地基与基础(培训)ppt课件.ppt
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1、地基与基础,土力学概要,土 是地壳岩石经过物理、化学、生物等风化作用的产物 ,是各种矿物颗粒组成的松散集合体,是由固体颗粒、 水和空气组成的三相体系。,土力学,是运用力学基本原理和土工测试技术,研究土的形成、组成、密度或软硬状态等物理性质以及土的应力、变形、强度和稳定性等静力、动力性状及其规律的一门学科。(简单说 :就是用力学的观点研究土各种性能一门科学。),土层中附加应力和变形所不能忽略的那 部分土层。承受建筑荷载并受其影响的 该部分地层 。,地基,地基分类,天然地基:,人工地基:,未经人工处理就可直接利用天然土层的的地基 。,经过人工加工处理才能作为地基的。,基础,把埋入土层一定深度的建筑
2、物向地基传 递荷 载的下部承重结构。,基础作用,3、调整地基变形,2、向地基 传递压力,1、承受上部结构荷载,基础分类,浅基础用普通(常规)方法施工的基础 。 一般基础埋深 d5m。深基础 需要一定的 机械设备建造的基础。 如桩基、墩基、和地下连续墙等。 埋深 d5m,基础埋深:从设计地面(一般 从室外地面 )到 基础底 面的垂直距离叫。,持力层:直接与基础地面接触的 土层。(基础直接坐落 的 土层),下卧层:地基内持力层下 面的土层叫。,软弱下卧层:地基承载力低于持力层的下卧层叫。,地基与基础设计的基本条件,强度条件 :作用在基础底面的压力必须小于等于地 基承载力特征值。 变形条件 :基础沉
3、降不得超过地基变形容许值。也 就是说将地基变形值必须限制在建筑所 允许的范围内。,二、地基基础在建筑工程中的重要性,地基与基础是建筑物的根基,又属于隐蔽工程,它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物的安危! 实践证明,建筑物的事故很多是与地基基础有关的。,基础工程失败的例子 1,加拿大Transcona谷仓,南北长59.44m,东西宽23.47m,高31.00m。基础为钢筋混凝土筏板基础,厚2m,埋深3.66m。谷仓1911年动工,1913年秋完成。谷仓自重20000t,相当于装满谷物后总重的 42.5%。,1913年9 月装谷物时,发现谷仓 1 小时内竖向沉降达 30.5cm,并向西倾斜,2
4、4小时后倾倒,西侧下陷7.32m,东侧抬高1.52m,倾斜27。地基虽破坏,但钢筋混凝土筒仓却安然无恙,后用388个50t千斤顶纠正后继续使用,但位置较原先下降4m。,意大利比萨(Pisa)斜塔自 1173年9月8日 动工,至1178年建至第4层中部,高度29m 时,因塔明显倾斜而停工。94年后,1272年复工,经6年时间建完第7层,高 48m,再次停工中断82年。1360年再次复工1370年竣工,前后历经近200年。 该塔共8层,高 55m,全塔总荷重145MN,相应的地基平均压力约为50kPa。地基持力层为粉砂,下面为粉土和粘土层。由于地基的不均匀下沉,塔向南倾斜,南北两端沉降差 1.8m
5、 ,塔顶离中心线已达 5.27m ,倾斜5.5,成为危险建筑。,苏州虎丘塔,建于五代周显德六年至北宋建隆二年(公元959961) ,7级八角形砖塔,塔底直径13.66m,高47.5m,重63000kN。 其地基土层由上至下依次为杂填土、块石填土、亚粘土夹块石、风化岩石、基岩等,由于地基土压缩层厚度不均及砖砌体偏心受压等原因,造成该塔向东北方向倾斜。19561957年间对上部结构进行修缮,但使塔重增加了2000kN,加速了塔体的不均匀沉降。1957年,塔顶位移为1.7m,到1978年发展到2.3m,重心偏离基础轴线0.924m,砌体多处出现纵向裂缝,部分砖墩应力已接近极限状态。,后在塔周建造一圈
6、桩排式地下连续墙,并采用注浆法和树根桩加固塔基,基本遏制了塔的继续沉降和倾斜。,除满足承载力的要求外,还要求地基不能发生过大的变形。图示为墨西哥城的一幢建筑,可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降。该地的土层为深厚的湖相沉积层,土的天然含水量高达650,液限500% ,塑性指数350 ,孔隙比为15 ,具有极高的压缩性。,第一章,土的物理性质及工程分类,一、土体的生成,风化,搬运、沉积,土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物,物理风化,化学风化,生物风化,无粘性土,粘性土,有 机 质,二、土的结构和构造,定义:土体的结构是指土生成工程中所形成土粒的空间排
