基础工程讲义讲稿6.ppt

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,第三级,第四级,第五级,*,*,*,基 础 工 程,第六章,第6章 地基勘察,第1节 概述,第2节 水文地质条件,第3节 土中渗流的影响,第4节 地基勘察方法,第1节 概述,地基勘察的,目的,在于以各种勘察手段和方法，调查研究和分析评价建筑场地和地基的工程地质条件，,为设计和施工提供所需的工程地质资料,。,地基勘察工作应该做在设计,和施工前面，采取必要的勘察手,段和方法，提供准确无误的地基勘察报告。,地基勘察的,任务,：,认识场地的地质条件，分析场地条件与建筑物之间的相互影响,。,第2节 水文地质条件,存在于地面下土和岩石的孔隙、裂隙或溶洞中的水叫做,地下水,。,建筑场地的,水文地质条件,主要包括,地下水的埋藏条件,，,地下水化学成分及其对混凝土的腐蚀,等。,一、地下水的埋藏条件,地下水按其埋藏条件可分为：,上层滞水,、,潜水,和,承压水,三种类型。,1.上层滞水,：指埋藏在地表浅处，局部隔水透镜体的上部，且具有自由水面的地下水。上层滞水地带只有在融雪或大量降水后才能聚集较多的水，因而只能作为季节性的或临时性的水源。,2.潜水,：指埋藏在地表以下,第一个稳定隔水层以上的具有自,由水面的地下水。潜水直接受雨水渗透或河流渗入土中而得到补给，同时也直接由于蒸发或流入河流而排泄。因此，潜水位的变化直接受气候条件变化的影响。,3.承压水,：指充满于两个,连续的稳定隔水层之间的含水,层中的地下水。它承受一定的静水压力。由于承压水的上面存在隔水顶板，它的埋藏区与地表补给区不一致。因此，承压水的动态变化，受局部气候因素影响不明显。,二、地下水的腐蚀性,地下水中含有多种化学成,分，当某些成分含量过多时，会对混凝土等材料产生危害。,1.地下水中的 含量过多时，将与水泥水化生成的 发生作用，生成生石膏 。生石膏再与水泥的水化产物水化铝酸钙发生反应，生成硫铝酸钙（水泥杆菌）。,硫铝酸钙的体积比化合前,膨胀了许多，可以使混凝土产,生膨胀破坏。,2.,pH7的酸性地下水对混凝土中的,和 可以起到溶解破坏作用。,3.地下水中的游离的CO,2可与混凝土中的Ca(OH),2,化合生成CaCO,3,硬壳，对混凝土可起到保护作用。,但CO,2,含量过多时，又会,与CaCO,3,化合，生成可溶于水,的Ca(HCO,3,),2,。这种过多的、能与CaCO,3,起作用的那一部分游离CO,2,称为腐蚀性CO,2,。,第3节 土中渗流的影响,地下水在渗流过程中受到土骨架的阻力，作为反作用力，水对土骨架的作用力称为,渗流力,。,竖向渗流的作用可使土的,有效重度,发生变化。,向下渗流使有效应力增加，,增大土的抗剪强度；向上渗流,则使有效应力减少，降低土的抗剪强度。向上渗流的水力梯度增加到使有效应力减少为零的某一数值,i,cr,，此时，土中的有效应力降低为零，砂土因抗剪强度丧失而“,液化,”。这种渗透液化现象称为,流砂,。,流砂出现时的水力梯度,i,cr,称为,临界水力梯度,。,流砂是一种不良的工程地质现象，所以在地基勘察中应对可能出现的流砂现象的条件及其危害性作出评估。,基坑工程防治流砂的原则,主要是：,1.减小基坑内外地下水的水头差；,2.增大渗流路径；,3.在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力。,当土中渗流的水力梯度,小于临界水力梯度时，虽不,致诱发流砂现象，但土中细小颗粒仍有可能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流挟带而去，如果这种现象发生的时间比较长，在土层中将形成管状空洞，使土体强度降低，压缩性增大，这种现象称为“,管涌,渗流对土坡和挡土墙都会,产生不利于其稳定性的影响。,1.,渗流对土坡稳定性的不利影响主要是渗流力的,促滑作用,，其次是静水浮托力的,减重作用,。,2.,渗流对挡土墙稳定性的不利影响表现在渗流会使处于主动、静止或被动三者中任何状态的,土压力明显增大,。,第4节 地基勘察方法,工业与民用建筑工程的设计分为,可行性研究,、,初步设计,和,施工图,三个阶段。