《基础工程》PPT课件.ppt

基础工程,绪论,课程内容：基础设计地基处理基坑工程特殊土地基基础抗震,绪论,学习方法与要求结合规范、工程实际来学习，主要加强与土力学的对应。多看多联系思考，完成必要的练习。考核方式考试课程：平时占30%，期末开卷考试70%,第二章 浅基础 第1节 概述,浅基础概念：一倍基础宽度内或5米内埋深的基础是浅基础天然地基与人工地基浅基础设计步骤：类型选择埋深选择确定地基承载力基础地面面积的确定持力层承载力验算与沉降变形验算软弱下卧层承载力验算基础结构设计绘制施工图,第二章 浅基础,浅基础设计方法常规方法：分别进行上部结构与基础、地基的设计计算地基-基础-上部结构共同作用方法设计原则：保证地基承载力，基础结构承载力，控制沉降变形在容许范围内基础设计等级：甲级、乙级，丙级 表2-1 PP7不需要变形验算的建筑第二节浅基础类型1.材料分：刚性基础、钢筋混凝土基础,第2节 浅基础类型,2.结构形式分：扩展基础联合基础柱下条形基础柱下交叉条形基础筏板基础箱形基础壳形基础,扩展基础,联合基础,柱下条形基础,十字交叉基础,筏板基础,第3节 基础埋置深度的确定,1.建筑物功能与高度的影响：在抗震设防区，筏板箱型基础的埋深不小于建筑物高度的1/15，桩筏、桩箱基础1/20-1/182.工程地质条件：承载能力的考虑（持力层、下卧层）3.水文地质:地下水位的影响4.冻融深度的影响：5.场地环境的影响：相邻建筑物基础的影响,第4节 浅基础的地基承载力计算,一 地基承载力特征值的确定1.概念：地基承载力特征值：在保证地基稳定的前提下，控制建筑物沉降量不超过容许值的地基承载力确定：a.普朗特尔魏西克(Prandtl-Vesic),浅基础的地基承载力,b.太沙基(K,Terzaghi),浅基础的地基承载力,c.汉森（J.B.Hansen）1）按土的抗剪强度指标确定：2）规范推荐的理论公式(p1/4)：P51表2-16,浅基础的地基承载力,抗剪强度参数是根据实验获得的，实验数据的处理采用下面公式进行,浅基础的地基承载力,3）按地基载荷实验确定密实沙土、硬塑粘土等低压缩性土,取比例界限荷载为承载力特征值。此时，当pu2p1，取pu/2为承载力特征值松沙、填土、可塑粘土等中、高压缩土，当承压板面积为0.25-.050m2，规范规定可取沉降等于（0.01-0.015b）对应的荷载作为承载力特征值。修正,浅基础的地基承载力,4）按规范承载力表格确定按土样名称和相关指标查表修正（查表，现场载荷）（表2-15pp50）5）按相邻建筑物经验确定,浅基础的地基承载力,例子2-1：某场地土地表为中沙，厚2米，重度为18.7kN/m3,修正后的标准贯入实验锤击数N=13；查表得到N=10,15时承载力为fa=180,250kPa;其下为粉质粘土，=18.2，sat=19.1=210，ck=10kPa。地下水在地表下2.1米。若修建基础地面面积为2*2.8m,确定基础埋深分别为1米和2.1米时的持力层地基承载力特征值。解：1 埋深为1米：,2.埋深2.1时作业(pp66):2,3,第5节 地基计算,二 基础地面面积的确定及直接持力层地基承载力的验算1.轴心受压：要求满足：底面面积 此时，注意室内外地面高度不同，埋深计入方法不同，这里取平均高度!（G=20kN/m3),基础地面面积的确定,墙下条形基础的宽度2.偏心受压要求：做法:先取放大1.1-1.4倍轴心受压的所需面积，然后验算是不是满足要求，如果满足，okay，如果不满足，再调整。,例子2-3 某粘性土重度为18.2kN/m3,空隙比e=0.7,液性指数IL=0.75,地基承载力特征值fak=220kPa。