基础工程第二章课件.ppt

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1、2.刚性基础与扩展基础2023/6/1 2 2023/6/1 22.刚性基础与扩展基础基础结构构造要求基础埋置深度的选择地基承载力的确定方法浅基础的设计计算（地基承载力与变形验算）内容提要2023/6/1 3 2023/6/1 32.刚性基础与扩展基础n 无筋扩展基础（或刚性基础）由素混凝土、砖、毛石、灰土和三合土等抗压性能好、而抗弯抗剪性能差的材料砌筑而成，通常由台阶的容许宽高比或刚性角控制设计。n 钢筋混凝土扩展基础（或柔性基础）当不便于采用刚性基础或采用刚性基础不经济时采用钢筋混凝土材料做成的基础，如柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础）。2.1 概 述2023/6/1 4 2

2、023/6/1 42.刚性基础与扩展基础2.1.1 刚性基础构造要求图2-1图2.1 刚性基础构造示意 d柱中纵向钢筋直径2023/6/1 5 2023/6/1 52.刚性基础与扩展基础n 砖基础n 毛石基础n 素混凝土基础 上述基础材料都要符合强度等级要求n 灰土基础 石灰和土（粘性土）按其体积比3：7或2：8构成n 三合土基础 由石灰：砂：碎砖（或碎石）按1：2：41：3：6配成n 刚性角(宽高比)：bi 任一台阶宽度(m);Hi 相应台阶高度(m);tan 台阶宽高比的允许值，参照下述规范表格经验值选用2.1.1 刚性基础构造要求2023/6/1 6 2023/6/1 62.刚性基础与扩

3、展基础基础材料 质量要求台阶宽高比允许值pk100 100pk200 200pk300混凝土基础 C15 混凝土 11.00 11.00 11.25毛石混凝土基础C15 混凝土 11.00 11.25 11.50砖基础 砖不低于MU10,M15砂浆 11.50 11.50 11.50毛石基础 M15 砂浆 11.25 11.50 灰土基础体积比为37或28的灰土，其最小干密度：粉土1.55 t/m3；粉质粘土：1.50 t/m3；粘土：1.45 t/m311.25 11.50 三合土基础体积比为124136（石灰砂 骨料），每层约需铺220mm，夯至150mm11.50 11.20 刚性基础台

4、阶宽高比允许值2023/6/1 7 2023/6/1 72.刚性基础与扩展基础图2.2 砖基础剖面图（a）“两皮一收”砌法；（b）“二一间隔收”砌法2.1.1 刚性基础构造要求2023/6/1 8 2023/6/1 82.刚性基础与扩展基础n 刚性基础的特点 稳定性好，施工简便 用于6层的民用建筑、荷载较小的桥梁基础及涵洞等；n 刚性基础的局限性 当基础承受荷载较大时，用料多、自重大，埋深也加大 2.1.1 刚性基础构造要求2023/6/1 9 2023/6/1 92.刚性基础与扩展基础2.1.2 钢筋混凝土扩展基础n 墙下钢筋混凝土条形基础 砌体承重墙体及挡土墙、涵洞下常采用 的基础形式n

5、柱下钢筋混凝土独立基础 建筑物中的柱、桥梁中的墩常用基础形式2023/6/1 10 2023/6/1 102.刚性基础与扩展基础图2.3 墙下钢筋混凝土扩展基础（a）无肋；（b）有肋2.1.2 钢筋混凝土扩展基础构造要求2023/6/1 11 2023/6/1 112.刚性基础与扩展基础 锥形基础边缘高不宜200mm，坡度i1:3；小于250mm时可做成等厚板。阶梯形基础每阶高宜为300500mm。垫层厚度一般为100mm。底板受力钢筋最小直径不宜200mm和100mm。有垫层时混凝土的净保护层厚不宜40mm，无垫层时不宜70mm。纵向分布筋直径8mm，间距300mm。混凝土强度等级不宜低于C

