第二章天然地基上的浅基础1.ppt
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1、第第 二二 章章天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础1本本 章章 提提 示示 浅浅基基础础的的概概念念、特特点点及及适适用用范范围围,浅浅基基础础设设计计的的基基本本原则和要求。原则和要求。浅基础的形式和构造要求。浅基础的形式和构造要求。天天然然地地基基上上的的浅浅基基础础设设计计计计算算内内容容,主主要要包包括括:浅浅基基础础的的类类型型,基基础础埋埋置置深深度度的的选选择择,基基础础底底面面尺尺寸寸的的确确定定,地地基基承承载载力力的的验验算算,基基底底合合力力偏偏心心距距验验算算,基基础础稳定性和地基稳定性验算,基础沉降验算。稳定性和地基稳定性验算,基础沉降验算。刚性浅基础的施工。刚性浅
2、基础的施工。学习完本章应能学习完本章应能独立完成刚性扩大基础的设计与验算独立完成刚性扩大基础的设计与验算。2主主 要要 内内 容容2.1 天然地基上浅基础的类型、构造及天然地基上浅基础的类型、构造及 适用条件适用条件2.2 刚性扩大浅基础施工刚性扩大浅基础施工2.3 板桩墙的计算(自学)板桩墙的计算(自学)2.4 地基承载力容许值的确定地基承载力容许值的确定2.5 刚性扩大基础的设计与计算刚性扩大基础的设计与计算2.6 刚性扩大基础计算算例刚性扩大基础计算算例 3本本 章章 学学 习习 要要 求求1.1.掌握浅基础的各种概念;理解浅基础的设计原则及掌握浅基础的各种概念;理解浅基础的设计原则及
3、要求;要求;2.2.熟悉浅基础构造、浅基础的适用条件及特点;熟悉浅基础构造、浅基础的适用条件及特点;3.3.掌握基础埋置深度及尺寸的确定方法和影响因素;掌握基础埋置深度及尺寸的确定方法和影响因素;4.4.掌握地基承载力验算,掌握基底合力偏心距验算、掌握地基承载力验算,掌握基底合力偏心距验算、基础稳定性验算、基础沉降验算;基础稳定性验算、基础沉降验算;5.5.掌握刚性扩大基础的施工要点;掌握刚性扩大基础的施工要点;6.6.熟悉桥墩、桥台刚性扩大浅基础的设计计算方法。熟悉桥墩、桥台刚性扩大浅基础的设计计算方法。4 :浅基础中的基本概念;基础埋置深度的确定及浅基础中的基本概念;基础埋置深度的确定及
4、尺寸拟定;刚性扩大基础的验算;刚性扩大基尺寸拟定;刚性扩大基础的验算;刚性扩大基 础的施工。础的施工。:对基础埋置深度确定方法的理解和灵活运用。:对基础埋置深度确定方法的理解和灵活运用。本本 章章 重重 点点 及及 难难 点点重重 点点难难 点点52.1 2.1 概概 述述2.1.1 2.1.1 浅基础的适用范围浅基础的适用范围2.1.2 2.1.2 浅基础的设计原则和设计要求浅基础的设计原则和设计要求 浅基础的概念浅基础的概念 浅基础的特点浅基础的特点 浅基础的适用性浅基础的适用性 浅基础的设计原则浅基础的设计原则 浅基础的设计要求浅基础的设计要求 62.1.12.1.1浅基础的适用范围浅基
5、础的适用范围天然地基上的基础,分为天然地基上的基础,分为浅基础浅基础和和深基础深基础两类。两类。天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础是指修建在天然地基上,基础底面的埋置是指修建在天然地基上,基础底面的埋置深度小于基础窄边宽度,或埋入地层深度较浅(在深度小于基础窄边宽度,或埋入地层深度较浅(在5m5m以内),以内),施工一般采用敞开挖基坑和敞坑排水修筑的基础,也称明挖基施工一般采用敞开挖基坑和敞坑排水修筑的基础,也称明挖基础或扩大基础。础或扩大基础。图图2.1 简支梁桥基础图示简支梁桥基础图示 7浅基础由于基础埋置深度较浅,在设计计算时可以浅基础由于基础埋置深
