4第二章(场地、地基和基础1,2,3).ppt

2 场地、地基和基础,2.1场地 2.1.1场地土及场地覆盖层厚度 2.1.2场地类别2.2天然地基与基础的抗震验算 2.2.1不进行天然地基及基础抗震验算的建筑 2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承载力验算2.3液化土与软土地基 2.3.1地基土的液化 2.3.2液化的判别 2.3.3可液化地基的抗震措施 2.3.4软土地基的抗震措施2.4 桩基的抗震设计 2.4.1可不进行桩基的抗震验算的条件 2.4.2桩基的抗震设计,2.1.2 场地类别：,一、场地类别划分的目的和作用,场地分类的目的:确定不同场地上设计反应谱;,建筑场地类别是场地条件的基本表征，不同的场地条件对震害的影响不同。,场地分类的作用:是在地震作用计算中定量考虑场地条件对设计参数的影响。,二、场地类别划分指标（依据）,01-10抗震设计规范的双指标：指标1：土层等效剪切波速 指标2：场地覆盖层厚度“89”规范的双指标：指标1：场地土类型 指标2：场地覆盖层厚度,三、场地类别划分标准,根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为五类：,抗震规范GB50011-2010 4.1.6:,表4.1.6各类建筑场地的覆盖层厚度（m）,注：表中vs为岩石的剪切波速。,根据场地覆土厚度及土的剪切波速确定建筑物的场地类别，由场地类别和地震分组查表得场地设计特征周期，由设计特征周期计算地震影响系数，最后由地震影响系数计算地震作用。,四、场地的卓越周期（场地的自振周期）,指地表振动的频度周期关系曲线上频度最大值对应的周期。计算公式,Vse-土层等效剪切波速（m/s）d0-场地土计算深度，取地面下20m和场地覆盖层厚度两者的较小值；,在抗震设计中应使建筑物的自振周期避开场地的卓越周期以免发生共振。,例题2-1,已知某建筑场地的钻孔地质资料如表例2-1所示，试确定该场地的类别。,表例2-1,故场地覆盖层厚度,因为地表下4.90m以下土层的=500m/s,计算深度取覆盖层厚度与20m两者较小值,(1)确定覆盖层厚度,解：,(2)计算等效剪切波速，,故属于类场地,场地覆盖层厚度,等效剪切波速,查表得，,表例2-2为8层、高度为24m丙类建筑的场地地质钻孔资料（无剪切波速资料），试确定场地类别。,例题2-2,表例2-2,解：,（1）确定场地覆盖层厚度：,场地计算深度：,（取覆盖层厚度与20m两者较小值）,(2)计算等效剪切波速：,3、土的类型划分,注：fak 为由载荷试验等方法得到的地基承载力特征值(kPa)vs 为岩土剪切波速,10层和高度24m以下的丙类建筑及丁类建筑,适用于：,表4.1.3 图的类型划分和剪切波速范围,抗震规范GB50011-2010,解：,（1）确定场地覆盖层厚度：,场地计算深度：,（取覆盖层厚度与20m两者较小值）,(2)计算等效剪切波速：,场地覆盖层厚度：,等效剪切波速：,（3）确定建筑场地类别,故属于类场地,例题2-3,表例2-3为某工程场地地质钻孔资料。试确定该场地的覆盖层厚度。,表例2-3,解：,由第层土顶面埋深为8m，大于5m，且其剪切波速均大于该层以上各土层的2.5倍，而第层和第层土的剪切波速均大于400m/s，所以覆盖层厚度取地面至第层土顶面的距离，即取8m。,2 场地、地基和基础,2.1场地 2.1.1场地土及场地覆盖层厚度 2.1.2场地类别2.2天然地基与基础的抗震验算 2.2.1不进行天然地基及基础抗震验算的建筑 2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承载力验算2.3液化土与软土地基 2.3.1地基土的液化 2.3.2液化的判别 2.3.3可液化地基的抗震措施 2.3.4软土地基的抗震措施2.4 桩基的抗震设计 2.4.1可不进行桩基的抗震验算的条件 2.4.2桩基的抗震设计,2.2 天然地基与基础的抗震验算,补充：天然地基的震害特点及其抗震措施一、天然地基的震害特点高压缩性饱和软粘土和强度较低的淤泥质土，在地震中产生不同程度的震陷，从而造成或加剧了上部结构的倾斜或破坏。杂填土、回填土和冲填土等松软填土地基，由于多为旧水坑、洼地等，土质稀散且强度较低，地震中易产生沉陷，使结构开裂。,沟、坑、故河道，坡地中半挖半填等非均质地基，在地基中的不均匀沉陷或地裂缝上会引起上部结构破坏。