基础工程设计1共12页Word文档格式.docx
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失水收缩或反复涨缩是膨胀土地基的变形特点。
6软土地基
由淤泥·
淤泥质土·
冲填土·
杂填土或其他高压缩性土层构成的地基属软土地基。
7冻土地基
在寒冷地区,土中液态水因温度低于0摄氏度而结冰因冰胶结土粒形成冻土。
冻土分为季节性冻土(冬季冻结,春季融化)和多年性冻土(在年平均气温低于0摄氏度的地区,仅表层土因气温升高而融化,其下部土层终年处于冻结状态)。
8无筋扩展基础(刚性基础)
砖基础·
毛石基础·
灰土基础·
混凝土基础等均属无筋扩展基础,也称刚性基础。
9钢筋混凝土基础属柔性基础。
10墙下条形基础
墙下条形基础分刚性及柔性两种。
11单独(独立)基础
独立基础按基础形式又可分为墩式基础·
杯形基础及壳体基础。
常见的墩式基础有垂直式·
斜坡式及阶梯式。
杯形基础多用于装配式钢筋混凝土桩基,为了便于预制柱竖立于基础之上,在基础上预留出杯口,故称为杯形基础。
壳体基础常作为烟囱·
水塔·
料仓等筒形构筑物的基础。
12为了满足地基承载力的要求,将基础底面积扩大,形成柱列(单向)或柱网(双向)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。
13按基础的特殊作用及特殊施工方法分
a地下连续墙基础
b沉井基础
c桩基础
14按基础的埋置深度分
a浅基础
b深基础
15基础工程设计时需注意的事项
a对地质资料的分析判断
b对上部结构的分析
c保证设计方案的合理性
d设计方案应与施工技术的可行性相适应
e工程造价应尽可能经济合理
16基础工程设计的基本原则
a基地压力应不大于修正后的地基承载力特征值
b地基变形值应不大于建筑物的地基变形允许值
c水平荷载作用时应满足稳定性要求
第二章
1基础埋置深度
基础埋置深度(埋深)指设计地面标高至基础底面的标高差。
a依建筑物的使用要求·
荷载大小及性质选择埋深。
b依建筑场地工程地质及水文地质条件选择埋深。
c考虑地基土冻胀和融陷的影响确定埋深。
d考虑对已有建筑物基础的影响确定埋深。
e考虑地下水及地表水对基础埋深的影响。
2确定地基承载力
a按理论公式确定地基承载力。
b按原位测试法求地基承载力。
c地基承载力特征值的修正。
d基础底面压力验算e软弱下卧层承载力验算。
3、确定基础底面尺寸
特当基础上的总荷载、基础埋深及修正后的地基承载力征值已知,即可求算出基础底面尺寸。
(1)轴心受压基础在竖向轴心荷载作用下,可将基础底面的压力看作是均匀分布。
此时,基底压力应不大于该处修正后的地基承载力特征值
(2)偏心受压基础当基础所受荷载除竖向荷载外还有水平力及弯矩作用时,该基础应属偏心荷载作用基础,并应考虑最不利荷载组合,此时基底压力已不是均匀分布,可按材料力学偏心受压公式求算基底最大压力pkmax(kPa)和最小压力pkmin(kPa)。
(3)地基变形计算
地基基础设计,除所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定外,对设计等级为甲级、乙级及表210以外的丙级建筑物均应按地基变形设计———对地基进行变形验算,且变形值不超过允许值。
有下列情况之一时,仍应作变形验算:
(1)地基承载力特征值小于130kPa,且体形复杂的建筑;
