土力学李广信天然地基上的浅基础.pptx
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1、目前规范中设计承载力的确定目前规范中设计承载力的确定1.1.静载荷试验静载荷试验fa=fak+b (b-3)+d m(d-0.5)f fak ak:静载荷试验确定的承载力静载荷试验确定的承载力-特征值特征值f fa a :深宽修正后的承载力特征值:深宽修正后的承载力特征值荷载板荷载板容许承载力容许承载力承载力的特征值承载力的特征值 fak荷载沉降曲线有直线段荷载沉降曲线有直线段 取取 比例界限比例界限pcr 当当pu2.0 pcr时时 取取pu/2渐变型曲线渐变型曲线 s/B=0.010.015低压缩性土低压缩性土 s/B=0.02高压缩性土高压缩性土地基勘察方法地基勘察方法 pu pcrs(
2、mm)荷载沉降曲线荷载沉降曲线 (kPa)目前规范中设计承载力的确定目前规范中设计承载力的确定n2.2.承载力承载力 公式法:公式法:fa=Mb b+Md md+Mcck fa:承载力特征值(设计值)承载力特征值(设计值)相当与相当与 p1/4=N B /2+Nq d+Ncc其中其中ck,k 为抗剪强度指标的标准值为抗剪强度指标的标准值 即试验即试验参数的参数的平均值平均值乘以乘以统计修正系数统计修正系数容许承载力容许承载力第五章第五章天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础设计天然地基上的浅基础设计Shallow foundation in natural groundGB50
3、007-20021 浅基础的设计方法浅基础的设计方法2 基础分类基础分类3基础埋深确定基础埋深确定4 地基计算承载力、变形、稳定地基计算承载力、变形、稳定5 基础设计基础设计天然地基:天然土层,不对地基土做处理天然地基:天然土层,不对地基土做处理浅基础浅基础:(1)埋深小于埋深小于5m的柱基或墙基,的柱基或墙基,(2)埋深小于埋深小于基础宽度的筏基、箱基,埋深大于基础宽度的筏基、箱基,埋深大于5m,(3)不考虑不考虑基础侧面摩擦力基础侧面摩擦力D D天然地基天然地基下卧层下卧层持力层持力层(受力层受力层)主主要要受受力力层层地基与基础地基与基础设计地面设计地面FGD埋深D q=D均布荷载天然地
4、基浅基础天然地基浅基础人工地基:加固上部土层,提高承载力。地基处理人工地基:加固上部土层,提高承载力。地基处理软土软土人工地基浅基础人工地基浅基础桩基础和深基础桩基础和深基础将荷载传递到下部好土层将荷载传递到下部好土层新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩,每墩直径每墩直径7.3m大直径钻孔桩大直径钻孔桩风化砂岩及粉砂岩风化砂岩及粉砂岩部分风化及部分风化及不风化泥岩不风化泥岩桩基础桩基础深基础深基础第第1节节 浅基础的设计方法和步骤浅基础的设计方法和步骤一一 地基基础的设计方法地基基础的设计方法 容许承载力设计容许承载力设计 正常使用极限状态正常使用极限状态 单一安全系数设计单一安全系数设计
5、基于可靠度的分项系数设计基于可靠度的分项系数设计(一一)容许承载力设计方法容许承载力设计方法地基的容许承载力地基的容许承载力:(1)基底压力不能超过地基的极基底压力不能超过地基的极限承载力,并且有足够的安全度。限承载力,并且有足够的安全度。(2)地基变形不地基变形不能超过允许变形值能超过允许变形值设计方法设计方法承载能力极限状态承载能力极限状态(二二)可靠度设计方法可靠度设计方法以概率理论为基础的极限状态设计方法以概率理论为基础的极限状态设计方法 荷载荷载S和抗和抗力力R的关系的关系 ZRSZ0 结构处于失效状态结构处于失效状态,Z0 结构处于极限状态。结构处于极限状态。f(Z)Z=R-SZm
6、zpf采用可靠指标采用可靠指标 评评价安全性价安全性地基基础的设计方法地基基础的设计方法安全系数安全系数Fs相同,可靠指标相同,可靠指标 不同不同f(R)f(S)S,RSmRmf(R)f(S)S,RSm Rm地基基础的设计方法地基基础的设计方法(二二)可靠度设计方法可靠度设计方法结构物在规定条件下和时间内结构物在规定条件下和时间内(50年年)完成预定功能的完成预定功能的概率称为结构可靠度概率称为结构可靠度上部结构已经采用这种设计方法上部结构已经采用这种设计方法地基基础比较难地基基础比较难目前采用考虑一定变异性的分项系数的目前采用考虑一定变异性的分项系数的实用方法实用方法地基基础的设计方法地基基