,为了提供各设计阶段所需的工程地质资料，勘察工作也相应分为,可行性研究勘察,、,初步勘察,和,详细勘察,三个阶段。,一、勘探工作,勘探是地基勘察过程中,查明地质情况的一种必要手段，它是在地面的工程地质测绘和调查所取得的各项定性资料的基础上，进一步对场地的工程地质条件进行定量的评价。,勘探工作包括,坑探,、,钻探,、,触探,和,地球物理勘探,等。,下面对触探和地球物理,勘探进行简要介绍。,1.触探,触探是通过探杆用静力或动力将金属探头贯入土层，并测得能表征土对触探头贯入的阻抗能力的指标，从而,间接,地判断土层及其性质的一类勘探方法和原位测试技术。,作为勘探手段，触探可用,于划分土层；作为测试技术，,则可估计地基承载力和土的变形指标等。,a.静力触探,静力触探试验凭借静压力将触探头压入土层，利用电测技术测得,贯入阻力,来判定土的力学性质。与常规的勘探手段比较，静力触探有其独特的优越性。它能快速、连续地探测土层及其性质的变化。,单桥探头可以测得包括,锥尖阻力和侧壁摩阻力在内,的总贯入阻力,P,（kN），通常用,比贯入阻力,p,s,（kPa）表示。,双桥探头可以分别测得锥尖总阻力,Q,c,（kN）和侧壁总摩阻力,P,t,（kN），通常以,锥尖阻力,q,c,（kPa）和,侧壁摩阻力,f,s,（kPa）表示。根据锥尖阻力,q,c,（kPa）和侧壁摩阻力,f,s,（kPa），可以计算同一深度处的,摩阻比,R,s,。,地基的承载力取决于地,基土本身的力学性质，而静,力触探所测得的比贯入阻力等指标在一定程度上也反映了土的某些力学性质。根据静力触探资料可间接地按地区性的经验关系估算,地基的承载力,、,土的压缩性指标,和,单桩承载力,等。,b.动力触探,动力触探一般是将一定,质量的穿心锤，以一定的落距自由下落，将探头贯入土中，然后记录贯入一定深度所需的锤击次数，并以此判断土的性质。,动力触探包括,标准贯入试验,和,轻便触探,两种方法。,由标准贯入试验测得的,锤击数,N,，可用于确定地基,的承载力、估计土的抗剪强度和粘性土的变形指标、判别粘性土的稠度和砂土的密实度以及估计地震时砂土液化的可能性。,应用轻便触探试验测得的锤击数,N,10,，可确定粘性土地基和素填土地基的承载力，并可按不同位置的值的变化情况判定地基土层的均匀程度。,2.地球物理勘探,地球物理勘探（物探）,是一种兼有,勘探,和,测试,双重功能的技术。物探之所以能够被用来研究和解决各种地质问题，主要是因为不同的岩石、土层和地质构造往往具有不同的物理性质，通过专门的物探仪器的量测，就可区别和推断有关地质问题。,对地基勘探的下列方面,宜应用物探：,a.作为钻探的先行手段，了解隐蔽的地质界限、界面或异常地带，为经济合理确定钻探方案提供依据；,b.作为钻探的辅助手段，在钻孔之间增加地球物理勘探点，为钻探成果的内插、外推提供依据；,c.测定岩土体某些特性,参数，如波速、动弹性模量等。,常用的物探方法主要有电阻率法、声波法等。,二、土性指标的统计整理,测试,是地基勘察工作的重,要内容。通过在土工实验室或现场原位进行的测试工作，可以取得土和岩石的物理力学性质和地下水的水质等定量指标，以供设计计算时使用。,由于岩石和土自身的不,均匀性，取样和运输过程的,扰动，实验仪器及操作方法差异等原因，同类土层测得的土性指标值是,离散的,。,在勘察中，若取得足够多的数据，可按工程地质单元及层次分别进行统计整理，以便求得,具有代表性的指标,。,统计整理时，应在合理,分层的基础上，对每层土的,有关测试项目，根据指标测试次数、地层均匀性和建筑物等级等因素选择合理的数理统计方法。,地基勘察中所测得的指标，是直接用来计算土体强度和变形的，如抗剪强度指标,c,、,值等,。,当须提供室内试验的,抗剪强度指标时，对于甲,级建筑物，应在基础底面以下一倍基坑宽深度的土层内，对同一类土至少取6组原状试样进行室内剪切试验。室内剪切试验取消了直接剪切试验，而应选择三轴不固结不排水试验或固结不排水试验。,1.p176：,第7行“，将与水泥,硬,化后生成,的Ca(OH),2,起作用，”,水,第6章 内容勘误,2.p187：倒数,第15行“,地基土,的承载力取决于土本身的力学性质，”,地基,3.p187：倒数,第13行“按地区性的经验关系估算,土,的承载力、.”,地基,第6章 重点内容,1.