(2)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大,可能引起地基产生过大的不均匀沉降时;
(3)软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时;
(4)相邻建筑距离过近,可能发生倾斜时;
(5)地基内有厚度较大或厚薄不均的填土,其自重固结未完成时。
(4)地基变形允许值
1计算地基变形时,传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合,不应计入风荷载和地震作用,相应的限值应为地基变形允许值。
2地基变形的特征[指对各类建(构)筑物不利的地基沉降变形形式]可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜等等。
3因为在地基土质不均、并且有较大荷载差异时,当基础附近有地面堆载或受相邻基础荷载影响时,或者因沉降不均影响建筑物使用功能时,都会使该类结构的相邻基础出现沉降差。
所以,计算部位应选在可能产生较大沉降差的相邻两基础处。
(5)地基变形计算
1地基土的变形特征,对粘性土,包括瞬时沉降、固结沉降(主固结沉降)及次固结沉降三部分。
2进行地基变形计算时,应注意以下几点:
(1)当受相邻荷载作用时,基底下各深度处的附加应力应包括基础自身引起的附加应力及相邻荷载在沉降计算点下引起的附加应力之和。
(2)计算超固结土层的沉降时,当该深度处自重应力与附加应力之和不大于先期固结应力时,应将再压缩指数参与计算;
当大于先期固结应力时,应将压缩指数参与计算。
(3)当大面积深基坑开挖后,地基土发生回弹,则应分别算出因挖土卸载产生的回弹量、因结构建造时的加载但未超过开挖的土重时所产生的再压缩量及因结构建造时继续加载超过开挖的土重时所产生的压缩量。
再压缩量及压缩量组成基础沉降量,计算时,地基中自重应力分布曲线已从地面开始变为从基础底面开始算起,且基底处附加应力即为基底压力。
3采用分层总和法计算地基沉降量时,一般取基底以下某一深度处附加应力与自重应力的比值为0.2(一般土)或0.1(软土)处作为沉降计算深度的界限。
若在沉降计算深度以下有压缩性较大的土层时,应往下继续计算沉降至压缩性较大土层底面为止。
(6)减小沉降危害的措施
1.结构设计措施
(1)增加建筑物刚度。
(2)设置圈梁。
(3)纵横墙布置合理。
(4)加强基础的刚度及强度。
特别是在软弱地基、压缩性不均匀的地基土上,可采用十字交叉基础·
筏基或箱基。
对体型复杂,荷载差异较大的框架结构,可采用箱基、桩基、厚筏等,以减少不均匀沉降。
(5)减小并调整基底附加应力。
2.建筑设计措施
(1)力求建筑物体形简单。
(2)设置沉降缝。
这是减少不均匀沉降的有效方式。
(3)控制相邻建筑物的间距。
(4)调整建筑物有关部位的设计标高。
3.施工措施
在施工过程中,一方面要维护好地基土,以免扰动后承载力降低。
另一方面则应依不同荷载主体合理安排施工进程,如对荷载差异较大的主楼及裙楼建筑,可先施工大荷载的主楼,后施工轻荷载裙楼,其间最好间隔一段时间。
需注意该施工措施只能调整建筑物总沉降差的一部分,如在软土中,按正常速度施工,施工期间的沉降量仅为总沉降量的5%~20%。
5、地基稳定性验算
对承受很大风力或地震力作用的高层建筑或烟囱、水塔等高耸构筑物,作用于建(构)筑物的水平荷载或倾覆力矩很大,又如高压线塔架基础、锚拉基础、挡土墙、堤坝、桥台等,都需考虑其稳定性。
