岩体工程与基础工程.ppt

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1、岩体工程与基础工程岩体工程与基础工程岩体工程与基础工程边坡工程边坡工程岩基工程岩基工程浅基础浅基础深基础深基础地基处理地基处理1.边坡工程边坡工程成因分类成因分类天然边坡天然边坡人工边坡人工边坡岩土性质分类岩土性质分类粘性土类边坡粘性土类边坡1.1 边坡分类边坡分类碎石土类边坡碎石土类边坡黄土类边坡黄土类边坡岩石类边坡岩石类边坡1.2 应力变形和破坏特征应力变形和破坏特征应力分布特点应力分布特点边坡周围主应力迹线偏转边坡周围主应力迹线偏转坡脚附近最大主应力显著增高坡脚附近最大主应力显著增高坡缘附近张力带坡缘附近张力带最大剪应力迹线近似圆弧，凹面临空最大剪应力迹线近似圆弧，凹面临空影响应力分布的

2、主要因素影响应力分布的主要因素原始应力状态原始应力状态坡形坡形坡角坡角边坡平面形态边坡平面形态边坡横断面形状边坡横断面形状岩体变形特征岩体变形特征岩体结构特征岩体结构特征边坡岩体变形边坡岩体变形松弛张裂（松动）松弛张裂（松动）回弹裂隙回弹裂隙坡面、破顶张力带裂隙坡面、破顶张力带裂隙坡脚应力集中带的张裂隙坡脚应力集中带的张裂隙蠕动蠕动表层蠕动表层蠕动深层蠕动深层蠕动边坡破坏特征边坡破坏特征滑坡滑坡蠕动变形蠕动变形滑动破坏滑动破坏渐趋稳定渐趋稳定滑塌滑塌一般较突然一般较突然粘性土类边坡可有一个变形发展过程粘性土类边坡可有一个变形发展过程崩塌崩塌规模巨大时：山崩规模巨大时：山崩规模较小时：塌方规模较

3、小时：塌方剥落剥落长时期长时期堆积坡脚堆积坡脚规模小、速度缓，不造成重灾规模小、速度缓，不造成重灾1.3 边坡稳定的影响因素边坡稳定的影响因素影响边坡稳定的因素影响边坡稳定的因素岩土性质岩土性质岩土的坚硬程度岩土的坚硬程度抗风化能力抗风化能力抗剪强度抗剪强度颗粒大小、形状颗粒大小、形状透水性能透水性能岩层结构、构造岩层结构、构造节理、裂隙发育程度，分布规律节理、裂隙发育程度，分布规律结构面胶结情况结构面胶结情况软弱面、破碎带的分布与斜坡的关系软弱面、破碎带的分布与斜坡的关系下伏岩土层的形态和坡面、坡度下伏岩土层的形态和坡面、坡度地貌因素地貌因素斜坡高度、坡度斜坡高度、坡度斜坡形态斜坡形态风化作

4、用风化作用强度减弱，裂隙增加强度减弱，裂隙增加使岩土体沿斜坡崩塌、堆积、滑移使岩土体沿斜坡崩塌、堆积、滑移水的作用水的作用软化作用软化作用冲刷作用冲刷作用静水压力静水压力动水压力动水压力浮托力浮托力地震作用地震作用下滑力增加下滑力增加孔隙水压力增加孔隙水压力增加岩土强度减小岩土强度减小人为因素人为因素爆破作用爆破作用人工削坡人工削坡施工方法施工方法工程作用工程作用边坡失稳的原因边坡失稳的原因外界力的作用破坏了土体原来的应力外界力的作用破坏了土体原来的应力平衡状态平衡状态土的抗剪强度受到外界各种因素的影土的抗剪强度受到外界各种因素的影响而降低，促使土坡失稳破坏响而降低，促使土坡失稳破坏1.4 边

5、坡稳定的分析方法边坡稳定的分析方法工程地质类比法工程地质类比法方法原理方法原理 稳定的自然斜坡的高度稳定的自然斜坡的高度H和坡面投影长度和坡面投影长度L遵循关系遵循关系 H=a Lb 其中其中a、b为常数。两边取对数，得以为常数。两边取对数，得以b为为斜率的直线关系式斜率的直线关系式 lnH=lna+b lnL调查统计方法调查统计方法大量实地调查，绘出稳定斜坡的双对数直大量实地调查，绘出稳定斜坡的双对数直线关系线关系同类工程，查直线，估算稳定坡高同类工程，查直线，估算稳定坡高计算分析法计算分析法抗滑安全系数抗滑安全系数 K单一同向结构面斜坡单一同向结构面斜坡一般一般碎石类（碎石类（c=0）K=

6、tan /tan 折线形滑动面的斜坡折线形滑动面的斜坡图解法图解法图表计算法图表计算法图解分析法图解分析法自然历史分析法自然历史分析法区域地质背景区域地质背景斜坡演变主导因素、触发因素斜坡演变主导因素、触发因素预测演化阶段，发展趋势，可能的破预测演化阶段，发展趋势，可能的破坏方式坏方式边坡形式选择边坡形式选择直线形（一坡到顶）直线形（一坡到顶）H10 m的一般均质土坡的一般均质土坡H15 m的黄土边坡的黄土边坡岩石边坡岩石边坡折线形折线形上部土质好于下部时，上陡下缓上部土质好于下部时，上陡下缓上部土质较下部差时，上缓下陡上部土质较下部差时，上缓下陡台阶形台阶形平台上设排水明沟，平台宽度平台上设

