土木工程建设中地基基础设计问题分析文档格式.docx
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Keywords:
civilengineering;
foundationbasis;
Design;
Problem;
analysis
中图分类号:
S611文献标识码:
A文章编号:
前言
建造在土层上的建筑物,可将其分为上部结构和下部结构两大部分。
建筑物下面的土层或岩体承担着建筑物的全部荷载,将受到建筑物荷载影响的那一部分土层或岩层称为地基,而将建筑物的下部结构称为基础。
一般情况,基础往往位于室外地面标高以下,它承受着上部结构的荷载,且将荷载传递到地基土中,它的功能主要是将建筑物上部的轴力、水平力等传递到地基中,满足地基土承载力的要求;
利用基础所具有的刚度,与上部结构共同调整因荷载不均或地基土的不均匀性产生的变形,以便使上部结构不致产生过多的次应力。
根据不同的角度可将基础分为多种类型。
不同类型的基础,既要使自身强度满足上部结构的荷载要求,还需适应地基的强度和稳定性,因此,进行基础设计时,时间上是进行地基及基础的设计。
在进行设计时,要对地基基础以上结构进行考虑,虽然这三方面各自的功能、工作性状不同,但同一建筑物来说,在荷载作用下,这三方面是相互联系相互制约的整体。
此外在设计时,既要保证基底的压力不超过地基承载力特征值,又要使地基的变形量不超过建筑物的地基变形允许值,并且应对设计方案进行技术经济的分析,使设计成果既安全实用,又经济合理。
1地基基础的分类
土木工程的地基基础可采用多种材料建造而成,常见的有砖基础、毛石基础、灰土基础、三合土基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础等等,土木工程中可从不同的角度将基础分为以下几种类型。
1.1按基础的受力性能分
(1)无筋扩展基础。
砖基础、毛石基础、灰土基础、混凝土基础等均属无金扩展基础。
基础自身的抗压强度远大于其抗拉、抗剪强度,能承受较大的竖向荷载,但是不能承受因挠曲变形而产生的拉应力和剪应力。
(2)柔性基础
对无筋扩展基础而言,钢筋混凝土基础属柔性基础。
它不仅具有一定的抗压强度,能承受较大的竖向荷载,且具有一定的抗拉、抗弯曲强度,能承受挠曲变形及其所产生的拉应力和剪应力,因而能抵抗一定的不均匀沉降。
1.2按基础的构造及形成分
(1)墙下条形基础
墙下条形基础分刚性及柔性两种。
因刚性调基受刚性角的限制,适宜在承载力较大的均质地基且荷载分布较均匀的情况下采用。
柔性调基能抗一定的不均匀沉降,且不受刚性角的限制,当上部荷载稍大而地基承荷载力稍低时,可采用增加基础宽度的办法以减小基底单位面积的荷载,是地基承载力满足上部荷载的要求。
(2)单独基础
独立基础按基础形式可分为墩式基础、杯形基础及壳体基础。
常见的墩式独立基础有垂直式、斜坡式及阶梯式。
独立基础用于一般厂房柱基及民用框架结构基础,并适宜在承载力较大的均质地基中采用。
(3)连续基础
为了满足地基承载力的要求,将基础底面积扩大,形成柱列或柱网下的条形基础,以及整片连续设置于建筑物之下的筏板基础、箱型基础等,均属连续基础。
1.3按基础的特殊作用及特殊施工方法分
(1)低下连续墙基础。
既承受上部结构荷载作为基础使用,又承受侧向土压力、水压力的连续墙状结构称为低下连续墙,需配备专用机械才能施工完成。
(2)沉井基础。
采用沉井方法施工,施工完毕后以沉井作为基础使用。
(3)桩基础。
采用钻、冲、挖、锤击、静压等不同施工方法形成的各种灌注桩及预制桩基础。
1.4按基础的埋置深度分
(1)浅基础。
即采用骄傲简便的施工方法及常规的基坑开挖排水措施即可施工的基础,基底埋深一般不大于5米。
(2)深基础。
基底埋深一般大于5米,或者需采用特殊方法才能施工的基础。
2土木工程地基基础设计的基本原则
土木工程建设可能遇到各种情况,相同结构形式及相同荷载的建筑物,当地基土特性不同时,有的结构能正常工作,而有的结构可能出现严重事故;