6、度较浅,在设计计算时可以忽忽略基础侧面土体对基础的影响略基础侧面土体对基础的影响,而使计算简化。而使计算简化。深基础在设计计算时需深基础在设计计算时需考虑基础侧面土体的影响考虑基础侧面土体的影响。浅基础的特点浅基础的特点:稳定性好,施工简便,经济效益较好,:稳定性好,施工简便,经济效益较好,造价也较低,能承受较大荷载。浅基础适合修建于在造价也较低,能承受较大荷载。浅基础适合修建于在岸上或水流冲刷影响不大的浅水处,且浅表地基承载岸上或水流冲刷影响不大的浅水处,且浅表地基承载力合适的地层。力合适的地层。浅基础是桥梁及涵洞等结构物优先考虑的基础形式。浅基础是桥梁及涵洞等结构物优先考虑的基础形式。82
7、.1.2 2.1.2 浅基础的设计原则和设计要求浅基础的设计原则和设计要求(1)浅基础设计原则)浅基础设计原则 1)为防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性,应具有足够的)为防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性,应具有足够的安全度,防止土体出现极限破坏;安全度,防止土体出现极限破坏;2)在荷载作用下,应控制地基及基础的变形值小于桥梁结在荷载作用下,应控制地基及基础的变形值小于桥梁结构物要求的容许沉降值;构物要求的容许沉降值;3)基础的型式、构造尺寸除应能适应上部结构、符合使用基础的型式、构造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,还应满足对基础需要、满足地基承载力、稳定
8、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。结构的强度、刚度和耐久性的要求。9 (2)浅基础的设计要求)浅基础的设计要求 1)地基设计采用)地基设计采用正常使用极限状态法正常使用极限状态法,要求基础底面作用在,要求基础底面作用在 地基土的地基土的最大压应力不超过地基承载力的容许值最大压应力不超过地基承载力的容许值,且应以,且应以 修正后的地基承载力容许值控制修正后的地基承载力容许值控制。2)基础沉降计算时,修建在一般土质条件下的中、小型桥梁)基础沉降计算时,修建在一般土质条件下的中、小型桥梁 的基础,只要满足了地基的强度要求,地基(基础)的沉的基础,只要满足了地基的强度要求,
9、地基(基础)的沉 降也就满足要求。降也就满足要求。3)基础结构承载力和稳定性验算按承载能力极限状态设计基础结构承载力和稳定性验算按承载能力极限状态设计。基础结构进行自身承载力验算,在外荷载作用下应满足抗基础结构进行自身承载力验算,在外荷载作用下应满足抗 弯、抗剪、抗冲切、抗压等承载力要求。基础结构的稳定弯、抗剪、抗冲切、抗压等承载力要求。基础结构的稳定 性验算,所得倾覆和滑动稳定性系数应满足规范的规定值。性验算,所得倾覆和滑动稳定性系数应满足规范的规定值。102.2 天然地基浅基础的类型及构造及适用条件2.2.12.2.1 浅基础的类型划分浅基础的类型划分 按浅基础的受力条件分类按浅基础的受力
10、条件分类 按浅基础的施工分类按浅基础的施工分类 2.2.2 2.2.2 刚性浅基础的构造要求刚性浅基础的构造要求 刚性扩大基础构造要求刚性扩大基础构造要求 条形基础构造要求条形基础构造要求 112.2.1 2.2.1 浅基础的类型划分浅基础的类型划分 浅浅浅浅基基基基础础础础类类类类型型型型按受力条件分类按受力条件分类按受力条件分类按受力条件分类按施工方法分类按施工方法分类按施工方法分类按施工方法分类u刚性基础刚性基础u柔性基础柔性基础u就地砌筑基础就地砌筑基础u装配式基础装配式基础设计时必须保证在设计时必须保证在基础内产生的拉应基础内产生的拉应力和剪应力都不大力和剪应力都不大于相应材料强度的
