基础工程学-第3章.

基础工程学任课教师：王志华南京工业大学交通学院天然地基上浅基础的设计概述浅基础的类型与基础材料地基设计无筋扩展基础设计扩展基础的设计减轻建筑物不均匀沉降危害的措施概述与地基基础有关的几个基本概念地基：直接承托建筑物的场地土层。天然地基：不加处理直接用作建筑物地基的天然土层。人工地基：经过地基处理后才满足建筑物地基要求的土层。基础：建筑物在地面以下的结构部分。持力层：直接与基础底面接触的土层。下卧层：持力层以下的其它土层。浅基础：天然地基上，基础埋置深度小于5m的一般基础(柱基或墙基)以及埋置深度超过5m，但小于基础宽度的大尺寸的基础(如箱形基础)。概述选择基础类型，主要考虑两个因素：建筑物性质：包括它的用途、重要性、结构型式、荷载大小和性质等；地基的地质条件：包括土层的分布、土的性质和地下水等方面。概述地基基础的设计等级GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》根据地基复杂程度、建筑物规则和功能特征，以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计划分为三个设计等级。概述设计荷载取值规定地基基础设计时,所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值；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；计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0；概述设计荷载取值规定地基基础设计时,所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：在确定基础或桩台高度、支挡结构截面计算、基础或支挡结构内力确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数0不应小于1.0。概述地基的极限状态设计承载力极限状态pf式中：p—基础底面处的平均压力设计值，kPa；在p的计算中，所采用的荷载是荷载的基本组合设计值。f—地基承载力设计值，kPa。正常使用极限状态s[s]式中：s—建筑物地基的变形;在s的计算中，应采用荷载的长期效应组合．不计入风荷载和地震荷载，且荷载用标准值；[s]—建筑物地基的变形容许值。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)(简称《地基规范》)，为保证建筑物的安全使用，地基必须满足两种极限状态的要求：地基设计的实质：强度控制OR变形控制？概述天然地基上浅基础设计内容和步骤：选择基础的材料、类型，确定平面布置；选择基础的埋置深度，即确定地基持力层；确定地基承载力特征值和作用在基础上的荷载，计算基础的初步尺寸；进行地基计算，包括地基持力层和软弱下卧层(如果存在)的承载力验算，以及按规定需要进行的变形验算，根据验算结果修改基础尺寸；进行基础的结构和构造设计；绘制基础的设计图和施工图；编制工程预算书和工程设计说明书。浅基础的类型和基础材料浅基础的分类浅基础扩展基础连续基础无筋扩展基础钢筋混凝土扩展基础浅基础的类型和基础材料浅基础的结构类型单独基础:柱的基础一般都是单独基础。条形基础:墙的基础通常是连续设置成长条形，称之条形基础。基础的作用就是把建筑物的荷载安全可靠地传给地基，保证地基不会发生强度破坏或者产生过大变形，同时还要充分发挥地基的承载能力；因此，基础的结构类型必须根据建筑物的持点(结构型式．荷载性质和大小等)和地基土层的情况来选定，浅基础的基本结构类型分下列四种：浅基础的类型和基础材料浅基础的结构类型单独基础:柱的基础一般都是单独基础。条形基础:墙的基础通常是连续设置成长条形，称之条形基础。基础的作用就是把建筑物的荷载安全可靠地传给地基，保证地基不会发生强度破坏或者产生过大变形，同时还要充分发挥地基的承载能力；因此，基础的结构类型必须根据建筑物的持点(结构型式．