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基础计算笔记
09城市轨道一班汪建飞
1、基础的分类:
浅基础(刚性基础和钢筋混凝土扩展基础)(明挖基础)和深基础
2、浅基础的各种相关知识:
2.1刚性基础的材料:
混凝土、粗料石和片石;特点:
抗压性能较好,耐久性好,但抗拉、剪强度不高
2.2柔性基础(钢筋混凝土扩展基础)的特点:
具有较好的抗剪能力和抗弯能力
2.3刚性扩大基础施工的注意事项:
明挖开挖应尽量在枯水或少雨季节进行,不宜间断;基坑不应暴露过久,验收合格后应尽快修筑基础;基坑底30cm应由人工开挖,以免破坏基底土的结构;基坑开挖过程中要注意排水;基坑尺寸要比基底尺寸每边大0.5m~1.0m;基坑开挖时根据土质及开挖深度确定围护形式;水中开挖基坑还需先修筑防水围堰。
2.4无围护基坑施工的适用条件:
基坑较浅,地下水位较低或渗水量较少,不影响坑壁稳定时,此时可将坑壁挖成竖直或斜坡形。
竖直坑壁只适宜在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用。
在一般土质条件下开挖基坑时,应采用放坡开挖的方法。
2.5板桩墙支护:
材料:
木板桩、钢筋砼板桩、钢板桩;
2.6喷射混凝土护壁的使用条件:
宜用于土质较稳定,渗水量不大,深度小于10m,直径为6m~12m的圆形基坑。
对于有流砂或淤泥夹层的土质,也有使用成功的实例。
2.7混凝土围圈护壁适用条件:
基坑深度可达15m~20m,除流砂及呈流塑状态粘土外,可适用于其它各种土类;施工要求:
自上而下分层垂直开挖,开挖一层后随即灌注一层混凝土壁。
顶层混凝土应一次整体浇筑,以下各层均间隔开挖和浇筑,并将上下层混凝土纵向接缝错开。
开挖面应均匀分布对称施工,及时浇筑混凝土壁支护,每层坑壁无混凝土壁支护总长度应不大于周长的一半。
2.8基坑排水:
2.8.1表面排水法:
2.8.2井点法降低地下水位(轻型井点、喷射井点、电渗井点、深井泵井点)
2.9水中基坑开挖时的围堰工程的施工要求:
需先修筑防水围堰,排水后再开挖基坑;如排水较困难,可在围堰内进行水下挖土,挖至预定标高后先灌注水下封底混凝土,然后再抽干水继续修筑基础。
2.10围堰的设计及施工要求:
1.围堰顶面标高应高出施工期间中可能出现的最高水位0.5m以上,有风浪时应适当加高。
2.修筑围堰将压缩河道断面,使流速增大引起冲刷,或堵塞河道影响通航,因此要求河道断面压缩一般不超过流水断面积的30%。
对两边河岸河堤或下游建筑物有可能造成危害时,必须征得有关单位同意并采取有效防护措施。
3.围堰内尺寸应满足基础施工要求,留有适当工作面积,由基坑边缘至堰脚距离一般不少于1m。
4.围堰结构应能承受施工期间产生的土压力、水压力以及其他可能发生的荷载,满足强度和稳定要求。
围堰应具有良好的防渗性能。
2.11板桩墙的作用:
挡住基坑四周的土体,防止土体下滑和防止水从坑壁周围渗入或从坑底上涌,避免渗水过大或形成流砂而影响基坑开挖。
2.12封底混凝土的作用:
钢板桩围堰需进行水下封底混凝土后在围堰内抽水修筑基础和墩身,在抽干水后封底混凝土底面因围堰内外水头差而受到向上的静水压力,若板桩围堰和封底混凝土之间的粘结作用不致被静水压力破坏,则封底混凝土及围堰有可能被水浮起,或者封底混凝土产生向上挠曲而折裂,因而封底混凝土应有足够的厚度,以确保围堰安全。
2.13封底混凝土的注意事项:
封底混凝土灌注时厚度宜比计算值超过0.25-0.50m,以便在抽水后将顶层浮浆、软弱层凿除,以保证质量。
2.14地基容许承载力确定方法:
1.在土质基本相同的条件下,参照邻近建筑物地基容许承载力;2.根据现场荷载试验的p-s曲线;3.按地基承载力理论公式计算;4.按现行规范提供的经验公式计算。
2.15刚性扩大基础的设计与计算的主要内容:
基础埋置深度的确定;刚性扩大基础尺寸的拟定;地基承载力验算;基底合力偏心距验算;基础稳定性和地基稳定性验算;基础沉降验算。
2.16计算算例:
某刚性扩大基础,基底尺寸为5.0×7.0米,已知作用在基底
中心的轴向力为N=8350kN,弯矩M=960kN·m,水平力H=280kN,
刚性角αmax=400,第一层土[fa0]=290kPa,修正系数k1=0,
k2=1.5。
试验算基础的扩散角、持力层强度、基底合力偏心距、
稳定性是否满足要求。
(基底与土体之间的摩擦系数μ=0.25)
3、桩基础的各种基本知识:
