地基基础设计的基本原理培训.ppt
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1、基础工程张豫川本课程主要讲授常见的地基基础的设计本课程主要讲授常见的地基基础的设计理论和计算方法方面的内容,主要包括地基理论和计算方法方面的内容,主要包括地基基础设计原则、浅基础、连续基础、桩基础基础设计原则、浅基础、连续基础、桩基础、地基处理及基坑工程。、地基处理及基坑工程。通过学习使学生掌握地基基础设计的基通过学习使学生掌握地基基础设计的基本原理,具有从事一般工程基础设计和施工本原理,具有从事一般工程基础设计和施工管理的能力。管理的能力。课 程 简 课 程 简 介介教材教材参考书参考书规 范规 范建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 GB50007-2002 建筑地基处理技术规范建筑地
2、基处理技术规范 JGJ 79-2002建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范 GBJ50011-2001(2008 版)版)建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范 GBJ50009-2001基础工程基础工程 赵明华 主 编赵明华 主 编 高等教育出版社高等教育出版社地基基础工程地基基础工程 王广月等编王广月等编 中国水利水电出版社中国水利水电出版社第一章 地基基础设计的基本原理第一章 地基基础设计的基本原理第二章 扩展基础第二章 扩展基础第三章 柱下条形基础第三章 柱下条形基础第四章 筏形基础第四章 筏形基础第五章 箱型基础第五章 箱型基础第六章 桩基础第六章 桩基础第七第七章 地基处理地基处理第八章 地
3、基基础抗震第八章 地基基础抗震第九章 基坑工程第九章 基坑工程课程内容课程内容第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章地基基础设计的基本原理地基基础设计的基本原理地基基础设计的基本原理地基基础设计的基本原理 地基基础设计是整个建筑物设计的一个重要组地基基础设计是整个建筑物设计的一个重要组成部分,它与建筑物的安全和正常使用密不可分。成部分,它与建筑物的安全和正常使用密不可分。安全适用安全适用技术先进技术先进经济合理经济合理确保质量确保质量保护环境保护环境中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范Code for design of building fo
4、undation GB 50007-2002第一节第一节第一节第一节 概 概 概 概 述 述 述 述 地基基础设计,必须坚持因地制宜、就地基基础设计,必须坚持因地制宜、就地地取材、保护环境和节约资源的原则;根据岩取材、保护环境和节约资源的原则;根据岩土工程勘察资料,综合考虑结构类型、材料土工程勘察资料,综合考虑结构类型、材料情况与施工条件等因素,精心设计。情况与施工条件等因素,精心设计。地基地基建筑物下面的土层承担着建筑物的全部建筑物下面的土层承担着建筑物的全部荷载。将受到荷载影响的那部分土层(相当于压荷载。将受到荷载影响的那部分土层(相当于压缩层范围的土层)称为地基。缩层范围的土层)称为地基
5、。基础基础将建筑物荷载将建筑物荷载传递到地基上的实体结传递到地基上的实体结构称为基础。构称为基础。下卧层持力层地地基基基础FG一、地基与基础的概念一、地基与基础的概念基础工程基础工程指包括地基及基础在内的下部指包括地基及基础在内的下部 结构工程。结构工程。基础工程是和岩土系系相关的,所以基基础工程是和岩土系系相关的,所以基础工程也可以说是研究下部结构物与岩土相础工程也可以说是研究下部结构物与岩土相互作用、共同承担上部结构物所产生各种变互作用、共同承担上部结构物所产生各种变形与稳定问题的学科。形与稳定问题的学科。天然地基天然地基人工地基人工地基地基地基 当基础直接建造在未经加固的天然地层当基础直