同样地基土上不同结构类型的建筑,某些类型结构未出现问题,而令一类型结构却遭到了严重的破坏,由于上部结构、基础及地基的情况不同,可能出现的问题也不同,需要采用的设计措施也不一样。
以为地基承载力能满足要求就可不顾其他因素的影响是不明智的,应本着上部结构、基础及地基三者相互作用、共同工作的整体观点,分析在各种地质条件下三者可能出现的问题并采取相应的设计措施,才能使设计方案安全合理。
虽然相互作用的理论还未完全进入实施阶段,但国内总结的实践经验相当丰富,并在地基基础设计规范中均有体现。
所以,土木工程建设中,严格遵循国家相关标准进行设计,是避免失误的最好办法。
土木工程建设中,地基基础设计要遵循以下原则。
2.1基底压力应不大于修正后的地基承载力特征值
所以土木工程建筑物在地基基础的设计中都要符合这一原则。
当地基受荷载后即将丧失稳定性时对应的承载力即为极限承载力,它不能被设计所采用。
在某级荷载压力下,地基变形能逐渐稳定,地基受荷后塑性区能限制在一定范围内,并能保证不产生剪切破坏及出现整体失稳,且地基变形不超过建筑物的容许变形值对应的承载力为允许承载力。
按正常使用极限状态的原则进行地基设计时,所以选定的地基允许承载力,是指由荷载试验测定的地基土压力变形曲线性变形内规定的变形所对应的压力值,其最大值为比例界限值,称其地基承载力特征值。
由于地基承载力与地基土的性质,基础性质、宽度,埋深等因素有关,从相互作用的观点看,允许承载力还应与建筑结构的特性有关。
根据地基土的性质、基础宽度及埋深等具体情况进行修正得出的允许承载力,为修正后的地基承载力特征值。
当地基所受荷载大于修正后的地基承载力特征值时,则难以保证地基土能正常工作,地基土的塑性区将进一步发展,使地基变形进一步增大而难以稳定直至破坏。
2.2地基变形值应不大于建筑物的地基变形允许值
当基底压力满足修正后的地基承载力特征值时,一般情况下能保证地基土不发生剪切破坏,但地基在荷载作用下,总会产生一定变形,地基变形控制到何等程度,才能保证建筑物的使用功能及外观不受影响,也不会引起建筑物开裂、破坏,则是设计是必须考虑的。
地基的变形量可谓数毫米至数百毫米,而建筑物的构件材料,除木材外,其他如砖石砌体和钢筋混凝土梁板,都只能适应较小的差异沉降,如敏感性结构的砌体承重墙体,由于其抗拉、抗剪强度低,当拉应力变大时,砖墙就会产生裂缝。
当地基土压缩性不均匀时,上部结构及地基调整不均匀沉降的能力越小,则建筑物因地基变形产生不良后果的可能性越大。
可见,建筑物地基的变形程度既与地基土的压缩性有关,还与结构类型有关,按地基土压缩性不同及不同的结构类型,根据长期沉降观测资料,国家也制定了各种土木工程建筑物地基变形允许值表,以此为设计标准。
由于地基变形使上部结构产生裂缝及破坏的例子较多,因此控制地基变形已经成为地基设计的主要原则,按照建筑地基规范要求,在满足承载力计算的前提下,对建筑物均应按地基变形设计。
需要说明的是,在计算地基变形量时,考虑的主要是地基土的压缩性及上部荷载情况,而未能考虑上部结构的刚度对计算结果的影响,所以地基变形计算值与实际情况有一定的误差,而地基变形允许值是按照实际建筑物在不同类型地基上的长期沉降实测资料制定出来的,应属于上部结构、基础及地基三者相互作用的结果。
不能因为计算值与实际情况有较大差异就忽视计算的重要性,也不能只求设计的可靠性而一味增加安全度,从而造成不必要的浪费,应根据实际情况借鉴优秀的设计经验,认真考虑上部结构、基础、地基三者的相互作用,根据相关理论设计出好的地基基础效果。
2.3水平荷载作用时应满足稳定性要求
对承受较大水平荷载的建筑物,特别是高层建筑及高耸结构物,设计时必须考虑地基所具有的抗滑及抗倾覆能力,一旦地基失稳,则会造成灾难性后果。
对位于斜坡地段的建筑物,若考虑不周全,一旦产生对斜坡稳定性不利的因素,不但危及建筑物的安全,甚至会引起细剖破坏。
为了使土木工程建筑的安全可靠地发挥其功能,在风力或者地震等荷载较大的地区,必须进行地基的抗滑及抗倾覆验算,且应使安全系数达到要求。