荷载性质和大小等)和地基土层的情况来选定，浅基础的基本结构类型分下列四种：如果柱子的荷载较大而土层的承载能力又较低，做单独基础需要很大的面积，在这种情况也可采用柱下条形基础，甚至柱下的交叉梁基础。相反．当建筑物较轻，作用于墙上的荷载不大，基础又需要做在较深处的好土层上时，做条形基础可能不经济，这时可以在墙下加一根过梁，将过梁支在单独基础上，称为墙下单独基础。浅基础的类型和基础材料浅基础的结构类型阀形基础和箱形基础:当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱，用单独基础或条形基础都不能满足地基承载力的要求时，或者地下水位常年在地下室的地坪以上，为了防止地下水渗入室内时，往往需要把整个房屋底面(或地下室部分)做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础、称为筏形基础。为了增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑物往往把地下室的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为箱形基础。基础的作用就是把建筑物的荷载安全可靠地传给地基，保证地基不会发生强度破坏或者产生过大变形，同时还要充分发挥地基的承载能力；因此，基础的结构类型必须根据建筑物的持点(结构型式．荷载性质和大小等)和地基土层的情况来选定，浅基础基础的基本结构类型分下列四种：浅基础的类型和基础材料浅基础的结构类型壳体基础:为改善基础的受力性能，而做成各种形式的壳体，称为壳体基础。壳体结构内主要是轴向压力，可以充分发挥钢筋和混凝土材料的受力特点，具有节省材料、降低造价、加快施工速度等优点。高耸建筑物，如烟囱、水塔、电视塔等基础常做成壳体基础。基础的作用就是把建筑物的荷载安全可靠地传给地基，保证地基不会发生强度破坏或者产生过大变形，同时还要充分发挥地基的承载能力；因此，基础的结构类型必须根据建筑物的持点(结构型式．荷载性质和大小等)和地基土层的情况来选定，浅基础基础的基本结构类型分下列四种：1.刚性基础由砖、砌石、素混凝土和灰土等材料做成满足刚性角要求的基础称为刚性基础。工作条件：像个倒置的两边外伸的悬臂梁。这种结构受力后，在靠柱边、墙边或断面高度突然变化的台阶边缘处容易产生弯曲破坏。为了防止弯曲破坏。对于用砖、砌石、素混凝土和灰土等抗拉性能很差的材料所做成的基础，要求基础有—定的高度，使弯曲所产生的拉应力不会超过材料的抗拉强度。控制方法：使基础的外伸长度bt和基础高度h的比值不超过规定的容许比值。刚性角：容许的bt/h值相应的角度。满足刚性角要求的基础，各台阶的内缘应落在墙边或柱边铅垂线成角的斜线上。hbttan浅基础的类型和基础材料刚性基础和扩展基础应用范围刚性基础用于6层和6层以下的一般民用建筑和承重墙的轻型厂房，超过此范围时，必须验算基础强度，三合土的基础不宜用于4层以上的建筑。2.扩展基础当基础的高度不能满足刚性角要求时，可以做成钢筋混凝土基础。柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础，统称为扩展基础。基础埋在土中、经常受潮，容易受侵蚀，而且它是建筑物的隐蔽部分，破坏了不容易发现，也不容易修复，所以必须保证基础的材料有足够的强度。1.砖基础所用的砖和砂浆的标号，根据地基土的潮湿程度和地区的寒冷程度而有不同的要求。此外，用石灰及砂所制成的灰砂砖和其他轻质砖均不得用于基础。2.石料料石(经过加工，形状规则的石块)、毛石和大漂石有相当高的强度和抗冻性，是基础的良好材料。3.混凝土混凝土的耐久性、抗冻性和强度都比砖好，且便于机械化施工和预制，可建造比砖和砌石有较大的刚性角的基础。因此，同样的基础宽度，用混凝土时，基础的高度可以小一些。但是混凝土基础造价稍高，耗水泥量较大，较多用于地下水位以下的基础及垫层。标号一般采用C7.5~C10。为节约水泥用量，可以在混凝上中掺入20％~30％毛石，称为毛石混凝土。4.钢筋混凝土钢筋混凝土具有较强的抗弯、抗剪能力，是质量很好的基础材料。