天然地基上浅基础.pptx

1第一节 浅基础的类型、构造及适用条件 一、浅基础常用类型 刚性基础刚性基础柔性基础柔性基础第1页/共152页2刚性基础材料：混凝土、粗料石和片石。特点：抗压性能较好，耐久性好，但抗拉、剪强度不高。设计要求：发生在基础内的拉应力和剪应力不超过其材料强度设计值。可通过限制基础外伸宽度与基础高度的比值来实现；在宽高比的限制下，基础相对高度一般较大，几乎不会发生弯曲变形；第2页/共152页3柔性基础（钢筋混凝土扩展基础）材料：混凝土+钢筋特点：具有较好的抗剪能力和抗弯能力。设计要求：采用扩大基础底面积的方法来满足地基承载力的要求，但不必增加基础的埋深；选择合适的基础材料、高度与配筋来满足基础抗剪和抗弯要求。分类：独立基础、条形基础、筏板基础、箱形基础和壳体基础等。第3页/共152页4二、浅基础的构造 1、刚性扩大基础 第4页/共152页52、单独和联合基础、单独和联合基础 第5页/共152页63、条形基础、条形基础 第6页/共152页74、筏板和箱形基础、筏板和箱形基础 第7页/共152页8优点：埋深浅，结构形式简单 施工方法简便，造价较低 缺点：自重大；扩大基础面积受限；地基强度要求较高；抗不良地质灾害能力较弱。浅基础特点第8页/共152页9适用条件地质资料准确详实，有较好的持力层且埋藏浅；陆地上，如跨线桥或跨江河桥的引桥等浅水，可通过围水填土形成干旱施工条件的情况第9页/共152页10浅基础设计时应考虑的主要因素(1)建筑基础所用的材料及基础的结构型式；(2)基础的埋置深度；(3)地基土的承载力；(4)基础的形状和布置，以及与相邻基础、地下构筑物和地下管道的关系；(5)上部结构类型、使用要求及对不均匀沉降的敏感性；(6)施工期限、施工方法及所需的施工设备等。第10页/共152页11第二节 刚性扩大基础施工 注意事项：明挖开挖应尽量在枯水或少雨季节进行，不宜间断；基坑不应暴露过久，验收合格后应尽快修筑基础；基坑底30cm应由人工开挖，以免破坏基底土的结构；基坑开挖过程中要注意排水；基坑尺寸要比基底尺寸每边大0.5m1.0m；基坑开挖时根据土质及开挖深度确定围护形式；水中开挖基坑还需先修筑防水围堰。第11页/共152页12一、旱地上基坑开挖及围护（一）无围护基坑适用条件：基坑较浅，地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定时，此时可将坑壁挖成竖直或斜坡形。竖直坑壁只适宜在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用。在一般土质条件下开挖基坑时，应采用放坡开挖的方法。第12页/共152页13（二）有围护基坑1板桩墙支护 材料：木板桩、钢筋砼板桩、钢板桩结构形式：钢筋砼板桩 钢板桩一字型槽 形Z字型第13页/共152页14适用条件：土质稳定，渗水量较小的浅基坑施工要求：在基坑开挖前先垂直打入土中至坑底以下一定深度，然后边挖边设支撑。分类：无支撑、支撑式、锚撑类第14页/共152页15一道钢支撑，两道砼支撑第15页/共152页16悬臂式排桩支护第16页/共152页178m8m深基坑采用水泥土搅拌桩支护技术深基坑采用水泥土搅拌桩支护技术第17页/共152页18钢筋砼内撑支护钢筋砼内撑支护第18页/共152页19钢管内撑支护钢管内撑支护第19页/共152页202喷射混凝土护壁 适用条件：宜用于土质较稳定，渗水量不大，深度小于10m，直径为6m12m的圆形基坑。对于有流砂或淤泥夹层的土质，也有使用成功的实例。施工要求：须有熟练的技术工人和专门设备，对混凝土用料的要求也较严，用于超过10m的深基坑尚无成熟经验，因而有其局限性。第20页/共152页213混凝土围圈护壁 适用条件：基坑深度可达15m20m，除流砂及呈流塑状态粘土外，可适用于其它各种土类施工要求：自上而下分层垂直开挖，开挖一层后随即灌注一层混凝土壁。顶层混凝土应一次整体浇筑，以下各层均间隔开挖和浇筑，并将上下层混凝土纵向接缝错开。开挖面应均匀分布对称施工，及时浇筑混凝土壁支护，每层坑壁无混凝土壁支护总长度应不大于周长的一半。