7、础的设计方法二二 荷载计算荷载计算1 荷载种类荷载种类永久永久(恒恒)荷载荷载:(1)不随时间变化不随时间变化,(2)变化与均值比可变化与均值比可以忽略以忽略,(3)单调变化并趋于极值。单调变化并趋于极值。可变可变(活活)荷载:变化与均值比不可以忽略荷载:变化与均值比不可以忽略偶然偶然(特殊特殊)荷载:在结构使用期间不一定出现,一荷载:在结构使用期间不一定出现,一旦出现其值很大,持续时间很短。旦出现其值很大,持续时间很短。荷载计算荷载计算2 荷载效应荷载效应上部结构上部结构F:结构自重:结构自重 屋面楼面荷载屋面楼面荷载 活荷载活荷载基础自重基础自重G:设计地面高程:设计地面高程(内外地面平均
8、值内外地面平均值)F MFF HF MH一般为前两种情况,横向力不大,只做校核一般为前两种情况,横向力不大,只做校核荷载计算荷载计算GGGG3 荷载组合极限状态设计荷载组合极限状态设计标准组合标准组合:正常使用极限状态设计时,采用标准值:正常使用极限状态设计时,采用标准值(或组合值或组合值)为荷载代表的组合,承载力验算为荷载代表的组合,承载力验算基本组合基本组合:承载能力极限状态设计时,永久作用与:承载能力极限状态设计时,永久作用与可变作用的组合可变作用的组合(分项系数分项系数),冲切验算,冲切验算准永久组合准永久组合:正常使用极限状态设计时,对于可变:正常使用极限状态设计时,对于可变荷载采用
9、准永久值为荷载代表的组合荷载采用准永久值为荷载代表的组合,沉降验算沉降验算荷载计算荷载计算三三浅浅基基础础设设计计步步骤骤No结构、地质和环境资料结构、地质和环境资料基础结构类型、建筑材料基础结构类型、建筑材料地基承载力地基承载力 荷载荷载 基础初步尺寸基础初步尺寸基础结构和构造设计基础结构和构造设计基础设计图、施工图、预算书基础设计图、施工图、预算书确定持力层、基础埋深确定持力层、基础埋深 验算承载力、变形和稳定验算承载力、变形和稳定基坑设计基坑设计一一 浅基础的分类浅基础的分类1 按基础埋深分类按基础埋深分类2 按基础的按基础的结构形式分类结构形式分类3 按基础刚度分类按基础刚度分类无筋扩
10、展无筋扩展(刚性刚性)基础基础扩展基础扩展基础4 4 按基础材料分类按基础材料分类浅基础分类浅基础分类第第2 2节节 浅基础的类型浅基础的类型2 按基础的结构形式分类按基础的结构形式分类1)单独基础单独基础:柱下或墙下柱下或墙下,土质较好土质较好Individual footing,pad foundation独立基础的独立基础的主要受力层深度主要受力层深度 1.5b浅基础分类浅基础分类2)条型基础条型基础墙下或柱下条形基础墙下或柱下条形基础,柱下柱下:一般是土质差一般是土质差,两侧单独两侧单独基础相连基础相连Strip foundation条形基础的条形基础的主要受力层深度主要受力层深度 3
11、.0b浅基础分类浅基础分类3)十字交叉基础十字交叉基础柱下柱下:土质更差土质更差,或荷载很大或荷载很大,四面基础相连四面基础相连纵向条形基础纵向条形基础横向条形基础横向条形基础浅基础分类浅基础分类Cross Strip footing4)片筏基础片筏基础土质更差土质更差,单独基础联成整体单独基础联成整体,游泳馆游泳馆,筏下有肋筏下有肋,板板下处理下处理浅基础分类浅基础分类Mat foundation5)箱形基础箱形基础 Box foundation有筏、墙和顶板形成箱,整体性更好有筏、墙和顶板形成箱,整体性更好底板底板外外墙墙内内墙墙浅基础分类浅基础分类6)壳体基础壳体基础 Shell fou
12、ndation浅基础分类浅基础分类2 按基础的按基础的结构形式结构形式 单独基础单独基础 Individual footing pad foundation 条形基础条形基础 Strip footing 十字交叉基础十字交叉基础 Cross strip footing 筏板基础筏板基础 Mat foundation 箱形基础箱形基础 Box foundation 壳体基础壳体基础浅基础分类浅基础分类Mat foundation3 按基础刚度分类按基础刚度分类无筋扩展基础 Rigid foundation 砖、石、灰土,素混凝土 材料抗拉强度很低有基础台阶宽高比(刚性角)要求扩展基础(柔性基础)
13、Spread foundation钢筋混凝土要满足抗弯,抗剪和抗冲切等结构要求1.1 1.5与材料和荷载有关F bth0F浅基础分类浅基础分类4 按基础材料分类按基础材料分类砖砖石料石料混凝土混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土灰土灰土三合土三合土浅基础分类浅基础分类三三浅浅基基础础设设计计步步骤骤No结构、地质和环境资料结构、地质和环境资料基础结构类型、建筑材料基础结构类型、建筑材料地基承载力、荷载和基础初步尺寸地基承载力、荷载和基础初步尺寸基础的结构和构造设计基础的结构和构造设计基础设计图、施工图、预算书基础设计图、施工图、预算书确定持力层、基础埋深确定持力层、基础埋深 验算承载力、变形和稳定验算承