11、于相应材料强度的设计值设计值设计时在基础内产设计时在基础内产生的拉应力和剪应生的拉应力和剪应力都大于相应材料力都大于相应材料强度的设计值强度的设计值12概念概念:当截面厚度一定时,其悬出部分长度应控制在一定范围:当截面厚度一定时,其悬出部分长度应控制在一定范围 内。内。a-aa-a截面则不会出现裂缝,这时,基础内不需配置受截面则不会出现裂缝,这时,基础内不需配置受 力钢筋,这种基础称为刚性基础。力钢筋,这种基础称为刚性基础。特点:特点:稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载。它的主要稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载。它的主要缺缺 点点是自重大,当持力层为软弱土时,由于扩大基础面积是自重大,当
12、持力层为软弱土时,由于扩大基础面积 有一定限制,需要对地基进行处理或加固后才能采用。有一定限制,需要对地基进行处理或加固后才能采用。实质上实质上就是在设计时要求基础悬就是在设计时要求基础悬出部分的宽度和基础的高度的比出部分的宽度和基础的高度的比值限制在一定的范围之内值限制在一定的范围之内。思考什么是思考什么是“刚性角刚性角”?(1)刚性基础刚性基础图图2.2 刚性基础刚性基础 13刚性扩大基础刚性扩大基础柱下条形基础柱下条形基础 挡土墙下条形基础挡土墙下条形基础 刚性基础形式刚性基础形式1415刚性基础采用的材料:刚性基础采用的材料:混凝土、各种石材及砂浆。混凝土、各种石材及砂浆。混凝土。它的
13、优点是抗压强度高、耐久性和抗冻性好,可浇混凝土。它的优点是抗压强度高、耐久性和抗冻性好,可浇筑成任意形状的砌体,混凝土强度等级一般不宜小于筑成任意形状的砌体,混凝土强度等级一般不宜小于C20C20。对于。对于大体积混凝土基础,采用片石混凝土。大体积混凝土基础,采用片石混凝土。石材。刚性基础常用的石材主要有各种料石、块石和片石。石材。刚性基础常用的石材主要有各种料石、块石和片石。采用石材砌筑时应错缝,并用水泥砂浆填缝。采用石材砌筑时应错缝,并用水泥砂浆填缝。表表2.1 2.1 圬工材料的最低强度等级圬工材料的最低强度等级结构物种类结构物种类材料最低强度等级材料最低强度等级砌筑砂浆最低砌筑砂浆最低
14、强度等级强度等级大、中桥墩台及基础,轻型大、中桥墩台及基础,轻型桥台桥台MU40MU40石材石材C25C25混凝土(现浇)混凝土(现浇)C30C30混凝土(预制块)混凝土(预制块)M7.5M7.5小桥涵墩台及基础小桥涵墩台及基础MU30MU30石材石材C20C20混凝土(现浇)混凝土(现浇)C25C25混凝土(预制块)混凝土(预制块)M5M516概念概念:基础在基底反力作用下,在:基础在基底反力作用下,在a-aa-a截面产生弯曲拉应力和截面产生弯曲拉应力和 剪应力若超过了基础圬工的强度极限值,为了防止基础剪应力若超过了基础圬工的强度极限值,为了防止基础 在在a-aa-a截面开裂甚至断裂,可将刚
15、性基础尺寸重新设截面开裂甚至断裂,可将刚性基础尺寸重新设 计,并在基础中配置足够数量的受力钢筋,这种基础称计,并在基础中配置足够数量的受力钢筋,这种基础称 为柔性基础。为柔性基础。特点:特点:整体性能较好,抗弯刚度较大。在外力作用下只产生均整体性能较好,抗弯刚度较大。在外力作用下只产生均 匀沉降或整体倾斜,基本上消除了由于地基沉降不均匀匀沉降或整体倾斜,基本上消除了由于地基沉降不均匀 引起结构物损坏的影响。其引起结构物损坏的影响。其缺点缺点是钢筋和水泥的用量较是钢筋和水泥的用量较 大,施工技术的要求也较高。大,施工技术的要求也较高。(2)柔性基础)柔性基础图图2.3 柔性基础柔性基础 17柔性
