上海交通大學土力學與地基基礎.ppt

第六章 淺基礎及連續(xù)基礎第一節(jié) 概述,地基分天然地基：未經(jīng)加固處理，能直接支承建筑物的地基， 人工地基：若地基土層較軟弱，建筑物的荷重又較大，地基的承載力和變形都不能滿足設計要求時，通過人工加固處理的地基。 基礎：大多數(shù)建筑物基礎的埋深不會很大（一般不大于5米），可以用普基礎通開挖基坑和敞坑排水的方法修建。如條形基礎、片筏基礎和箱形（按埋深基礎等。 深基礎：如樁基、沉井和地下連續(xù)墻等。,第一節(jié) 概述,淺基礎定義: 埋入地層深度較淺，施工一般采用敞開挖基坑修筑的基礎。 淺基礎在設計計算時可以忽略基礎側面土體對基礎的影響，基礎結構形式和施工方法也較簡單。深基礎埋入地層較深，結構形式和施工方法較淺基礎復雜，在設計計算時需考慮基礎側面土體的影響。 淺基礎特點:由于埋深淺，結構形式簡單，施工方法簡便，造價也較低，因此是建筑物最常用的基礎類型。,第一節(jié) 概述,一、淺基礎常用類型: 1、剛性基礎,剛性擴大基礎,單獨和聯(lián)合基礎,擋土墻下條形基礎,第一節(jié) 概述,2、柔性基礎,柱下條形基礎,筏板基礎,箱形基礎,第一節(jié) 概述,二、淺基礎設計內(nèi)容及步驟 1.了解擬建場地工程地質(zhì)條件的基礎上，合理選擇基礎類型、平面布置及埋深； 2.按地基承載力確定基礎底面尺寸； 3.進行必要的地基穩(wěn)定性和變形驗算； 4.基礎結構的內(nèi)力分析和截面設計，并繪制施工圖。,第二節(jié) 淺基礎的類型,一、按材料分： 1、磚基礎： 大放角基礎。兩皮一收或兩皮一收與一皮一收相間。注意對材料的最底要求。 2、毛石基礎： 毛石：未經(jīng)加工整平的石料。注意其構造要求及臺階高寬比要求。 3、灰土基礎： 依體積比分為3：7灰土、2：8灰土， 灰土干重度14.515.5KN/m ,容許承載力可達250300KPa。,優(yōu)點：施工簡便，造價便宜，可節(jié)約水泥、磚石材料。 缺點：在水中硬化慢，早期強度低，抗水性差，抗凍性差。一般只用于冰凍線以下，地下水位以上。,4、混凝土和毛石混凝土基礎。,5、鋼筋混凝土基礎。,第二節(jié) 淺基礎的類型,第二節(jié) 淺基礎的類型,二、按構造類型分： 1、條形基礎：長度遠大于寬度的基礎。 2、獨立基礎 3、聯(lián)合基礎：柱下條形基礎，柱下十字交叉條形基礎，筏板基礎，箱形基礎。,第二節(jié) 淺基礎的類型,三、擴展基礎：,（一）無筋擴展基礎（剛性基礎） 1、材料：磚、毛石、灰土或三合土。 2、構造要求:保證抗拉強度、抗剪強度,第二節(jié) 淺基礎的類型,（二）鋼筋混凝土擴展基礎 1、特點：抗彎、剪性能好。 2、形式：墻下和柱下鋼筋混凝土擴展基礎。,第二節(jié) 淺基礎的類型,四、聯(lián)合基礎,第二節(jié) 淺基礎的類型,五、獨立基礎,第三節(jié) 基礎埋置深度的選擇,一、工程水文地質(zhì)條件： 基礎底面應盡量埋于地下水位以上，以避免地下水對基坑施工的影響，如必須埋在地下水位以下時，則應采取措施（如基坑排水、坑壁圍護等），以保證地基土施工時不受擾動。地下水對基礎材料的侵蝕作用及防護措施也應充分考慮。,第三節(jié) 基礎埋置深度的選擇,二、建筑物的用途及基礎類型 建筑物的用途影響基礎埋深的選擇。如有地下室的建筑，埋深由地下室標高決定；工業(yè)建筑中的地下設施和設備基礎，不能離建筑物基礎太近。 基礎類型是影響埋深的另一個主要因素。