场地、地基和基础教程.ppt

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1、地质年代表（附）,地质年代是指从最老的地层到最新的地层所代表的时代。分为相对地质年代和绝对地质年代。整个历史时期地质作用在不停息地进行着。各个地质历史阶段，既有岩石、矿物和生物的形成与发展，也有它们的破坏和消亡。把各个地质历史时期形成的岩石，结合埋藏在岩石中能反映生物演化程序的化石和地质构造，按先后顺序确定下来，展示岩石的新老关系，这就是相对年代。国际上又将地质年代划分为大小不同等级的单位，如宙、代、纪、世等。与此相对应的是地层单位宇、界、系、统等。工程活动涉及的土体大都是在第四纪形成，第四纪是指约250万年至今这段地质时期。,重点掌握2.1 场地2.2 天然地基与基础的抗震验算2.3 液化土

2、 了解内容2.3 软土地基2.4 桩基的抗震设计,2 场地、地基和基础,地震破坏作用：从破坏性质和工程对策角度，地震对结构的破坏作用可分为两种类型：场地、地基的破坏作用和场地的震动作用。,场地和地基的破坏作用一般是指造成建筑破坏的直接原因是由于场地和地基稳定性引起的。,场地和地基的破坏作用大致有地面破裂、滑坡、坍塌等。,场地：建筑物的所在地，其在平面上大体相当于厂区、居民区或自然村的区域范围。,2.1 场 地,这种破坏作用一般是通过场地选择和地基处理来减轻地震灾害的。,场地的地震动作用是指由于强烈地面运动引起地面设施振动而产生的破坏作用。,减轻它所产生的地震灾害的主要途径是合理的进行抗震和减震

3、设计和采取减震措施。,建筑地段的选择工程地质条件对地震破坏的影响很大。常有地震烈度异常现象，即“重灾区里有轻灾，轻灾区里由重灾”产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。地段划分,水边地的地下水位较高，土质也较松软，容易在地震时产生土壤滑动或地层液化。,用另外的土石來填补地基，常有土壤密实度不足情形，导致建筑物在地震时产生倾斜、沉陷。,山坡地在地震时会产生土壤滑动 冲积地的土质松软，地震时容易塌陷，如果此处有地下水层，还容易发生液化。,临近悬崖，容易滑落,谷地或低地，这里的建筑物容易在地震发生时，受土石崩塌破坏。,地震引发了一巨大的泥石流，数百户人家被埋在泥石里,地裂,发震断裂的影响,与地下断裂

4、构造直接相关的地裂,与发震断裂间接相关的受应力场控制所产生的地裂,断裂带是地质上的薄弱环节，浅源地震多与断裂活动有关。发震断裂带附近地表，在地震时可能产生新的错动，使建筑物遭受较大的破坏，属于地震危险地段。建设时应避开。发震断裂带上可能发生地表错位的地段主要在高烈度区，全新世以来经常活动的断裂面上。,局部地形的影响1.高突地形距离基准面的高度愈大，高处的反应愈大；2.离陡坎和边坡顶部边缘的距离大，反应相对减小；3.在同样地形条件下，土质结构的反应比岩质结构大；4.高突地形顶面愈开阔，远离边缘的中心部位的反应明 显减小;5.边坡愈陡，其顶部的放大效应相应加大。地段选择1.选择有利地段；2.避开不

5、利地段，当无法避开时，应采取适当的抗震措施；3.不在危险地段建设。,2.1.1 场地土及场地覆盖层厚度1、场地土：场地范围内的地基土。场地土对建筑物的震害，主要与场地土的坚硬程度和土层的组成有关。在同一地震和同一震中距离时，软弱地基地面的自震周期长，振幅大，震动持续时间长，震害也重(地基的震害)。软弱地基上的建筑物震害比坚硬地基上的严重(上部结构的震害)。坚硬土层上的刚性建筑、软弱土上的柔性建筑破坏严重。2、场地土的类型按土层等效剪切波速，场地土分4类：,2.1.2 场地覆盖层厚度的确定：一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面；2.当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切