14、载力、变形和稳定基坑设计基坑设计第第3节节 基础的埋置深度基础的埋置深度独立基础主要受力层独立基础主要受力层 1.5b1.5b条形基础条形基础主要受力层主要受力层 3.0b3.0b下卧层下卧层持力层持力层(受力层受力层)设计地面设计地面FG埋深 D基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸一一 基础埋深确定基础埋深确定(一)基础埋深确定的基本原则一)基础埋深确定的基本原则在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省料,但在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省料,但是有如下基本要求:是有如下基本要求:1 D大于大于50cm,表土扰动,植物,冻融,冲蚀表土扰动,植物,冻融,冲蚀2 基础顶距离表土大于基础顶距离表土
15、大于10cm,保护,保护3 桥要求在冲刷深度以下桥要求在冲刷深度以下还有三项控制因素还有三项控制因素D大于大于10cm(二二)结构要求结构要求1 地下室,地下管道地下室,地下管道(上下水,煤气电缆上下水,煤气电缆)应在基应在基底以上,便于维修,要求地下室底以上,便于维修,要求地下室,作用作用:承载力承载力变形变形 补偿基础补偿基础 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸F管道管道美国世贸大厦地下美国世贸大厦地下7层层1 新建筑物基础埋深浅新建筑物基础埋深浅2 新旧相邻建筑物有一定距离新旧相邻建筑物有一定距离 L/H=12 否则要求支护否则要求支护 严格限制支护水平位移严格限制支护水平位移 (二二)结构要
16、求结构要求基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸新新旧旧L H基础埋深不同时基础埋深不同时(1)主楼与裙房主楼与裙房 高度不同高度不同,分期施工分期施工(2)台阶式相连台阶式相连,如山坡上的房屋如山坡上的房屋 或者验算边坡稳定性或者验算边坡稳定性三三 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸台北国际金融中心台北国际金融中心(二二)结构要求结构要求L/H=12(三三)地基及地质水文条件地基及地质水文条件1 地下水位以上地下水位以上 否则开挖降水否则开挖降水,费用大扰动费用大扰动2 土层分布情况土层分布情况(1)浅基础还是深基础浅基础还是深基础(桩基础桩基础)(2)天然还是人工地基天然还是人工地基(3)天然地基天然地基
17、,埋深根据土层分布定埋深根据土层分布定 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸台北国际金融中心台北国际金融中心珠海祖国广场珠海祖国广场在满足其在满足其他要求下他要求下尽量浅埋尽量浅埋只有低层只有低层房屋可用房屋可用,否则处理否则处理尽量浅埋尽量浅埋但是如但是如h1太小就为太小就为IIh14 m 桩基桩基或处理或处理(三)地基及地质水文条件好土好土软土软土(很深很深)好土好土软土软土软土软土好土好土 I II III IVh1 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸h1(四四)冻结深度冻结深度1 冻胀危害及机理冻胀危害及机理(1)冻胀及冻拔冻胀及冻拔 地面隆起地面隆起(不均匀不均匀)翻浆翻浆,融陷融陷,强度降低强度
18、降低如果冻结深度大于融沉,如果冻结深度大于融沉,称为永冻土称为永冻土 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸地下冰地下冰基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸冻胀丘冻胀丘Pingo 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸冻胀丘冻胀丘Pingo 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸热融热融1 冻胀危害及机理冻胀危害及机理冻深毛细区毛细区地下水地下水1928-1929 Casagrande做了较深入的研究做了较深入的研究,美国北部美国北部:冰深冰深45cm,冻胀量冻胀量13cm,=8%12%,60%110%,冰透镜达冰透镜达13cm冻结区冻结区考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深(2)机理机理 复杂复杂,开始认为是水变成冰的体胀开始认