6、20。当地基软弱或承受差异荷载时，为增强基础的整体性和抗弯能力，可采用带肋基础。肋部纵向筋和箍筋按经验确定。根据经验,初选时基础的高度一般大于或等于b/8。2.1.2 钢筋混凝土扩展基础构造要求2023/6/1 12 2023/6/1 122.刚性基础与扩展基础图2.4 柱下钢筋混凝土单独基础（a）台阶型；（b）锥台型；（c）杯口型2.1.2 钢筋混凝土扩展基础构造要求2023/6/1 13 2023/6/1 132.刚性基础与扩展基础2.2 基础埋置深度的选择n 持力层直接支撑基础的土层n 下卧层持力层以下的各土层n 选择基础埋置深度也就是选择合适的地基持力层持 力 层下 卧 层图2.5 基

7、础埋置深度示意2023/6/1 14 2023/6/1 142.刚性基础与扩展基础n应考虑因素：建筑结构条件与场地环境条件工程地质条件水文地质条件地基冻融条件2.2 基础埋置深度的选择2023/6/1 15 2023/6/1 152.刚性基础与扩展基础结构条件荷载大小荷载性质场地环境图2.6 相邻基础埋深2.2 基础埋置深度的选择建筑结构条件与场地环境条件2023/6/1 16 2023/6/1 162.刚性基础与扩展基础2.2 基础埋置深度的选择场地环境条件n 若满足图示（b3m，a2.5m）则n 条形基础n 矩形基础n 不满足要求时，应进行地基稳定性验算d图2.7 土坡坡顶处基础的埋深20

8、23/6/1 17 2023/6/1 172.刚性基础与扩展基础n 地基由多层土组成，上好下软，基础应尽量浅埋n 地基上软下好，应具体分析，进行方案比较n 地基在水平方向倾斜较大时，基础埋深如图处理2.2 基础埋置深度的选择 工程地质条件图2.8 台 阶 形 过 渡 处 理2023/6/1 18 2023/6/1 182.刚性基础与扩展基础2.2 基础埋置深度的选择 水文地质条件n 遇水时，基底应尽量放在地下水位以上n 基底低于潜水面时，要考虑基坑排水、支护和地下水水质问题n 若遇承压水时，应验算基坑的稳定性n 桥墩基础应埋置在最大冲刷线下一定深度2023/6/1 19 2023/6/1 19

9、2.刚性基础与扩展基础图2.9 基坑下埋藏有承压含水层的情况2.2 基础埋置深度的选择 水文地质条件2023/6/1 20 2023/6/1 202.刚性基础与扩展基础n 冻胀机理n 冻胀现象n 影响冻胀的因素（土类、地下水位及气温）n 冻融条件考虑先按规范进行地基土冻胀性的划分（五类），后再进行最小埋深dmin的计算 式中 hmax 基底下允许残留冻土层的最大厚度 zd 设计冻深2.2 基础埋置深度的选择 地基冻融条件2023/6/1 21 2023/6/1 212.刚性基础与扩展基础 2.3 地基承载力n 定义：地基土单位面积上承受荷载的能力称为地基承载力n 三个问题 地基承载力的基本概念

10、及基本验算 影响地基承载力大小的因素 确定地基承载力的方法重点重点2023/6/1 22 2023/6/1 222.刚性基础与扩展基础2.3 地基承载力 建筑物因地基问题引起破坏的两种主要原因：基础过大的沉降或沉降差 地基产生滑动破坏地基承载力设计原则n 总安全系数设计原则 n 容许承载力设计原则，同时满足强度（ps）条件 n 概率极限状态设计原则f fa a（特征值）（特征值）2023/6/1 23 2023/6/1 232.刚性基础与扩展基础n 建筑地基基础设计规范要求:p pk 相应于荷载效应标准组合时基底平均压力p pkmax 相应于荷载效应标准组合时基底边缘最大压力 f fa 修正后

11、的地基承载力特征值n 公路桥涵地基与基础设计规范要求：max基底最大压应力 修正后的地基承载力容许值2.3 地基承载力基本验算2023/6/1 24 2023/6/1 242.刚性基础与扩展基础 影响因素：n 地基土的成因与堆积年代n 地基土的物理力学性质n 地下水n 上部结构情况冲（洪）积土坡积土 2.3 地基承载力2023/6/1 25 2023/6/1 252.刚性基础与扩展基础确定地基承载力的常用方法：n 按土的抗剪强度指标以理论公式计算n 按现场载荷试验或其它原位试验确定n 按有关规范提供的承载力或经验公式确定 Pcr、P1/4、Pu原则：不过分严格，也不随意简化2.3 地基承载力2