7、排水明沟，平台宽度1.50-3.00 m1.5 边坡治理的工程措施边坡治理的工程措施排水排水排水沟、截水沟、盲沟排水沟、截水沟、盲沟植被植被坡面铺砌、夯实坡面铺砌、夯实削坡减载与反压削坡减载与反压直接清方减缓边坡直接清方减缓边坡改用台阶形边坡改用台阶形边坡上部削缓的土堆填于坡脚上部削缓的土堆填于坡脚加固加固裂隙岩石表面支护：块石砌面，喷射裂隙岩石表面支护：块石砌面，喷射混凝土混凝土清理软层，填筑混凝土或砌石清理软层，填筑混凝土或砌石销钉固定，锚杆加固销钉固定，锚杆加固 支挡结构支挡结构石垛石垛挡土墙挡土墙抗滑桩抗滑桩2.岩基工程岩基工程定义和要求定义和要求定义：支承建筑物（构筑物）的岩体定义：

8、支承建筑物（构筑物）的岩体基本要求基本要求强度：承载力强度：承载力变形：沉降，沉降差变形：沉降，沉降差稳定性稳定性2.1 岩基概念岩基概念岩石分类（岩石分类（GB50007-2002）坚硬程度分坚硬程度分 饱和单轴抗压强度标准值饱和单轴抗压强度标准值frk(MPa)坚硬岩：坚硬岩：frk 60 较硬岩：较硬岩：30 frk 60较软岩：较软岩：15 frk 30软软 岩：岩：5 frk 15极软岩：极软岩：frk 5风化程度分风化程度分未风化岩；微风化岩；中风化岩未风化岩；微风化岩；中风化岩强风化岩；全风化岩强风化岩；全风化岩岩体完整程度分岩体完整程度分 岩体纵波波速与岩块纵波波速之比的平方岩

9、体纵波波速与岩块纵波波速之比的平方=完整性指数完整性指数完完 整整 极破碎极破碎 0.15岩基的破坏模式岩基的破坏模式劈裂破坏劈裂破坏基脚开裂，深部发展基脚开裂，深部发展岩体倒三角压碎岩体倒三角压碎斜裂缝发展，劈裂斜裂缝发展，劈裂碎岩两侧扩容，基脚附近岩体剪切滑移碎岩两侧扩容，基脚附近岩体剪切滑移冲压破坏冲压破坏多孔脆体岩多孔脆体岩骨架破坏，不可恢复沉降骨架破坏，不可恢复沉降冲切破坏冲切破坏易风化岩中页岩夹层易风化岩中页岩夹层纵横密布张开节理纵横密布张开节理竖向节理冲切破坏竖向节理冲切破坏剪切破坏剪切破坏基底下岩体出现压实楔基底下岩体出现压实楔岩体两侧弧线或直线滑面岩体两侧弧线或直线滑面沿滑面

10、滑动沿滑面滑动2.2 岩基应力和变形岩基应力和变形岩基应力岩基应力理论基础理论基础布辛奈斯克弹性解布辛奈斯克弹性解叠加原理叠加原理应力分布应力分布同一竖线上，随深度而减小同一竖线上，随深度而减小同一水平面，随离开的距离而减小同一水平面，随离开的距离而减小角点法技术：角点法技术：z=Kc p岩基沉降岩基沉降圆形基础（半径圆形基础（半径a）柔性基础柔性基础 均匀外荷均匀外荷p，均匀基底压力，均匀基底压力 中心点沉降：中心点沉降：边缘点沉降：边缘点沉降：中心沉降为边缘点沉降的中心沉降为边缘点沉降的1.57倍倍刚性基础刚性基础 沉降相同，基底压力不同。均布外力沉降相同，基底压力不同。均布外力p矩形基础

11、矩形基础b为基底宽。为基底宽。方形柔基中心沉降为角点沉降的方形柔基中心沉降为角点沉降的2倍倍2.3 岩基承载力岩基承载力理论算法理论算法 压碎岩体压碎岩体公式公式符号符号 qu单轴抗压强度单轴抗压强度 内摩擦角内摩擦角剪切岩体剪切岩体公式公式符号符号 q 基底附近水平面上附加压力基底附近水平面上附加压力 N 系数，与有系数，与有 关关 Nc 系数，与有系数，与有 关关 Nq 系数，与有系数，与有 关关岩基浅基础承载力岩基浅基础承载力确定方法确定方法荷载试验荷载试验公式计算公式计算工程经验工程经验铁路规范之岩基承载力铁路规范之岩基承载力R R=K Rc Rc 饱和单轴抗压极限强度饱和单轴抗压极限

12、强度 K 均质系数均质系数承载力特征值承载力特征值fa（GB50007-2002）试验法：试验法：按附录按附录H作荷载试验作荷载试验 极限荷载除以极限荷载除以3，与比例极限比较，取，与比例极限比较，取小作为该处试验值小作为该处试验值 每个场地试验数量不少于每个场地试验数量不少于3个，取最小个，取最小值作为值作为fa计算法计算法frk饱和单轴抗压强度标准值饱和单轴抗压强度标准值 r 较破碎岩石较破碎岩石0.1-0.2岩基深基础承载力岩基深基础承载力嵌岩桩单桩竖向承载力嵌岩桩单桩竖向承载力岩土极限侧阻力岩土极限侧阻力Qsk嵌岩段极限侧阻力嵌岩段极限侧阻力Qrk极限端阻力极限端阻力Qpk嵌岩灌注桩竖