,二、天然地基的抗震措施1、软弱粘性土地基 特点：压缩性较大，抗剪强度小，承载能力低。震害特点：使建筑物产生较大的附加沉降和不均匀沉降。处理措施：桩基；地基加固处理；以及类似减轻液化影响的基础处理措施和上部结构的处理措施。,2、杂填土地基（一般是人类任意堆填而成)特点：组成物质杂乱，结构疏散，厚薄不一，均匀性很差，强度低，压缩性高。震害特点：不均匀沉降导致上部结构开裂。处理：当杂填土的上层较薄时，可全部挖除（换土）；杂填土较厚时，采用地基加固的方法（如挤密桩等）。,3、不均匀地基 一般位于旧故河道边，暗藏沟坑边缘，半挖半填的地带，以及土质明显不均匀的其他地段。震害特点：易引起地基失效，加剧上部结构的破坏。处理措施：地基加固处理,4、地基加固处理方法 A、换土垫层法 换土厚度3m 适用：各种软弱地基（但换土深度有限，处理后仍有变形）上部荷载较小，沉降要求不严时用这种方法。,B、重锤夯实法 适用：压实各种稍湿粘土、砂土、杂填土地基（在最优含水量时下锤，若含水量过大，可换土；若含水量过小，可洒水，使之变为最优含水量。）,C、挤密桩法（运用广泛）适用：松散土、杂填土、可液化土，对饱和软粘土不适用。D、强夯振冲法适用：浅层饱和砂土（可防止液化）E、砂井预压法（是一种深层加固方法）适用：深厚的粉土层，淤泥质粘土层，淤泥质薄软土地基加固。,F、振冲法（用振冲设备，常用水冲）工作时，先启动电击带动偏心块高速旋转，同时喷射高压水，使形成孔洞，到一定深度后，填5-40mm碎石振实，形成碎石桩。,2 场地、地基和基础,2.1场地 2.1.1场地土及场地覆盖层厚度 2.1.2场地类别2.2天然地基与基础的抗震验算 2.2.1不进行天然地基及基础抗震验算的建筑 2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承载力验算2.3液化土与软土地基 2.3.1地基土的液化 2.3.2液化的判别 2.3.3可液化地基的抗震措施 2.3.4软土地基的抗震措施2.4 桩基的抗震设计 2.4.1可不进行桩基的抗震验算的条件 2.4.2桩基的抗震设计,2.2.1 可不进行天然地基及基础抗震验算的建筑,只有少数房屋是由地基的原因而导致上部结构的破坏。导致上部结构破坏的地基大多是液化地基、易产生震陷的软土地基和严重不均匀地基。大量的一般性地基具有良好的抗震性能，极少发现因地基承载力不够而产生震害。（一般天然地基在静力作用下具有相当大的安全储备，而且在建筑物自重的长期作用下地基承载能力还会提高，虽然地震时，地基所受的荷载提高，但由于地震作用历时较短，地基承载力有所提高，这在一定程度上减少了地基遭受破坏的可能性。）我国抗震设计规范对量大面广的一般地基和基础不作抗震验算，对容易产生地基基础震害的液化地基，软土地基和严重不均匀地基规定了相应的抗震措施，以避免或减轻震害。,由震害调查得到下面结论：,1 本规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑；2 地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层的下列建筑：1）一般的单层厂房和单层空旷房屋；2）砌体房屋；3）不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架 抗震墙房屋；4）基础荷载与3）项相当的多层框架厂房和多层混凝土抗 震墙房屋。,下列建筑可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算：,抗震规范GB50011-2010 4.2.1:,注：软弱黏性土层指7度、8度和9度时，地基承载力特征值分别小于80、100和120kPa的土层。,2.2.2天然地基地震作用下的承载力验算,一、地基土抗震承载力确定地基抗震承载力在静力设计承载力基础上调整。调整的出发点：,国内外研究资料表明：除十分软弱土之外，多数土在有限次的动载下，一般土的动承载力皆比静承载力高。考虑地震作用的偶然性、短暂性及工程经济等因素，地基在地震作用下的可靠性应比静力作用下的可靠性有所降低。,地基土抗震承载力：,-调整后的地基抗震承载力设计值-地基抗震承载力调整系数,-深宽修正后的地基承载力特征值，按建筑地基基础设计规范GB50007采用。