第2章刚性基础与扩展基础

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1、第2章 刚性基础与扩展基础,基础工程,主要内容,2.1 概述 2.2 基础埋置深度的选择 2.3 地基承载力 2.4 地基承载力的验算 2.5 基础与地基的稳定性计算 2.6 钢筋混凝土扩展基础结构设计 2.7 地基变形验算 2.8 减轻不均匀沉降损害的措施,2. 1 概述 2.1.1刚性基础,基础污工有足够的截面，材料的容许应力大于地基反力产生的弯拉应力和剪应力，a-a不会出现裂缝，基础内不需配置钢筋，称为刚性基础。,襟边: 作用:扩大基底面积，调整施工误差，支立墩、台身模板的需要。,取值:基底面积要求、基础厚度及施工方法。最小值为20cm-30cm。基础较厚(超过lm以上)时，可浇砌成台阶

2、形。,2. 1 概述 2.1.1刚性基础,刚性角:,每个台阶宽度ci与厚度ti保i=max，属刚性基础，不必对基础进行弯曲拉应力和剪应力的强度验算，可不设置受力钢筋。,2. 1 概述 2.1.1刚性基础,满足刚性基础要求时，自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹角max。,刚性角max的数值是与基础所用的污工材料强度有关。 砖、片石、块石、粗料石砌体，5号以下砂浆 max30度 砖、片石、块石、粗料石砌体，5号以上砂浆 max35度 混凝土 max40度 每层台阶高度ti通常为0.50m-1.00m，各层台阶采取相同厚度。,2. 1 概述 2.1.1刚性基础,优点： 稳定性好、施工简便

3、、能承受较大的荷载。 缺点： 自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基强度而影响结构物的正常使用。,2. 1 概述 2.1.1刚性基础,适用条件： 只要地基强度能满足要求，它是房屋、桥梁和涵洞等结构物首先考虑的基础形式。对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的结构物，当持力层的土质较差又较厚时，不适宜的。,2. 1 概述 2.1.1刚性基础,常用材料： 砖和砂浆:MU10,M5,表21，21 混凝土：C10C15 石料：M5 灰土：3:7，2:8 三合土：1:2:4，1:3:6,2. 1 概述 2.1.1刚性基础

4、,概念：在基底反力作用下，在a-a断面产生弯曲拉应力和剪应力若超过了基础圬工的强度极限值，为 了防止基础在a-a断面开裂甚至断裂，必须在基础中配置足够数量的钢筋。,2. 1 概述 2.1.2扩展基础,优点：它整体性能较好，抗弯刚度较大。在外力作用下只产生均匀沉降或整体倾斜，这样对上部结构产生的附加应力比较小，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起结构物损坏的影响。“宽基浅埋” 缺点：钢筋和水泥的用量较大，施工技术的要求也较高。 适用条件：土质较差的地基上修建高层建筑时，采用这种基础形式是适宜的。 材料：钢筋混凝土 形式：柱下扩展基础、条形、十字形基础、筏板及箱形,2. 1 概述 2.1.2扩展基础

5、,back,要求： 变形较小，而强度又比较大的持力层，以保证地基强度满足要求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。此外还要使基础有足够的埋置深度，以保证基础的稳定性，确保基础的安全。 考虑因素：（提问） 地基的工程地质、场地环境条件、水文地质条件、当地的冻融条件、上部结构形式，以及保证持力层稳定所需的最小埋深和施工技术条件、造价等因素。,2. 2 基础埋置深度的选择,岩石地基： 覆盖土层较薄的岩石地基： 清除覆盖土和风化层后，基础直接修建在新鲜岩面上。 如岩石的风化层很厚： 难以全部清除时，基础放在风化层中的埋置深度应根据其风化程度、冲刷深度及相应的容许承载力来确定。 岩层表面倾斜时：不得将基础的

6、一部分置于岩层上，而另一部分则置于土层上，以防基础因不均匀沉降而发生倾斜甚至断裂。 在陡峭山坡上修建桥台： 还应注意岩体的稳定性。,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.1工程地质条件,非岩石地基： 压缩层范围内为均质土: 基础埋置深度除应满足冲刷、冻胀等要求外，可根据荷载大小，由地基土的承载能力和沉降特性来确定(同时考虑基础需要的最小埋深)。 地层为多层土: 对大中型桥梁、结构物基础持力层的选定，应通过较详细计算或方案比较后确定。,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.1工程地质条件,在满足其他要求下尽量浅埋,只有低层房屋可用，否则处理,尽量浅埋。但是如h1太小就为II,h1 5m桩基或处理

7、；,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.1工程地质条件,建筑物的用途、类型、规模和性质 地下室、设备层、人防 单层厂房排架柱基础与临近设备基础有高差 电梯缓冲坑 上、下水、煤气等管道穿行 建筑基础深度不同要过渡 上部结构的型式不同，对基础产生的位移要求也不同。 对中、小跨度简支梁来说，这项因素对确定基础的埋置深度影响不大。,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.2建筑结构条件,对超静定结构 ， 基础发生较小的不均匀沉降也会使内力产生一定变化。 如对拱桥桥台，为了减少可能产生的水平位移和沉降差值，有时需将基础设置在埋 藏较深的坚实上层上。 建筑结构的类型不同，地基沉降造成的危害不同，高层建筑要