对位于斜坡面或坡顶上的建(构)筑物,则需考虑边坡稳定性。
对含软弱夹层的地基土、地基土变形范围内存在倾斜基岩面,或基底下存在隐伏软弱结构面时,都可能引起地基稳定性破坏。
(1)地基抗水平滑动的稳定性验算
受到竖向及水平向荷载作用的基础,当水平荷载较大而竖向荷载相对较小时,一般需验算地基抗水平滑动稳定性。
(2)地基整体滑动稳定性验算
当地基土含软土或软弱夹层时,在竖向及水平向荷载作用下,可能引起地基整体滑动,此时需进行地基整体滑动稳定性验算。
第2节无筋扩展基础(刚性基础)
将上部结构传来的荷载,通过向侧边扩散至一定底面积内,使作用在基底的压应力不大于地基土的允许承载力,而基础内部的应力应同时满足材料本身的强度要求,这种起到压力扩散图29刚性基础构造示意图d———柱中纵向钢筋直径作用的基础称为扩展基础。
无筋扩展基础是用混凝土、毛石混凝土、砖、三合土及灰土等材料建造的不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础,它是建(构)筑物最常用的基础形式。
第3节钢筋混凝土扩展基础
具有良好抗弯抗剪能力的钢筋混凝土基础,可称为柔性基础。
而柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础均称为钢筋混凝土扩展基础。
1、钢筋混凝土扩展基础的构造要求
1.垫层
钢筋混凝土基础底板下一般需浇筑一层厚度70~100mm的素混凝土垫层。
它既是基础底板钢筋绑扎的工作面,又可保证基础底板的质量,并保护地基土不被扰动。
垫层素混凝土强度等级不低于C10,且每边应宽于底板50mm。
2.底板
现浇钢筋混凝土基础底板厚度除按计算确定外,墙下条基底板厚度不宜小于200mm。
阶梯形基础每阶高度宜为300~500mm。
底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm,其间距不宜大于200mm,也不宜小于100mm。
基础混凝土强度等级不宜低于C20。
3.钢筋混凝土独立基础与柱的连接
(1)现浇柱基础。
现浇柱的基础,其插筋的数量、直径及钢筋种类应与柱内纵向受力筋相同。
(2)预制柱基础。
2、墙下钢筋混凝土条形基础
1.基础底板厚度的确定
2.配筋计算
3、柱下钢筋混凝土独立基础
当基底面积较大、而基础厚度较薄时,基础受荷载后,可能会沿柱边缘或台阶变截面处产生近45°
方向的斜拉裂缝,形成冲切角锥体,此种现象属冲切破坏。
1确定中心受压独立基础底板厚度
2.中心受压独立基础配筋计算
3.偏心受压独立基础设计
(1)基础底板厚度的计算
(2)基础底板配筋计算
第4节柱下钢筋混凝土条形基础
柱下钢筋混凝土条形基础体型呈单向或双向条状,常作为排架或框架结构的基础,条形钢筋混凝土基础也称做基础梁,双向条基即十字交叉基础。
1、柱下钢筋混凝土条形基础的构造要求
柱下条基的横剖面一般为倒置T形,基础底板挑出部分称为翼板,其余部分称肋梁。
除符合钢筋混凝土扩展基础的构造要求外,对柱下条基,其翼板厚度不宜小于200mm,当翼板厚度为200~250mm时,宜采用等厚度翼板,当翼板厚度大于250mm时,宜用变厚度翼板,其坡度不大于1∶3,柱下条基的肋梁高宜为柱距的1/4~1/8。
一般情况下,条基的端部应向外伸出,其长度宜为第一跨距的0.25~0.3倍,但不宜伸出太长。
在软土地区,柱下条基底部应铺垫厚度不小于100mm的砂石垫层,对刚度较小的基础梁可不铺垫层。