對于由磚石材料砌筑的剛性基礎，因其高度相對較大，若埋深較小則有露的可能因此，基礎的埋深由基礎的構造高度決定。,第三節(jié) 基礎埋置深度的選擇,三、作用在基礎上的荷載大小和性質(zhì) 對于只受垂直荷載作用的基礎，可根據(jù)荷載的大小經(jīng)過地基承載力的計算，選擇持力層，確定埋深；如果基礎同時還承受水平荷載作用（如擋土墻、廠房柱基、煙囪、水塔等構筑物的基礎），則應加大埋深，以增強土層對基礎的嵌固作用，保證構筑物的穩(wěn)定性,第三節(jié) 基礎埋置深度的選擇,四、相鄰建筑物基礎埋深 為保證相鄰原有建筑物在施工期間的安全和正常使用，基礎埋深不宜深于相鄰原有建筑物的基礎。,第三節(jié) 基礎埋置深度的選擇,五、地基土的凍脹和融陷 在有凍脹性土的地區(qū)建設時，除基礎埋深必須符合上述規(guī)定外，還應根據(jù)土的凍脹性和凍深的大小，采取一些相應的防凍害措施。,1、地基承載力：,地基在保證其穩(wěn)定的前提下，滿足建筑物各類變形要求時的承載能力。,2、地基承載力的確定方法： a、根據(jù)規(guī)范表格確定； b、按靜載荷試驗方法確定； c、根據(jù)土的強度理論計算確定； d、根據(jù)相鄰條件相似的建筑物經(jīng)驗確定。,第四節(jié) 地基承載力設計值,第四節(jié) 地基承載力設計值,一、按土的抗剪強度指標確定 （一）魏錫克公式 承載力設計值按下式計算：,折減系數(shù)； 有效面積； A 基礎實際面積。,K安全系數(shù)23。,第四節(jié) 地基承載力設計值,（二）規(guī)范推薦的理論公式 長期承載力設計值： 短期承載力設計值：,第四節(jié) 地基承載力設計值,二、按地基載荷試驗確定 承載力實測值：,對低壓縮性土：,對高壓縮性土：,或,（當,第四節(jié) 地基承載力設計值,三、軟弱下臥層驗算 當?shù)鼗芰臃秶鷥?nèi)存在軟弱下臥層時，還必須對下臥層進行驗算。,基底壓力標準值； 基底處自重壓力值；,應力擴散角；,pz,第五節(jié) 連續(xù)基礎概述,連續(xù)基礎:在地基平面上一個或兩個方向的尺度與其豎截面高度相比較大.一般可看成是地基上的受彎構件，如梁、板. 連續(xù)基礎的特點:它的撓曲特征、基底反力和截面內(nèi)力分布與地基、基礎以及上部結構的相對剛度特征有關，因此考慮要三者相互作用問題。 例如：高層建筑地基、基礎和上部結構三者相互作用的過程中，地基起主導作用，其次是基礎，另外還受到上部結構剛度的約束作用。,連續(xù)基礎包括： 條形基礎 筏板基礎 箱形基礎 補償性基礎 一、條形基礎 多層住宅的磚混結構，其特點是墻體直接承受各層樓板或樓面梁的荷載，荷載以線荷載的形式傳至基礎頂面。 二、筏板基礎和箱形基礎 高層建筑的特點之一就是層數(shù)多、高度高、體積大。當?shù)鼗休d力及地基沉降變形能滿足要求時,大部分高層建筑基礎可采用箱形或箱筏式結構。,第五節(jié) 連續(xù)基礎概述,三、補償性基礎 補償性基礎（浮基礎）：基礎有足夠埋深使得基底的實際壓力等于該處原來土體的自重壓力，即基坑開挖移去的土重補償了建筑物的重量，按上述概念進行地基基礎設計稱為補償性設計，這樣設計的基礎稱為補償性基礎。 其形式有：片筏基礎和箱型基礎。 優(yōu)點：1、是天然基礎，不需進行特殊人工處理； 2、地基承載力有所提高； 3、增加建筑物的穩(wěn)定性； 4、減少建筑物總沉降量。