16、基础形式柔性基础形式 柱下条形基础柱下条形基础 筏板基础筏板基础 箱形基础箱形基础18刚性浅基础的结构类型刚性浅基础的结构类型刚性扩大基础刚性扩大基础 柱下条形基础柱下条形基础 墙下条形基础墙下条形基础 2.2.2 2.2.2 刚性浅基础的构造要求刚性浅基础的构造要求19由于地基土的强度比墩台或墙由于地基土的强度比墩台或墙柱圬工的强度低,故基础平面柱圬工的强度低,故基础平面尺寸应扩大以满足地基强度要尺寸应扩大以满足地基强度要求,这种刚性基础又称求,这种刚性基础又称刚性扩刚性扩大基础大基础 。其平面形状常为矩形,其每边其平面形状常为矩形,其每边扩大的尺寸最小为扩大的尺寸最小为0.20m0.20m
17、0.50m0.50m,视土质、基础厚度、埋,视土质、基础厚度、埋置深度和施工方法而定。作为置深度和施工方法而定。作为刚性基础,每边扩大的最大尺刚性基础,每边扩大的最大尺寸应受到材料寸应受到材料刚性角限制刚性角限制。当基础较厚(超过当基础较厚(超过1m1m以上)时,以上)时,可在纵横两个剖面上都做成台可在纵横两个剖面上都做成台阶形,以减少基础自重,节省阶形,以减少基础自重,节省材料。材料。它是桥涵及其它建筑物常用的它是桥涵及其它建筑物常用的基础形式。基础形式。(1)刚性扩大基础)刚性扩大基础图图2.4 刚性扩大基础刚性扩大基础 20条形基础分为墙下和柱下条形基础。条形基础分为墙下和柱下条形基础。
18、墙下条形基础:墙下条形基础:挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。一般多采用挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。一般多采用刚性基础,其横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形。如挡土墙刚性基础,其横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形。如挡土墙很长,为了避免在沿墙长方向因沉降不均匀而开裂,可根据土质很长,为了避免在沿墙长方向因沉降不均匀而开裂,可根据土质和地形予以分段,设置沉降缝。和地形予以分段,设置沉降缝。柱下条形基础:柱下条形基础:当桥较宽,桥下墩柱较多时,有时为了增强桥墩当桥较宽,桥下墩柱较多时,有时为了增强桥墩柱下基础的整体性和承载能力,将同一排若干个柱子的基础联合柱下基础的整体性和承载能力,将同一排若干
19、个柱子的基础联合成整体,也就成为柱下条形基础。公路桥涵多采用圬工刚性基础。成整体,也就成为柱下条形基础。公路桥涵多采用圬工刚性基础。(2)条形基础条形基础图图2.5 墙下条形基础墙下条形基础 图图2.6 柱下条形基础柱下条形基础 21作业思考题作业思考题P67,2-3P67,2-31.1.什么是明挖基础?什么是明挖基础?2.2.为什么要用明挖基础,它适用于哪些地质条件呢?为什么要用明挖基础,它适用于哪些地质条件呢?3.3.明挖基础的施工的工序?明挖基础的施工的工序?4.4.为什么进行基础定位放样?怎么进行基础定位放样?为什么进行基础定位放样?怎么进行基础定位放样?5.5.二位同学做二位同学做5
20、 5分钟,刚性扩大基础施工的分钟,刚性扩大基础施工的pptppt,一位同,一位同学做一级、二级建造工程师,有关刚性扩大基础的案学做一级、二级建造工程师,有关刚性扩大基础的案例分析题例分析题222.3 刚性扩大基础的施工2.3.1 2.3.1 施工前准备施工前准备2.3.2 2.3.2 基础的定位放祥基础的定位放祥2.3.3 2.3.3 旱地上浅基础施工旱地上浅基础施工2.3.42.3.4 水中浅基础施工水中浅基础施工23 刚性浅基础的施工通常采用明挖的方法进行。刚性浅基础的施工通常采用明挖的方法进行。施工工序和主要内容包括:施工工序和主要内容包括:基础定位放样基础定位放样 基坑开挖与支护基坑开