现修建一基础，室内外高差0.3米，作用在基础顶面的荷载为：轴心压力Fk=830kN,力矩为200kNm,水平荷载为20kN，试确定矩形基础的地面尺寸。解：地基承载力特征值修正：=220+1.6*18.2*（）=235kPab=1.6,L=3.2,A=5.12,2.基础地面面积2预先取b=1.6,L=3.2,A=5.123.验算：总压力：947.85总力矩：212实际偏心e=0.224L/6=0.5(不发生内力重分布)验算最大基地压力：262.9kPa1.2fa=1.2*235=282kPa作业:pp66 4,5,基础地面面积的确定,三.软弱下卧层承载力验算地基压力扩散角值,例子2-5.某基础底面尺寸为5.4*2.7m，埋深1.8米，基础顶面离地面0.6米。基础顶面承受柱传来的轴力Fk2=1800kN，弯矩Mk=950kNm,水平力FkH=180kN；还承受外墙传来的集中荷载，作用在离轴线0.62m处，大小为220kN。试验算基础底面与软弱下卧层地基承载力。已知地基土情况如下：第一层：粉质粘土，=18.0kN/m3，sat=18.7kN/m3；e=0.85，fak=209kPa，Es1=7.5Mpa 第二层：淤泥质粘土：fak=75kPa，Es2=2.5Mpa,解：1 持力层承载力验算基础底面平均压应力：最大压力：第一层地基承载力特征值以及验算：=209+1.0*18.0*（1.8-0.5）=232.4kPa,验算：pkpkmax2.第二层地基承载力验算：=57.2kPa=122.9z+cz=57.2+18*1.8+2.5*(18.7-10)=111.4kpa,基础地面面积的确定,4.按容许沉降差调整基础底面面积,基础底面面积,四 沉降变形计算（表格2-21PP58）五.地基稳定性验算 对建设在斜坡上或者斜坡附近的建筑物构筑物，应对地基进行稳定性验算:如果基础底面外缘至坡顶边缘的水平距离满足：那么基础所引起的附加应力不影响边坡的稳定性。,2.6扩展基础设计,1.无筋扩展基础设计1）台阶宽高比限制刚性角2）构造要求与习惯做法：大放脚（2皮一收，二一间隔收）；毛石基础；素混凝土基础；灰土基础,2.6扩展基础设计,2.墙下钢筋混凝土条形基础设计1）构造要求：p412）轴心荷载作用下,墙下钢筋混凝土条形基础设计,3）偏心荷载作用下,例题2-7 p43,某1砖砖墙，在基础顶面处的荷载效应标准组合以及基本组合的轴心荷载是144KN/m和190KN/m。基础埋深0.5米，地基承载力特征值是fak=106kPa。试设计其基础。【解】：1.基础类型与材料选择：条形基础。混凝土C20，钢筋HPB235ft=1.10N/mm2，fy=210N/mm22.基础底面尺寸确定：,=1.5m 取b=1500mm3.基础高度选用基底净反力：=190/1.5=126.7kPa基础有效高度要求=126.7*0.63/(0.7*1100)=0.104m=104mm取基础高度h=300mm,有效高度为300-40-5=255104,4.配筋计算=25.1kNm=521mm2实际配筋采用12200，565mm2 5.绘图 如44页图所示,3.柱下钢筋混凝土独立基础设计,1)构造要求：pp452)轴心荷载作用下:受冲切承载力截面高度影响系数kp=1.00，当h800;kp=0.90,当h2000；其他内插确定当:,柱下钢筋混凝土独立基础设计,当 地板配筋（pp47图2-77）,柱下钢筋混凝土独立基础设计,3)偏心荷载作用下基础高度确定时候，抗冲切破坏时候，计算式中用最大基底净压应力代替原来的基底净压应力底板配筋：例子2-8对照书简单介绍,2.7联合基础设计,三种联合基础（p13）：矩形联合基础、梯形联合基础、连梁式联合基础设计基本假定：基础是刚性的（厚度不小于柱距的1/6）；基地压力现行分布；均匀土质；不考虑上部结构的刚度的影响。