第二章天然地基上浅基础.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,#,1,本章主要内容,浅基础的类型、构造与适用条件,刚性扩大基础施工,板桩墙的计算,地基容许承载力的确定,刚性扩大基础的设计与计算,埋置式桥台刚性扩大基础计算算例,重点,2,第一节 浅基础的类型、构造及适用条件,一、浅基础常用类型,刚性基础,柔性基础,3,刚性基础,材料：,混凝土、粗料石和片石。,特点：,抗压性能较好，耐久性好，但抗拉、剪强度不高。,设计要求：,发生在基础内的拉应力和剪应力不超过其材料强度设计值。可通过限制基础外伸宽度与基础高度的比值来实现；,在宽高比的限制下，基础相对高度一般较大，几乎不会发生弯曲变形；,4,柔性基础（钢筋混凝土扩展基础）,材料：,混凝土,+,钢筋,特点：,具有较好的抗剪能力和抗弯能力。,设计要求：,采用扩大基础底面积的方法来满足地基承载力的要求，但不必增加基础的埋深；选择合适的基础材料、高度与配筋来满足基础抗剪和抗弯要求。,分类：,独立基础、条形基础、筏板基础、箱形基础和壳体基础等。,5,二、浅基础的构造,1,、刚性扩大基础,6,2,、单独和联合基础,7,3,、条形基础,8,4,、筏板和箱形基础,9,优点：,埋深浅，结构形式简单,施工方法简便，造价较低,缺点：,自重大；,扩大基础面积受限；,地基强度要求较高；,抗不良地质灾害能力较弱。,浅基础特点,10,适用条件,地质资料准确详实，有较好的持力层且埋藏浅；,陆地上，如跨线桥或跨江河桥的引桥等,浅水，可通过围水填土形成干旱施工条件的情况,11,浅基础设计时应考虑的主要因素,(1),建筑基础所用的材料及基础的结构型式；,(2),基础的埋置深度；,(3),地基土的承载力；,(4),基础的形状和布置，以及与相邻基础、地下构筑物和地下管道的关系；,(5),上部结构类型、使用要求及对不均匀沉降的敏感性；,(6),施工期限、施工方法及所需的施工设备等。,12,第二节 刚性扩大基础施工,注意事项：,明挖开挖应尽量在枯水或少雨季节进行，不宜间断；,基坑不应暴露过久，验收合格后应尽快修筑基础；,基坑底,30cm,应由人工开挖，以免破坏基底土的结构；,基坑开挖过程中要注意排水；,基坑尺寸要比基底尺寸每边大,0.5m,1.0m,；,基坑开挖时根据土质及开挖深度确定围护形式；,水中开挖基坑还需先修筑防水围堰。,13,一、旱地上基坑开挖及围护,（一）无围护基坑,适用条件：,基坑较浅，地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定时，此时可将坑壁挖成竖直或斜坡形。竖直坑壁只适宜在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用。在一般土质条件下开挖基坑时，应采用放坡开挖的方法。,14,（二）有围护基坑,1,板桩墙支护,材料：木板桩、钢筋砼板桩、钢板桩,结构形式：,钢筋砼板桩,钢板桩,一字型,槽 形,Z,字型,15,适用条件：,土质稳定，渗水量较小的浅基坑,施工要求：,在基坑开挖前先垂直打入土中至坑底以下一定深度，然后边挖边设支撑。,分类：,无支撑、支撑式、锚撑类,16,一道钢支撑，两道砼支撑,17,悬臂式排桩支护,18,8m,深基坑采用水泥土搅拌桩支护技术,19,钢筋砼内撑支护,20,钢管内撑支护,21,2,喷射混凝土护壁,适用条件：,宜用于土质较稳定，渗水量不大，深度小于,10m,，直径为,6m,12m,的圆形基坑。对于有流砂或淤泥夹层的土质，也有使用成功的实例。,施工要求：,须有熟练的技术工人和专门设备，对混凝土用料的要求也较严，用于超过,10m,的深基坑尚无成熟经验，因而有其局限性。,22,3,混凝土围圈护壁,适用条件：,基坑深度可达,15m,20m,，除流砂及呈流塑状态粘土外，可适用于其它各种土类,施工要求：,自上而下分层垂直开挖，开挖一层后随即灌注一层混凝土壁。顶层混凝土应一次整体浇筑，以下各层均间隔开挖和浇筑，并将上下层混凝土纵向接缝错开。