13、向承载力嵌岩灌注桩竖向承载力按规范规定取值按规范规定取值水平承载力水平承载力按规范规定取值按规范规定取值2.4 岩石锚杆与锚杆基础岩石锚杆与锚杆基础岩石锚杆挡土结构岩石锚杆挡土结构设计规定设计规定荷载采用主动土压力乘荷载采用主动土压力乘1.1-1.2增大系数增大系数挡板立柱端部应嵌入稳定岩层内，深度大挡板立柱端部应嵌入稳定岩层内，深度大于于3倍立柱长边时，按固端计算，否则铰支倍立柱长边时，按固端计算，否则铰支锚杆与立柱牢固连接，验算连接处立柱的锚杆与立柱牢固连接，验算连接处立柱的抗剪切强度抗剪切强度锚杆构造要求锚杆构造要求锚固段应嵌入稳定基岩中，深度应锚固段应嵌入稳定基岩中，深度应 40倍锚杆

14、倍锚杆主筋直径，主筋直径，3倍锚杆的直径，混凝土强度等倍锚杆的直径，混凝土强度等级级 C25；非锚固段的主筋必须进行防护处理。；非锚固段的主筋必须进行防护处理。支护作用，支护作用，d 100mm；防护作用；防护作用d 50mm。锚杆间距锚杆间距 锚杆锚杆直径的直径的6倍。倍。岩石锚杆与水平面的夹角岩石锚杆与水平面的夹角15-25 。岩石锚杆的抗拔力岩石锚杆的抗拔力试验：试验：同一场地同一岩层，试验数同一场地同一岩层，试验数 总锚杆的总锚杆的5%，且，且 6根。根。8级加荷，最大荷载量级加荷，最大荷载量 2倍设倍设计荷载计荷载公式估算公式估算岩石锚杆基础岩石锚杆基础适用条件适用条件直接建筑在岩石

15、上的柱基础直接建筑在岩石上的柱基础承受拉力较大承受拉力较大承受水平力较大承受水平力较大构造要求构造要求孔径为杆径的孔径为杆径的3倍，不小于杆径倍，不小于杆径+50mm插入上部结构的长度，符合钢筋锚固要求插入上部结构的长度，符合钢筋锚固要求锚杆宜采用热轧带肋钢筋，水泥砂浆强度锚杆宜采用热轧带肋钢筋，水泥砂浆强度 30 MPa，细石混凝土，细石混凝土 C303.浅基础浅基础无筋扩展基础无筋扩展基础砖基础砖基础垫层：垫层：100 mm，C10 灰灰 土土 垫垫 层层=灰土基础灰土基础 三合土垫层三合土垫层=三合土基础三合土基础剖面：大放脚剖面：大放脚3.1 浅基础的类型浅基础的类型毛石基础毛石基础尺

16、寸：台阶高、基础墙厚尺寸：台阶高、基础墙厚400 mm适用：适用：7层建筑物基础层建筑物基础不适用：地下水位以下不适用：地下水位以下混凝土基础混凝土基础混凝土混凝土C15适用于荷载较大之墙、柱基础适用于荷载较大之墙、柱基础毛石混凝土基础毛石混凝土基础毛石尺寸毛石尺寸300 mm毛石占总体积毛石占总体积 25%-30%扩展基础扩展基础钢筋混凝土独立基础钢筋混凝土独立基础墙下独立基础：利用基础梁传力墙下独立基础：利用基础梁传力柱下独立基础：最常用，最经济柱下独立基础：最常用，最经济钢筋混凝土条形基础钢筋混凝土条形基础墙下条形基础：承重墙下常用墙下条形基础：承重墙下常用柱下条形基础：单向式柱下条形基

17、础：单向式 十字交叉式十字交叉式筏板基础筏板基础平板式：平板式：0.5-1.5 m厚厚梁板式：板上设基础梁，梁上安柱梁板式：板上设基础梁，梁上安柱箱形基础箱形基础底板底板顶板顶板纵、横墙，内、外隔墙纵、横墙，内、外隔墙薄壳基础薄壳基础正圆锥壳正圆锥壳M型组合壳型组合壳内球外锥组合壳内球外锥组合壳3.2 基础埋置深度基础埋置深度d埋深原则埋深原则除岩石地基外，除岩石地基外，dmin=0.5 m在满足地基稳定和变形要求的前提下，在满足地基稳定和变形要求的前提下，尽量浅埋尽量浅埋天然地基上箱、筏基础埋深天然地基上箱、筏基础埋深 建筑物高建筑物高度度/15；桩箱（筏）基础埋深；桩箱（筏）基础埋深（1/

18、18-1/20）建筑物高度）建筑物高度影响因素影响因素场地土质及地下水场地土质及地下水上层好上层好上层持力，上层持力，A、d 可小可小上层弱且薄上层弱且薄下层持力下层持力上层弱且厚上层弱且厚桩基础，人工地基桩基础，人工地基基础底面一般置于地下水位以上基础底面一般置于地下水位以上粉土、砂土，有承压水时，防止流砂：粉土、砂土，有承压水时，防止流砂：坑底自重应力水的承压力坑底自重应力水的承压力建筑物用途建筑物用途有地下室，有地下室，d 加大加大基础埋深不同时，作台阶，高宽比基础埋深不同时，作台阶，高宽比1:2管线通过，预留孔间隙管线通过，预留孔间隙 100-150 mm荷载大小、性质荷载大小、性质F