,第五節(jié) 連續(xù)基礎概述,補償性基礎應用實例： “零層板”的方法即是補償性基礎中最簡單的方法，它在片筏基礎上回填少量的房心土，不須壓實，一樓地面采用架空樓板，減少填土重量，提高地基承載力。 條形基礎沉降曲線是“鍋底狀” ，中部沉降最大，兩邊沉降最小，若處理不當，將產(chǎn)生不均勻沉降，在進行房心土回填時，兩端多填點，中間少填點，恰好可抵消這種沉降變形傾向。,第五節(jié) 連續(xù)基礎概述,第六節(jié) 連續(xù)基礎地基計算模型,一、文克勒地基模型（1867） 地基上任一點所受的壓力強度p與該點的地基沉降s成正比，即 p=ks 式中，比例常數(shù)k為基床系數(shù)。,第六節(jié) 連續(xù)基礎地基計算模型,基床系數(shù)k參考值,第六節(jié) 連續(xù)基礎地基計算模型,二、彈性半空間地基模型 彈性半空間的計算模型,r,P,彈性半空間,第六節(jié) 連續(xù)基礎地基計算模型,對于任意荷載,對于均布矩形荷載,第七節(jié) 文克勒地基上梁的計算,一、無限長梁的解答,根據(jù)作用于梁單元上豎向的靜力 平衡條件,將上式對x求兩次導數(shù),可得,根據(jù)材料力學,梁撓度的微分方程,二、有限長梁的計算,第七節(jié) 文克勒地基上梁的計算,三、基床系數(shù)的確定,如果地基是一種直線變形體，i點的基床系數(shù)ki可以表示為,K值取決于地基土層的分布情況及其壓縮性、基底的大小和形狀，與基礎荷載和剛度有關的地基中的應力等因素,第七節(jié) 文克勒地基上梁的計算,第八節(jié) 柱下條形基礎 柱下條形基礎通常在下列情況下采用: 1.當上部結構傳下的荷載較大,地基的承載力較低,采用各種形式的單獨基礎不能滿足設計要求時。 2.當采用單獨基礎所需底面積由于鄰近建筑物或構筑物基礎的限制而無法擴展時。 3.地基土質(zhì)變化較大或局部有不均勻的軟弱地基。 4.各柱荷載差異過大。 5. 防止過大的不均勻沉降量時。,第八節(jié) 柱下條形基礎,簡化計算方法：有靜力平衡法和倒梁法兩種， 都是不考慮地基與上部結構變形協(xié)調(diào)條件。假定基底反力按線性分布,僅進行滿足靜力平衡條件下梁的計算。,適用范圍：當柱荷載比較均勻, 柱距相差不大, 基礎與地基相對剛度較大, 可忽略柱下不均勻沉降時采用。,第八節(jié) 柱下條形基礎,一、計算圖式,上部結構荷載和基礎剖面圖,第八節(jié) 柱下條形基礎,靜力平衡法計算圖式,第八節(jié) 柱下條形基礎,倒梁法計算圖式,第八節(jié) 柱下條形基礎,二、靜力平衡法和倒梁法的應用,(一)、靜力平衡法 1. 靜力平衡法具體步驟 (1) 先確定基礎梁縱向每米長度上地基凈反力設計值,靜力平衡法計算模型,第八節(jié) 柱下條形基礎,計算圖式,(2)對基礎梁從左至右取分離體, 列出分離體上豎向力平衡方程和彎矩平衡方程,求解梁縱向任意截面處的彎矩和剪力。,第八節(jié) 柱下條形基礎,靜力平衡法適用條件 地基壓縮性和基礎荷載分布都比較均勻,基礎高度大于柱距的1/ 6或平均柱距滿足l 1.75 /,且上部結構為柔性結構時的柱下條形基礎和聯(lián)合基礎.,第八節(jié) 柱下條形基礎,3.對靜力平衡法的一些看法 （1） 由于靜力平衡法不考慮基礎與上部結構的相互作用,因而在荷載和直線分布的基底反力作用下可能產(chǎn)生整體彎曲。 (2) 上述適用條件中,要求上部結構為柔性結構。如何判斷上部結構為柔性結構,從絕大多數(shù)建筑的實際剛度來看,均介于絕對剛性和完全柔性之間,目前還難以定量計算。