19、为是水变成冰的体胀.自由水冻结温度自由水冻结温度0oc,结合水冻结温度结合水冻结温度-0.5-30oc毛细水毛细水土颗粒土颗粒结合水结合水冰冰考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深总结总结:开敞式水源开敞式水源,冻结慢冻结慢,形成透镜体形成透镜体自由水自由水+外层外层(弱弱)结合水冻结结合水冻结,形成冰针形成冰针,冰透镜冰透镜结合水膜变薄结合水膜变薄,离子浓度加大离子浓度加大吸力增加吸力增加吸引毛细水吸引毛细水吸引地下水吸引地下水毛细水毛细水土颗粒土颗粒结合水结合水冰冰考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深2 发生冻胀的条件发生冻胀的条件(1)土的条件土的条件 一般是细颗粒土。一般是细颗粒土。砂土
20、的毛细高度小,发生冰冻时体积膨胀,孔隙水容砂土的毛细高度小,发生冰冻时体积膨胀,孔隙水容易排走,骨架不变。太细的土,水分供应不及时,冻易排走,骨架不变。太细的土,水分供应不及时,冻胀也不明显。胀也不明显。(2)温度条件温度条件 低于冻结温度低于冻结温度(3)水文条件水文条件含水量,具有开放性条件,含水量,具有开放性条件,粉土冻胀严重粉土冻胀严重 毛细高度大毛细高度大 渗透性相对较低渗透性相对较低考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深天然地基上的浅基础设计天然地基上的浅基础设计Shallow foundation on natural groundGB50007-20021 浅基础的设计方法浅基础
21、的设计方法2 基础分类基础分类3基础埋深确定基础埋深确定4 地基计算承载力、变形、稳定地基计算承载力、变形、稳定5 刚性基础设计刚性基础设计6 扩展基础设计扩展基础设计7.基础的结构设计基础的结构设计 无筋基础刚性角无筋基础刚性角无筋扩展基础无筋扩展基础 砖、石、灰土,素混凝土砖、石、灰土,素混凝土 材料抗拉强度较低材料抗拉强度较低有基础台阶宽高比有基础台阶宽高比(刚性角刚性角)要求要求扩展基础(柔性基础)钢筋混凝土满足抗弯,抗剪和抗冲切等结构要求=1.1 1.5与材料和荷载有关F bth0F小节小节基础埋深小节基础埋深小节一一 基础埋深确定基础埋深确定 确定的基本原则确定的基本原则 满足承载
22、力的条件下尽量浅埋。满足承载力的条件下尽量浅埋。基本要求:基本要求:1 D大于大于50cm 2 基础顶距离表土大于基础顶距离表土大于10cm 3 桥基础在冲刷深度以下桥基础在冲刷深度以下三项控制因素三项控制因素 结构要求结构要求 地质水文条件地质水文条件 冻胀要求冻胀要求2 发生冻胀的条件发生冻胀的条件(1)土的条件土的条件粉土冻胀严重粉土冻胀严重 毛细高度大毛细高度大 渗透性相对较低渗透性相对较低砂土砂土 不易冻胀不易冻胀 粘土粘土 水分供应不及时,冻胀也不明显。水分供应不及时,冻胀也不明显。(2)温度条件温度条件 低于冻结温度低于冻结温度(3)水文条件水文条件 含水量高,具有开放性水分补给
23、条件含水量高,具有开放性水分补给条件考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深3 按冻胀的地基土分类按冻胀的地基土分类 不冻胀,弱冻胀,冻胀,强冻胀,特强冻胀不冻胀,弱冻胀,冻胀,强冻胀,特强冻胀考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深冻胀后地面冻胀后地面 h设计冻深设计冻深 zd(h-h)z0(h)实测冻土厚度实测冻土厚度原地面原地面zdz0标准冻深多年实测最大冻结深度的平均值标准冻深多年实测最大冻结深度的平均值z0z0标准冻深多年实测最大冻结深度的平均值标准冻深多年实测最大冻结深度的平均值北京北京 1.0m,哈尔滨,哈尔滨 2.0m,满洲里,满洲里 2.5m考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深4 考
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