6、接建造在未经加固的天然地层上时,这种地基称为天然地基。上时,这种地基称为天然地基。若天然地基很软弱,须先进行人工加固若天然地基很软弱,须先进行人工加固,再修建基础,这种地基称为人工地基。,再修建基础,这种地基称为人工地基。浅基础浅基础通常将基础的埋置深度小于基础最小宽通常将基础的埋置深度小于基础最小宽度,且只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可以度,且只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础称为浅基础。建造起来的基础称为浅基础。深基础深基础采用桩、沉井等特殊施工方法和设备且采用桩、沉井等特殊施工方法和设备且一般埋设大于基础宽度的基础。一般埋设大于基础宽度的基础。基础基础浅基础浅基础深
7、基础深基础1、选择基础结构类型和建材;、选择基础结构类型和建材;2、基础埋置深度和持力层;、基础埋置深度和持力层;3、地基土的承载力、地基土的承载力;4、基础的形状、布置与相邻的关系;、基础的形状、布置与相邻的关系;5、上部结构形式、使用要求及其对不均匀沉降的敏感性、上部结构形式、使用要求及其对不均匀沉降的敏感性;6、施工影响因素;、施工影响因素;7、地震影响因素。、地震影响因素。二、设计应考虑的因素二、设计应考虑的因素 第二节第二节第二节第二节 基础的基础的基础的基础的类型类型类型类型按材料和构造两方面分类按材料和构造两方面分类一、按材料分类一、按材料分类砖基础砖基础三合土基础三合土基础灰土
8、基础灰土基础毛石基础毛石基础混凝土和毛石混凝土基础混凝土和毛石混凝土基础就地取材、价格较低、施工简便就地取材、价格较低、施工简便1、砖基础、砖基础 石灰、砂、碎砖或碎石石灰、砂、碎砖或碎石,按,按体积比为体积比为 1:2:4 1:3:6 配成。配成。常用于地下水位较低的四常用于地下水位较低的四层层及四层以下的民用建筑工程。及四层以下的民用建筑工程。2、三合土基础、三合土基础 石灰和土石灰和土(粘性土粘性土)按其体积比为按其体积比为3:7 或或 2:8,灰土基础适用于地下水位较,灰土基础适用于地下水位较低,五层及五层以下的混合结构房屋和墙低,五层及五层以下的混合结构房屋和墙承重的轻型工业厂房。承
9、重的轻型工业厂房。3、灰土基础、灰土基础 未风化未风化的毛石砌筑。的毛石砌筑。毛石基础的毛石基础的宽度及台阶宽度及台阶高度不得小高度不得小于于 40mm。4、毛石基础、毛石基础 混凝土基础的强度、耐久性、抗冻性都混凝土基础的强度、耐久性、抗冻性都较好。用于荷载较大或位于地下水位以下时较好。用于荷载较大或位于地下水位以下时。5、混凝土和毛石混凝土基础、混凝土和毛石混凝土基础 钢筋混凝土基础强度度大,具有良好的抗弯钢筋混凝土基础强度度大,具有良好的抗弯性性能。用于建筑物的荷载较大或土质较软弱时。能。用于建筑物的荷载较大或土质较软弱时。6、钢筋混凝土基础、钢筋混凝土基础根据受力特点可将前述基础分为刚
10、性基础和柔性基础根据受力特点可将前述基础分为刚性基础和柔性基础刚性基础刚性基础砖基础、三合土基础、灰土基础、砖基础、三合土基础、灰土基础、毛石基础、混凝土和毛石混凝土基础毛石基础、混凝土和毛石混凝土基础 刚性基础因无需配置钢筋,也称无筋刚性基础因无需配置钢筋,也称无筋扩展基础。此类基础设计时通过对基础构造扩展基础。此类基础设计时通过对基础构造的限制来实现其拉、剪应力不超过相应材料的限制来实现其拉、剪应力不超过相应材料强度设计值。强度设计值。柔性基础柔性基础钢筋混凝土基础钢筋混凝土基础 钢筋混凝土基础强度度大,具有良好的钢筋混凝土基础强度度大,具有良好的抗弯性能,在相同条件下,基础的厚度较薄。抗
