自重及各种荷载都是通过基础种荷载都是通过基础传到地基中的。传到地基中的。上部结构上部结构基础基础地基地基建筑物设计建筑物设计v暂不考虑上部结构的影暂不考虑上部结构的影响，使问题得以简化；响，使问题得以简化；v用荷载代替上部结构用荷载代替上部结构21.地基基础工程国内外现状地基基础工程需解决的问题：建（构筑）物的地基强度设计、变形控制、稳定性控制、基础材料设计、检验与监测技术和相关施工技术。地基强度设计：应包括，地基原位测试技术、室内测试技术、允许设计取值。变形控制：应包括，地基变形计算、建筑物允许变形、对相邻建筑物的影响。稳定性控制：应包括，建筑物整体稳定性、抗浮稳定性、抗震稳定性。3建筑物的用途建筑物安全等级建筑布置上部结构类型工程地质水文地质气候条件工期施工条件造价环境保护地基基础设计依据上部结构工程地质条件其他要求4地基基础设计基础设计基础设计地地 基基结结 构构 承承 载载 力力 沉降变形沉降变形 稳稳 定定 性性强强 度度刚刚 度度基基本本尺尺寸寸钢钢筋筋数数量量等等2.2.设计内容和任务设计内容和任务 5根根据据上上部部结结构构的的受受力力特特点点和和使使用用要要求求，综综合合考考虑虑地地质质条条件件、施施工工条条件件、经经济济造造价价和和环环境境保保护护等等因因素素，寻寻求求技技术术先先进进、经经济济合合理理而而且且实实际际可可行行的的地地基基基基础础方方案案并并进进行行必必要要的的力力学学检检算，使之满足安全、合理、经济和环保的总体设计目标。算，使之满足安全、合理、经济和环保的总体设计目标。6地基天然地基：不需处理直接放置基础的天然土层。人工地基：需要人工加固或处理后才能修建基础的土层。简单、造价低，尽量选择（1）地基分类7分类依据：埋置深度及施工工艺特点基础浅基础：埋置深度较浅，施工程序简单。深基础：埋置深度较深，施工较为复杂。埋深界限5m？专门的设备或专业的人员8我国建筑地基基础设计规范(GB500072011)(以下简称地基基础规范)，根据地基复杂程度、建筑物的规模和特征、由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响程度将地基基础设计分为甲级、乙级、丙级3个设计等级。地基基础设计等级分类910113.0.3 表 所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算。12131414 n概率极限设计法与极限状态设计原则概率极限设计法与极限状态设计原则 极限状态极限状态 承载能力极限状态承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 3、地基基础设计原则15概率极限设计法概率极限设计法两种极限状态两种极限状态 承载力极限状态承载力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 近似概率近似概率法法 全概率全概率法法 半概率法半概率法分项系数分项系数16概率极限状态设计法概率极限状态设计法 概率极限状态设计法以概率论为基础，以结构的可靠指概率极限状态设计法以概率论为基础，以结构的可靠指标（或失效概率）表示结构的可靠程度，采用与传统形式近标（或失效概率）表示结构的可靠程度，采用与传统形式近似的分项系数设计表达式，以分项系数代替过去的安全系数，似的分项系数设计表达式，以分项系数代替过去的安全系数，是一种先进的设计方法。是一种先进的设计方法。先进性：比较充分地考虑各种设计因素的变异性。先进性：比较充分地考虑各种设计因素的变异性。但但在在地地基基基基础础的的设设计计中中，由由于于资资料料收收集集的的困困难难，目目前前对对于于设设计计变变量量的的变变化化规规律律掌掌握握不不够够，以以及及由由于于数数学学上上的的一一些些困困难难，全面采用该法尚不成熟。全面采用该法尚不成熟。