12、023/6/1 26 2023/6/1 262.刚性基础与扩展基础2.3.1 按土的抗剪强度指标确定n 公式n 来由 pu地基极限承载力，按魏锡克或汉森等理论公式计算 A与土接触的有效基底面积 A 基底面积 2023/6/1 27 2023/6/1 272.刚性基础与扩展基础魏锡克公式：魏锡克公式：2.3.1 按土的抗剪强度指标确定2023/6/1 28 2023/6/1 282.刚性基础与扩展基础2.3.1 按土的抗剪强度指标确定汉森 汉森公式：公式：图 图2.10 2.102023/6/1 29 2023/6/1 292.刚性基础与扩展基础 2.3.2 按地基载荷试验确定图2.11 载荷试

13、验示意图（堆载）规范规定甲级甲级必须进行该法优点：成果可靠该法缺点：费时、耗资2023/6/1 30 2023/6/1 302.刚性基础与扩展基础2.3.2 按地基载荷试验确定2023/6/1 31 2023/6/1 312.刚性基础与扩展基础 同一土层参加统计的试验点不应少于三点，符合要求后，取该平均值作为地基承载力特征值fakn np-sp-s线有明显比例界限时线有明显比例界限时(密砂、硬土密砂、硬土)ffakak=p=p11n n极限荷载能确定，且极限荷载能确定，且ppuu2.02.0pp11时时,取取ffakak=0.50.5ppuun n当不能按上述两点确定当不能按上述两点确定(中、

14、高压缩性土的缓变中、高压缩性土的缓变型曲线型曲线)，取，取ss/bb=0.01=0.010.0150.015时对应荷载作为时对应荷载作为ffakak2.3.2 按地基载荷试验确定图2.12 按载荷试验确定地基承载力(a)低压缩性土；（b）高压缩性土2023/6/1 32 2023/6/1 322.刚性基础与扩展基础方法：方法：(1)钻孔，贯入器放入孔底；(2)63.5kg重锤以76cm高度自由下落将贯入器击入土中15cm;(3)记录继续打入30cm的锤击数N标贯试验得标贯击数N修正后得标准贯入击数N查表得：承载力标准值其他原位测试方法标准贯入试验图2.13 标准贯入器构造图2023/6/1 3

15、3 2023/6/1 332.刚性基础与扩展基础其他原位测试按静力触探试验确定地基承载力比贯入阻力：根据比贯入阻力查经验表格或由经验公式计算确定承载力特征值图2.14 静力触探示意图2023/6/1 34 2023/6/1 342.刚性基础与扩展基础n GB50007(建规)推荐的公式(P1/4)n 条件：荷载偏心距e0.033b(b为偏心方向基础边长)fa 由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；Mb、Md、Mc承载力系数，由jk查规范表；b 基础底面宽度；jk、ck基底下一倍短边宽深度范围内土的内摩擦角 及粘聚力标准值；g 基础底面以下土的重度，水下取浮重度；gm基础埋深范围内各层土的加

16、权平均重度。2.3.3 按地基规范承载力公式确定2023/6/1 35 2023/6/1 352.刚性基础与扩展基础 宽度与深度修正条件：b3m,d0.5m；修正后的地基承载力特征值fa为：fak从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值 hb、hd分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，查规范表格n 承载力的修正（建规）承载力的修正（建规）：2.3.3 按地基规范承载力公式确定2023/6/1 36 2023/6/1 362.刚性基础与扩展基础 当b2m,d3m，且h/b4，则容许承载力为：0当基础宽度b2m，埋深h3m时的容许承载力，查规范表确定（见下述步骤）k1、k2

17、分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，查规范表2.3.3 按地基规范承载力公式确定n 承载力的修正（桥规）承载力的修正（桥规）：2023/6/1 37 2023/6/1 372.刚性基础与扩展基础桥规桥规查表确定0的步骤：定名Dr、N 查表得0 IL定态修正？前公式粘性土Ip砂类土（粒径级配）Y=0N2023/6/1 38 2023/6/1 382.刚性基础与扩展基础各种地基规范承载力公式区别：n 建筑地基规范与公路桥涵地基规范的区别：前者无表，但容许制定地方性经验表格或规范；后者仍然保留全国统一的承载力表格n 港口工程地基规范采用极限承载力除以抗力分项系数的方法 2.3.3 按地基规范承