6、 波速2.5倍 的下卧土层，且下卧土层的剪切波速不小于400m/s时，可按地面至该下卧土层顶面的距离确定；3.剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周 围土层；4.土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。一般震害随覆盖层厚度的增加而加重。,2.1.3 场地类别规范）规定：建筑场地类别应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为四类：,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特征周期（P35表3.2），最后由特征周期计算地震影响系数。,场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评价，并应符合下列要求：对符合下列规定之一的情况

7、，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响：1）抗震设防烈度小于8度；2）非全新世活动断裂；3）抗震设防烈度为8度和9度时隐伏断裂，前第四纪基岩以上的土层覆盖厚度分别大于60m和90m。2.对不符合本条1款规定的情况，应避开主断裂带。其避让距离不宜小于下表对发震断裂最小避让距离的规定。,例：已知某建筑场地的钻孔土层资料如表所示，试确定该建筑场地的类别。,解：,（1）确定地面下20m表层土的场地土类型,（2）确定覆盖层厚度,（3）确定建筑场地类别,属于中软土,属于类场地,补充：天然地基的震害特点及其抗震措施由于地基一旦发生破坏，震后修复加固很难，有时甚至不可能加固修复。一、天然地基的震害特点高压缩性饱

8、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。,2.2 天然地基与基础的抗震验算,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

9、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）。,二、天然地基的抗震措施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

10、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、挤密装法（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碎石边振实，形成碎石桩。,、可不进行天然地基及基础抗震验算的建筑规范规定：1、砌体房屋2、地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑：一般的单层厂房；单层空旷房屋；不超过8层且高

11、度在25m以下的一般民用框架房屋及基础荷载相当的多层框架厂房。3、可不进行上部结构抗震验算的建筑,2.2 天然地基与基础的抗震验算,2.2.2 天然地基在地震作用下的抗震承载力验算1、地基土的抗震承载力：调整后的地基土抗震承载力：地基土抗震承载力调整系数：深度修正后的地基土静承载力特征值,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，地震作用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。,2、天然地基的抗震验算认为基底压应力呈直线分布，则：地震作用效应标准组合的基础底面的平均压应力：地震作

12、用效应组合的基础边缘的最大压应力。高宽比大于4的高层建筑，基底不宜出现拉应力其他基础底面与地基土之间零应力区面积不应超过基底面积的15%。,、地基土的液化,2 液化土与软土地基,液化的宏观标志是在地表出现喷砂冒水。,处于地下水位以下的饱和砂土和粉土在地震时容易出现液化现象,处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实，使空隙水压力急剧上升，而在地震作用的短暂时间内，这种急剧上升的空隙水压力来不及消散，使原有土颗粒通过接触点传递的压力减小，当有效压力完全消失时，土颗粒处于悬浮状态之中。这时，土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性。这种现象称为液化。,唐山地震时，严重液

13、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。,液化的震害：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。,2、场地土液化产生的震害地面开裂、下沉使建筑物产生过度下沉或整体倾斜。不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏，使梁、板等水平构件及节点破坏，使墙体开裂和建筑物体形变化处开裂。地室内地坪上鼓、开裂，设备基础上浮或下沉3、影响场地土液化的因素土层的地质年代和组成：地质年代越古老，越不易液化；细砂较粗砂易液化等。

14、土层的相对密度：土的密实程度越大，越不易液化；土的粘性颗粒含量越高，越不易液化。土层的埋深和地下水位的深度：土的埋深越大，地下水位越深，越不易液化。地震烈度和地震持续时间：地震烈度越高，持续时间越长，饱和砂土越易液化。,、液化的判别液化判别和处理的一般原则：1）对存在饱和砂土和粉土（不含黄土）的地基，除6度外，应进行液化判别。对6度区一般情况 下可不进行判别和处理，但对液化敏感的乙类 建筑应按7度的要求进行判别和处理。2）存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防 类别、地基的液化等级结合具体情况采取相应的措 施。,1、初步判别规范规定：对饱和砂土或粉土，当符合下列条件之一，可不考虑液化的影响。