用于荷载大、土质软弱的情况或地下水位以下的扩展基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础。对于一般的钢筋混凝土基础，混凝土的标号应不低于C15。壳体基础的混凝土标号应不低于C20。5.灰土我国在1000多年以前就采用灰土作为基础垫层，效果很好。基础砌体下部受力不大时，也可以利用灰土代替砖、石或混凝土。作为基础材料用的灰土，一般为三七灰土，即用三分石灰和七分粘性土(休积比)拌匀后分层夯实。若在灰土中加入适量的水泥做成三合土，可以有更高的强度和抗水性。浅基础的类型和基础材料基础材料基础底面埋在地面(一般指设计地面)下的深度，称为基础的埋置深度。为了保证基础安全，同时减少基础的尺寸，要尽量把基础放在良好的土层上。但是基础埋置过深不但施工不方便，并且提高基础的造价。合理的埋置深度选择原则：在保证安全可靠的前提下，尽量浅埋。但不应浅于0.5m，因为表土一般都松软，易受雨水及外界影响，不宜作为基础的持力层。另外，基础顶面应低于设计地面100mm以上．避免基础外露，遭受外界的破坏。影响基础埋置深度的因素很多，其中最主要的有以下几方面：一、建筑物的用途、结构类型和荷载性质与大小基础的埋置深度首先决定于建筑物的用途、如有无地下室、设备基础和地下设施，基础的型式和构造条件。对于由砖石材料砌筑的刚性基础，因要满足刚性角的构造要求，基础埋深就由基础构造高度决定。因地基条件或使用上的要求，基础埋置深度有不同时，应将基础做成台阶形，由浅到深逐步过渡,台阶高宽比例为1:2。地基设计基础埋置深度的选择二、相邻建筑物基础的影响如果与邻近建筑物的距离很近时，为保证相邻原有建筑物的安全和正常使用。基础理设深度宜浅于或等于相邻建筑物的埋置深度。如果基础深于原有建筑物基础时，要使二基础之间保持一定距离，其净距L一般为相邻两基础底面高差H的1~2倍。以免开挖基坑时，坑壁塌落，影响原有建筑物地基的稳定。如不能满足这一要求时，应采取施工措施，如分段施工、设临时加固支撑或板桩支撑等。对荷载较大的高层建筑和对不均匀沉降要求严格的建筑物设计中，为减少沉降，取得较大的承载力，需把基础埋置在较深的良好土层上。此外，承受水平荷载较大的基础，应有足够大的埋置深度，以保证地基的稳定性。三、工程地质和水文地质条件直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层称为下卧层。为了保证建筑物的安全必须根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层。上层土的承载力大于下层土时，尽可能取上层土作为持力层，以减少基础的埋深。当上层土的承载力低于下层土时，如果取下层土为持力层，所需的基础底面积较小、但基础埋深较大，若取上层土为持力层，情况则相反。哪一种方案较好，要从施工难易、材料用量等方面作方案比较后才能肯定。当基础存在软弱下卧层时，基础宜尽量浅埋，以便加大基底至软弱层的距离。基础应尽量埋置在地下水位以上，避免施工时要进行基槽排水。如果地基中有承压水存在，则要校核开挖基槽后，承压水层以上的基底隔水层是否会因承压水力的浮托作用而发生流土破坏的危险。要考虑地下水对基础材料的腐蚀作用。四、地基冻胀和融陷条件地下一定范围内，土层的温度随气候而变化，在寒冷地区，冬季地表附近土层中，水因温度降低而冻结。土冻结后，含水量增加，体积膨胀，地面隆起这种现象称为土的冻胀现象。春季气温回升土层解冻，冻土层体积缩小，而含水量显著增加，土的强度大幅度下降而产生融陷现象。冻胀和融陷都是不均匀的。如果基底下面有冻土层，就将产生难以预估的冻胀和融陷变形，影响建筑物的正常使用，甚至导致建筑物破坏。对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深dmin应由下式确定式中zo(标准冻结深度)；t(采暖对冻深的影响系数)和dfr(残留冻土层厚度)。《建筑地基基础设计规范》规定对于冻胀地基上的建筑物应采取防冻害措施。frtdzd0m