流砂的产生及防治原则,2.不同地基勘察方法的工作原理,第6章 作业,p203：,5-1，5-3,基 础 工 程,第七章,第7章 浅基础常规设计,第1节 概述,第2节 浅基础的类型,第3节 基础埋置深度,第4节 地基承载力,第5节 按地基承载力确定基础底面尺寸,第6节 防止不均匀沉降损害的措施,第1节 概 述,建筑物地基可分为,天然地基,和,人工地基,，基础可分为,浅基础,和,深基础,。,深基础埋深较大，其主要作用是把所承受的荷载相对集中地传递到地基深部；而浅基础则是通过基础底面、把荷载扩散分布于浅部地层。,浅基础不同于深基础主要,表现在：,1.从施工角度看，开挖基坑过程中降低地下水位（当地下水位较高时）和保证坑壁（或边坡）稳定的问题比较容易解决；,2.从设计角度来看，浅基础的埋置深度一般较浅，因此可以只考虑基础底面以下土的承载力，而忽略基础侧面土提供的竖向承载力。,浅基础的设计，不能离开,地基条件孤立地进行，故常称,为,地基基础设计,。,地基基础设计是建筑物结构设计的重要组成部分。基础的型式和布置，要合理地配合上部结构的设计，满足建筑物整体的要求，同时要做到便于施工、降低造价。,天然地基上结构较简单的,浅基础，最为经济，如能满足,要求，宜优先选用。天然地基、人工地基上浅基础设计的原则和方法基本相同，只是采用人工地基上的浅基础方案时，尚需对选择的,地基处理方法,进行设计，并处理好人工地基与浅基础的相互影响。,天然地基上浅基础的设计，,包括下述各项内容：,1.选择基础的材料、类型和平面布置；,2.选择基础的埋置深度；,3.确定地基承载力；,4.确定基础尺寸；,5.进行地基变形与稳定性验算；,6.进行基础结构设计；,7.绘制基础施工图，提出施工说明。,上述浅基础设计的各项,内容是相互关联的，设计时,可按上述顺序，首先选择基础材料、类型和埋深，然后逐项进行计算，如果发现前面的选择不妥，则需修改设计，直至各项计算均符合要求，各数据前后一致为止。,必须强调的是：地基基础,问题的解决，不宜单纯着眼于,地基基础本身，按常规设计时，更应把,地基、基础与上部结构,视为一个,统一的整体,，从三者相互作用的概念出发考虑地基基础方案。,第2节 浅基础的类型,一、扩展基础,上部结构通过墙、柱等承重构件传递的荷载，在其底部横截面上造成的压强通常远远大于地基的承载能力。这就要求在墙、柱之下设置水平截面向下扩大的基础-,扩展基础,，以使从墙或柱传递,下来的荷载扩散分布于扩大后,的基础底面，使之满足地基承载力和变形的要求。,1.,无筋扩展基础,无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。,无筋扩展基础,无筋扩展基础的特点是：,材料具有较好的抗压性能，,稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只需地基承载力能满足要求，适用于多层民用建筑和轻型厂房。,当基础较厚时，可在纵横两个剖面上都做成台阶形，以减少基础自重，节省材料。,无筋扩展基础的主要,缺点是自重大，并且当持,力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基承载力而影响结构物的正常使用。,所以对于荷载大或上部结构对差异沉降较敏感的结构物，当持力层土质较差又较厚时，无筋扩展基础作为浅基础是不适宜的。,无筋扩展基础的材料虽具,有较好的抗压性能，但其抗拉、,抗剪强度却不高。设计时必须保证发生在基础内的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度值。这种保证通常是通过对基础构造的限制来实现的，即基础每个台阶的宽度与其高度之比（,宽高比,）都不得超过规范规定的台阶宽高比的允许值。,基础在基底反力作用下，,在,a-a,断面产生的弯曲,拉应力,和,剪应力,若超过了基础建材的强度值，为防止基础在a-a断面开裂甚至断裂，必须在基础中配置足够数量的钢筋。,扩展基础,2.扩展基础,扩展基础系指柱下钢筋,混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。