15、地质年代为第四纪晚更新世及其以前时，冲洪积形成的密实饱和砂土或粉土。粉土的粘粒含量不小于7度10%；8度13%；9度16%。天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位的深度符合下列条件之一：,液化土特征深度d0,查液化土特征深度表,例1 图示为某场地地基剖面图 上覆非液化土层厚度du=5.5m 其下为砂土，地下水位深度 为dw=6.5m.基础埋深db=1.5m,该场地为8度区。确定是否考 虑液化影响。,解：按判别式确定,不需要考虑液化影响。,查液化土特征深度表,解：按判别式确定,不满足判别式，需要进一步判别是否考虑液化影响。,2、进一步判别细判,经初步判别认为需进一步进行液化判别时，一般采

16、用标准贯入试验进一步判别。,钻孔至试验土层上15cm处,用63.5kg穿心锤，落距为76cm，打击土层，打入土层30cm，所用的锤击数记作N63.5，称为标准贯入锤击数。用N63.5与规范规定的临界值Ncr比较来确定是否会液化。,1-穿心锤2-锤垫3-触探杆4-贯入器头5-出水孔6-贯入器身7-贯入器靴,规范规定,当饱和可液化土的标贯击数N63.5的值小于Ncr值时，判为液化，否则判为不液化。,-地下水位深度（m),-饱和土标准贯入试验点深度（m),-液化判别标准贯入锤击数基准值，按下表采用。,-饱和土粘粒含量百分率，当小于3或是砂土时，均应取3。,括号内数值用于设计基本地震加速度为0.15g

17、和0.3g的地区,3.液化指数与液化等级,采用土层柱状液化等级判定。,-判别深度内每一个钻孔标准贯入试验点总数；,-分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值 大于临界值时取临界值的数值；,-第i点所代表的土层厚度（m)；,-第i层考虑单位土层厚度的层位影响权函数值。若判别深度为15m，当该层中点深度不大于5m时采用10，等于15m时应取零值,515m时应按线性内插值法取值;若判别深度为20m，当该层中点深度不大于5m时采用10，等于20m时应取零值，5 20m时应按线性内插值法取值。,液化指数,一般，液化指数越大，场地的喷水冒砂情况和建筑物的液化震害就越严重，因此，可根据液化指数的大

18、小来区分液化危害程度，即地基的液化等级。见表2.7,、可液化地基的抗震措施,当液化土层较平坦、均匀时，可按下表选用抗液化措施,场地土的液化会给建筑物造成一系列破坏，为保障建筑物的安全，可根据建筑的抗震设防类别和地基的液化等级，选择适当的抗液化措施。,2）采用深基础时，基础底面埋入深度以下稳定土层中的深度，不应小于0.5m；,3）采用加密法（如振冲、振动加密、砂桩挤密、强夯等）加固时，应处理至液化深度下界，且处理后土层的标准贯入锤击数的实测值不宜大于相应的临界值；,4）挖除全部液化土层，后分层回填砂、砾等并逐层夯实；,5）采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深

19、度的1/2且不小于基础宽度的1/5。,1、全部消除地基液化沉陷的措施应符合：规范,1）采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖部分），应按计算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于0.5m，对其他非岩石尚不应小于1.5m；,2、部分消除地基液化沉陷的措施应符合：规范,1）处理深度应使处理后的地基液化指数减少，当判别深度为15m时，其值不宜大于4，当判别深度为20m时，其值不宜大于5；对独立基础与条形基础，尚不应小于基础底面下液化特征深度和基础宽度的较大值。,2）处理深度范围内，应挖除其液化土层或采用加密法加固，使处理后土层的标准贯入锤击数实测值不小于

20、相应的临界值。,3）基础边缘以外的处理宽度与全部清除地基液化沉陷时的要求相同。,1)选择合适的基础埋置深度；,5)管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等。,3.减轻液化影响的基础和上部结构处理，规范 可综合考虑采用下列措施：,2)调整基础底面积，减少基础偏心；,3)加强基础的整体性和刚性，如采用箱基、筏基或钢筋混凝土十字形基础，加设基础圈梁、基础梁系等；,4)减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等；,一、概念解释场地、场地土、覆盖层厚度、场地土的液化二、简答1、场地土分几类？如何划分的？2、如何确定场地类别？3、场地选择的原则？4、液化指数的作用？5、场地土液化产生的震害？6、怎样进行天然地基的抗震验算？三、计算1、会判定建筑场地的类型?2、会进行液化的初步判别？,本 章 重 点,