第21页/共152页22基坑坍塌第22页/共152页23砼支撑破坏，地下连续墙倒塌砼支撑破坏，地下连续墙倒塌第23页/共152页24角撑局部屈压角撑局部屈压第24页/共152页25二、基坑排水（一）表面排水法 基础范围以外设集水沟和集水坑一般土质条件下均可采用（流砂层例外）第25页/共152页26（二）井点法降低地下水位分类：轻型井点喷射井点电渗井点深井泵井点动画演示动画演示第26页/共152页27三、水中基坑开挖时的围堰工程 定义：挡水构筑物施工要求：需先修筑防水围堰，排水后再开挖基坑如排水较困难，可在围堰内进行水下挖土，挖至预定标高后先灌注水下封底混凝土，然后再抽干水继续修筑基础。第27页/共152页28分类 土围堰草（麻）袋围堰钢板桩围堰双壁钢围堰地下连续墙围堰 第28页/共152页29设计及施工要求 1围堰顶面标高应高出施工期间中可能出现的最高水位0.5m以上，有风浪时应适当加高。2修筑围堰将压缩河道断面，使流速增大引起冲刷，或堵塞河道影响通航，因此要求河道断面压缩一般不超过流水断面积的30%。对两边河岸河堤或下游建筑物有可能造成危害时，必须征得有关单位同意并采取有效防护措施。3围堰内尺寸应满足基础施工要求，留有适当工作面积，由基坑边缘至堰脚距离一般不少于1m。4围堰结构应能承受施工期间产生的土压力、水压力以及其他可能发生的荷载，满足强度和稳定要求。围堰应具有良好的防渗性能。第29页/共152页30（一）土围堰和草袋围堰适用条件：水深较浅（2m以内），流速缓慢，河床渗水较小的河流 施工材料及要求：土围堰用粘性土填筑，无粘性土时，也可用砂土类填筑，但须加宽堰身以加大渗流长度；型式：竹笼片石或木笼片石+粘土心墙 第30页/共152页31（二）钢板桩围堰适用条件：水深较深，但流速不大；组成：支撑(万能杆件构架或浮箱)+导向(由槽钢组成内外导环)系统 第31页/共152页32（三）双壁钢围堰 适用条件：水深大，流速较高型式：一般为圆形（浮式钢沉井）组成：在两壁之间设数道竖向隔舱板将圆形井壁等分为若干个互不连通的密封隔舱，利用向隔舱不等高灌水来控制双壁围堰下沉及调整下沉时的倾斜。第32页/共152页33第三节 板桩墙的计算板桩墙的作用 挡住基坑四周的土体，防止土体下滑和防止水从坑壁周围渗入或从坑底上涌，避免渗水过大或形成流砂而影响基坑开挖。载荷 土压力+水压力 第33页/共152页34一、侧向压力计算 外力来源：坑壁土压力和水压力，或坑顶其它荷载（如挖、运土机械等）所引起的侧向压力。计算方法：主动土压力主动土压力 被动土压力被动土压力第34页/共152页35二、悬臂式板桩墙的计算 破坏形式：一般是板桩绕桩底端b点以上的某点o转动。计算方法：绕b点的力矩平衡。第35页/共152页36例题2-1条件：如图所示要求：计算图中所示悬臂式板桩墙需要入土深度t及桩身最大弯矩值。第36页/共152页37受力分析(h+t)/3t/3第37页/共152页38解：当=30o时，朗金主动土压力系数朗金被动土压力系数设入土tm深，取1延米，根据对b点力矩平衡得：解得：t=2.76m第38页/共152页39板桩实际入土深度较计算值增加20%，则可求得板桩总长度L：若板桩的最大弯矩截面在基坑底深度t0处，该截面的剪力应等于零，即解得：t0=1.6m第39页/共152页40每延米板桩墙最大弯矩：此处书中印刷错误！应为1.60第40页/共152页41三、单支撑（锚碇式）板桩墙的计算 第41页/共152页42计算假设：计算方法：简简支支：板桩墙受力后挠曲变形，上下两个支承点均允许自由转动，墙后侧产生主动土压力EA。由于板桩下端允许自由转动，故墙后下端不产生被动土压力。固固支支：板桩下端入土较深时，板桩下端在土中嵌固，板桩墙后侧除主动土压力EA外，在板桩下端嵌固点下还产生被动土压力EP2。视作两个支承点的竖直梁。一个支点是板桩上端的支撑杆或锚碇拉杆；另一个是板桩下端埋入基坑底下的土。第42页/共152页43下端为固定支承时的单支撑板桩计算 平衡条件：O点 力 矩 平衡；水平力平衡第43页/共152页44例题2-2条件：如图所示要求：计算图中所示板桩墙需要入土深度t及桩身最大弯矩值。