一注结构工程师考试之土力学与地基基础部分考点

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1、土力学与地基基础知识老爱混淆的几个问题:1.持力层的地基承载力计算地基承载力特征值fak的修正地基规范5.2.4条:当b3m或d0.5m时,从载荷试验或其他原位测试、经验值等法确定的地基承载力特征值尚应按下式修正:fa=fak+b.(b-3)+d.m(d-0.5) (5.2.4)式中:fa修正后的地基承载力特征值;fak(修正前)的地基承载力特征值,按规范5.2.3条的原则确定; b、d查表5.2.4取值; 基础底面以下土的重度,地下水位以下取浮重度;m基础底面以上土的加权平均重度,地下水位以下取浮重度; b基础底面宽度(m),当b6m时取b=6m。 d基础埋置深度(m),一般自室外地面标高算

2、起。在填方整平地区可从填土地面标高算起,但填土在上部结构施工后完成时应从天然地面标高算起。对于地下室:当采用箱形基础或筏形基础时,埋深从室外地面标高算起,当采用独立基础或条形基础时,埋深应从室内地面标高算起。小议:由于一般原位测试、浅层、深层平板测试都是测量的地基表面的地基强度值(或曰地基表面承载力特征值)。因此基础底部的地基承载力应该进行深度和宽度的修正,即(5.2.4)式。这里的修正是相对于表层的fak进行修正的。2.软弱下卧层的承载力计算地基设计规范5.2.7条:对条形基础和矩形基础,式(5.2.7-1)中的pz按下式计算: pz+pczfa z (5.2.7-1)式中:pz相应于荷载效

3、应标准组合时,软弱下卧层顶面处的附加应力值(kPa);pcz软弱下卧层顶面处土的自重压力值(kPa);faz软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值(kPa)。条形基础:pz=矩形基础:pz=b(pk-pc) (5.2.7-2) b+2ztanl.b(pk-pc) (5.2.7-3) (l+2ztan)(b+2ztan)式中:pk基础底面处平均压力标准值;b矩形基础或条形基础底边的宽度;l矩形基础底边的长度;pc基础底面处土的自重压力值;z基础底面至软弱下卧层顶面的距离;地面压力扩散线与垂直线的夹角。5.2.7注意:Es1为上层土压缩模量;Es2为下层土压缩模量;zb0.50时值不变即取z

4、b=0.50时所对应的值。施兰清旧教材p851例题,注意小议:此处的软弱下卧层可以这么理解:基础底部为持力层且经过计算满足承载力要求,但在地基受力层范围内还有软弱下卧层,因此还要验算软弱下卧层的地基承载力即看软弱下卧层顶面处的地基承载力是否大于该处荷载(即该处的附加应力与自重应力之和)3.还填垫层法地基处理规范4.2.1条:垫层的厚度z应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定,并符合下式要求:pz+pczfaz (4.2.1-1)式中:pz相应于荷载效应标准组合时,垫层底面处的附加应力值(kPa);pcz垫层底面处土的自重压力值(kPa); 0faz垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征

5、值(kPa)。垫层底面处的附加压力值pz,可分别按(4.2.1-2)和(4.2.1-3)式计算: 条形基础: pz=矩形基础: pz=b.(pk-pc) (4.2.1-2) b+2ztanb.l.(pk-pc) (4.2.1-3) (b+2ztanl)+(z2tan)式中:b矩形基础或条形基础底面的宽度(m);l矩形基础底面的长度(m);pk相应于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压力值(kPa); pc基础底面处土的自重压力值(kPa);z基础底面下垫层的厚度(m);垫层的压力扩散角,宜昌通过试验确定,当无试验资料时,可按表4.2.1采用。还填垫层的还是不宜小于0.5m,也不宜大于3m。地

6、基处理规范4.2.2条:垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散的要求,可按公式确定:bb+2ztan (4.2.2)式中:b垫层底面宽度(m);压力扩散角,可按表4.2.1采用;当0.25时,仍按表中=0.25取值。整片垫层底面的宽度可根据施工的要求适当加宽。垫层顶面宽度可从垫层底面两侧向上,按基坑开挖期间保持边坡稳定的当地经验放坡确定。垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm。小议:此处的垫层置换可以这样理解:基础底部的原土层就不符合该处的承载力要求而又不太可能把基础埋置得很深(因为那样很不经济),因此将基础底部的软弱层置换一定深度(且置换后的该部分的顶层也就是基础的底部能够满足承载力要求)

7、,当然没有被置换的软弱层(或曰软弱下卧层的顶部)由于处于更深的位置因而也能满足承载力的要求。这里就牵涉到几个方面的计算:a.基础底部即被置换土层顶部的承载力特征值的确定(或修正)。在置换后的硬实土层的承载力特征值(此时不能再在原来软弱土的承载力特征值基础上进行修正,因为此处已不存在软弱土)的基础上进行深度和宽度的修正,当然还是从室外底面标高算至基础底面标高处的埋深高度(这一点同上文一样)。fa=fak+b.(b-3)+d.m(d-0.5) (5.2.4)对于换填垫层b=0、 d=1.0 因此上式简化为:fa=fak+m(d-0.5)此处:fak应为硬实土层的承载力特征值而不是原土层该处的承载力

8、特征值;基础底面以下土的重度,地下水位以下取浮重度;我认为应该是置换后的硬实土层的重度(若在地下水位以下则取浮重度),还填垫层时由于一般取宽度修正系数b=0因此未考虑此项m基础底面以上土的加权平均重度,地下水位以下取浮重度;我认为m应该取置换前基础底部以上原来土层的加权平均重度。a. 基础底部处的强度校核:附加应力加上自重应力是否小于上款中经过修正的fa。即pz+pcz是否小于fa其中基础底部处的附加应力为:pz=F+(20-yuan).d (此处20为A土与基础混合重力密度)基础底部处的自重应力为:pcz=yuan.dc.置换后硬实土层底部的强度校核:软弱土层顶部荷载是否小于软弱土层经修正后