,深宽修正后的地基承载力特征值，应按现行国家标准建造地基基础设计规范采用,抗震规范GB50011-2010 4.2.3,规范规定：基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下式要求：,-地震作用效应标准组合的基础底面平均压力（kPa)-地震作用效应标准组合的基础底面边缘最大压力(kPa)-调整后的地基抗震承载力,高宽比大于4的高层建筑，在地震作用下基础底面不宜出现脱离区（零应 力区）；其它建筑基础底面与地基土之间脱离区（零应力区）面积不应超过基础 底面面积的15%。,二、地基土的抗震承载力验算,抗震规范GB50011-2010 4.2.4,2 场地、地基和基础,2.1场地 2.1.1场地土及场地覆盖层厚度 2.1.2场地类别2.2天然地基与基础的抗震验算 2.2.1不进行天然地基及基础抗震验算的建筑 2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承载力验算2.3液化土与软土地基 2.3.1地基土的液化 2.3.2液化的判别 2.3.3可液化地基的抗震措施 2.3.4软土地基的抗震措施2.4 桩基的抗震设计 2.4.1可不进行桩基的抗震验算的条件 2.4.2桩基的抗震设计,2.3 液化土与 软土地基,2 场地、地基和基础,2.1场地 2.1.1场地土及场地覆盖层厚度 2.1.2场地类别2.2天然地基与基础的抗震验算 2.2.1不进行天然地基及基础抗震验算的建筑 2.2.2天然地基在地震作用下的抗震承载力验算2.3液化土与软土地基 2.3.1地基土的液化 2.3.2液化的判别 2.3.3可液化地基的抗震措施 2.3.4软土地基的抗震措施2.4 桩基的抗震设计 2.4.1可不进行桩基的抗震验算的条件 2.4.2桩基的抗震设计,一、定义：,2.3.地基土的液化,液化的宏观标志是在地表出现喷水冒砂。,处于地下水位以下的饱和松散的砂土或粉土（不含黄土），地震时土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性，地基承载力丧失或减弱，甚至喷水冒砂，这种现象一般称为砂土液化或地基土液化。1964年美国阿拉斯加地震和日本新澙地震中大量出现。,砂土液化机理,地震,饱和砂土、粉土颗粒在强烈振动下发生相对位移,颗粒结构趋于压密,颗粒间孔隙水来不及排泄而受到挤压孔隙水压力急剧增加,孔隙水压力=土颗粒所受到的总的正压应力有效压应力（土颗粒通过其接触点传递的压应力）消失,土颗粒处于悬浮状态土粒之间因摩擦产生的抗剪能力消失，形成了如“液体”的现象,地面开裂下沉使建筑物产生过渡下沉或整体倾斜；不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁板等水平构件及其节点破坏，使墙体开裂和建筑物体形变化处开裂；室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉。,二、液化的震害,唐山地震时，严重液化地区喷水高度可达8米，厂房沉降可达1米。天津地震时，海河故道及新近沉积土地区有近3000个喷水冒砂口成群出现，一般冒砂量0.1-1立方米，最多可达5立方米。有时地面运动停止后，喷水现象可持续30分钟。,喷水冒砂淹没农田，淤塞渠道，淘空路基；沿河岸出现裂缝、滑移，造成桥梁破坏，等等。,砂土液化的危害(图),彰化县社头乡三幢三层楼透天住宅，中间一幢有地下室，前后二幢皆无，液化使前后两幢相对下沉4070cm,南投埔里镇民富一街路面因土壤液化而导致开裂及下陷,砂土液化的危害(图),图 发生时间为1999年9月21日凌晨1时47分，位于台湾南投县集集镇发生里氏规模达7.3级的大地震。,南投市公所社会科办公大楼前之大草坪产生土壤液化情形,砂土液化的危害(图),液化喷沙现象,图 发生时间为1999年9月21日凌晨1时47分，位于台湾南投县集集镇发生里氏规模达7.3级的大地震。,土层的地质年代；,三、影响场地土液化的主要因素：,土的密实程度；,地质年代愈久的土层固结度、密实度和结构性愈好，抵抗液化的能力就愈强。,密实程度小的砂土容易液化（密实程度小，则天然空隙比大）,土中黏粒含量；,黏粒是指粒径0.005mm的土颗粒。土中黏粒含量越高，越不容易发生液化。,地震烈度和地震持续时间。,土层埋深,上覆非液化土层厚度和地下水位深度；,上覆非液化土层厚度：地表至第一层可液化土层的顶面 距离；上覆非液化土层厚度越大，有效覆盖压力越大，土层越 不宜液化；地下水位越深，土层越不宜液化。,土层埋深越大，土层越不宜液化。,烈度越高的地区，地面运动强度就越大，土层越容易液化；地震持续时间越长，土层越容易液化。,