开挖面应均匀分布对称施工，及时浇筑混凝土壁支护，每层坑壁无混凝土壁支护总长度应不大于周长的一半。,23,基坑坍塌,24,砼支撑破坏，地下连续墙倒塌,25,角撑局部屈压,26,二、基坑排水,（一）表面排水法,基础范围以外设集水沟和集水坑,一般土质条件下均可采用（流砂层例外）,27,（二）井点法降低地下水位,分类：,轻型井点,喷射井点,电渗井点,深井泵井点,动画演示,28,三、水中基坑开挖时的围堰工程,定义：,挡水构筑物,施工要求：,需先修筑防水围堰，排水后再开挖基坑,如排水较困难，可在围堰内进行水下挖土，挖至预定标高后先灌注水下封底混凝土，然后再抽干水继续修筑基础。,29,分类,土围堰,草（麻）袋围堰,钢板桩围堰,双壁钢围堰,地下连续墙围堰,30,设计及施工要求,1,围堰顶面标高应高出施工期间中可能出现的最高水位,0.5m,以上，有风浪时应适当加高。,2,修筑围堰将压缩河道断面，使流速增大引起冲刷，或堵塞河道影响通航，因此要求河道断面压缩一般不超过流水断面积的,30%,。对两边河岸河堤或下游建筑物有可能造成危害时，必须征得有关单位同意并采取有效防护措施。,3,围堰内尺寸应满足基础施工要求，留有适当工作面积，由基坑边缘至堰脚距离一般不少于,1m,。,4,围堰结构应能承受施工期间产生的土压力、水压力以及其他可能发生的荷载，满足强度和稳定要求。围堰应具有良好的防渗性能。,31,（一）土围堰和草袋围堰,适用条件：,水深较浅（,2m,以内），流速缓慢，河床渗水较小的河流,施工材料及要求：,土围堰用粘性土填筑，无粘性土时，也可用砂土类填筑，但须加宽堰身以加大渗流长度；,型式：,竹笼片石或木笼片石,+,粘土心墙,32,（二）钢板桩围堰,适用条件：,水深较深，但流速不大；,组成：,支撑,(,万能杆件构架或浮箱,)+,导向,(,由槽钢组成内外导环,),系统,33,（三）双壁钢围堰,适用条件：,水深大，流速较高,型式：,一般为圆形（浮式钢沉井）,组成：,在两壁之间设数道竖向隔舱板将圆形井壁等分为若干个互不连通的密封隔舱，利用向隔舱不等高灌水来控制双壁围堰下沉及调整下沉时的倾斜。,34,第三节 板桩墙的计算,板桩墙的作用,挡住基坑四周的土体，防止土体下滑和防止水从坑壁周围渗入或从坑底上涌，避免渗水过大或形成流砂而影响基坑开挖。,载荷,土压力,+,水压力,35,一、侧向压力计算,外力来源：,坑壁土压力和水压力，或坑顶其它荷载（如挖、运土机械等）所引起的侧向压力。,计算方法：,主动土压力,被动土压力,36,二、悬臂式板桩墙的计算,破坏形式：,一般是板桩绕桩底端,b,点以上的某点,o,转动。,计算方法：,绕,b,点的力矩平衡。,37,例题,2-1,条件：,如图所示,要求：,计算图中所示悬臂式板桩墙需要入土深度,t,及桩身最大弯矩值。,38,受力分析,(h+t)/3,t/3,39,解：,当,=,30,o,时，,朗金主动土压力系数,朗金被动土压力系数,设入土,tm,深，取,1,延米，根据对,b,点力矩平衡得：,解得：,t=2.76m,40,板桩实际入土深度较计算值增加,20%,，则可求得板桩总长度,L,：,若板桩的最大弯矩截面在基坑底深度,t,0,处，该截面的剪力应等于零，即,解得：,t,0,=1.6m,41,每延米板桩墙最大弯矩：,此处书中印刷错误！应为,1.60,42,三、单支撑（锚碇式）板桩墙的计算,43,计算假设：,计算方法：,简支：,板桩墙受力后挠曲变形，上下两个支承点均允许自由转动，墙后侧产生主动土压力,E,A,。由于板桩下端允许自由转动，故墙后下端不产生被动土压力。,固支：,板桩下端入土较深时，板桩下端在土中嵌固，板桩墙后侧除主动土压力,E,A,外，在板桩下端嵌固点下还产生被动土压力,E,P,2,。,视作两个支承点的竖直梁。一个支点是板桩上端的支撑杆或锚碇拉杆；另一个是板桩下端埋入基坑底下的土。,44,下端为固定支承时的单支撑板桩计算,平衡条件：,O,点力矩平衡；,水平力平衡,45,例题,2-2,条件：,如图所示,要求：,计算图中所示板桩墙需要入土深度,t,及桩身最大弯矩值。