7、列及 其形式。,单粒结构,蜂窝结构,絮状结构,是指由粘粒(0.005mm)集合体组成。,是指由粉粒(粒径0.0050.075mm)在水中下沉时形的。,粗粒土的结构,1.2 土的组成,固相,液相,气相,构成土骨架,起主体作用,重要影响,次要作用,+,+,土体,土体三相组成示意图,表格法表示的粒组划分,一、土的固相,二、土的液相,土中水,结合水,自由水,强结合水,弱结合水,重力水,毛细水,土的含水量试验所测定的为土中的自由水和弱结合水。,三、土的气相 土孔隙中未被水所占据的部位由气体充填。 土中的气体若与大气相通,则对土的力学性质影响不大;若与大气隔绝,使土的压缩性提高,透水性减小。,四、无黏性土
8、的密实度,指具有单粒结构的碎石土与砂土,土粒之间无粘结力,呈松散状态,无粘性土的 密实程度,影响,工程性质,土密实,结构稳定、强度高、压缩性低变形小,土松散,结构不稳定、强度低、压缩性高变形大,如何评定无粘性土密实度?,碎石土用触探锤击数63.5,砂土用相对密度Dr,现场标准贯入试验锤击数,五、 粘性土的物理特性,粘性土的物理状态可以用稠度表示。稠度是反映粘性土处于不同含水量时的软硬程度或浠稠程度。粘性土从一种状态过度到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。,粘性土随含水量变化可改变土的物理形态,稠度状态,固态,可塑状态,流动状态,塑限p,液限l,含水量,稠度界限,半固态,缩限ws,塑性指数I
9、p,塑性指数的数值大小可反映粘性土可塑范围的大小,塑性指数越大,表明粘性性土粘性和塑性越好(与粘粒含量有关,粘粒含量越多,吸附水的能力越大);,工程上常用塑性指数作为粘性土与粉土定名分类的依据,液性指数IL,反映粘性土天然状态的软硬程度,工程上作为确定粘性土承载力的重要指标,0.00 0.250.25 0.750.75 1.00,硬塑可塑软塑,粘性土的灵敏度和触变性: 土的灵敏度: 原状土的强度与同一土经重塑(含水量不变,土的结构被彻底破坏)后的强度之比。 土的灵敏度越高,其结构性越强,受扰动后土的强度降低就越多。施工中要尽量减少对土结构的扰动。,土的触变性: 粘性土的结构遭到破坏,其强度就会
10、降低,但随着时间发展土体的强度会逐渐恢复,这种胶体化学性质称为土的触变性。,1.3 地基岩土的工程分类,岩石分类碎石土分类砂土分类粉土分类塑性指数,粒径.颗粒含 量不超过粘性土分类塑性指数的土人工填土分为杂填土,素填土,冲填土,土,1、岩石,2.按坚硬程度分类,3.按完整程度分类,1.按成因分类,岩浆岩,沉积岩,变质岩,2、碎石土,3、砂土,4、粉土,粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip10的土,5、粘性土,塑性指数Ip10的土,10Ip17的土,Ip17的土,粉质粘土,粘土,6、人工填土,由于人类活动而推填土。其物质成分杂乱,均匀性差。,按其组成和成因分类,素填土,
11、压实填土,杂填土,冲填土,(1)软土:,7.特殊土(其它土),指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积,经生物化学作用下形成的软弱土,包括淤泥、淤泥质土等。,物理力学特性软软土的,天然孔隙比大: e1,天然含水量高:wwl,抗剪强度低,压缩系数高,渗透系数小,灵敏度高,(2)红黏土:,炎热湿润气候条件下石灰岩、白云石 等盐酸盐系的出露区,岩石在长期的成土化学风华作用下形成的高塑性黏土物质,其液限一般大于50%,一般呈褐红、棕红、紫红和黄褐色等。黄黏土常堆积在山麓坡地、丘陵、谷地等处。,第二章 天然地基上浅基础设计,(一)地基基础设计等级,一、地基基础设计的基本规定,(二)地基基础设计规定,地基基础的
12、设计和计算应该满足下列三项基本原则: 1对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面,应具有 足够的安全度, 2应控制地基变形量,使之不超过建筑物的地墓变形允 许值,以免引起基础不利截面和上部结构的损坏,或 影响建筑物的使用功能和外观, 3基础的型式、构造和尺寸,除应能适应上部结构、符 合使用需要,满足地基承载力 (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。,二、地基基础设计步骤,1、设计资料,在一般情况下,进行地基基础设计时,需具备下列资料:1)建筑场地的地形图;2)建筑场地的工程地质资料;3)建筑物的平面、立面、剖面图及使用要求,作用在基础上的荷载、设备基础以及各种管