为了使基础截面拉、压区配筋量比例适中,并考虑可能出现的整体弯曲,顶部钢筋按计算配筋全部贯通,底部通长筋截面积不得小于底部纵向筋总面积的1/3。
梁上部及下部的纵向受力筋配筋率均不小于0.2%。
对高度大于700mm的基础梁,还应加设腰筋,在肋梁两侧沿高度每隔300~400mm设置一根,其直径不小于10mm。
基础梁底板的构造要求与墙下钢筋混凝土条基相同。
2、柱下单向钢筋混凝土条形基础的内力计算
柱下条基的计算方法较多,总体上可分为倒梁法(反梁法)和弹性地基梁计算法两类。
(1)概述
(2)倒梁法
倒梁法计算时,可采用静力平衡法、连续梁系数法及经验系数法。
(1)计算时作如下假定
1)将条基视为一倒置的连续梁,把柱脚视为基础梁的支座,将地基净反力作为基础梁上的荷载。
2)梁下地基反力呈直线分布,按柱子传到梁上的荷载,利用平衡条件即可求得地基反力的分布。
3)将竖向荷载的合力重心尽量调整至与基础的形心重合,两者的偏心距以不大于基础长度的3%为宜。
4)当呈现对称荷载和对称基础时,地基反力按均布考虑。
5)基础翼板按悬臂板计算,当横向有弯矩荷载时,地基反力以悬臂外伸部分的净反力值计算。
(2)设计步骤
1)绘出计算简图,包括有关尺寸、荷载、埋深等
2)以∑MA=0,求荷载合力重心位置,将偏心地基反力变为均布反力,再确定悬臂长及基础梁总长度,使荷载重心与基础形心重合,
3)按基础梁总长确定底板宽度,计算横向地基净反力。
4)算出底板悬臂的地基平均净反力,并按斜截面受剪承载力确定板厚并计算配筋量。
5)按倒梁法计算条基纵向肋梁的内力,以确定肋梁高度及配筋量。
2.静力平衡法
3.连续梁系数法
4.经验系数法
5.当地基强度及均匀性、上部结构刚度、荷载分布等情况与地基反力呈直线分布的假定条件相差很大时,则应采用弹性地基梁计算方法。
在工程设计中较实用的弹性地基梁计算法主要是基床系数法。
3、柱下十字交叉基础
十字交叉基础的交叉点位于柱荷载作用点处,该处所受柱子的竖向荷载,由纵横方向的基础梁共同承担。
进行十字交叉基础设计时,必须解决结点处柱竖向荷载如何分配于纵横方向的基础梁上。
(1)结点荷载分配
(2)结点分配荷载的调整
第5节筏板基础
当地基承载力较小,且强度不均时,若传给基础的荷载很大,以致采用柱下条基甚至十字交叉基础也不能满足地基承载力及变形要求时,则可将基础底面积进一步扩大,使基础面积等于甚至大于底层面积,形成连续的钢筋混凝土大板基础,简称筏板基础。
筏板基础的底面积大,能承受更大荷载,又因整体刚度加强,减小了结构物局部不均匀沉降。
按所支承的上部结构类型,可将筏板基础分为墙下筏基和柱下筏基两类,而根据筏基是否含有肋梁又可分为肋梁式(梁板式)筏基和平板式筏基。
墙下筏基通常做成无梁等厚的钢筋混凝土平板,即平板式筏基,墙下浅埋筏基适于承重横墙较密、不超过六层的民用建筑。
2、筏基的设计及构造要求
(1)设计时应使柱荷载分布均匀,尽量使荷载合力与筏基形心重合。
(2)筏基混凝土强度等级不应低于C30,当有地下室时,应采用防水混凝土,防水混凝土抗渗等级不应小于0.6MPa。
(3)筏板基础的配筋由计算确定。
(4)筏板悬挑长度的确定。
对于墙下筏基,按经济条件以及降低地基附加压力和沉降的实效,筏板悬挑墙外的长度从轴线起算,横向不宜大于1000~1500mm,纵向不宜大于600~1000mm。
对于肋梁式筏板,当肋梁不外伸时,挑出长度不宜大于2000mm,边缘厚不小于200mm,可做成坡形,双向挑出,且应在板角底部布置放射状附加筋。