,1.矩形联合基础,设计步骤与方法：计算荷载作用点的位置确定基础长度（合力作用点与形心重合）底面宽度计算（持力层承载力）基础高度确定，满足抗冲切以及抗剪要求抗冲切：,矩形联合基础,受冲切承载力截面高度影响系数kp=1.00，当h800;kp=0.90,当h2000；其他内插确定抗剪：,矩形联合基础,5)按倒置梁计算内力，配纵向弯曲钢筋6）横向配筋：按等效梁概念（柱边外各取等于0.75h0的宽度，横向按照悬臂梁）对悬臂部分配柱下等效梁的纵向钢筋；中间部位横向构造配置例子2-9两柱拟采用联合基础。柱截面300*300mm，柱距3m,基础材料C20，HRB235钢筋，地基承载力特征值fa=140kPa，要求基础与柱1外侧面平齐。荷载如图：F1=240KN，F2=340KN，M1=45kNm，M2=10kNm（弯矩方向都向外）,【解】1.计算荷载作用点的位置2.确定基础长度3.底面宽度计算,4.基础高度确定，满足抗冲切以及抗剪要求取：基底净反力：梁内力计算如PP541）抗冲切：(破坏形式分析此时都是单侧冲切)Fl=340-156.8*(0.4+0.3+0.455)*1.0=158.9kN0.7*1.0*1100*(0.3+1.0)/2*0.455=227.7kNF1,2)抗剪切计算V=253.8-156.8*(0.15+0.455)=158.9kN 0.7*1.0*1100*1.0*0.455=350.1kNV5.按倒置梁计算内力，配纵向弯曲钢筋略6.横向配筋计算柱1下等效梁宽度:b1=0.3+0.75*0.455=0.64悬臂梁弯矩：配筋略柱2下略；柱间略,3.梯形联合基础,4.连梁式联合基础,4.连梁式联合基础设计要点：1）连梁必须为刚性梁宽不小于最小柱宽2）两基础的地面尺寸必须满足承载力的要求，并避免不均匀沉降过大3）连梁底面不应该着地。,例子2-11,某两柱截面均为400*400mm,基本组合F1=890kN,F2=1380kN。柱距为6m，柱1基础容许外挑0.m。已知基础埋深为1.5m，地基承载力特征值为180kpa,试设计基础底面尺寸，并画出连梁内力图【解】1 求反力取，偏心e=1.0m,对柱2：M=0 得到：R1=1068kNR2=1202kN,2)求截面尺寸基础1：长度为（+0.4）*2.8m 宽度基础2：3）基础底面的净反力：b1pj1=381.4kN/mb2pj2=492.6kN/m4）绘制连梁的剪力和弯矩图,2.8 减轻不均匀沉降危害的措施,设法增强上部结构对不均匀沉降的适应能力；设法减少不均匀沉降或总沉降量。措施有：采用整体性更好的基础形式；采用桩基础或其他深基础；地基处理；在建筑结构施工方面采取措施，以增强上部结构适应能力。,减轻不均匀沉降危害的措施,1.建筑措施：建筑物的体型力求简单控制建筑物的长宽比合理布置墙体设置沉降缝相邻建筑物应有一定的间距调整某些设计标高2.结构措施：减轻建筑物的自重,减轻不均匀沉降危害的措施,设置圈梁设置地基梁减小或调整基地压力采用对沉降不敏感的结构形式3.施工措施先高后低的施工顺序注意堆载、沉桩以及降水对临近建筑物的影响注意保护坑底土体,3.1 概述连续基础：柱下条形基础、交叉基础、筏形基础、箱型基础特点：梁板型受弯构件，它们的挠曲特征、地基反力、截面内力都与地基、基础以及上部结构的相对刚度特征有关。