171 1 1 1基础底面的压力小于地基的容许承载力；基础底面的压力小于地基的容许承载力；基础底面的压力小于地基的容许承载力；基础底面的压力小于地基的容许承载力；2 2 2 2地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值；地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值；地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值；地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值；3 3 3 3地基及基础的整体稳定性有足够保证；地基及基础的整体稳定性有足够保证；地基及基础的整体稳定性有足够保证；地基及基础的整体稳定性有足够保证；4 4 4 4基础本身的强度满足要求。基础本身的强度满足要求。基础本身的强度满足要求。基础本身的强度满足要求。地基基础设计原则地基基础设计原则 p fa 原则原则（承载力验算）（承载力验算）ss原则原则（变形验算）（变形验算）基础结构强度、刚度和耐久性的要求基础结构强度、刚度和耐久性的要求 经常承受水平荷载的高层建筑、构筑物以及基坑经常承受水平荷载的高层建筑、构筑物以及基坑工程的稳定性验算等工程的稳定性验算等1818 n地基基础设计资料地基基础设计资料 上部结构荷载资料上部结构荷载资料 设计时所采用的荷载效应最不利组合与相应的设计时所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力或限值应符合相应规范的有关规定抗力或限值应符合相应规范的有关规定 岩土工程勘察资料岩土工程勘察资料 原位测试资料原位测试资料 地基承载力、单桩竖向承载力以及地基压缩模地基承载力、单桩竖向承载力以及地基压缩模量和变形模量的原位测试报告等量和变形模量的原位测试报告等19荷载资料荷载资料2021 岩土工程勘察资料 (1)(1)建筑场地（不良）地质条件及危害程度建筑场地（不良）地质条件及危害程度 (2)(2)地层分布情况及各层岩、土的物理力学性质地层分布情况及各层岩、土的物理力学性质 (3)(3)地下水类型、水位、腐蚀性等地下水类型、水位、腐蚀性等 (4)(4)地震设防区：场地类别，砂土液化地震设防区：场地类别，砂土液化 (5)(5)方案建议方案建议2223土土层层 编编号号 土层名土层名 土性特征描述土性特征描述 天然容天然容重重 /kN/m/kN/m3 3 孔隙孔隙比比e e 粘聚粘聚力力/kPa/kPa 内摩擦内摩擦角角 /承载力标准承载力标准值值 /kPa/kPa 压缩模压缩模量量 /MPa/MPa 说说 明明 人工填土人工填土 褐黄色，稍湿到很褐黄色，稍湿到很湿，上湿，上 部约部约0.5m0.5m为杂填土为杂填土 16 16 0.7 0.7 10 10 15 15 不宜作为持力层不宜作为持力层 粉质粘土粉质粘土 灰黄色，软塑灰黄色，软塑 17 17 0.7 0.7 12 12 15 15 不宜作为持力层不宜作为持力层 粉砂粉砂 灰色，成分为长石、灰色，成分为长石、石英石英 等，稍密，饱和等，稍密，饱和 17.5 17.5 0.7 0.7 20 20 150 150 10 10 粉质粘土粉质粘土 灰黄色，软塑到流灰黄色，软塑到流塑，呈塑，呈 透镜体分布透镜体分布 18.5 18.5 0.73 0.73 15 15 18 18 不宜作为持力层不宜作为持力层 细砂细砂 灰色，成分为长石、灰色，成分为长石、石英石英 等，稍密，饱和等，稍密，饱和 18.5 18.5 0.55 0.55 25 25 200 200 12 12 粘土粘土 灰黄色，硬塑灰黄色，硬塑 19 19 0.5 0.5 25 25 20 20 300 300 14 14 泥质砂岩泥质砂岩 浅灰色，中等风化浅灰色，中等风化到微风到微风 化，岩体完整性较化，岩体完整性较好好 20 20 1000 1000 可认为不可压缩可认为不可压缩 地层参数表地层参数表24基础的材料形式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用要求、满足上述地基承载力、稳定性和变形要求外，还应满足对基础结构的强度、刚度和耐久性的要求。