第44页/共152页45解：当=30o时，朗金主动土压力系数朗金被动土压力系数则：第45页/共152页46锚碇点O的力矩分析h-d2h/32t/3第46页/共152页47根据锚碇点O的力矩平衡条件得代入Ep和EA得：解得：t=5.5m第47页/共152页48根据力的平衡条件得：最大弯矩计算方法与例2-1同。第48页/共152页49 四、多支撑板桩墙计算 支撑布置方式：1等弯矩布置：当板桩强度已定，即板桩作为常备设备使用时，可按支撑之间最大弯矩相等的原则设置。2等反力布置：当把支撑作为常备构件使用时，甚至要求各层支撑的断面都相等时，可把各层支撑的反力设计成相等。第49页/共152页50多支撑板桩墙的位移及土压力分布 第50页/共152页51多支撑板桩墙上土压力的分布图形 a）板桩支撑；b）松砂；c）密砂；d）粘土H6cu；e）粘土H4Cu第51页/共152页52例题2-4某基坑开挖采用多支撑板桩，如图所示，已知地基土为密砂，=19.5kN/m3，c=0，f=35，d=f/2，基坑开挖高度H=10m；支撑在长度方向的间距a=2.5m，计算作用在每根支撑上的荷载及板桩上的最大弯矩H=10m1.2mABCD2.2m2.2m2.2m2.2m0.2H=2m0.6H=6m0.2H=2m第52页/共152页53解：墙背不光滑，因此采用库仑土压力计算；主动土压力系数：最大土压力强度：H=10m1.2mABCD2.2m2.2m2.2m2.2m0.2H=2m0.6H=6m0.2H=2m36.6kpa第53页/共152页541)计算支撑荷载假定板桩在支撑间简支对B1取矩，由MB1=0得得：A=50.7kN/m同理得：B2=C1=C2=D1=40.3kN/mD2=29.2kN/mAB1B2C1C2D1D2E2m1.4m2.2m2.2m2.0m0.2m第54页/共152页55则每延米板桩墙上的支撑力为：A=50.7kN/m;B=B1+B2=77.4kN/mC=C1+C2=80.6kN/m;D=D1+D2=69.5kN/mE=0.5(0.2+2.2)36.6-29.2=14.7kN/m由支撑间距a=2.5m，得：A=50.72.5=126.8kN;B=77.42.5=193.5kNC=80.62.5=201.5kN;D=69.52.5=173.8kN第55页/共152页56计算板桩弯矩思路：任意跨间最大弯矩处截面剪力Q=0得各跨间的最大弯矩为：MAB=18.88kNm;MBC=MCD=22.14kNm;MDE=12.48kNm板桩的设计控制弯矩为MCD=22.14kNm第56页/共152页57第57页/共152页58五、基坑稳定性验算两侧水土压力的不平衡及渗流可能导致基坑失稳！第58页/共152页59（一）坑底流砂验算 安全条件：第59页/共152页60（二）坑底隆起验算 滑动力矩稳定力矩 安全系数 第60页/共152页61六、封底混凝土厚度计算 原 因：钢板桩围堰需进行水下封底混凝土后在围堰内抽水修筑基础和墩身，在抽干水后封底混凝土底面因围堰内外水头差而受到向上的静水压力，若板桩围堰和封底混凝土之间的粘结作用不致被静水压力破坏，则封底混凝土及围堰有可能被水浮起，或者封底混凝土产生向上挠曲而折裂，因而封底混凝土应有足够的厚度，以确保围堰安全。第61页/共152页62作用在封底层的浮力是由封底混凝土和围堰自重，以及板桩和土的摩阻力来平衡的。第62页/共152页63封底混凝土自重平衡浮力时最小厚度：考虑未计算桩土间摩阻力和围堰自重的修正系数，小于1，具体数值由经验确定；w水的重度，取10kN/m3;c混凝土重度，取23kN/m3;h封底混凝土顶面处水头高度(m)。第63页/共152页64强度确定：容许应力法 W封底层每米宽断面的截面模量(m3)；l 围堰宽度(m)；水下混凝土容许弯曲应力，考虑水下混凝土表层质量较差、养护时间短等因素，不宜取值过高，一般用100200kPa。第64页/共152页65注意：封底混凝土灌注时厚度宜比计算值超过0.250.50m,以便在抽水后将顶层浮浆、软弱层凿除，以保证质量。第65页/共152页66第四节 地基容许承载力的确定 地基容许承载力确定方法：1在土质基本相同的条件下，参照邻近建筑物地基容许承载力；2根据现场荷载试验的p-s曲线；3按地基承载力理论公式计算；4按现行规范提供的经验公式计算。