19、大，需要好的持力层大，需要好的持力层较大水平荷载，稳定性要求较大水平荷载，稳定性要求d 加大加大抗拔力，抗拔力，d 加大加大相邻基础影响相邻基础影响净距离净距离l（1-2）底面高差）底面高差 h不满足时，施工措施不满足时，施工措施季节性冻土季节性冻土冻土分类：不冻胀，弱冻胀，冻冻土分类：不冻胀，弱冻胀，冻 胀胀 强冻胀，特强冻胀强冻胀，特强冻胀最小埋深最小埋深 zd：设计冻深：设计冻深=标准深冻标准深冻z0 三个影响系数三个影响系数 hmax：基底下允许残留冻土层最大厚度：基底下允许残留冻土层最大厚度3.3 地基承载能力地基承载能力由试验、工程经验确定承载力由试验、工程经验确定承载力地基承载力

20、特征值地基承载力特征值fak修正后的地基承载力特征值修正后的地基承载力特征值fa b,d：,m：基底土重度，平均重度：基底土重度，平均重度 b：小于：小于3 m取取b=3m，大于，大于6m取取b=6m d:小于小于0.5 m 取取 d=0.5 m例例3.1 试验确定某中砂地基的承载力特征值为试验确定某中砂地基的承载力特征值为fak=286 kPa，如基础宽度为，如基础宽度为2.0 m，埋深为，埋深为1.5 m，土的重度为，土的重度为18 kN/m3，试确定该，试确定该基础修正后的地基承载力特征值。基础修正后的地基承载力特征值。解解 b=3.0，d=4.4，=m=18 kN/m3 kPa例例3.

21、2 某基础底面尺寸为某基础底面尺寸为 2.5 m3.5 m，埋深，埋深1.8 m，持力层为粉土，粘粒含量，持力层为粉土，粘粒含量15%，重度，重度 =18.9 kN/m3，m=17.8 kN/m3,土的承土的承载力特征值载力特征值 fak=161 kPa。下列哪项为修。下列哪项为修正后的地基承载力特征值？正后的地基承载力特征值？(A)177 kPa (B)212 kPa (C)195 kPa (B)161 kPa解解（1）计算）计算查表查表 b=0.3,d=1.5（2）结论）结论 答案为答案为 C按土体强度理论计算按土体强度理论计算条件条件 偏心距偏心距e 0.033b计算公式计算公式承载力系

22、数承载力系数Mb、Md、Mc由由 k查表查表b 大于大于6m取取6m；对于砂土小于；对于砂土小于3m取取3mck 基底基底1.0b深度内土的内聚力标准值深度内土的内聚力标准值结果无需按深度、宽度修正结果无需按深度、宽度修正3.4 确定基底尺寸确定基底尺寸持力层承载力条件定尺寸持力层承载力条件定尺寸承载力条件承载力条件 荷载效应标准组合荷载效应标准组合对心受压基础对心受压基础偏心受压基础偏心受压基础此处此处l为偏心方向的尺寸为偏心方向的尺寸确定基底尺寸确定基底尺寸定埋深定埋深d 仅按深度修正承载力特征值仅按深度修正承载力特征值fa（如果需要）（如果需要）计算底面积计算底面积对偏心受压基础，面积再

23、增大对偏心受压基础，面积再增大10%-40%确定长度确定长度l、宽度、宽度b（若（若b3m，需重新计，需重新计算算fa）例例3.3 某扩展基础轴心荷载标准值某扩展基础轴心荷载标准值Fk=1000 kN，置，置于粘性土层上，其于粘性土层上，其 e=0.86，埋深为，埋深为 5.65 m，m=18.5 kN/m3，fak=120 kPa，试求，试求该基础的该基础的底面积。底面积。解解（1）承载力特征值）承载力特征值 b=0与与宽度无关，仅按深度修正宽度无关，仅按深度修正d=1.0kPa（3）结果结果 取取 3.2 m3.2 m，A=10.24 m2 （2）计算底面积计算底面积m2下卧软弱层承载力验

24、算下卧软弱层承载力验算下卧层层顶承载力特征值（仅按深度下卧层层顶承载力特征值（仅按深度修正）修正）z:基底到下卧软弱层顶的距离基底到下卧软弱层顶的距离下卧层层顶自重应力下卧层层顶自重应力软弱层顶附加应力软弱层顶附加应力 压力扩散法计算。基础边缘按压力扩散法计算。基础边缘按角向下角向下扩散，扩散，角可查表角可查表5.2.7。由合力相等得。由合力相等得附加应力附加应力条形基础条形基础pc基底处土的基底处土的 自重应力自重应力矩形基础矩形基础承载力条件承载力条件总应力不超过承载力特征值总应力不超过承载力特征值例例3.4 柱基础底面宽柱基础底面宽2.0 m，长，长2.5 m，埋深，埋深2.2 m，荷载

25、标准值为，荷载标准值为 Fkv=835 kN，FkH=14 kN，Mk=577 kN.m；其地基表层；其地基表层1.5 m厚的杂厚的杂填土，填土，=16 kN/m3；第二层；第二层3.3 m厚的粉质厚的粉质粘土，粘土，=19 kN/m3，Es=7.5 MPa；第三；第三层为淤泥质粘土，承载力特征值为层为淤泥质粘土，承载力特征值为 84 kPa，天然重度为，天然重度为=16.8 kN/m3，Es=2.5 MPa，试验算软弱下卧层的承载力。，试验算软弱下卧层的承载力。解解（1）软弱层顶自重应力软弱层顶自重应力 d=2.2 m，z=2.6 mkPakN/m3（2）基底平均附加应力基底平均附加应力kP