,第三章 连续基础,相互作用概念,3.2 相互作用概念1.地基与基础的相互作用1)柔性基础：均布荷载，均匀下沉荷载分布2)刚性基础：集中荷载作用下的基底反力一般为马鞍形表面荷载沙土稍微不同3)基础相对刚对的影响：粘性土（有跨越作用）、岩石地基 pp70图3-44)地基非均匀性影响,相互作用概念,2.地基变形对上部结构的影响柔性结构敏感性结构：砌体结构、框架结构（对一8跨15层框架结构分析表明：边柱增加40%，中柱减少10%刚性结构3.上部结构刚度对基础受力状况的影响增大上部结构刚度，将减少基础挠曲和内力地基的压缩性小，基础的沉降不大，相互作用就小,3.3 地基计算模型,1.文克勒地基模型：p=ks适应于软土、塑性区域较大、厚度小于基础地面宽度一半的薄压缩地基、支撑在桩基上的连续基础2.弹性半空间地基模型集中荷载作用下地表面沉降公式：均布荷载中心点下：,地基计算模型,3.有限压缩层地基模型,文克勒地基上梁的计算,1无限长梁的解答1）无分布荷载作用时：,文克勒地基上梁,2）集中荷载作用下：,文克勒地基上梁,3）集中力矩作用下2.有限长梁思路 先按照无限长梁计算外荷载在有限长度梁所对应位置的内力（剪力和弯矩）假定梁段实际作用以等效的弯矩和集中力，二者共同作用在截面处引起的内力等于零据此确定无限长梁梁端位置处该施加的集中力大小，来模拟有限长梁,文克勒地基上梁,3.柔度系数 4.基床系数k的 确定：1）按预估沉降确定 2）按荷载实验确定,柱下条形基础,1.构造要求：截面高度尺寸1/8-1/4柱距，外飘0.25-0.3边跨柱距2.简化计算方法1)当上部结构刚度较小时，采用静力分析法2)当上不结构刚度很大时，采用倒梁法3)例子3-3步骤：1.确定基础底面尺寸，满足承载力要求,例子3-3、4,2.确定基础底面净反力，按倒梁法计算结构内力与支座反力结果如图3-3（2）所以例子3-4：按照静力法计算与比较,3-7 柱下交叉基础,1.集中力的分配：外伸半无限梁集中力作用下的挠度：利用静力平衡条件和变形协调条件可以得到：,筏形基础与箱型基础,3-8 筏形基础与箱型基础平面尺寸要求：满足承载力要求，偏心在一定的范围内：非抗震高层 抗震高层，零应力区域面积不超过15%；高宽比大于4的高层，不宜出现零应力区域1 筏形基础1）构造要求：板厚，外伸，配筋率，混凝土等级不小于C30，抗渗登记不应小于0.6Mpa2）内力计算：倒楼盖法、静定计算法；弹性地基法,箱型基础,2.箱型基础：1）构造要求:板厚，外伸，配筋率，混凝土等级不小于C20，抗渗登记不应小于0.6Mpa2)补偿形设计概念（全补偿、超补偿、欠补偿）3）地下室抗浮不满足，应设置抗拔桩或抗拔锚杆4）后浇带:当地下室的长度超过40米，宜设置贯通顶、底板和 内外墙的 后浇带施工缝，缝宽不宜小于800.该处，钢筋要贯通。,第四章 桩基础,4-1 概述一桩基础的类型 高承台，低承台，斜桩二设计原则三 设计步骤和内容：1.桩的类型与几何尺寸确定2.单桩竖向承载力确定3.确定桩的数量、间距与平面布置4.桩基础承载力和沉降验算5.桩身结构设计6.承台设计7.绘制桩基础施工图,4-2 桩的类型,一：传力方式分类：端承桩（嵌岩桩、桩的长径比小于等于10（l/c10）摩擦桩二施工方法分类：1.预制桩：混凝土预制桩（先张法预应力PHC、离心PC）300-600;C60-80,分节长7-13米钢桩：H型钢桩200*200360*410、钢管桩400-3000锤击法、振动法、静压法,桩的类型,2.