8、求高，还要注意稳定性。 高层建筑，水平荷载大，岩石地基外，箱形基础和筏形基础，基础埋深不小于建筑的1/15。桩箱或桩筏基础，1/181/20。,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.2建筑结构条件,地下水存在时： 有承压水时： u/0.7 u=wh =izi,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.3水文地质条件,墩台修建 , 流水面积压缩，流速增加 ，水流冲刷河床 ， 防止桥梁墩、台基础四周和基底下土层被水流掏空冲走以致倒塌，基础必须埋置在设计洪水的最大冲刷线以下一定的深度，以保证基础的稳定性。小桥涵不小于lm。 基础在设计洪水冲刷总深度以下的最小埋置深度不应是一个定值 -河床地层的抗冲刷能力

9、 -计算设计流量的可靠性 -选用计算冲刷深度的方法 -桥梁的重要性 -破坏后修复的难易程度等因素有关,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.3水文地质条件,考虑冲刷时大、中桥梁基础基底最小埋置深度(m),2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.3水文地质条件,产生冻胀和融沉的原因？,冬季气温下降，当地面下一定深度内土中的温度达到冰冻温度时，土中孔隙水分开始冻结，体积增大，使土体产生一定的隆胀。 当土层解冻时，冰晶体融化，土体随之下沉，就是融沉。 土温在较长时间内保持在冻结温度以下 水分能从未冻结土层不断地向冻结区迁移 弱结合水200300才能完全冻结 结合水膜变薄，产生剩余分子引力，水膜中的离子

10、浓度增加，产生吸附压力,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.4地基冻融条件,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.4地基冻融条件,公路基规规定 当上部结构为超静定结构时，地基为冻胀土层，基底应埋置在最深冻结线以下不小于0.25m；对静定结构的基础，一般也按此要求，但在冻结较深地区，为了减少基础埋深，有些类别的冻土经计算后也可将基底置于最大冻结线以上。,设计冻深: Zd,zd=z0 zs zw ze zg zf,标 准 冻 深,土 类 别,冻 胀 性,环 境,影响系数,Z0 标准冻深： 北 京 0.81.0m, 哈尔滨 2.0m,满洲里 2.8m,10年的实测最大冻深平均值,2. 2 基础埋置

11、深度的选择 2.2.4地基冻融条件,地 形,基础影响,土的冻胀性分类： 不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀、特强冻胀。 P161，表7.4 表7.5土类别对冻深的影响,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.4地基冻融条件,表7.6 土类别对冻深的影响,表7.7 环境对冻深的影响,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.4地基冻融条件,地形坡向对冻深的影响,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.4地基冻融条件,基础对冻深的影响zf=1.1,见表7.（建筑地基规范）,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.4地基冻融条件,考虑冻胀的基础埋深,dmin = zd - hmax,（桥涵地基基础规范）,确定基础埋

12、置深度时，还应考虑相邻结构物的影响，如新结构物基础比原有结构物基础深，则施工挖土有可能影响原有基础的稳定，保持一定间距。不能满足时，采取一定的工程措施。,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.5场地环境条件,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.5场地环境条件,当基础位于稳定的土坡上，在确定基础埋深时，还应考虑土坡连同结构物基础一起滑动的稳定性。 条形基础： d(3.5b-a)tan 矩形基础 d(2.5b-a)tan (b3m，a3.5),地表土在温度和湿度的影响下，会产生一定的风化作用，其性质是不稳定的。加上人类和动物活动以及植物的生长作用，也会破坏地表土层的结构，影响其强度和稳定，所以一

13、般地表土不宜作为持力层。为了保证地基和基础的稳定性，基础的理置深度(除岩石地基外)应在天然地面或无冲刷河流的河底以下不小于lm。,2. 2 基础埋置深度的选择 2.2.6最小埋置深度,back,承载力的概念：,地基承受荷载的能力。数值上用地基单位面积上所能承受的荷载来表示。,极限承载力,地基承受荷载的极限能力。数值上等于地基所能承受的最大荷载。,容许承载力,保留足够安全储备，且满足一定变形要求的承载力。也即能够保证建筑物正常使用所要求的地基承载力。,承载力设计值(特征值),2. 3 地基承载力,地基承载力的确定一般有几种途径: （1） 按地基承载力理论公式计算; （2）根据现场荷载试验或触探试验资料; （3）按现行规范提供的经验公式计算。,2. 3 地基承载力,2. 3 地基承载力,土力学中研究了地基极限承载力pu, 普朗德尔公式、普朗德尔-瑞斯纳公式、汉森，魏锡克，太沙基，斯肯普顿公