11、弯性能,在相同条件下,基础的厚度较薄。建筑物的荷载较大或土质较软弱时,常采用这建筑物的荷载较大或土质较软弱时,常采用这类基础。适宜于“宽基浅埋”情况。类基础。适宜于“宽基浅埋”情况。二、按构造分类二、按构造分类柱下独立基础柱下独立基础墙下条形基础墙下条形基础墙下条形基础墙下条形基础柱下条形基础柱下条形基础扩展基础扩展基础条形基础条形基础柱下十字交叉条形基础柱下十字交叉条形基础筏形基础筏形基础箱形基础箱形基础可采用砖、石、混凝土和钢筋混凝土等材料制成可采用砖、石、混凝土和钢筋混凝土等材料制成。FF btb0h01、柱下独立基础、柱下独立基础柱下独立基础的型式柱下独立基础的型式阶梯形 锥形 杯口形
12、阶梯形 锥形 杯口形 承重墙基础的主要形式,常用砖、毛石、三承重墙基础的主要形式,常用砖、毛石、三合土和灰土建造。当上部结构荷重较大而土质较合土和灰土建造。当上部结构荷重较大而土质较差时,可采用混凝土或钢筋混凝土建造。差时,可采用混凝土或钢筋混凝土建造。2、墙下条形基础、墙下条形基础 抗弯刚度较大,具抗弯刚度较大,具有调有调整不均匀沉降的能力,并将整不均匀沉降的能力,并将所承受的集中荷载较均匀地所承受的集中荷载较均匀地分布到整个基底面积上。分布到整个基底面积上。常用于软弱地基上框架或排架结构的基础形式常用于软弱地基上框架或排架结构的基础形式3、柱下钢筋混凝土条形基础、柱下钢筋混凝土条形基础 柱
13、下条形基础用在地基软弱且地基的压柱下条形基础用在地基软弱且地基的压缩缩性在两个方向分别不均匀时。性在两个方向分别不均匀时。4、柱下十字交叉条形基础柱下十字交叉条形基础 基底面积大,承受荷载大;整体刚度好,能基底面积大,承受荷载大;整体刚度好,能调节不均匀沉降;增强建筑物整体抗震性能;调节不均匀沉降;增强建筑物整体抗震性能;提供比较宽敞的地下使用空间。筏基的板面、提供比较宽敞的地下使用空间。筏基的板面、板底均要配筋,造价比较高。板底均要配筋,造价比较高。筏基筏基墙下筏基墙下筏基用于砌体承重结构用于砌体承重结构柱下筏基柱下筏基用于框架、剪力墙结构用于框架、剪力墙结构平板式平板式梁板式梁板式5、片筏
14、基础、片筏基础平板式平板式梁板式梁板式梁板式梁板式筏形基础的型式筏形基础的型式 箱形基础是由筏、墙和箱形基础是由筏、墙和顶板形成箱,整体性更好。顶板形成箱,整体性更好。基础中空部分可作地下基础中空部分可作地下室,与实体基础相比可减室,与实体基础相比可减小基底压力。适于高层建小基底压力。适于高层建筑物的基础。筑物的基础。材料用量大,工期长,造价高,施工技术复杂。材料用量大,工期长,造价高,施工技术复杂。6、箱形基础、箱形基础上部结构传力体系的特点上部结构传力体系的特点建筑物的用途(对地下空间使用功能的要求)建筑物的用途(对地下空间使用功能的要求)地基土的物理力学性质地基土的物理力学性质施工条件、
15、工期及造价施工条件、工期及造价环境保护环境保护选择合理的地基基础方案所需考虑的因素选择合理的地基基础方案所需考虑的因素下卧层持力层(受力层)FGd埋深埋置深度埋置深度指基础底面到设计地面(室外)指基础底面到设计地面(室外)的距离的距离基础埋深涉及建筑物的以下问题:基础埋深涉及建筑物的以下问题:稳定稳定使用功能使用功能施工的难易程度施工的难易程度造价造价第三节 基础埋置深度的选择第三节 基础埋置深度的选择基础埋深总原则基础埋深总原则在满足地基稳定性和变形在满足地基稳定性和变形要求的前提下,尽量浅埋。但还要满足:要求的前提下,尽量浅埋。但还要满足:最小埋深不宜小于最小埋深不宜小于 500mm(岩石
16、地基除外);(岩石地基除外);基础顶面距设计地面宜大于基础顶面距设计地面宜大于 100mm;桥要求在冲刷深度以下。桥要求在冲刷深度以下。d大于 10cm影响基础埋深的主要因素影响基础埋深的主要因素 工程地质条件与地下水工程地质条件与地下水 与建筑物有关的条件 与建筑物有关的条件 场地环境条件 场地环境条件 地基冻融条件地基冻融条件一、工程地质条件与地下水位一、工程地质条件与地下水位1、工程地质条件、工程地质条件由其它条件和最小埋深确定轻 型建筑,按 I 处 理;不满足要求,重新选择基础或地基处理。良好土层 I II软弱土层(很深)原则:基础尽量浅埋,尽量埋置在良好土层上原则:基础尽量浅埋,尽量