18、载力公式确定 Fk地基极限承载力的竖向分力标准值 R抗力分项系数2023/6/1 39 2023/6/1 392.刚性基础与扩展基础【例 题 1】n 某桥梁基础，基础埋置深度(一般冲刷线以下)h5.2m，基础底面短边尺寸b2.6m。地基土为一般粘性土，天然孔隙比e0.85，液性指数IL0.7，土在水面以下的重度(饱和状态)027kNm3。n 要求按公路桥涵地基规范：查表确定地基土的容许承载力；计算对基础宽度、埋深修正后的地基容许承载力。2023/6/1 40 2023/6/1 402.刚性基础与扩展基础【例 题 2】n 某大学4幢教职工住宅楼，均为6层建筑。经岩土工程勘察结果，该住宅楼地基分为

19、下列4层：表层为人工填土，层厚1.0m2.7m；第层为粉土层，层厚0m2.7m；第层为粉砂层，层厚1.3m2.9m；第层为粉质粘土，层厚超过6m。对此粉质粘土层进行了标准贯入试验与轻型动力触探试验等原位测试，并取原状土进行了物理力学性试验。有关试验数据如下表所示n 要求：计算此粉质粘土的地基承载力。2023/6/1 41 2023/6/1 412.刚性基础与扩展基础 粉质粘土层测试数据表测试项目 数 据 样本数n 平均值标准贯入试验N8.3，11.7，12.0，10.5，10.2，7.2 6 9.98轻型触探试验N1026，56，49，39，53，47，45，43，72，26，33，37，33

20、，35，4915 42.9孔隙比e0.466，0.602，0.773，0.796，0.671，0.8086 0.716液性指数IL0.47，0.58，0.72，0.78，0.66，0.766 0.662023/6/1 42 2023/6/1 422.刚性基础与扩展基础承载力归总表（多种方法综合确定多种方法综合确定）方 法 依 据 fak或fa(kPa)标准贯入试验 修正后的锤击数N=6.83 186轻型动力触探试验 修正后的锤击数N10=23 172物理性试验指标 e=0.716,IL=0.66 194理论公式 jk=20，ck=8 kPa fa=276.32023/6/1 43 2023/6

21、/1 432.刚性基础与扩展基础2.4 刚性基础与扩展基础 的设计计算n 要点要点：地基承载力验算地基承载力验算基底合力偏心距验算基底合力偏心距验算地基与基础稳定性验算地基与基础稳定性验算基础变形验算（沉降量、沉降差、倾斜、基础变形验算（沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜）局部倾斜）2023/6/1 44 2023/6/1 442.刚性基础与扩展基础2.4.1 地基承载力验算 按地基承载力计算基底尺寸 按地基承载力计算基底尺寸A An 中心受荷基础中心受荷基础 图 图2.15 2.15 中心荷载作用下的基础 中心荷载作用下的基础要求：2023/6/1 45 2023/6/1 452.刚性基础与扩展

22、基础 方形基础 矩形基础（需先选定b或l，一般取l/b 1.02.0）条形基础 沿长度方向取l m计算，则：2.4.1 地基承载力验算2023/6/1 46 2023/6/1 462.刚性基础与扩展基础n 偏心受荷基础2.4.1 地基承载力验算Wx、Wy基底对x和y轴的截面抵抗矩，m3ex、ey荷载对x轴和y轴的偏心距，m 要求：图2.16 偏心荷载作用下的基础2023/6/1 47 2023/6/1 472.刚性基础与扩展基础n 偏心荷载下逐次渐近试算法求偏心荷载下逐次渐近试算法求AA思路：先试算，后验算步骤：先按中心荷载作用下的公式预估A中 取A偏=（1.11.4）A中 据A偏初选边长l和

23、b 验算偏心距e和基底边缘最大压力；调整l 和b2.4.1 地基承载力验算2023/6/1 48 2023/6/1 482.刚性基础与扩展基础【例2.1】柱截面300mm400mm，作用在柱底的荷载标准值：中心垂直荷载700kN，力矩80kNm，水平荷载13kN。其他参数见图2.17。试根据持力层地基承载力确定基础底面尺寸。2.4.1 地基承载力验算2023/6/1 49 2023/6/1 492.刚性基础与扩展基础图2.17 例 题 题 图2023/6/1 50 2023/6/1 502.刚性基础与扩展基础【解】求地基承载力特征值根据粘性土e0.7，IL0.78,查规范表得：b0.3，d1.