26、a（3）软弱层顶附加压力软弱层顶附加压力（4）软弱层顶总压力软弱层顶总压力（5）承载力特征值承载力特征值 d=2.2 m，z=2.6 m，d=1.0pz+pcz=130.6 该软弱下卧层承载力满足要求该软弱下卧层承载力满足要求地基变形条件地基变形条件需要进行变形验算的地基需要进行变形验算的地基甲级、乙级建筑物地基甲级、乙级建筑物地基部分丙级建筑物地基（表部分丙级建筑物地基（表3.0.2以外的丙级以外的丙级建筑物）建筑物）变形特征量变形特征量沉沉 降降 量：基础中心沉降值量：基础中心沉降值s沉沉 降降 差：相邻柱基础沉降量的差值差：相邻柱基础沉降量的差值倾倾 斜：同一基础而言斜：同一基础而言局部

27、倾斜：砌体承重结构，纵墙局部倾斜：砌体承重结构，纵墙6-10m内内沉降计算方法沉降计算方法分层总和，修正分层总和，修正 s 沉降计算经验系数沉降计算经验系数 p0 荷载效应准永久组合时基底附荷载效应准永久组合时基底附 加应力加应力计算深度满足条件计算深度满足条件 由由zn向上取向上取 zn(与与b有关有关)，该层压缩量，该层压缩量控制指标的选取控制指标的选取砌体承重结构砌体承重结构“局部倾斜局部倾斜”框架单层排架框架单层排架“沉降差沉降差”多层高层高耸多层高层高耸“倾斜倾斜”必必 要要 时时 控控 制制 平均平均“沉降量沉降量”允许值允许值GB50007-2002，表，表5.3.4。如。如 砌

28、体承重结构局部倾斜：中低压缩性土砌体承重结构局部倾斜：中低压缩性土0.002，高压缩性土，高压缩性土0.003稳定性验算稳定性验算经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构建造在斜坡上的建筑物和构筑物建造在斜坡上的建筑物和构筑物坡顶建筑基础与坡顶距离（坡顶建筑基础与坡顶距离（a不小于不小于2.5m）1）条形基础条形基础2）矩形基础矩形基础b 3 m当坡角当坡角 45，坡高，坡高 8m时，尚应验算坡体稳定性时，尚应验算坡体稳定性地基稳定验算方法地基稳定验算方法 圆弧滑动面法，最危险的滑动面上诸力对圆弧滑动面法，最危险的滑动面上诸力对滑动中心（圆心）取矩滑动中心（

29、圆心）取矩3.5 浅基础设计浅基础设计基础选型基础选型考虑因素考虑因素建筑场地的岩土工程条件建筑场地的岩土工程条件建筑物上部结构类型，体型、刚度和整体建筑物上部结构类型，体型、刚度和整体性；是否有设备基础、地下室性；是否有设备基础、地下室作用在地基上的荷载大小、位置和性质作用在地基上的荷载大小、位置和性质场地的类型和环境场地的类型和环境施工条件、材料供应情况施工条件、材料供应情况典型实例典型实例砖混结构：一般用刚性条形基础砖混结构：一般用刚性条形基础 地下水低，可用灰土基础地下水低，可用灰土基础 地下水高，混凝土条形基础地下水高，混凝土条形基础 宽度大于宽度大于2.5m，宜采用钢筋，宜采用钢筋

30、 混凝土扩展基础混凝土扩展基础框架结构：框架结构：柱下独立扩展基础柱下独立扩展基础 十字交叉钢筋混凝土十字交叉钢筋混凝土 条基条基 柱下筏基柱下筏基一般地基上的高层建筑之基础类型一般地基上的高层建筑之基础类型 8-12 层：层：筏形基础，箱形基础，筏形基础，箱形基础，桩基础、桩基础、扩展基础扩展基础 12-20 层：层：箱形基础，筏形基础箱形基础，筏形基础 20 层以上：层以上：桩基（桩箱、桩筏）桩基（桩箱、桩筏）无筋扩展基无筋扩展基 础设计础设计剖面型式剖面型式台阶式台阶式双向放坡双向放坡限制条件限制条件台阶宽高比台阶宽高比基础高度基础高度b0：基础顶面：基础顶面 砌体宽度砌体宽度H0：基础

31、高度：基础高度构造要求构造要求混凝土基础（混凝土基础（C15）台阶厚度不小于台阶厚度不小于250 mm。当基底平均压。当基底平均压力力pk超过超过300 kPa时，应验算受剪承载力时，应验算受剪承载力毛石混凝土基础毛石混凝土基础 台阶厚度不小于台阶厚度不小于300 m。毛石基础毛石基础 每台阶不小于二层块石或三层毛石每台阶不小于二层块石或三层毛石 每阶高度每阶高度 400-600 mm扩展基础设计扩展基础设计一般要求一般要求锥形基础边缘高度锥形基础边缘高度200 mm，阶梯形每阶高，阶梯形每阶高度度 300-500 m垫层：垫层：C10，厚度，厚度 70mm，一般取，一般取100mm受力钢筋受