灌注桩沉管灌注桩 振动300-500；锤击320-800钻孔灌注桩：650以内的回转机具成孔；1200以下的钻孔不下钢套筒，泥浆护壁成孔。1500-3000采用钢套筒护壁。挖孔桩：800-3500，30。桩长8内，直径不小于0.8；桩长在8-15，直径不宜小于1.0；桩长15-20，直径不宜小于1.2；桩长大于20，直径因适当增大（广东1200，25）爆扩灌注桩（200-350 可达800）,三 成桩效应,1.挤土桩的成桩效应：重塑区，部分扰动区，非扰动区。超静水压水膜效应硬壳层2.非挤土桩的成桩效应：松弛效应桩土间的附着力减小。与挤土桩相比，非挤土摩擦型桩承载力的时间效应要小。3.部分挤土桩的成桩效应,4-3 桩的竖向承载力,一：传递机理1.传递机理：,桩的竖向承载力,2.影响荷载传递的因素：桩端土与桩周土的刚度比（Eb/Es）:刚度比越小，桩身轴力沿深度衰减越快，传递到桩端得荷载就越小。对于中长桩，当刚度比为1，桩测摩阻力接近均匀分布，桩端阻力仅占荷载的5%左右，表现为摩擦桩。当刚度比大到100，桩身轴力上端随深度减少，下端近乎沿深度不变。桩端阻力分担了60%以上荷载，表现为端承桩桩土刚度比(Ep/Es)：刚度比越大，传递到桩端的阻力就越大。大于1000，不再变化；小于10的中长桩，桩端阻力分担的荷载几乎接近于零。桩的长径比（l/d）:长径比增大，端阻力减小。长径比很大的桩都属于摩擦桩，在设计这样的桩时候试图采用扩大头来提高承载力，是徒劳的。,桩的竖向承载力,3.桩侧摩阻力和桩端阻力按照传统经验，摩阻力达到极限值所需的桩土相对滑移极限值只与土的类别有关，与桩的大小无关，实验表明，极限滑移约为4-6mm。实验表明,当桩入土深度达到某一临界深度后，侧阻就不随深度而增加了。(土拱效应)当桩入土深度达到某一临界深度后，极限端阻就不随深度而增加了。,桩的竖向承载力,充分发挥桩端阻力极限值所需的桩端位移，对沙类土d/12-d/10；粘性土d/10-d/4。因此，在工作状态下的单桩，除支撑于坚硬基岩上的粗短桩外，装端阻力的安全储备一般大于桩侧摩阻力的安全储备。二单桩承载力的确定建筑地基基础设计规范规定;单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载试验确定，对地基基础设计为丙级的建筑物，可以采用静力触探及标贯实验方法确定。,单桩承载力,1.静载荷试验1)成桩后的间隙时间：沙类土不少于7天，粉土和粘性土不少于15天，饱和软粘土不少于25天2)分8级加载，沉降观测5、10、15.。30，30.。；桩的沉降量连续两次在每小时内小于0.1mm视为稳定；终止加载判定：荷载-沉降曲线上有可判断极限承载力的陡降段，且桩顶总位移超过40mm;本次沉降是上次的2倍以上，24小时内尚未达到稳定；25米以上的嵌岩桩，荷载-沉降曲线呈缓变型，桩顶沉降量大于60-80；,单桩承载力,3)单桩竖向极限承载力确定：明显陡降段的起点荷载；终止加载前一节荷载；缓变型对应于s=40mm时的荷载（桩长大于40米，应考虑桩身的弹性压缩）4)参加统计的试桩，当满足极差不超过平均值的30%，可取平均值为单桩竖向极限承载力。超过时，宜增加试桩。5)单桩竖向承载力特征值,单桩承载力,2.按照粘性土的抗剪强度指标确定：按照总应力分析法取不排水不固结抗剪强度。当长径比d/l5，Nc=9其中的取值：当桩进入硬土层的长度20d，如上部为沙、砾石，取1.25；当上部为软土，取0.4；其他取0.7。钻孔桩取0.45。桩底以上2倍桩身直径以内的附着力不考虑。,单桩承载力,例子4-1：pp1353.规范经验公式：初步设计嵌岩桩例子4-2：pp138,