第66页/共152页67公路桥涵地基与基础设计规范1确定土的分类名称2确定土的状态3确定土的容许承载力当基础最小边宽超过2m或基础埋深超过3m，且h/b4时，一般地基的容许承载力 铁路桥涵地基和基础设计规范铁路桥涵地基和基础设计规范2005规定相同规定相同第67页/共152页68第五节 刚性扩大基础的设计与计算 刚性扩大基础的设计与计算的主要内容基础埋置深度的确定；刚性扩大基础尺寸的拟定；地基承载力验算；基底合力偏心距验算；基础稳定性和地基稳定性验算；基础沉降验算。第68页/共152页69一、基础埋置深度的确定（一）地基的地质条件（二）河流的冲刷深度（三）当地的冻结深度（四）上部结构型式（五）当地的地形条件（六）保证持力层稳定所需的最小埋置深度第69页/共152页70实例第70页/共152页71常年有水且上部为静定结构，因而因素(三)至(六)可以排除；、土层可作持力层浅基础；最大冲刷线最小埋深2m验算、II土层承载力；若承载力不满足要求，选作持力层沉井或桩基础；若荷载较大，要求埋深大选方案三桩基础第71页/共152页72二、刚性扩大基础尺寸的拟定 依据：根据基础埋置深度确定基础平面尺寸和基础分层厚度。要求：所拟定的基础尺寸，应是在可能的最不利荷载组合的条件下，能保证基础本身有足够的结构强度，并能使地基与基础的承载力和稳定性均能满足规定要求，并且是经济合理的。第72页/共152页73基础厚度 依据：根据墩、台身结构形式，荷载大小、选用的基础材料等因素来确定。基底标高应按基础埋深的要求确定。要求：水中基础顶面一般不高于最低水位，在季节性流水的河流或旱地上的桥梁墩、台基础，则不宜高出地面，以防碰损。这样，基础厚度可按上述要求所确定的基础底面和顶面标高求得。在一般情况下，大、中桥墩、台混凝土基础厚度在1.02.0m左右。第73页/共152页74基础平面尺寸基础平面形式一般应考虑墩、台身底面的形状而确定，基础平面形状常用矩形。基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系式。第74页/共152页75基础剖面尺寸襟边c1：视基底面积要求、基础厚度及施工方法确定.桥梁墩台襟边最小值2030cm第75页/共152页76基础悬出总长度：应力条件：使悬出部分在基底反力作用下，在a-a截面所产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工的强度限值。几何条件：砖、石+M5以下砂浆：max30o砖、石+M5以上砂浆：max35o混凝土：max40o刚性角：墩台身边缘处的垂线与基底边缘联线间的最大夹角第76页/共152页77基础每层台阶高度：通常为0.50m1.00m;一般情况下各层台阶宜采用相同厚度。第77页/共152页78三、地基承载力验算 （一）持力层强度验算 桥梁基础横向长度比顺桥向宽度大的多，同时上部结构在横桥向布置常是对称的，故一般由顺桥向控制基底应力计算。对通航河流或河流中有漂流物时，应计算船舶撞击力或漂流物撞击力在横桥向产生的基底应力，并与顺桥向基底应力比较，取其大者控制设计。第78页/共152页79基底压力分布a.矩形(中心荷载)；b.梯形(偏心矩e0)；应力重分布第79页/共152页80曲线上的桥梁顺桥向引起的力矩Mx，离心力在横桥向产生的力矩My；桥面活载双向偏心，则偏心竖向力对基底两个方向中心轴均有偏心距 Mx=Nex，My=Ney 第80页/共152页81（二）软弱下卧层承载力验算第81页/共152页82四、基底合力偏心距验算 目的：尽可能使基底应力分布比较均匀，以免基底两侧应力相差过大，使基础产生较大的不均匀沉降，使墩、台发生倾斜，影响正常使用。若使合力通过基底中心，虽然可得均匀的应力，但这样做非但不经济，往往也是不可能的，可在满足有关设计规范的规定基础上有所偏心。第82页/共152页83基础偏心距的要求 非岩石地基原则：不出现拉应力基本要求：仅受恒载作用时，合力偏心距仅受恒载作用时，合力偏心距e e0 0应分别不大于应分别不大于基底核心半径基底核心半径r r的的0.1倍倍(桥墩桥墩)和和0.75倍倍(桥台桥台)；受荷载组合受荷载组合、时，要求时，要求e e0 0 r r。