3.1桩基础的适用性:
软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物,不允许地基有过大沉降和不均匀沉降;对于高重建筑物,如高层建筑、重型工业厂房和仓库、料仓等,地基承载力不能满足设计需要时;对桥梁、码头、烟囱、输电塔等结构,宜采用桩基以承受较大的水平力和上拔力时;对精密或大型的设备基础,需要减小基础振幅、减弱基础振动对结构的影响时;在地震区,以桩基作为地震区结构抗震措施或穿越可液化地基时;水上基础,当施工水位较高或河床冲刷较大,采用浅基础施工困难或不能保证基础的安全时。
3.2各类桩基须根据地质、水文等条件比较采用。
一、钻(挖)孔桩适用于各类土层(包括碎石类土层和岩石层),但应注意:
钻孔桩用于淤泥及可能发生流砂的土层时,宜先做试桩;
挖孔桩宜用于无地下水或地下水量不多的地层
二、沉桩可用于砂土、粘性土、有承压水的粉砂、细砂以及碎石类土等。
三、管柱适用于深水、有潮汐影响以及岩面起伏不平的河床。
3.3不能采用桩基础的情况:
上层土比下层土硬得多;土层中有障碍物而又无法排除;只能采用打入或振入法施工,而附近有重要的或对振动强烈敏感的建筑物时。
3.4桩基础的优缺点:
1、优点
承载能力高,稳定性好;
沉降及不均匀沉降小;
抗不良地质现象危害能力强,抗震、抗液化、抗滑坡及抗爆性能强
灵活性强,对结构体系、范围及荷载变化具有较强的适应能力。
2、缺点
造价高;施工复杂;打入桩存在振动及噪音等环境问题;灌注桩易污染周围场地;桩基工作机理复杂,设计计算理论尚不完善。
3.5钢筋混凝土灌注桩:
实心断面,直径不宜小于0.8m。
挖孔桩不宜小于1.2m;砼等级≥C25,仅受竖向力可用C20(水下砼≥C25);按内力及抗裂性的要求布设,长摩擦桩可分段布筋;计算不配筋时,桩顶3-5m设构造钢筋;直径φ≥16;数量≥8;80≤净间距≤350(主筋);(箍筋)直径≥φ/4且8,间距≤15φ且300;长桩及大桩2-2.5m设加劲筋;
3.6桩基础的计算:
简答题:
1、浅基础与深基础有哪些区别?
2、基础工程设计计算的基本原则?
(1)基础底面的压力小于地基承载力容许值
(2)地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值
(3)地基及基础的整体稳定性有足够保证
(4)基础本省的强度、耐久性满足要求
3、基础的分类?
浅基础(刚性扩大基础、柔性扩大基础)、深基础(桩基础、沉箱基础、沉井基础、地下连续墙)、深水基础
4、泥浆的作用?
泥浆在钻孔中的作用:
(1)在孔内产生较大的净水压力,可防止坍孔;
(2)泥浆具有护壁作用,能稳定孔内水位;(3)泥浆具有挟带钻渣的作用,此外还有冷却机具和切土润滑作用,降低钻具磨损和发热程度,
泥浆在沉井中的作用:
泥浆能润滑减阻,降低沉井下沉中的摩擦阻力.
4、桩的负摩阻力产生原因及解决办法?
(1)桩穿过欠密实的软粘土或新填土,由于这些土层的压缩固结,产生对桩身侧面的负摩擦力;
(2)在桩周软土的表面有大面积堆载或新填土(桥头路堤填土),使桩周的土层产生压缩变形;
(3)由于从软弱土层下的透水层中抽水或其它原因,使地下水位下降,土中有效力增大,从而引起桩周土下沉;
(4)桩数很多的密集群桩打桩时,使桩周土产生很大的超空隙水压力,打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉;
(5)在黄土、冻土中的桩基,因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。
5、沉桩(预制桩)施工中常遇到的问题及处理办法:
(1)桩顶、桩身被打坏
(2)桩位偏斜
(3)桩打不下
a)沉井在施工中会出现哪些问题,怎么处理?
(1)偏斜:
纠正偏斜,通常可用出图、压重、顶部施加水平力或刃脚下支垫等方法处理,空气幕沉井也可采用单侧压气纠偏
(2)下沉困难:
解决下沉困难的主要措施主要是增加压重和减少井壁摩阻力,提前接筑下节沉井,增加沉井自重;在井顶加压沙袋,钢轨等重物迫使沉井下沉:
将沉井设计成阶梯型、钟形、或使外壁光滑
(3)突沉:
防止突沉的措施一般是控制均匀挖土,减小刃脚处挖土深度,在设计时可采用增大刃脚踏面宽度或增设底深的措施的提高刃脚阻力
(4)流沙:
防止流沙的措施:
排水下沉时发生流沙,可采用取面井内灌水,或不排水除土下沉时,减小水头梯度
b)灌注桩在施工过程中护筒的作用?