9、的承载力。i置换后硬实土层底部(或曰软弱土层顶部)承载力特征值的再一次修正,这一次用到的承载力特征值fak应该是软弱土层的承载力特征值而不能用置换后硬实土层的承载力特征值。这样就求出了软弱土层顶部经深度和宽度修正后的承载力特征值faz。此时用到的b和d要按地基设计规范表5.2.4根据软弱土层的土的类别进行取值,而不能按照还填垫层规定的b=0和d=1.0,因为此处的软弱土层未被置换。特别需要注意的是:公式 fa=fak+b.(b-3)+d.m(d-0.5) (5.2.4)修改为:faz=fak,rr+b.(b-3)+d.m(d-0.5)式中:faz为经过修正后的硬实土层底部(或曰软弱土层顶部)的

10、承载力特征值;fak,rr为未经修正的硬实土层底部(或曰软弱土层顶部)也就时原状软弱土层的承载力特征值;应该为软弱土层的重度m应该为原状土层即未被置换(或曰未破土动工前)该深度(也就是从室外地面至置换后硬实土层底面)以上土层的加权平均重度。而不应该用什么还填后的硬实土层的重度d应该为室外地面至未被置换的软弱土层顶面(即置换后硬实土层底面)的距离;b仍是基础的宽度。ii置换后硬实土层底部(或曰软弱土层顶部)的荷载的计算:即pz+pcz 其中pz为该深度处的附加应(压)力,仍然从基础底部开始发散至该深度处(z即为基础底部至该深度处的距离)即利用公式条形基础: pz=矩形基础: pz=计算;上式中为

11、按换填材料的类别及查地基处理规范表4.2.1; b.(pk-pc) (4.2.1-2) b+2ztanb.l.(pk-pc) (4.2.1-3) (b+2ztanl)+(z2tan)pcz为该深度处的自重应(压)力,应该用还填后的材料的重度进行计算,如:yuan.d+z.ht。式中:yuan为还填前基础底部以上土层的重度;(其实20d应为附加的重力而先前的yuand才是自重应力),可以这么说吧,计算pcz时基础底部以上部分只能用yuan,而基础底部以下部分则用换填土的ht。ht即是还填材料的重度。(地下水位以下为浮重度)pcz的计算与软弱下卧层验算有所不同。由于地基处理规范公式(4.2.1-1

12、)的含义是垫层底面处的总应力小于该处软弱土层承载力的特征值,故计算pcz时,垫层厚度范围内的土层的重度宜取垫层材料的重度。旧教材p9674.地基处理后承载力特征值的修正地基处理规范3.0.4条:经处理后的地基,当按地基承载力确定基础底面积及埋深而需要对本规范确定的地基承载力特征值进行修正时,应符合下列规定:1.基础宽度的地基承载力修正系数应取0;2.基础埋深的地基承载力修正系数应取1.0。经处理后的地基,当在受力层范围内仍存在软弱下卧层时,尚应验算下卧层的地基承载力。对水泥土类桩复合地基尚应根据修正后的复合地基承载力特征值,进行桩身强度验算。 (14)总结:不论哪个深度处,计算pz+pcz时,

13、pcz都是按该截面当前实际的荷载确定,如果换填了则要按换填材料的重度(地下水位以下则用浮重度)计算。基础底部以上当然也是用原来天然土层的重度采用而不是=20kNm3。pz则从基础底部开始扩散即不断减小。计算fa或faz时由于都是土的实际承载力特征值所以用的、m乃至换填垫层底部(或曰软弱土层顶部)用的b和d都时按原来土层取用的。此处尤其要注意b和d不能按b=0、d=1.0取用,b=0、d=1.0是用于计算换填垫层顶部(或曰基础底部)的fa值。如施兰清旧教材p966、p968例题。计算截面的确定:对于土质较好的天然基础(即未经压实、换填当然也没有软弱下卧层)只需要计算基础底部的地基承载力;对于持力

14、层(此处的持力层为未经压实、换填的天然土层)下面有软弱下卧层的地基情况,则要进行基础底部持力层承载力的验算和软弱下卧层顶部承载力的验算。对于基础底部持力层也经过换填的(即基础底部天然土层为软弱土层)则也要进行基础底部持力层承载力的验算和软弱土层顶部(或曰换填土层底部处)地基承载力的验算。24.复合地基1两个参数:m和n(1)面积置换率m:复合地基中桩体的横截面积与该桩体所承担的复合地基面积之比。m=ApA式中Ap一根桩体的横截面积:A一根桩体的加固面积。桩体的平面布置形式通常有两种:正方形布置和等边三角形布置。 正方形布置时:m=d24s2等边三角形布置时:m=2复合地基的设计一般是通过对复合地基承载力的计算,先求出m,再确定d和s(2)桩土应力比n桩土应力比是指复合地基中桩体的竖向平均应力pp与桩间土的竖向平均应力ps之比。 即:n=ppps影响桩土应力比的因素有:荷载水平、桩体与桩间土体的相对刚度(桩土模量比)、复合地基面积置换率、原地基土强度、桩长、固结时间和垫层情况等。2.复合地基的承载力和变形A.承载力计算(1) 荷载实验法参见地基处理规范附录A(2) 估算法i.应力比法适用于柔性桩由式Ra=p.Ap+s.As和Ra=

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