17、埋置在良好土层上尽量浅埋,但是如 h1太小,就为II。h24 m,按情况II考虑。III IV良好土层软弱土层h1软弱土层良好土层h2基础应尽量埋在地下水位以上基础应尽量埋在地下水位以上 基础位于水下时,要考虑流砂、涌土基础位于水下时,要考虑流砂、涌土及地下水水质问题。及地下水水质问题。2、地下水位、地下水位二、与建筑物有关的条件二、与建筑物有关的条件1、应满足使用功能和用途方面的要求、应满足使用功能和用途方面的要求如必须设置地下室、带有地下设施、属于半埋式结构物等。如必须设置地下室、带有地下设施、属于半埋式结构物等。高层建筑荷载大,风和地震等水平作用大高层建筑荷载大,风和地震等水平作用大,天
18、然地基基础最小埋深不少于建筑地面高度的天然地基基础最小埋深不少于建筑地面高度的1/15。桩基础则要求不少于桩长的。桩基础则要求不少于桩长的 1/18。对于水塔与烟囱等高耸构筑物还要演算抗对于水塔与烟囱等高耸构筑物还要演算抗倾倾覆的稳定性。覆的稳定性。对于高压输电塔需要有较大埋深满足抗拔力对于高压输电塔需要有较大埋深满足抗拔力。2、应满足地基承载力、变形和稳定性要求、应满足地基承载力、变形和稳定性要求三、三、场地环境条件场地环境条件若若 L(12)H,则在基础施工期采取有效措施则在基础施工期采取有效措施LH若深于,则新旧相 邻若深于,则新旧相 邻建建 筑物应有一定 的净距筑物应有一定 的净距 L
19、 (12)H新基础不深于既有建筑物基础的底面新基础不深于既有建筑物基础的底面四、地基冻融条件四、地基冻融条件土冻结后产生冻胀的条件土冻结后产生冻胀的条件水分,土质,负温度水分,土质,负温度 当地基土的温度低于零度()时,当地基土的温度低于零度()时,土中土中部分孔隙水将冻结而形成冻土,造成部分孔隙水将冻结而形成冻土,造成地面隆地面隆起起 (不均匀不均匀),翻浆,翻浆,融陷融陷,强度降低。强度降低。冻胀丘 Pingo 随冻结面向下发展,当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时,地表就发生隆起,便形成冻胀丘。地下水地下水冻冻深深毛细区毛细区冻结区冻结区冻胀的形成冻胀的形成土的含水量较高土的含水量较高冻
20、结深度范围内的土中水被冻结成冻结深度范围内的土中水被冻结成冰晶体。冰晶体。地下水在冻结深度下地下水在冻结深度下 1.5 2.0m 未冻结区的自由水未冻结区的自由水、部分结合水会不断地向冻结区迁移、聚集,使冰晶体、部分结合水会不断地向冻结区迁移、聚集,使冰晶体不断扩大、冰层膨胀、地面隆起。不断扩大、冰层膨胀、地面隆起。水分的迁移水分的迁移 冰晶体不断扩大的供给。冰晶体不断扩大的供给。地基规范地基规范根据冻胀对建筑物的危害程度,根据冻胀对建筑物的危害程度,把地基土的冻胀性分为:把地基土的冻胀性分为:不冻胀,弱冻胀,冻胀,强冻胀不冻胀,弱冻胀,冻胀,强冻胀不冻胀土的基础埋深不考虑冻结深度不冻胀土的基
21、础埋深不考虑冻结深度考虑冻胀的土质:粉质粘土、粉砂、粉土考虑冻胀的土质:粉质粘土、粉砂、粉土不考虑冻胀的土质:细砂、中砂、粗砂、岩石不考虑冻胀的土质:细砂、中砂、粗砂、岩石maxhZddmin室内地面hmax冻胀土的基础埋深冻胀土的基础埋深冻胀、强冻胀、特强冻胀地基土,尚应采取相应冻胀、强冻胀、特强冻胀地基土,尚应采取相应 的防冻害措施的防冻害措施 允许残留冻土最允许残留冻土最大厚度大厚度 设计冻深;设计冻深;dZmaxminhzddzhZdzh,分别为实测冻土层厚度和地表冻胀量分别为实测冻土层厚度和地表冻胀量考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深基础埋深的选择基础埋深的选择 选择基础的埋置深度
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