基基础础工工程程五五类类主主要要工工程程问问题题由由于于地地基基基基础础问问题题引引起起的的上上部部结结构构倾倾斜斜、墙墙体体破破坏坏；基基础础自自身身的的破破坏坏；地地基基承承载载力力不不足足发发生生整整体体滑滑动动破破坏坏或或沉沉降降量量过过大大；边边坡坡丧丧失失稳稳定定性性；其其他他特特殊殊不不良良地质条件引起的地基失效。地质条件引起的地基失效。253.地基基础设计基本规定 对地基计算的要求对地基计算的要求承载力承载力甲、乙、丙级建筑物甲、乙、丙级建筑物变变 形形1.1.甲、乙级甲、乙级 2.2.表以外的丙级表以外的丙级 3.3.表以内但符合第表以内但符合第3 3款的丙级款的丙级稳定性稳定性1.1.承受水平荷载的高层建筑或高耸承受水平荷载的高层建筑或高耸 结构物结构物 2.2.建在斜坡上的基础建在斜坡上的基础26 荷载组合荷荷 载载永久荷载永久荷载可变荷载可变荷载偶然荷载偶然荷载 荷载分类（按随时间的变化）27地基基础设计采用的荷载效应组合地基基础设计采用的荷载效应组合正常使用极限状态下，荷载效应的标准组合值正常使用极限状态下，荷载效应的标准组合值S Sk k：S Sk k=S SGkGk+q1q1S SQ1kQ1k+q2q2S SQ2kQ2k+qnqnS SQnkQnk (2)(2)S Sk k=S=SGkGk+S+SQ1kQ1k+c2c2S SQ2kQ2k+cncnS SQnkQnk (1)(1)其中：其中：S SGkGk按永久荷载标准值按永久荷载标准值G Gk k计算的荷载效应值；计算的荷载效应值；S SQikQik 按可变荷载标准值按可变荷载标准值Q Qikik计算的荷载效应值；计算的荷载效应值；cici可变荷载可变荷载Q Qi i的组合值系数，按规范取值。的组合值系数，按规范取值。常用的荷载效应组合：常用的荷载效应组合：正常使用极限状态下，荷载效应的准永久组合值正常使用极限状态下，荷载效应的准永久组合值S Sk k：28地基基础设计采用的荷载效应组合地基基础设计采用的荷载效应组合承载能力极限状态下，由可变荷载效应控制的基本组合设承载能力极限状态下，由可变荷载效应控制的基本组合设计值计值S S：S S=1.35=1.35S Sk kR (4)R (4)其中：其中：RR结构构件抗力的设计值，按有关建筑结构设计规结构构件抗力的设计值，按有关建筑结构设计规范确定；范确定；S Sk k荷载效应的标准组合值。荷载效应的标准组合值。S=S=G G S SGkGk+Q1Q1 S SQ1kQ1k+Q2Q2c2c2S SQ2kQ2k+QnQn cncnS SQnkQnk (3)(3)其中：其中：G G永久荷载的分项系数；永久荷载的分项系数；QikQik 第第i i个可变荷载的分项系数；个可变荷载的分项系数；cici可变荷载可变荷载Q Qi i的组合值系数，按规范取值。的组合值系数，按规范取值。承载能力极限状态下，由永久荷载效应控制的基本组合，承载能力极限状态下，由永久荷载效应控制的基本组合，可由荷载效应基本组合的设计值可由荷载效应基本组合的设计值S S，按下式确定，按下式确定：设计计算中，计算内容设计计算中，计算内容不同，荷载效应也不同不同，荷载效应也不同！