,46,解：,当,=,30,o,时，,朗金主动土压力系数,朗金被动土压力系数,则：,47,锚碇点,O,的力矩分析,h-d,2h/3,2t/3,48,根据锚碇点,O,的力矩平衡条件得,代入,E,p,和,E,A,得：,解得：,t=5.5m,49,根据力的平衡条件得：,最大弯矩计算方法与例,2-1,同。,50,四、多支撑板桩墙计算,支撑布置方式：,1,等弯矩布置：,当板桩强度已定，即板桩作为常备设备使用时，可按支撑之间最大弯矩相等的原则设置。,2,等反力布置：,当把支撑作为常备构件使用时，甚至要求各层支撑的断面都相等时，可把各层支撑的反力设计成相等。,51,多支撑板桩墙的位移及土压力分布,52,多支撑板桩墙上土压力的分布图形,a,）板桩支撑；,b,）松砂；,c,）密砂；,d,）粘土,H,6,c,u,；,e,）粘土,H,4,C,u,53,例题,2-4,某基坑开挖采用多支撑板桩，如图所示，已知地基土为密砂，,g,=19.5kN/m,3,，,c=0,，,f,=35,，,d,=,f,/2,，基坑开挖高度,H=10m,；支撑在长度方向的间距,a=2.5m,，计算作用在每根支撑上的荷载及板桩上的最大弯矩,H=,10m,1.2m,A,B,C,D,2.2m,2.2m,2.2m,2.2m,0.2H=2m,0.6H=6m,0.2H=2m,54,解：,墙背不光滑，因此采用库仑土压力计算；,主动土压力系数：,最大土压力强度：,H=,10m,1.2m,A,B,C,D,2.2m,2.2m,2.2m,2.2m,0.2H=2m,0.6H=6m,0.2H=2m,36.6kpa,55,1),计算支撑荷载,假定板桩在支撑间简支,对,B1,取矩，由,M,B1,=0,得,得：,A=50.7kN/m,同理得：,B,2,=C,1,=C,2,=D,1,=40.3kN/m,D,2,=29.2kN/m,A,B,1,B,2,C,1,C,2,D,1,D,2,E,2m,1.4m,2.2m,2.2m,2.0m,0.2m,56,则每延米板桩墙上的支撑力为：,A=50.7kN/m;B=B,1,+B,2,=77.4kN/m,C=C,1,+C,2,=80.6kN/m;D=D,1,+D,2,=69.5kN/m,E=0.5(0.2+2.2)36.6-29.2=14.7kN/m,由支撑间距,a=2.5m,，得：,A=50.72.5=126.8kN;,B=77.42.5=193.5kN,C=80.62.5=201.5kN;,D=69.52.5=173.8kN,57,计算板桩弯矩,思路：,任意跨间最大弯矩处截面剪力,Q=0,得各跨间的最大弯矩为：,M,AB,=18.88kNm;M,BC,=M,CD,=22.14kNm;,M,DE,=12.48kNm,板桩的设计控制弯矩为,M,CD,=22.14kNm,58,59,五、基坑稳定性验算,两侧水土压力的不平衡及渗流可能导致基坑失稳！,60,（一）坑底流砂验算,安全条件：,61,（二）坑底隆起验算,滑动力矩,稳定力矩,安全系数,62,六、封底混凝土厚度计算,原 因：,钢板桩围堰需进行水下封底混凝土后在围堰内抽水修筑基础和墩身，在抽干水后封底混凝土底面因围堰内外水头差而受到向上的静水压力，若板桩围堰和封底混凝土之间的粘结作用不致被静水压力破坏，则封底混凝土及围堰有可能被水浮起，或者封底混凝土产生向上挠曲而折裂，因而封底混凝土应有足够的厚度，以确保围堰安全。,63,作用在封底层的浮力,是由封底混凝土和围堰自重，以及板桩和土的摩阻力来平衡的。,64,封底混凝土自重平衡浮力时最小厚度：,考虑未计算桩土间摩阻力和围堰自重的修正系数，小于,1,，具体数值由经验确定；,w,水的重度，取,10kN/m,3,;,c,混凝土重度，取,23kN/m,3,;,h,封底混凝土顶面处水头高度,(m),。,65,强度确定：,容许应力法,W,封底层每米宽断面的截面模量,(m,3,),；,l,围堰宽度,(m),；,水下混凝土容许弯曲应力，考虑水下混凝土表层质量较差、养护时间短等因素，不宜取值过高，一般用,100,200kPa,。