24、6。持力层承载力特征值fa(先不考虑对基础宽度进行修正)：2023/6/1 51 2023/6/1 512.刚性基础与扩展基础 初步选择基底尺寸计算基础和回填土重Gk时的基础埋深 d=1/2(1.0+1.3)=1.15m由公式：由于偏心不大，基础底面积按20%增大，即 初步选择基底尺寸 A=lb=2.41.6=3.84m2(3.88m2)，且 b=1.6m3m，不需再对fa进行修正。2023/6/1 52 2023/6/1 522.刚性基础与扩展基础 验算持力层地基承载力基础和回填土重 偏心距 满足。2023/6/1 53 2023/6/1 532.刚性基础与扩展基础基底最大压应力：（满足）最

25、后，确定该柱基础底面长l=2.4m，宽b=1.6m。2023/6/1 54 2023/6/1 542.刚性基础与扩展基础验算思路：验算思路：传递到软弱下卧层顶面处的附加应力与自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力，即：pz软弱下卧层顶面处的附加应力值 pcz软弱下卧层顶面处土的自重应力值 fa软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基 承载力特征值 2.4.2 软弱下卧层的验算2023/6/1 55 2023/6/1 552.刚性基础与扩展基础2.4.2 软弱下卧层的验算图2.18 软弱下卧层顶面附加应力计算Pz计算压力扩散角法矩形基础：条形基础：地基压力扩散角，查规范表确定2023/6/1 56 20

26、23/6/1 562.刚性基础与扩展基础【例2.2】图中柱基础荷载标准值，若基础底面寸，。试根据图中资料验算基础底面是否满足地基承载力要求。2.4.2 软弱下卧层的验算2023/6/1 57 2023/6/1 572.刚性基础与扩展基础图2.19 例题题图2023/6/1 58 2023/6/1 582.刚性基础与扩展基础2.4.3 基础与地基的稳定性验算n 抗水平滑动的稳定性验算 n 整体滑动稳定验算图2.20 地基抗水平滑动 图2.21 贯入软土层深处的圆弧滑动面安全系数：2023/6/1 59 2023/6/1 592.刚性基础与扩展基础轴心荷载下基础结构设计(1)地基净反力pj 仅由基

27、顶荷载设计值所产生的地基反力，沿墙长取1m计算图2.22 墙下钢筋混凝土条基受力 pj作用下，图中-截面弯矩与剪力：V 图M 图2.4.4 钢筋混凝土扩展基础结构设计n 墙下钢筋混凝土条形基础2023/6/1 60 2023/6/1 602.刚性基础与扩展基础(2)基础底板高度 由于基础内不配箍筋和弯筋，故基础底板高度由砼的抗剪切条件确定：(3)基础底板配筋 每米墙长的受力钢筋截面 面积：fy 钢筋抗拉强度设计值；h0基础有效高度,0.9h0为截面内力臂的近似值。ft砼轴心抗拉强度设计值 h截面高度影响系数2.4.4 钢筋混凝土扩展基础结构设计2023/6/1 61 2023/6/1 612.