(1)固定桩位,并作钻孔导向
(2)保护孔口防止孔口图腾坍塌
(3)隔离孔内空外表层水,并保持钻孔内水位高出施工水位,以稳固孔壁。
因此埋置护筒要求稳固、准确
c)地基容许承载能力的确定?
(1)试验法
(2)理论公式法
(3)经验公式法
(4)规范法
d)板桩墙的类型?
无支撑式、支撑式、锚撑式;其中,支撑式板桩墙按设置支撑的层数可分为单支撑式板桩墙和多支撑式板桩墙
e)基坑排水方法及适用范围?
(1)表面排水法:
一般土质条件下均可采用,但当地基土为饱和粉细砂土等粘聚力较小的细粒土层时,由于抽水会引起流沙现象,造成基坑的破坏和坍塌
(2)井点法降低地下水位:
粉质土、粉砂类土
f)需进行基础沉降验算的情况?
(1)修建在地址情况复杂、地层分布不均或强度较小的软黏土地基及湿陷性黄土上的基础
(2)修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构的基础
(3)当相邻基础下地基土强度有显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须考虑其沉降差
(4)对于跨线桥、跨线渡槽要保证桥(或槽)下净空高度时
g)桩基的分类?
(1)按承台位置:
高桩承台基础、低桩承台基础
(2)按施工方法:
(一)沉桩(预制桩)1、打入桩(锤击桩)2、振动下沉桩3、静力压桩;
(二)灌注桩1、钻、挖孔灌注桩2、沉管灌注桩;(三)管柱基础;(四)钻埋空心桩
(3)按桩的设置效应:
1、挤土桩2、部分挤土桩3、非挤土桩
(4)按承载性状:
1、竖向受荷桩
(1)摩擦桩
(2)端承桩(也成为柱桩);2、横向受荷桩
(1)主动桩
(2)被动桩(3)竖直桩和斜桩;3、桩墩
(5)按桩身材料:
1、钢桩2、钢筋混凝土桩3、复合桩
h)沉井基础的概念及构造?
概念:
用沉井法修建的基础
构造:
沉井是一种井筒状空腔结构物,是在预制好的井筒内挖土,依靠井筒自重或借助外力克服井壁与地层的摩擦阻力逐步沉入地下至设计高程,最终形成桥梁墩台或其他建筑物基础的一种深基础
i)刚性扩大基础的设计步骤:
(1)基础埋置深度的确定
(2)刚性扩大基础尺寸的拟定
(3)地基承载力验算
(4)基底合力偏心距验算
(5)基础稳定性和地基稳定性验算
(6)基础沉降验算
一、名词解释
1、地基:
承受建筑物各种作用的地层
2、基础:
建筑物的各种作用传递至地基的结构物
3、刚性扩大基础:
由于地基强度一般较墩台或墙柱圬工的强度低,因而需要将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求,这种刚性基础称为刚性扩大基础
4、浅基础:
埋置深度较浅(一般在数米以内),且施工相对简单的基础,且在浅基础的设计计算中,可忽略基础侧面土体的摩阻力和侧向抗力
5、深基础:
若浅层土不良,需将基础置于较深的良好土层上,且在设计计算中不能忽略基础侧向土体的摩阻力和侧向抗力的基础形式
6、基础埋置深度:
地面或一般冲刷线到基底的距离
7、持力层:
直接与基底相接触的土层
8、刚性角:
自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的连线间的最大夹角
9、地基系数C:
单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所需施加的力,C=mz
10、单桩承载力容许值:
是指单桩在荷载作用下,地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证,变形也在容许范围内,以保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载
确定方法:
(1)静载试验法
(2)经验公式法(3)动测试桩法(4)静力分析法
11、正循环:
钻具在钻进的同时,泥浆泵将泥浆压进泥浆笼头,通过钻杆中心从钻头喷入钻孔内,泥浆挟带钻渣沿钻孔上升,从护筒顶部排浆孔排出至沉淀池,钻渣在此沉淀而泥浆仍进入泥浆池循环使用
12、反循环:
是泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入孔内,来冷却钻头并携带沉渣由钻杆内腔返回地面的一种钻进工艺
13、软土:
是指沿海的滨海相、三角洲相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土
14、复合地基:
指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强,或被置换,或在天然地基中设置加筋材料,加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。
15、沉井基础:
用沉井法修筑的基础
16、单桩承载力容许值:
指单桩在荷载作用下,地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证,变形也在容许范围内,以保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载。
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