,66,注意：,封底混凝土灌注时厚度宜比计算值超过,0.25,0.50m,以便在抽水后将顶层浮浆、软弱层凿除，以保证质量。,67,第四节 地基容许承载力的确定,地基容许承载力确定方法：,1,在土质基本相同的条件下，参照邻近建筑物地基容许承载力；,2,根据现场荷载试验的,p,-,s,曲线；,3,按地基承载力理论公式计算；,4,按现行规范提供的经验公式计算。,68,公路桥涵地基与基础设计规范,1,确定土的分类名称,2,确定土的状态,3,确定土的容许承载力,当基础,最小边宽超过,2m,或基础,埋深超过,3m,，且,h,/,b,4,时，一般地基的容许承载力,铁路桥涵地基和基础设计规范,2005,规定相同,69,第五节 刚性扩大基础的设计与计算,刚性扩大基础的设计与计算的主要内容,基础埋置深度的确定；,刚性扩大基础尺寸的拟定；,地基承载力验算；,基底合力偏心距验算；,基础稳定性和地基稳定性验算；,基础沉降验算。,70,一、基础埋置深度的确定,（一）地基的地质条件,（二）河流的冲刷深度,（三）当地的冻结深度,（四）上部结构型式,（五）当地的地形条件,（六）保证持力层稳定所需的最小埋置深度,71,实例,72,常年有水且上部为静定结构，因而因素,(,三,),至,(,六,),可以排除；,、,、,土层可作持力层,浅基础；,最大冲刷线最小埋深,2m,验算,、,II,土层承载力；,若承载力不满足要求，选,作持力层,沉井或桩基础；,若荷载较大，要求埋深大选方案,三桩基础,73,二、刚性扩大基础尺寸的拟定,依据：,根据基础埋置深度确定基础平面尺寸和基础分层厚度。,要求：,所拟定的基础尺寸，应是在可能的最不利荷载组合的条件下，能保证基础本身有足够的结构强度，并能使地基与基础的承载力和稳定性均能满足规定要求，并且是经济合理的。,74,基础厚度,依据：,根据墩、台身结构形式，荷载大小、选用的基础材料等因素来确定。基底标高应按基础埋深的要求确定。,要求：,水中基础顶面一般不高于最低水位，在季节性流水的河流或旱地上的桥梁墩、台基础，则不宜高出地面，以防碰损。这样，基础厚度可按上述要求所确定的基础底面和顶面标高求得。在一般情况下，大、中桥墩、台混凝土基础厚度在,1.0,2.0m,左右。,75,基础平面尺寸,基础平面形式一般应考虑墩、台身底面的形状而确定，基础平面形状常用矩形。基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系式。,76,基础剖面尺寸,襟边,c1,：,视基底面积要求、基础厚度及施工方法确定,.,桥梁墩台襟边最小值,2030cm,77,基础悬出总长度：,应力条件：,使悬出部分在基底反力作用下，在,a,-,a,截面所产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工的强度限值。,几何条件：,砖、石,+M5,以,下,砂浆：,max,30,o,砖、石,+M5,以,上,砂浆：,max,35,o,混凝土：,max,40,o,刚性角：墩台身边缘处的垂线与基底边缘联线间的最大夹角,78,基础每层台阶高度：,通常为,0.50m,1.00m;,一般情况下各层台阶宜采用相同厚度。,79,三、地基承载力验算,（一）持力层强度验算,桥梁基础横向长度比顺桥向宽度大的多，同时上部结构在横桥向布置常是对称的，故一般由顺桥向控制基底应力计算。,对通航河流或河流中有漂流物时，应计算船舶撞击力或漂流物撞击力在横桥向产生的基底应力，并与顺桥向基底应力比较，取其大者控制设计。,80,基底压力分布,矩形,(,中心荷载,),；,梯形,(,偏心矩,e,0,),；,应力重分布,81,曲线上的桥梁,顺桥向引起的力矩,M,x,，离心力在横桥向产生的力矩,M,y,；,桥面活载双向偏心，则偏心竖向力对基底两个方向中心轴均有偏心距,M,x,=,Ne,x,，,M,y,=,Ne,y,82,（二）软弱下卧层承载力验算,83,四、基底合力偏心距验算,目的：,尽可能使基底应力分布比较均匀，以免基底两侧应力相差过大，使基础产生较大的不均匀沉降，使墩、台发生倾斜，影响正常使用。