,第八節(jié) 柱下條形基礎,(二) 倒梁法 1.倒梁法具體步驟 (1)先用彎矩分配法或彎矩系數(shù)法計算出梁各跨的初始彎矩和剪力。彎矩系數(shù)法的計算內(nèi)力表達式為:,彎矩系數(shù)和剪力系數(shù)按所計算的梁跨數(shù)和其上作用的均布荷載形式,直接從建筑結構靜力計算手冊中查。,第八節(jié) 柱下條形基礎,(2)調(diào)整不平衡力: 首先,由支座處柱荷載和求得的支座反力1計算不平衡力:,式中 支座處不平衡力, 左，右 支座處梁截面左、右邊剪力,其次,將各支座不平衡力均勻分布在相鄰兩跨的各1/ 3跨度范圍內(nèi)如圖6 ,按下式計算:,第八節(jié) 柱下條形基礎,繼續(xù)用彎矩分配法或彎矩系數(shù)法計算出此情況的彎矩和剪力,并求出其支座反力與原支座反力疊加,得到新的支座反力。,第八節(jié) 柱下條形基礎,(3)重復步驟(2),直至不平衡力在計算容許精度范圍內(nèi)。 (4)將逐次計算結果疊加即可得到最終彎矩和剪力。,計算簡圖和支座反力,柱荷載和柱距圖,第八節(jié) 柱下條形基礎,2. 倒梁法適用條件 地基壓縮性和基礎荷載分布都比較均勻,基礎高度大于柱距的1/ 6或平均柱距滿足 1.75 /,且上部結構剛度較好時的柱下條形基礎,可按倒梁法計算。 基礎梁的線剛度大于柱子線剛度的3倍,即:,第八節(jié) 柱下條形基礎,3.對倒梁法的一些看法 (1)滿足上述適用條件之一的條形基礎一般都能迫使地基產(chǎn)生比較均勻的下沉,與假定的地基反力按直線分布基本吻合。 (2) 柱距不宜過大,盡量等間距。 (3)當基礎與地基相對剛度愈小,柱荷載作用點下反力會過于集中成“鐘形” 。 (3) 將第一步用彎矩分配法或彎矩系數(shù)法計算出的彎矩和剪力直接作為最終值,這對于中間支座及其中間跨中來說是偏于安全的,而對于邊跨及其支座是偏于不安全。,第八節(jié) 柱下條形基礎,第九節(jié) 筏板基礎,筏板基礎的特點： 1、成片覆蓋于建筑物地基較大面積上, 2、易于滿足軟弱地基承載力的要求, 3、減少地基的附加應力和不均沉降, 4、增加建筑物的整體抗震性, 5、對地下室或架空地板的筏基還具有一定的補償性效應。,按所支承的上部結構類型分： 1、墻下筏板基礎-用于磚砌體承重結構房屋. 2、柱下筏板基礎-用于框架、剪力墻結構。 按基礎構造特點分： 1、等厚的平板式筏板基礎 2、沿縱橫柱列方向的筏板頂面或底面加肋形成的肋梁式筏板基礎。,第九節(jié) 筏板基礎,平板式筏板基礎的厚度200,當柱荷載較大時,可將柱位下筏板局部加厚。,肋梁式筏板基礎的板厚 200,且宜大于計算區(qū)段內(nèi)最小板跨1/ 20。,筏板受力鋼筋的配置除應滿足計算要求, 對剪力墻下筏板,縱向為配筋率為0 .15%,橫向配筋率為0. 10%,對柱下筏板,縱向和橫向配筋率均為0 .15%,柱下和墻下筏板的跨中鋼筋均按實際配筋率全部連通。筏板邊緣的外伸部分應上下配置鋼筋。,構造要求：,第九節(jié) 筏板基礎,內(nèi)力計算： 先按常規(guī)方法進行地基承載力驗算。為了避免基礎發(fā)生太大的傾斜和改善基礎受力狀況,在決定筏板基礎平面尺寸時,可以通過改變底板在四邊的外挑長度來調(diào)整基底的形心位置,以盡量減少基礎所受的偏心力距. 當設計荷載為恒載與活載組合時,而無風載時,一般要求偏心距不超過基礎寬度的1/ 60,有風載時為1/ 30. 筏板的設計方法有:按剛性的設計、按彈性板方法設計、按彈性地基梁設計.,第九節(jié) 筏板基礎,