第83页/共152页84岩石地基：原则：在必要安全储备基础上可以出现拉应力基本要求：根据岩石的强度，要求根据岩石的强度，要求e01.2r r1.5r r；当外力合力作用点不在基底二个对称轴中任一对称轴上，或当基当外力合力作用点不在基底二个对称轴中任一对称轴上，或当基底截面为不对称时，可按下式求底截面为不对称时，可按下式求e0与与r的比值，使其满足规定的要的比值，使其满足规定的要求：求：第84页/共152页85铁桥基规铁桥基规偏心距规定偏心距规定第85页/共152页86五、基础稳定性和地基稳定性验算五、基础稳定性和地基稳定性验算 （一）基础稳定性验算1基础倾覆稳定性验算主要荷载组合K01.5；附加荷载组合K01.11.3第86页/共152页872基础滑动稳定性验算 表征指标：抗滑动稳定系数Kc，基底与土之间的摩擦阻力和水平推力的比值。要求：Kc必须大于规范规定的设计容许值，一般根据荷载性质，Kc1.21.3。第87页/共152页88（二）地基稳定性验算计算方法：圆弧滑动面法要求：一般假定滑动面通过填土一侧基础剖面角点一般假定滑动面通过填土一侧基础剖面角点A；计算滑动力矩时，应计入桥台上作用的外荷载计算滑动力矩时，应计入桥台上作用的外荷载(包括上部结构自重和活载等包括上部结构自重和活载等)以及桥台和基础的自重的影响。以及桥台和基础的自重的影响。第88页/共152页89基础抗倾覆措施 不对称的形式台身（后倾形式）第89页/共152页90基础抗滑动措施基底设齿槛基底倾斜第90页/共152页91六、基础沉降验算 沉降量相邻基础沉降差基础由于地基不均匀沉降而发生的倾斜沉降：竖向荷载作用下土层的压缩变形第91页/共152页92必须验算的地基：必须验算的地基：1地质情况复杂、地层分布不均或强度较小的软粘土地基及湿陷性黄土上的基础；2非岩地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构的基础；3相邻基础下地基土强度显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须考虑其沉降差时；4跨线桥、跨线渡槽要保证桥（或槽）下净空高度时。第92页/共152页93计算方法根据土的压缩特性指标按公桥基规的单向应力分层总和法(用沉降计算经验系数ms修正)计算。对于公路桥梁，基础上结构重力和土重力作用对沉降是主要的，汽车等活载作用时间短暂，对沉降影响小，所以在沉降计算中不予考虑。第93页/共152页94变形容许值变形容许值墩台均匀沉降量：相邻沉降差：L相邻跨中较短的跨距，当相邻跨中较短的跨距，当L1 基底压应力取平均值下卧层顶面处容许承载力满足要求第139页/共152页140六、基底偏心距验算（一）仅受恒载时应满足e00.75r满足要求第140页/共152页141（二）附加组合时应满足e0r r组合(三)的附加组合最不利，则 满足要求!第141页/共152页142七、基础稳定性验算（一）倾覆稳定性验算主要组合附加组合二者均满足要求！第142页/共152页143（二）滑动稳定性验算基底为硬塑粘土，查得f=0.30。主要组合荷载组合(三)附加组合荷载组合(四)二者均满足要求！第143页/共152页144八、沉降计算计算方法：分层总和法土层II底部的自重应力：基底的附加应力第144页/共152页145分层：土层I=2.0m+2.5m土层II=2.0m+2.1m分层1：第145页/共152页146同理分层2分层3分层4其下为软岩，沉降计算至该标高处！第146页/共152页147分层平均附加应力第147页/共152页148分层沉降量第148页/共152页149基础中心点总沉降量：基础允许沉降量参照公桥基规沉降计算经验系数ms1.0变形满足要求！第149页/共152页150内容小结结构简单，地基较好浅基础类型、构造及适用条件 刚性扩大基础施工不同施工方法施工需要围堰围堰板桩墙的计算 设计对地基的要求地基容许承载力的确定 设计对结构的要求刚性扩大基础的设计与计算 刚性扩大基础的算例第150页/共152页151本章结束第151页/共152页152感谢您的观看！第152页/共152页