21、挖与支护 基坑排水基坑排水 基坑检验和基底处理基坑检验和基底处理 基础砌筑及基坑的回填基础砌筑及基坑的回填2.3.12.3.1 施工前准备施工前准备24 基坑的开挖工作应尽量选择在枯水和少雨季节进行,基坑的开挖工作应尽量选择在枯水和少雨季节进行,开工前应做好计划和准备工作,开挖后应快速连续施工,开工前应做好计划和准备工作,开挖后应快速连续施工,且不宜间断。且不宜间断。在旱地开挖基坑,在旱地开挖基坑,如果地基土质较为坚实,开挖后如果地基土质较为坚实,开挖后能保持坑壁稳定,可不必设置支撑,采取放坡开挖。但能保持坑壁稳定,可不必设置支撑,采取放坡开挖。但实际上由于土质条件、开挖深度、放坡受到用地或施
22、工实际上由于土质条件、开挖深度、放坡受到用地或施工条件限制等因素影响,需要进行各种坑壁支撑。在基坑条件限制等因素影响,需要进行各种坑壁支撑。在基坑开挖过程中有渗水时,则需要在基坑四周挖边沟和集水开挖过程中有渗水时,则需要在基坑四周挖边沟和集水井以便排除积水。井以便排除积水。在水中开挖基坑,在水中开挖基坑,通常要在基坑周围,预先修筑临通常要在基坑周围,预先修筑临时性的档水结构物时性的档水结构物(称为围堰称为围堰),然后将堰内水排干,再,然后将堰内水排干,再开挖基坑。基坑开挖至设计标高后,应及时地进行坑底开挖基坑。基坑开挖至设计标高后,应及时地进行坑底土质鉴定、清理及整平工作,然后砌筑基础结构物。
23、土质鉴定、清理及整平工作,然后砌筑基础结构物。25陆上地基开挖陆上地基开挖水中基础开挖水中基础开挖直挡板式、横挡板式直挡板式、横挡板式框式框式锚桩式锚桩式斜撑式斜撑式锚杆式锚杆式混凝土支护坑壁混凝土支护坑壁钢板桩、钢筋混凝土桩钢板桩、钢筋混凝土桩护筒护筒土石围堰土石围堰木笼围堰或竹笼围堰木笼围堰或竹笼围堰钢板桩围堰钢板桩围堰套箱围堰套箱围堰双壁围堰双壁围堰无支撑无支撑有支撑有支撑26施工工序施工工序27 桥梁墩台基础位置的测设就桥梁墩台基础位置的测设就是将设计图上的墩台基础位置,是将设计图上的墩台基础位置,用适当的测量方法测定到地面用适当的测量方法测定到地面上,以便进行放样。上,以便进行放样。
24、直接丈量法直接丈量法 适用:直线桥梁,各桥墩距离适用:直线桥梁,各桥墩距离位置测定。位置测定。三角网交会法三角网交会法基础的测量定位基础的测量定位2.3.2 2.3.2 基础的定位放祥基础的定位放祥28根据土质确定放坡率,得到基坑顶的尺寸,当基础尺寸根据土质确定放坡率,得到基坑顶的尺寸,当基础尺寸为为A,B时,则基坑顶的尺寸为:时,则基坑顶的尺寸为:式中:式中:A为基坑顶的长(为基坑顶的长(m););B为基坑顶的宽(为基坑顶的宽(m););H基础底高程与地面平均高程之差基础底高程与地面平均高程之差(m););n边坡的坡度比。边坡的坡度比。图图 2.19 基坑放坡示意(尺寸单位:基坑放坡示意(尺
25、寸单位:m)29ABCDABCDabcdefgh0.51m桥位中线桥位中线基础横中线基础横中线其中:其中:A A、B B、C C、D D为为基坑顶部四角的边桩;基坑顶部四角的边桩;A A、B B、C C、D D为基坑底部四角的边桩;为基坑底部四角的边桩;a a、b b、c c、d d、e e、f f、g g、h h为基底边角。为基底边角。基础的定位放样基础的定位放样30(1 1)基坑开挖)基坑开挖 基坑开挖主要以施工机械为主,局部采用人工配合。基坑开挖主要以施工机械为主,局部采用人工配合。基坑开挖要求:基坑开挖要求:基坑应避免超挖,已经超挖或松动部分,应将松动部分清基坑应避免超挖,已经超挖或松
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