32、力钢筋 10，间距，间距200 mm 100mm保护层：有垫层时保护层：有垫层时40 mm 无垫层时无垫层时70 mm 混凝土等级：混凝土等级：C20墙下条形基础墙下条形基础配筋要求配筋要求 受力钢筋直径受力钢筋直径 10-16 mm 分布钢筋直径分布钢筋直径 8 mm，间距，间距250-300 mm基础高度基础高度 取取1 m基础计算。由基底净反力计算剪力基础计算。由基底净反力计算剪力（基本组合），由抗剪强度决定，（基本组合），由抗剪强度决定，底板配筋底板配筋 计算墙边截面、或变阶处截面的弯矩计算墙边截面、或变阶处截面的弯矩M （基本组合）受力钢筋按下式计算（基本组合）受力钢筋按下式计算柱下

33、单独基础柱下单独基础 杯口基础：杯口基础：杯壁杯壁 计算配筋计算配筋 构造配筋构造配筋 基础高度：基础高度：冲切条件冲切条件 剪切条件剪切条件底板计算底板计算 双向受力双向受力d：钢筋直径：钢筋直径取G=1.35Gk地基梁板计算要点地基梁板计算要点适用基础型式：柱下条形基础适用基础型式：柱下条形基础 十字交叉基础十字交叉基础、筏基、筏基倒梁法：条件倒梁法：条件 地基土均匀地基土均匀 上部刚度较好上部刚度较好 荷载分布较均匀荷载分布较均匀倒楼盖法：条件倒楼盖法：条件 地基均匀地基均匀 上部刚度大上部刚度大 柱距、荷载较均匀柱距、荷载较均匀箱形基础计算箱形基础计算地基计算地基计算抗震承载力设计值抗

34、震承载力设计值稳定计算稳定计算 抗滑抗滑 抗倾抗倾偏心距偏心距 e 条件条件 恒、活组合恒、活组合 恒、活、风或地震组合恒、活、风或地震组合基础内力基础内力 净反力净反力底板底板40个区格个区格 内力内力 上部为框架上部为框架整体弯曲整体弯曲+局部弯曲局部弯曲 上部现浇剪力墙上部现浇剪力墙局部弯曲局部弯曲 上部框架剪力墙上部框架剪力墙局部弯曲局部弯曲3.6 减小不均匀沉降的措施减小不均匀沉降的措施建筑措施建筑措施体型力求简单体型力求简单平面简单平面简单立面高差不宜过大立面高差不宜过大增强结构整体刚度增强结构整体刚度控制长高比（控制长高比（3.0）合理布置纵横墙合理布置纵横墙抗震时还应控制高宽比

35、抗震时还应控制高宽比设沉降逢设沉降逢建筑平面的转折部位建筑平面的转折部位高度差异或荷载差异处高度差异或荷载差异处长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位框架结构的适当部位地基土的压缩性有显著差异处地基土的压缩性有显著差异处建筑结构或基础类型不同处建筑结构或基础类型不同处分期建造房屋的交界处分期建造房屋的交界处相邻建筑留足间距（净距）相邻建筑留足间距（净距）调整标高调整标高室内地坪与地下设备室内地坪与地下设备建筑与设备之净空建筑与设备之净空结构措施结构措施减轻建筑物自重减轻建筑物自重轻质高强墙体材料，减少墙体重量轻质高强墙体材料，减少墙体重量选用

36、轻型结构（预应力混凝土、轻钢）选用轻型结构（预应力混凝土、轻钢）减少基础和回填土的重量：架空地板代替减少基础和回填土的重量：架空地板代替室内填土室内填土设置圈梁设置圈梁减小或调整基底附加压力减小或调整基底附加压力设置地下室或半地下室设置地下室或半地下室调整基底面积调整基底面积采用非敏感性结构采用非敏感性结构排架排架三铰拱三铰拱采用整体刚度大的基础：桩、箱、筏采用整体刚度大的基础：桩、箱、筏增强结构整体刚度增强结构整体刚度施工措施施工措施工序工序先高重先高重后低轻后低轻方法方法3.7 共同作用的概念共同作用的概念传统算法传统算法三分离三分离上部结构，基础，地基上部结构，基础，地基分别计算分别计算

37、存在问题存在问题上部实际内力与计算值有很大差距，底层上部实际内力与计算值有很大差距，底层梁柱和边跨梁柱尤其明显，甚至出现严重梁柱和边跨梁柱尤其明显，甚至出现严重开裂开裂基础实际内力比计算值小得多基础实际内力比计算值小得多共同作用共同作用共同作用的概念共同作用的概念上部结构、基础、地基三合一（整体）上部结构、基础、地基三合一（整体）三者在连接部位满足变形协调条件三者在连接部位满足变形协调条件实际应用实际应用 不同要求和不同复杂程度不同要求和不同复杂程度 上部与基础共同作用上部与基础共同作用基础与地基共同作用基础与地基共同作用上部、基础、地基共同作用上部、基础、地基共同作用定性结论定性结论计算结果

38、与现场实测值比较一致计算结果与现场实测值比较一致对于无桩的高层建筑基础底板设计，共同对于无桩的高层建筑基础底板设计，共同作用分析比较合理作用分析比较合理对于有桩的高层建筑，共同作用可充分利对于有桩的高层建筑，共同作用可充分利用桩间土的承载力，减少桩数用桩间土的承载力，减少桩数规范要求规范要求GB50007-2002，5.3.10条要求考虑共同条要求考虑共同作用作用JGJ6-99高层建筑箱形与筏形基础技高层建筑箱形与筏形基础技术规范，规定了共同作用术规范，规定了共同作用4.深基础深基础常见深基础常见深基础桩基础桩基础沉井基础沉井基础地下连续墙地下连续墙4.1 深基础分类深基础分类桩基础的类型桩基