(5)筏基埋深及变形验算。
3、筏板基础内力计算———刚性板法
筏基的计算方法主要有以下几类:
当平板式筏板较规则,柱距较均匀,板截面形状一致时将筏板划分成条带(或称板带、截条),并忽略各条带间剪力产生的静力不平衡情况,将各条带近似地按基础梁计算其内力,此方法称为条带法。
当梁板式筏基上柱网的长短跨比值不大时,可将筏基视为双向多跨连续板,用双向板法(倒楼盖法)计算筏基的内力。
当筏板形态不规则,刚度不够大,柱距不等且荷载复杂时,应采用弹性板法。
2两种计算内力的方法:
1.条带法。
2.双向板法。
第五章桩基础
桩基础能较好地适应各种地质条件、工程要求及荷载情况,又具有承载力大、稳定性好、绝对变形和相对变形值小,特别是变形速率小、收敛快等特点
第1节桩的分类与选型
1、桩基的适用范围
建(构)筑物的基础是否采用桩基础,应由建筑场地的地质条件、上部结构对地基基础承载力、沉降及稳定性的要求、经济上是否合理等诸因素决定。
通常在以下情况时采用桩基:
(1)地下水位较高的软弱地基上建筑荷载较大或较重要的建筑物时,若采用浅基础可能会产生过量沉降,为了将建筑物的地基变形控制在允许范围内,常常采用桩基础。
(2)对地面有大面积堆载的单层厂房、仓库等。
(3)高层房屋或高耸建筑物。
(4)有大吨位重级工作制吊车的重型单层厂房和露天吊车的柱基。
(5)对地基沉降及沉降速率有严格要求的精密设备基础。
(6)当相邻建(构)筑物间距较小时。
(7)当地基上部软弱土层较厚不宜作为持力层。
(8)在覆盖层厚度悬殊的山区、丘陵地带,为了防止出现沉降不均,也常常采用桩基础。
(9)在抗震设防区。
(10)桩既可作为建(构)筑物的基础,又可用于地基处理,还可作为挡土支护结构。
2、桩的分类
目前,主要按桩的不同功能,桩与土相互作用的特点、桩的材料、桩的承台位置、桩的挤土作用及不同的成桩方法进行分
(1)按桩的功能分类类。
1.承受轴向压力的桩
2.承受轴向拔力的桩
3.承受横向荷载的桩
(2)按桩与土相互作用的特点分类
1.受竖向荷载的桩
(1)摩擦桩。
在竖向荷载作用下,主要靠桩侧地基土摩阻力支承荷载,桩所发挥的承载力以桩侧摩阻力为主时,统称为摩擦桩。
处于以下情况的桩可视为摩擦桩。
1)桩端无坚实持力层且不扩底的桩,因桩端阻力不大,主要靠摩阻力支承。
2)长径比很大的桩,
3)灌注桩施工成孔后。
4)在进行打入桩施工过程中。
(2)端承桩。
在竖向荷载作用下,主要靠桩端坚实土层或岩层的阻力支承荷载,桩所发挥的承载力以桩端阻力为主时,统称为端承桩。
处于以下情况的桩属端承桩。
1)桩的长径比不太大,并且桩端置于坚硬粘土层、砂砾石层等坚实的土层或岩层中,这类桩的端阻力所占比例较大,属端承桩。
2)桩端持力层的承载力虽不是很大,但桩端直径被扩大较多,使桩端总阻力所占比例较大时,也应视为端承桩。
2.受横向荷载的桩
(1)主动桩。
建筑物的桩基础受风载、地震水平荷载、车辆制动力等作用时,桩顶承受横向荷载,这时桩身(主要是桩上半段)轴线偏离初始位置,桩侧所受的土压力是因为桩主动变位而产生,将这类桩视为主动桩。
(2)被动桩。
位于深基坑四周的支挡桩、堤岸边的支护桩及斜坡体中的抗滑桩,都需承受横向荷载,即沿桩身一定范围内承受着桩侧土压力,使桩身轴线因土压力作用而偏离初始位置,将这类桩视为被动桩。
(3)按制桩材料分类
1.木桩
2.钢桩
3.混凝土桩及钢筋混凝土桩