,扩展基础主要是用钢筋混凝土浇筑，其抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用，这类基础的高度不受台阶宽高比的限制，故适宜于需要“宽基浅埋”的场合下采用。,二、独立基础,独立基础是配置于整个结,构物之下的无筋或配筋的单个基础。,独立基础是柱式桥墩和房屋建筑常用的基础形式之一。它的纵横剖面均可砌筑为,台阶式,，但柱下独立基础用石或砖砌筑时，则在柱子与基础之间用混凝土墩连接。,独立基础,三、联合基础,当为了满足地基土的强度,要求，必须扩大基础平面尺寸，而扩大结果与相邻的单个基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。,联合基础,第3节 基础埋置深度,确定基础的,埋置深度,是地基基础设计中的重要内容，它涉及到结构物建成后的牢固、稳定及正常使用问题。在确定基础埋置深度时，必须考虑把基础设置在变形较小，而强度又比较大的,持力层,上，以保证地基强度满足要求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。,此外，还要使基础有足够,的埋置深度，以保证基础的稳,定性，确保基础的安全。确定基础埋置深度时，必须综合考虑地基的地质、地形、水文条件，当地的冻结深度、上部结构形式，以及保证持力层稳定所需的最小埋深和施工技术条件、造价等因素。,对于某一个具体工程来,说，往往是其中一两种因,素起决定性作用，所以在设计时，必须从实际出发，抓住主要因素进行分析研究，确定合理的埋置深度。,一、与建筑物有关的条件,包括建筑物的用途，有,无地下室、设备基础和地下设施，基础的型式和构造等。,二、作用在地基上的荷载大小和性质,三、工程地质条件和水文地质条件,合理,选择地基持力层。另外，选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。,（渗流力、浮托力）,四、相邻建筑物的基础埋深,当存在相邻建筑物时，,新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑物的基础埋深。,当埋深大于原有建筑物的基础埋深时，两基础之间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑物荷载大小、基础型式和土质情况而定。,如上述要求不能满足时应采取分段施工，设临时加固,支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物的地基。,五、地基土冻胀和融陷的影响,第4节 地基承载力,地基承载力是指地基土单位面积上承受荷载的能力，以kNm,2,或kPa计。在建筑工程中，必须使建筑物基础底面压力不超过规定的地基承载力，以保证地基土不致破坏，即丧失稳定性。同时也要使建筑物不会产生建筑物不容许的沉降和沉降差，以满足建筑物的使用要求。,地基承载力和边坡稳定,性问题在本质上是一致的。,它们都是考虑土中的剪应力与土的抗剪强度之间的关系。,地基基础设计首先必须保证在荷载作用下的地基对土体产生剪切破坏而失效方面，应具有足够的安全度。为此，建筑物浅基础的地基承载力验算均应满足下列要求：,式中,p,k,相应于荷载效应标准组合时，,基础底面处的,平均压力值,；,f,a,修正后的地基承载力特征值,。,1.当轴心荷载作用时,式中,p,kmax,相应于荷载效应标准组合时，,基础底面边缘处的最大压力值；,f,a,修正后的地基承载力特征值。,2.当偏心荷载作用时,除了应满足上式外，还应满足,地基承载力特征值可由,载荷试验或其他原位测试、,公式计算并结合工程实践经验等方法综合确定。,当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：,式中,f,a,修正后的地基承载力特征值；,f,ak,地基承载力特征值；,b,、,d,基础宽度和埋深的地基承载力修,正系数；,b,基础底面宽度（m），当基宽小,于3m按3m考虑，大于6m按6m考,虑；,m,基础底面以上土的加,权平均重度，地下水,位以下取浮重度；,d,基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起。