29地基基础设计采用的荷载效应组合地基基础设计采用的荷载效应组合地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：30311、确定基础尺寸时，其基底压力值为多少答：正常使用极限状态荷载效应标准组合165+60=225kPa321、确定地基变形时，基底压力值为多少答：正常使用极限状态荷载效应准永久组合，不计风载和地震荷载150+60-36=174kPa331、确定地基稳定性时，基底压力值为多少答：正常承载能力极限状态荷载效应基本组合，分项系数为1150+60=225kPa341、确定基础结构内力时，基底压力值为多少答：正常承载能力极限状态荷载效应基本组合（注意：这时分项系数不为1）1651.35=222.75kPa351.4 1.4 基础类型基础类型浅埋基础浅埋基础深埋基础深埋基础36基础基础 浅埋基础浅埋基础独立基础独立基础 条形基础条形基础 十字交叉基础十字交叉基础 箱形基础箱形基础 桩桩 基基 础础 沉井和沉箱基础沉井和沉箱基础 地下连续墙基础地下连续墙基础 筏板基础筏板基础 基础分类基础分类壳体基础壳体基础 深埋基础深埋基础37天然地基：天然地基：没有经过人为处理，直接修建。没有经过人为处理，直接修建。人工地基：人工地基：承载力低，高压缩性地基，人工处承载力低，高压缩性地基，人工处理后才能修建。理后才能修建。地基地基1.3 地基类型3838 n天然地基天然地基 土质地基土质地基 岩石地基岩石地基 特殊土地基特殊土地基 n人工地基人工地基若天然地基软弱，承载力和变形若天然地基软弱，承载力和变形不能满足设计要求时，需对其进行加固处理的不能满足设计要求时，需对其进行加固处理的(如排水固结法等处理如排水固结法等处理)地基。地基。n复合地基复合地基由两种不同强度的介质（如软土由两种不同强度的介质（如软土中加入水泥）组成的人工地基。中加入水泥）组成的人工地基。3939 柱下单独基础柱下单独基础 墙下单独基础墙下单独基础十字十字 交叉梁基础交叉梁基础梁板或平板梁板或平板 式筏形基础式筏形基础柱下条形基础柱下条形基础 墙下条形基础墙下条形基础桩基础桩基础 沉井基础沉井基础 沉箱基础沉箱基础1.4 1.4 基础类型基础类型箱形箱形 基础基础40基础基础深基础深基础刚性扩大基础刚性扩大基础单独和联合基础单独和联合基础条形基础条形基础筏板和箱形基础筏板和箱形基础桩基础桩基础沉井基础沉井基础浅基础浅基础4141 图图1.1 1.1 柱下单独基础柱下单独基础42砼与片石与片石砼基基础：强度、耐久性和抗度、耐久性和抗冻性均性均较好，好，适于荷适于荷载大及地下水位以下大及地下水位以下结构。构。掺入片石要求：入片石要求：占体占体积2030%，尺寸，尺寸300mm。掺入毛石入毛石 节约水泥水泥柱下柱下砼基基础独立基础4343 图图1.2 1.2 墙下单独基础墙下单独基础44 条形基础分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡条形基础分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。其横剖面可以是矩形或将一土墙下或涵洞下常用的基础形式。其横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形。侧筑成台阶形。有时为了增强桥柱下基础的承载能力，将同一排若干个有时为了增强桥柱下基础的承载能力，将同一排若干个柱子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础。其构造与倒置柱子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础。其构造与倒置的的T T形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以如图那样在柱位处加腋的。在桥梁基础中，一般是的，也可以如图那样在柱位处加腋的。在桥梁基础中，一般是做成刚性基础，个别的也可做成柔性基础。做成刚性基础，个别的也可做成柔性基础。