4.灰土桩、砂桩、碎石桩
(4)按桩承台位置分类
承台一般均位于地面或水面以上,称为高承台桩基,也称高桩。
桩身全部埋于土中,承台底面与土体接触,称为低承台桩基,又称低桩。
(5)按施工时桩的挤土作用分类
1.挤土桩
2.部分挤土桩
3.非挤土桩
(6)按成桩方法分类
成桩方法可分为两类:
用已经预制成型的桩体并采用锤击、振动冲击或静压等方法将桩体沉入地基土体中,能适合这种方法成桩的,如木桩、钢桩、钢筋混凝土预制桩、预应力钢筋混凝土桩等,均属预制桩。
通常所称的预制桩往往指钢筋混凝土预制桩。
当在桩位采用各种方法成孔,如钻机成孔、沉管成孔,或者人工挖孔等,然后在桩孔内灌注成钢筋混凝土桩,则属就地成孔灌注桩,简称灌注桩。
1.预制桩
(1)预制桩的特点及适用范围
一般采用锤击法沉桩。
由于预制桩沉桩过程并不复杂,一般来讲,施工质量较稳定。
因受桩截面面积、桩长及沉桩机械设备能力的限制,一般单桩承载力可达3000kN,在采用大功率打桩设备的海洋工程中,由于桩的几何尺寸大,单桩承载力可达100000kN。
预制桩的适用范围也有其局限性,例如,当需穿过较厚的硬夹层(硬塑粘性土层,中密以上砂土层)时,除非采用植桩、射水等辅助沉桩措施,否则难以穿过。
因此,进入硬粘土层、砂砾土层及强风化基岩的深度不大,并往往将以上硬土层作为桩端持力层。
由于沉桩过程中产生的挤土效应,特别是在饱和软粘土地区沉桩,可能导致邻近建筑物、道路、地下管线等受损。
当施打顺序安排不当,会造成部分桩的端部达不到设计标高,以致需截去设计桩顶标高以上的桩体,造成浪费。
由于预制桩需承受运输、起吊及锤击过程中的应力,混凝土的强度等级较高,含钢量也较大,所以其造价往往高于灌注桩。
由于绝大多数预制桩是采用锤击法沉桩,施工过程中所产生的振动及噪声会影响周围环境,所以,预制桩在城市建设中的使用往往受到限制。
(2)常用的预制桩类型
1)普通钢筋混凝土预制桩,即实心方桩。
这是使用最多的一种桩型。
2)预应力钢筋混凝土桩。
2.灌注桩
灌注桩的成桩方法是采用钻、挖、冲击或沉管等方法就地成孔,并在孔内放置钢筋笼,然后灌注混凝土而成桩。
目前,灌注桩的成桩方式已达20多种,按成桩过程及桩土的相互影响,仍可分为非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩及挤土灌注桩三大类。
(1)非挤土灌注桩
1)干作业成孔灌注桩
2)泥浆护壁成孔灌注桩
(2)部分挤土灌注桩
(3)挤土灌注桩
3、桩型及成桩工艺选择
(1)地质条件
1.持力层的埋深
2.土层中的洞穴及障碍物
3.土层是否具有湿陷性、膨胀性
4.土层是否具有可液化、沉陷的性质
5.水文地质条件
(2)建筑物的特点及荷载性质
对于重要的建筑物及不均匀沉降敏感的建筑物,选择的桩型及成桩工艺必须稳妥可靠,在所处的地质条件下,不宜采用成桩质量易出现隐患的桩型而应选择成桩质量稳定的桩型。
对于大荷载高重建筑物,首先应考虑单桩承载力足够大的桩型。
(3)施工环境及施工技术条件
建筑场地附近的相邻建筑物、道路、地下管线、堤坝等建(构)筑物及设施与建筑场地的距离是否太近。
建筑场地是否适应大型机械设备的进出场。
(4)经济指标
选择桩型时,不能仅考虑单桩的成本,原材料、人工、设备、能源等消耗以及施工时对环境的维护费用都应综合考虑,并折算成综合造价,
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