28、刚性基础与扩展基础图2.23 墙下钢筋混凝土条形基础的验算截面基础高度验算验算截面处的剪力：a验算截面-距基础边缘距离n 确定剪力后，基础有效高度h0由混凝土抗剪条件确定。基础底板配筋由验算截面处的弯矩M决定 p计算截面的地基净反力n 确定弯矩后，可计算基础底板的配筋面积。偏心荷载2023/6/1 62 2023/6/1 622.刚性基础与扩展基础n 柱下钢筋混凝土独立基础基础底板厚度由抗冲切验算定 中心荷载作用：图2.24 冲切破坏示意图Fj地基净反力设计值，Fj=PjAlam冲切破坏锥体最不利一侧计算长度 偏心荷载作用时，将上式中的Pj换成Pjmax则可。2.4.4 钢筋混凝土扩展基础结构

29、设计2023/6/1 63 2023/6/1 632.刚性基础与扩展基础基础底板配筋由抗弯验算定轴心或偏心荷载作用下，对矩形基础，当满足：台阶宽高比2.5 偏心距el/6 图2.25 矩形基础底板计算 求出M后，由此可计算底板长、短边方向受力钢筋面积As 和As。n 柱下钢筋混凝土独立基础2023/6/1 64 2023/6/1 642.刚性基础与扩展基础要求 s s s地基变形特征值，包括：沉降量、沉降差、倾 斜、局部倾斜。按土力学中的方法计算 s相应的允许地基变形特征值，根据建筑物的结构特征、使用条件和地基土的类别查规范确定2.4.5 地基变形验算n基本概念2023/6/1 65 2023

30、/6/1 652.刚性基础与扩展基础2.4.5 地基变形验算地基变形指标图 例 计算方法 结构特点沉降量s1基础中点沉降值单层排架结构柱基沉降差两相邻独立基础沉降量之差s=s1 s2框架结构2023/6/1 66 2023/6/1 662.刚性基础与扩展基础2.4.5 地基变形验算地基变形指标图 例 计算方法 结构特点倾斜高耸结构以及长高比很小的高层建筑局部倾斜砌体承重结构2023/6/1 67 2023/6/1 672.刚性基础与扩展基础建筑物的地基变形允许值变形特征地基土类别中、低压缩性土 高压缩性土砌体承重结构基础的局部倾斜结构 0.002 0.003工业与民用建筑相邻柱基的沉降差1.框

31、架结构2.砌体墙填充的边排柱3.当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构0.002 L0.0007 L0.005 L0.003 L0.001 L0.005 L单排排架结构（柱距为6m）柱基沉降量（mm）(120)200桥式吊车轨面的倾斜（按不调整轨道考虑）纵向横向0.0040.003多层和高层建筑的整体倾斜 Hg 2424Hg 6060Hg 100Hg 1000.0040.0030.00250.002提体型简单的高层建筑基础的平均沉降量(mm)200高耸结构基础的倾斜 Hg 2020Hg 5050Hg 100100Hg 150150Hg 200200Hg 2500.0080.0060.0050.

32、0040.0030.002高耸结构基础的沉降量（mm）Hg 100100Hg 200200Hg 2504003002002023/6/1 68 2023/6/1 682.刚性基础与扩展基础n 减轻不均匀沉降损害的措施采用柱下条形、筏形和箱形等结构刚度较大、整体性较好的基础采用桩基或其他深基础采用各种地基处理方法建筑、结构、施工方面的常用措施2.4.5 地基变形验算2023/6/1 69 2023/6/1 692.刚性基础与扩展基础n 减轻不均匀沉降损害的建筑措施 建筑体型力求简单 控制建筑物长高比及合理布置纵横墙 设置沉降缝 控制相邻建筑物基础的间距 调整建筑物的局部标高2.4.5 地基变形验

33、算2023/6/1 70 2023/6/1 702.刚性基础与扩展基础图2.26 建筑物开裂实例图2.4.5 地基变形验算n 减轻不均匀沉降损害的建筑措施2023/6/1 71 2023/6/1 712.刚性基础与扩展基础 设置沉降缝(a)(b)适于混合结构房屋；(c)适于框架结构房屋 2023/6/1 72 2023/6/1 722.刚性基础与扩展基础 减轻建筑物自重 设置圈梁 减小或调整基底附加压力 上部结构采用非敏感性结构形式2.4.5 地基变形验算n 减轻不均匀沉降损害的结构措施图2.27 圈梁截面示意图（a）钢筋混凝土圈梁；（b）钢筋砖带圈梁2023/6/1 73 2023/6/1 732.刚性基础与扩展基础 合理安排施工次序 注意施工方法 保持地基土的原状结构2.4.5 地基变形验算n 减轻不均匀沉降损害的施工措施