当需要在斜坡地段进行建筑时,应按斜坡的具体情况分别进行考虑,对处于稳定土坡地段的建筑物,其基础外边缘与斜坡边缘的距离,应按照国家标准进行验算确定,避免在可能产生滑坡的不良地段进行建设,为了防止滑坡的产生,在山区进行场地平整时,应考虑土方施工对斜坡稳定性的影响,避免采用大挖大填的施工方案,并应采用相应的疏导排水设施,在江河岸边,既要防止因流水冲刷引起的滑坡,又要防止因建筑物重量及地面堆载引起地基失稳。
3土木工程地基基础设计要注意的问题
3.1对地质资料的分析判断
根据拟建建筑物厂址的地质勘察报告,正确判定地基土类别,特别应防止对地区性或特殊类地基土的误判。
还要判明地基土的分布情况,特别是局部软弱层、可液化土层及暗沟、墓穴等异常情况。
土层在竖直向及水平向的分布状况,直接关系到持力层的选择、基础的选型、选择埋深及沉降的均匀性。
对地下水的埋深及变化规律也应查明。
生产及生活用水的排放以及抽取地下水,都会使原地下水位出现变化。
此外还要判明低下防空洞、各种低下管线的分布情况以及邻近建筑物基础的情况,以便使基础的平面布置及埋深与现有的地下情况相适应,否则,会造成停工或者对原设计进行修改。
3.2对上部结构的分析
对上部结构进行分析时,必须了解建筑物的重要性及使用要求,以便对建筑物的地基变形值进行控制。
对重要的工业与民用建筑及对地基变形有特殊要求的建筑物,设计时更应慎重如设有众多易燃易爆管道的化工建筑,若因地基沉降不均引起管道开裂则会引起严重后果;
对体型复杂的高层建筑,若发生较多的倾斜,即使不致发生倒塌,也会使电梯设施难以运行,并给人造成不安全感。
建筑物体型的复杂程度、结构形式、荷载性质及其大小和分布情况等因素,均是选择基础形式的依据。
例如,体型简单的建筑物,即使荷载较大,因其分布较均匀,可能采用天然地基做持力层并采用一般连续基础即可满足要求,而体型负责的建筑物,因荷载分布不均,对沉降差要求极为严格,可能须采用桩基础才能满足要求。
不同的结构形式,对地基不均匀沉降的敏感程度也不同。
对敏感性结构,则应选择刚度较大的基础形式。
3.3保证设计方案的技术合理性
所选择的基础形式应与上部结构类型相适应,其地面尺寸还应与地基承载力相适应。
为了使建筑物的地基变形不超过规定的允许值,以免出现结构损坏,建筑物倾斜、开裂等事故,使地基的稳定性能得到充分的保证,还应按需要对建筑物地基的变形及稳定性进行验算。
让建筑物安全可靠地发挥其功能,这样的设计方案才具有技术合理性。
3.4设计方案英语施工技术的可行性相适应
任何设计方案,只能通过相适应的施工技术手段,才能使设计方案变成现实。
现有施工技术的水平,之间关系到设计意图能否实施及实施的质量。
为此,设计者对建筑经验、施工工艺的适应性及施工技术的水平均应有全面的了解,所采用的设计方案,若能利用当地已有成熟经验的施工工工艺即可完成,则较为理想。
对于一般的常规工程,往往不存在施工技术的可行性问题,而随着高大建筑物的增多,采用深基础,锚杆、低下连续墙等难度较大的施工工艺也相应增加。
由于设计者往往只按照地质条件选择出可行的施工工艺,如选择的是灌注桩或者预制桩,但对施工机械的设备能力及具体施工工艺的技术水平不一定完全有把握。
为了使施工完毕的基础能满足设计要求,应对影响基础施工质量的因素进行全面分析,并且还应考虑所采用的施工工艺与环境要求是否相适应。
3.5工程造价应尽能经济合理
当某一基础工程有几种设计方案可供选择时,就应对各方案的工程造价进行比较。
游泳基础设计方案时根据地质条件、建筑物体型的复杂程度、结构形式、荷载情况、环境条件、施工工艺等因素进行选取的,如果地质条件差,建筑体积及结构复杂,则所设计的基础,其施工难度必然较大,基础工程的造价甚至会成倍增加。
为此,建筑设计部应仅考虑某一方面的要求,还应进行宏观经济分析,力求建筑形式更加合理,为经济合理的结构设计创造条件。
4结论
在土木工程建设中,不同的建筑工程都存在不同的刚度,因此对地基基础的要求也就不同。
所以,选择合适的上部结构方案的同时,要对基础进行优化设计,合理选择地基基础方案,使地基基础变形问题得到控制是非常重要的。
地基基础设计中,要根据不同的上部结构,采用不同的地基基础类型,避免设计不均匀现象,控制地基变形,保证地基基础设计的安全。
参考文献:
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