39、础的类型根据使用功能分根据使用功能分竖向抗压桩：竖向抗压桩：摩擦桩摩擦桩桩端阻力可不计桩端阻力可不计 端承摩擦桩端承摩擦桩端阻力较大，但不大于端阻力较大，但不大于30%摩擦端承桩摩擦端承桩主要端阻力，摩擦力较小主要端阻力，摩擦力较小 端承桩端承桩桩侧摩阻力可略去桩侧摩阻力可略去竖向抗拔桩竖向抗拔桩水平受荷桩水平受荷桩复合受荷桩复合受荷桩根据桩身材料分根据桩身材料分混凝土桩混凝土桩 预制混凝土桩预制混凝土桩 灌注混凝土桩灌注混凝土桩钢桩钢桩 开口或敞口管桩开口或敞口管桩 H型钢桩型钢桩 异型钢桩异型钢桩木桩木桩组合桩组合桩根据成桩方法分根据成桩方法分打入桩打入桩灌注桩灌注桩静压桩静压桩根据成桩对

40、土层的影响分根据成桩对土层的影响分挤土桩挤土桩部分挤土桩部分挤土桩非挤土桩非挤土桩根据成桩直径分根据成桩直径分大直径桩大直径桩 桩径桩径 D 800 mm的桩，要考虑挤土效应的桩，要考虑挤土效应和尺寸效应和尺寸效应中等直径桩中等直径桩 桩径桩径 250 mm D 800 mm的桩的桩小桩小桩 桩径桩径 D250 mm、长细比、长细比 L/D较大较大的桩的桩4.2 桩受力分析桩受力分析抗压桩桩身受力抗压桩桩身受力外加压力外加压力N承台传来之力承台传来之力方向向下方向向下抗力（承载力之要素）抗力（承载力之要素）桩侧摩阻力桩侧摩阻力qs（或或）桩端反力桩端反力qP（）特定情况要考虑弯曲变形特定情况要

41、考虑弯曲变形qsNqP负摩阻力的概念负摩阻力的概念定义定义桩侧摩阻力桩侧摩阻力qs（），称为负摩阻力），称为负摩阻力负摩阻力对工程有害负摩阻力对工程有害可能出现负摩阻力的情况可能出现负摩阻力的情况地表大面积堆载或新填土地表大面积堆载或新填土桩穿过欠固结土，支承于坚硬土层桩穿过欠固结土，支承于坚硬土层地下水位下降，引起地面下陷地下水位下降，引起地面下陷湿陷性黄土浸水后产生湿陷湿陷性黄土浸水后产生湿陷负摩阻力产生机理负摩阻力产生机理 桩周土的沉降量桩的下降量桩周土的沉降量桩的下降量中性点中性点定义：桩、土位移相等，定义：桩、土位移相等，qs=0的分界点的分界点 其上，负摩阻；其下，正摩阻其上，负摩

42、阻；其下，正摩阻位置位置 距离桩顶，可查表距离桩顶，可查表群桩效应群桩效应概念概念群桩承载力不等于各单桩承载力之和群桩承载力不等于各单桩承载力之和群桩沉降明显超过单桩群桩沉降明显超过单桩群桩效应系数群桩效应系数群桩效率系数：群桩效率系数：一般小于一般小于1，砂土中的挤土桩群有可能大，砂土中的挤土桩群有可能大于于1沉降比：沉降比：除端承桩等于以外，均大于除端承桩等于以外，均大于14.3 单桩竖向承载力单桩竖向承载力R单桩竖向极限承载力标准值单桩竖向极限承载力标准值Q.k确定方法确定方法一级（甲级）建筑物桩基：一级（甲级）建筑物桩基：（1）现场静荷试验现场静荷试验JGJ94-94 附录附录C （2

43、）静力触探静力触探 （3）标准贯入标准贯入二级（乙级）建筑物桩基二级（乙级）建筑物桩基 （1）静力触探静力触探 （2）标准贯入标准贯入 （3）参数估算参数估算三级（丙级）建筑物桩基：参数估算三级（丙级）建筑物桩基：参数估算承载力参数估算法承载力参数估算法一般情况一般情况 侧摩阻侧摩阻 端端 阻阻大直径桩大直径桩 si：大直径桩侧阻尺寸效应系数：大直径桩侧阻尺寸效应系数 P：大直径桩端阻尺寸效应系数：大直径桩端阻尺寸效应系数嵌岩桩嵌岩桩 其中：其中：frc岩石饱和单轴抗压强度标准值岩石饱和单轴抗压强度标准值 hr桩身嵌岩深度，桩身嵌岩深度，5d时取时取5d 其余系数，可查表其余系数，可查表 土总

44、侧阻土总侧阻 嵌岩段侧阻嵌岩段侧阻 总端阻总端阻单桩竖向承载力设计值单桩竖向承载力设计值R桩数桩数 n 3估算法估算法静荷试验法静荷试验法桩数桩数 n3的非端承桩（考虑桩群、土的非端承桩（考虑桩群、土与承台共同作用）与承台共同作用）估算法估算法静荷法静荷法 其中其中 qck:承台底承台底1/2宽度范围内土极限阻力标宽度范围内土极限阻力标 准值准值 fk Ac:承台底地基土净面积承台底地基土净面积关于系数关于系数抗力分项系数：查表抗力分项系数：查表 s=P=sP c群桩效应系数群桩效应系数 查表：查表：s,P,sP 计算：计算：c（见后）见后）查表查表承台底下桩外包线内、外净面积承台底下桩外包线