条形基础45挡土墙下条形基础 柱下条形基础4646 图图1.3 1.3 柱下条形基础柱下条形基础4747 图图1.4 1.4 墙下无筋扩展条形基础墙下无筋扩展条形基础4848 图图1.5 1.5 十字交叉梁基础十字交叉梁基础柱下条形基础在柱网的双向布置柱下条形基础在柱网的双向布置4949 图图1.6 1.6 箱形基础箱形基础 （由顶、底板与内、外墙等组成、并由钢筋砼整浇而成空间整体结构）（由顶、底板与内、外墙等组成、并由钢筋砼整浇而成空间整体结构）50箱形基础柱柱顶板板底版底版梁梁隔板隔板5151 基桩直径基桩直径2.2m,长度长度80m,钻孔长钻孔长度近度近90m 图图1.7 1.7 某公路大桥主桥南塔的桩基础某公路大桥主桥南塔的桩基础52桩桩基基础础5353 井筒状井筒状的结构物的结构物 在井壁的围护下从井内挖土在井壁的围护下从井内挖土 在在自重作用自重作用下逐渐下沉下逐渐下沉 封底封顶形成的封底封顶形成的深基础深基础图图1.8 1.8 沉井基础沉井基础54沉井沉井5556泰州长江大桥中塔沉井基础开始封底施工泰州长江大桥中塔沉井基础开始封底施工57安徽九华电厂取水工程安徽九华电厂取水工程58污水管施工现场，沉井内顶管施工污水管施工现场，沉井内顶管施工5959 1.5 1.5 地基、基础与上部结构共同工作地基、基础与上部结构共同工作图图 1.10 地基、基础、上部结构的常规分析简图地基、基础、上部结构的常规分析简图6060 1.5.1 1.5.1 共同工作的概念共同工作的概念 上部结构刚度的影响上部结构刚度的影响上部结构刚度的影响上部结构刚度的影响n刚性结构刚性结构：上部结构为绝：上部结构为绝对刚性，将约束基础变形，对刚性，将约束基础变形，仅在支座间发生局部弯曲仅在支座间发生局部弯曲 n柔性结构柔性结构：上部结构为完：上部结构为完全柔性，对基础变形约束全柔性，对基础变形约束作用很小，基础产生整体作用很小，基础产生整体弯曲弯曲 图图1.11 1.11 上部结构刚度影响示意图上部结构刚度影响示意图6161 1.5.2 1.5.2 地基与基础的相互作用地基与基础的相互作用 柔性基础柔性基础，随地基变，随地基变形而任意弯曲，基底形而任意弯曲，基底反力分布与基础上荷反力分布与基础上荷载分布相同，无力调载分布相同，无力调整基底的不均匀沉降整基底的不均匀沉降 图图1.12 1.12 柔性基础柔性基础柔性基础柔性基础刚性基础刚性基础，在荷载，在荷载作用下基础不产生作用下基础不产生挠曲，基底平面沉挠曲，基底平面沉降后仍保持平面，降后仍保持平面，基底反力分布有多基底反力分布有多种形态种形态 图图1.13 1.13 刚性基础刚性基础6262 1.5.3 线性变形体的地基计算模型n 文克勒地基模型文克勒地基模型 地基任一点所受的压地基任一点所受的压力强度与该点的地基沉力强度与该点的地基沉降成正比的假设即降成正比的假设即p 土体表面某点单位面积土体表面某点单位面积 上的压力，上的压力，kN/m2 s 相应于某点的竖向位移相应于某点的竖向位移,m k 基床系数，基床系数，kN/m3 图图1.14 1.14 文克勒地基模型文克勒地基模型 （a a）弹簧模型；）弹簧模型；（b b）文克勒地基）文克勒地基 上的刚性基础上的刚性基础6363 n弹性半空间地基模型弹性半空间地基模型 r 集中力到计算点的距离集中力到计算点的距离 E 弹性材料的弹性模量弹性材料的弹性模量 弹性材料的泊桑比弹性材料的泊桑比将地基土体视为均质弹性半空间体，当其表面作用一集将地基土体视为均质弹性半空间体，当其表面作用一集中力中力P时，其表面任一点的竖向位移：时，其表面任一点的竖向位移：图图1.15 1.15 弹性半空间体表面的竖向位移计算弹性半空间体表面的竖向位移计算 （a a）集中荷载；（）集中荷载；（b b）矩形面积均布荷载）矩形面积均布荷载6464 n分层地基模型分层地基模型 根据土力学中分层总和法根据土力学中分层总和法计计 算地基沉降：算地基沉降：n n 也可采用数值法计算也可采用数值法计算 图1-161-16 第第i土层的平均附加应力，土层的平均附加应力，kN/m2；Hi第第i土层的厚度，土层的厚度，m；Esi 第第i土层的压缩模量，土层的压缩模量，kN/m2 n压缩层深度范围内的土层数压缩层深度范围内的土层数 图图1.16 1.16 分层地基模型分层地基模型 (a)(a)基底网格；基底网格；(b)(b)地基土的计算分层地基土的计算分层