,若使合力通过基底中心，虽然可得均匀的应力，但这样做非但不经济，往往也是不可能的，可在满足有关设计规范的规定基础上有所偏心。,84,基础偏心距的要求,非岩石地基,原则：,不出现拉应力,基本要求：,仅受恒载作用时，合力偏心距,e,0,应分别不大于基底核心半径,r,的,0.1,倍,(,桥墩,),和,0.75,倍,(,桥台,),；,受荷载组合,、,、,时，要求,e,0,r,。,85,岩石地基：,原则：,在必要安全储备基础上可以出现拉应力,基本要求：,根据岩石的强度，要求,e,0,1.2,r,1.5,r,；,当外力合力作用点不在基底二个对称轴中任一对称轴上，或当基底截面为不对称时，可按下式求,e,0,与,r,的比值，使其满足规定的要求：,86,铁桥基规,偏心距规定,87,五、基础稳定性和地基稳定性验算,（一）基础稳定性验算,1,基础倾覆稳定性验算,主要荷载组合,K,0,1.5,；,附加荷载组合,K,0,1.11.3,88,2,基础滑动稳定性验算,表征指标：,抗滑动稳定系数,K,c,，,基底与土之间的摩擦阻力和水平推力的比值。,要求：,K,c,必须大于规范规定的设计容许值，一般根据荷载性质，,K,c,1.2,1.3,。,89,（二）地基稳定性验算,计算方法：,圆弧滑动面法,要求：,一般假定滑动面通过填土一侧基础剖面角点,A,；,计算滑动力矩时，应计入桥台上作用的外荷载,(,包括上部结构自重和活载等,),以及桥台和基础的自重的影响。,90,基础抗倾覆措施,不对称的形式台身（后倾形式）,91,基础抗滑动措施,基底设齿槛,基底倾斜,92,六、基础沉降验算,沉降量,相邻基础沉降差,基础由于地基不均匀沉降而发生的倾斜,沉降：,竖向荷载作用下土层的压缩变形,93,必须验算的地基：,1,地质情况复杂、地层分布不均或强度较小的软粘土地基及湿陷性黄土上的基础；,2,非岩地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构的基础；,3,相邻基础下地基土强度显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须考虑其沉降差时；,4,跨线桥、跨线渡槽要保证桥（或槽）下净空高度时。,94,计算方法,根据土的压缩特性指标按,公桥基规,的单向应力分层总和法,(,用沉降计算经验系数,m,s,修正,),计算。,对于公路桥梁，基础上结构重力和土重力作用对沉降是主要的，汽车等活载作用时间短暂，对沉降影响小，所以在沉降计算中不予考虑。,95,变形容许值,墩台均匀沉降量,：,相邻沉降差：,L,相邻跨中较短的跨距，当,L1,基底压应力取平均值,下卧层顶面处容许承载力,满足要求,141,六、基底偏心距验算,（一）仅受恒载时应满足,e,0,0.75,r,满足要求,142,（二）附加组合时应满足,e,0,r,组合,(,三,),的附加组合最不利，则,满足要求,!,143,七、基础稳定性验算,（一）倾覆稳定性验算,主要组合,附加组合,二者均满足要求！,144,（二）滑动稳定性验算,基底为硬塑粘土，查得,f,=0.30,。,主要组合,荷载组合,(,三,),附加组合,荷载组合,(,四,),二者均满足要求！,145,八、沉降计算,计算方法：,分层总和法,土层,II,底部的自重应力：,基底的附加应力,146,分层：,土层,I=2.0m+2.5m,土层,II=2.0m+2.1m,分层,1,：,147,同理,分层,2,分层,3,分层,4,其下为软岩，沉降计算至该标高处！,148,分层平均附加应力,149,分层沉降量,150,基础中心点总沉降量：,基础允许沉降量,参照,公桥基规,沉降计算经验系数,m,s,1.0,变形满足要求！,151,内容小结,结构简单，地基较好,浅基础,类型、构造及适用条件,刚性扩大基础,施工,不同施工方法,施工,需要围堰,围堰板桩墙的计算,设计,对地基的要求,地基容许承载力的确定,设计,对结构的要求,刚性扩大基础的设计与计算,刚性扩大基础的算例,152,本章结束,