13、道的布置和标高;4)建筑材料的供应情况。,2、地基基础设计步骤,刚性浅基础设计计算的一般步骤和内容为:1)选定基础的材料 (用块石砌筑还是片石混凝土),初步拟定 基础的形状和尺寸; 2)初步选定基础的埋置深度;3)确定地基承载力特征值 (持力层和软弱下卧层);4)确定基础底面尺寸,必要时进行下卧层强度验算;5)对设计等级为甲级、乙级的建筑以及不符合表7-2规定的 丙级建筑物,进行地基变形验算;,6)对于建于斜坡上的建筑物和构筑物及经常承受较大水平荷载的高层建筑和高耸结构,进行地基稳定性验算;7)确定基础的剖面尺寸,进行基础结构计算;8)绘制基础施工图。验算中如发现某项设计要求得不到满足,或虽然
14、满足,但尺寸或埋深显得过大而不经济,则需适当修改尺寸或埋置深度,重复各项验算,直到各项要求全部满足,使基础尺寸较为合理为止。,三 浅基础的类型,无筋扩展基础,扩展基础,刚性基础,柔性基础,联合基础,按构造类型,独立基础,筏板基础,条形基础,十字交叉梁基础,壳体基础,箱形基础,(一)无筋扩展基础(刚性基础),1) 砌筑材料: 砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰 土和三和土2)受力特点: 抗压性能好,抗拉、抗剪能力差3)结构特点: 优点:稳定性好,施工方便,能承受 较大荷载 缺点:自重大,当持力层应力小且厚4)构造: 满足台阶宽高比允许值(刚性角)的 要求,适用于多层民用建筑和轻型厂房,地基反力,刚
15、性基础受力破坏简图,材料及底面积确定后,只要限制宽高比b2/H0小于表中允许值要求,就可以保证基础不会因受弯、受剪而破坏。,基础高度应满足下式要求;,无筋扩展基础台阶宽高比的允许值,(a)墙下基础 (b)柱下基础,无筋扩展基础构造示意图 d柱中纵向钢筋直径,1、砖基础,用途:多用于低层建筑的墙下基础;在寒冷而又潮湿的地区采用 不理想。优点:可就地取材,建筑方便;缺点:强度低且抗冻性差。要求:砖强度MU10,砂浆强度 M5;大放脚:砖基础剖面一般砌成阶梯 形,通常称为大放脚。,2、毛石基础,要求:强度等级MU20的毛石,砂浆强度 M5砌筑而成。优点:抗冻性比较好,在寒冷地区可用于6层以上的建筑;
16、,3 、混凝土毛石混凝土基础,混凝土基础:强度、耐久性和抗冻性均比较好,其混凝土强度等 级一般采用C15,常用于较大的墙柱基础 毛石混凝土基础:为了节约混凝土用量,可在混凝土内掺入15% 25%(体积比)的毛石。,4、灰土基础,特点:灰土基础造价低可节省材料,多用于5层以下的民用建筑。 灰土:是用熟化石灰和粉土或黏性土拌合而成。,(二)扩展基础(柔性基础),1、墙下钢筋混凝土条形基础,定 义:当上部结构荷载较大而地基土较软弱时受力性能:抗弯和抗剪性能良好 ,耐久性和抗冻性都较理想,墙下钢筋混凝土条形基础(a) 无肋式 (b) 有肋式,(1)墙下钢筋混凝土条形基础的构造如图所示:当基础高度h25
17、0mm时,截面采用锥形,其边缘高度不宜小于200mm。当基础高度h250mm时,宜采用平板式。当地及较为软弱时基础剖面也可采用带肋式条形基础(如图)。(2)墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不小于8mm;间距不大于300mm;每延长米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的1/10。基础有垫层时,钢筋保护层不小于40mm;无垫层时不小于70mm。,构造要求,(3)墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于2.5m时, 底板受力钢筋的长度可取宽度的0.9倍,并且交错布置。,(4)墙下条形基础的钢筋一般采用HPB235级钢筋,受力钢筋在横向(基础宽度方向)布置,其直径816,纵向分布钢筋通常采用68
18、250mm或300mm。,2、柱下独立基础,定 义:独立基础是柱下基础的的基本形式受力性能:抗弯和抗剪性能良好 ,耐久性和抗冻性都较理想,柱下独立基础(a)阶梯形基础; (b)锥形基础; (c)杯形基础,扩展基础的构造要求,(1)锥形基础的截面形式如图所示:(2)阶梯形基础的每阶高度宜为300mm 500mm。当 基础高度h500mm时,宜用一阶;当基础高度 500mm900 时宜用三阶。阶梯形基础尺寸一般采用50mm的倍 数。由于阶梯形基础的施工质量容易保证,宜优先 考虑采用。,(3)扩展基础底板受力钢筋最小直径不宜小于10mm;间距不宜大于200mm,也不宜小于100mm。基础垫层的厚度不
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