,当地基受力层范围内有软,弱下卧层时，应按下式验算：,式中,p,z,相应于荷载效应标准组合时，软,弱下卧层顶面处的附加应力值；,p,cz,软弱下卧层顶面处土的自重应力,值；,f,az,软弱下卧层顶面处经深度修正后,的地基承载力特征值。,按地基载荷试验确定地基,的承载力特征值：,在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动较少的浅部地基土体直接加荷，所测得的成果一般能反映相当于,12,倍载荷板宽度的深度以内土体的平均性质。,按载荷试验成果确定,地基承载力特征值,p,s,0,承载力特征值的确定：,1.当,p,s,曲线上有,比例界限,时，取该比例界限所对应的荷载值；,2.当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取,极限荷载值的一半,；,3.当不能按上述二点确定时，如压板面积为0.250.50m,2,，可取s/b=0.010.015所对应的荷载，但其值不应大于,最大加载量的一半,。,同一土层参加统计的试验点,不应少于,3点,，各试验实测值的,极差不得超过其平均值的30%，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值,f,ak,。,第5节 按地基承载力 确定基础底面尺寸,一、按地基持力层的承载力计算基底尺寸,设计浅基础时，一般先确定埋深,d,并初步选择底面尺寸，求得基底以下持力层的修正后的承载力特征值，再按下列条件验算并调整尺寸直至满足设计要求为止。,式中,p,k,相应于荷载效应标准组合时，,基础底面处的,平均压力值,；,f,a,修正后的地基承载力特征值,。,1.当轴心荷载作用时,式中,F,k,相应于荷载效应标准组合时，,上部结构传至基础顶面的竖向,力值；,G,k,基础自重和基础上的土重；,A,基础底面面积。,基础底面的压力，可按下列,公式确定：,式中,p,kmax,相应于荷载效应标准组合,时，基础底面边缘处的最大,压力值；,f,a,修正后的地基承载力特征值。,2.当偏心荷载作用时,除了应满足上式外，还应满足,式中,M,k,相应于荷载效应标准组合,时，作用于基础底面的力矩,值；,W,基础底面的抵抗力矩；,基础底面的压力，可按下列,公式确定：,由于以上公式中的,p,k,、,p,kmax,和,f,a,都与基底尺寸有关，,所以只有预选尺寸并通过反复试算修改尺寸才能取得满意的结果。,二、软弱下卧层的验算,当地基受力层范围内有,软弱下卧层,（承载力显著低于持力层的高压缩性土层）,时，按持力层土的承载力计算,得出基础底面所需的尺寸后，,还必须对软弱下卧层按下式进行验算,第6节 防止不均匀沉降 损害的措施,地基的过量变形将使建筑物损坏或影响其使用功能。特别是高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基上的建筑物，如果考虑欠周，就更易因不均匀沉降而开裂损坏。如何防止或减轻不均匀沉降造成的损害，是设计中必须认真考虑的问题。,一、建筑措施,1.建筑物的体型力求简单,2.在应力突变处，宜设置沉降缝,3.相邻建筑物基础间的净距,地基中附加应力的向外扩散，使得相邻建筑物的沉降相互影响。在软弱地基上，两建筑物基础的距离太近时，相邻影响产生的附加不均匀沉降，可能造成建筑物的开裂或互倾。,为了避免相邻影响的损害，,软弱地基上的建筑物基础之间,要有一定的净距。,4.调整建筑物某些组成部分的标高,a.室内地坪和地下设施的标高，应根据预估沉降量予以提高。建筑物各部分（或设备之间）有联系时，可将沉降较大者标高提高。,b.建筑物与设备之间，应,留有足够的净空。当建筑物有,管道穿过时，应预留足够尺寸的孔洞，或采用柔性的管道接头等。,二、结构措施,1.减轻建筑物的自重（减小基底压力）,2.设置圈梁（增加建筑物的整体性）,3.减小或调整基底附加压力,第7章 内容勘误,本章有数处将“,地基承载力,”称为“,地基强度,”，希更正。再次强调：强度是用来描述,土体,抵抗破坏（,剪切破坏,）的能力；而承载力是用来描述,地基,对荷载的承受能力。,第7章 重点内容,1.浅基础的概念、类型,2.防止不均匀沉降损害的措施（建筑措施、结构措施）,第7章 作业,p246：,6-1,