45、内、外净面积GB50007-2002关于关于R摩擦桩竖向承载力特征值摩擦桩竖向承载力特征值嵌岩桩竖向承载力特征值嵌岩桩竖向承载力特征值4.4 桩基础设计桩基础设计选型尺寸选型尺寸桩材料：钢筋混凝土、钢桩材料：钢筋混凝土、钢桩型：预制、灌注桩型：预制、灌注尺寸尺寸桩截面尺寸桩截面尺寸桩身长度桩身长度承台标高承台标高单桩承载力设计值单桩承载力设计值R估算桩数估算桩数n轴心受压轴心受压偏心受压偏心受压桩数在轴压的基础上增加桩数在轴压的基础上增加10%-20%布置桩位布置桩位原则原则尽量使上部荷载中心与桩群截面重心重合尽量使上部荷载中心与桩群截面重心重合或或对称式，梅花形，行列式，环状排列对称式，梅花

46、形，行列式，环状排列桩箱基础，宜将桩布置在墙下；桩筏基础，桩箱基础，宜将桩布置在墙下；桩筏基础，宜将桩布置在梁（肋）下；大直径桩，宜宜将桩布置在梁（肋）下；大直径桩，宜采用一柱一桩布置采用一柱一桩布置同一结构单元，宜避免采用不同的桩型同一结构单元，宜避免采用不同的桩型桩距桩距满足最小中心距的要求满足最小中心距的要求单桩承载力验算单桩承载力验算单桩轴力单桩轴力N计算计算轴心受压轴心受压偏心受压偏心受压 平均值算法与轴心受压时相同，角桩承担平均值算法与轴心受压时相同，角桩承担的轴力最大的轴力最大承载力条件承载力条件荷载效应基本组合荷载效应基本组合 0：桩基础重要性系数，一、二、三级桩基础重要性系数

47、，一、二、三级 建筑物分别为建筑物分别为1.1、1.0、0.9。柱下单桩提高一个级别柱下单桩提高一个级别 柱下一级单桩柱下一级单桩 0=1.2 地震作用效应组合地震作用效应组合例例4.1 某一般建筑柱下三某一般建筑柱下三桩基础，轴心受压，桩基础，轴心受压，如图所示。如图所示。F=2250 kN，G=90 kN。方。方形混凝土预制桩，形混凝土预制桩，边长为边长为 400 mm。验算基桩的竖向承验算基桩的竖向承载力。载力。解解（1）单桩竖向承载）单桩竖向承载 力设计值力设计值 由于由于s=P=1.65，所以单桩竖向承载力设，所以单桩竖向承载力设计值为计值为 kN kN kN（2）在轴心竖向力作用下

48、，单桩承受的在轴心竖向力作用下，单桩承受的 竖向力设计值竖向力设计值（2）结论结论 由于由于 0=1.0 所以所以 0 N=780 kN R=790.3 kN 符合规范要求符合规范要求 kN承台设计计算承台设计计算 设计计算详见钢筋混凝土结构设计计算详见钢筋混凝土结构承台应满足的条件承台应满足的条件抗弯抗弯抗冲切抗冲切承台截面弯矩承台截面弯矩矩形承台矩形承台等边三桩承台等边三桩承台 M承台形心至边缘范围内板带的弯承台形心至边缘范围内板带的弯 矩设计值矩设计值 s 桩中心距桩中心距 h 桩径、边长桩径、边长冲切力设计值冲切力设计值5.地基处理地基处理换土垫层换土垫层作法：挖去浅层软土，换垫好土作

49、法：挖去浅层软土，换垫好土类型：类型：灰土垫层灰土垫层砂垫层砂垫层碎石垫层碎石垫层5.1 地基处理方法介绍地基处理方法介绍碾压夯实碾压夯实机理：压实土层机理：压实土层方式方式机械碾压机械碾压振动压实振动压实重锤夯实重锤夯实强夯强夯挤密振实挤密振实机理：机理：深层挤密，形成深层挤密，形成“桩桩”“土土”复合地基复合地基方式方式砂桩挤密砂桩挤密灰土桩挤密灰土桩挤密石灰桩挤密石灰桩挤密振冲桩挤密振冲桩挤密排水固结排水固结堆载预压堆载预压砂井预压砂井预压井点降水井点降水真空预压真空预压化学加固化学加固机理：注入化学浆液将土颗粒胶结机理：注入化学浆液将土颗粒胶结方式方式硅化、旋喷硅化、旋喷碱液加固碱液加

50、固水泥灌浆水泥灌浆深层搅拌深层搅拌加筋法加筋法机理机理埋设人工材料，抗拉埋设人工材料，抗拉提高强度，减小变形提高强度，减小变形方式方式土工聚合物土工聚合物加筋土加筋土土层锚杆土层锚杆土钉土钉树根桩树根桩5.2 换土垫层换土垫层基本要求基本要求换土垫层深度换土垫层深度3 m垫层厚度垫层厚度0.5 m垫层材料：砂土、碎石土、三七灰土垫层材料：砂土、碎石土、三七灰土垫层设计垫层设计厚度厚度 z由底部软弱层承载力确定由底部软弱层承载力确定 按压力扩散法计算附按压力扩散法计算附加应力加应力垫层宽度垫层宽度5.3 碾压与夯实碾压与夯实机械碾压机械碾压机具机具压路机、推土机、羊足碾，其他机械压路机、推土机、