刚性基础与扩展基础.ppt

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1、2.刚性基础与扩展基础刚性基础与扩展基础2 2 2.刚性基础与扩展基础概概述述基础结构构造要求基础结构构造要求基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择地基承载力的确定方法地基承载力的确定方法浅基础的设计计算（地基承载力与变形验算）浅基础的设计计算（地基承载力与变形验算）减轻建筑物不均匀沉降危害的建筑、结构及减轻建筑物不均匀沉降危害的建筑、结构及施工措施。施工措施。内容提要内容提要3 3 2.刚性基础与扩展基础（1）了解刚性基础与钢筋混凝土扩展基础的受力特点、适用条件和）了解刚性基础与钢筋混凝土扩展基础的受力特点、适用条件和控制设计的方法，掌握刚性角概念。控制设计的方法，掌握刚性角概念。（2）熟悉基

2、础埋深的影响因素与选择原则，掌握地基承载力的常用）熟悉基础埋深的影响因素与选择原则，掌握地基承载力的常用确定方法。确定方法。（3）熟悉地基变形特征量与验算要求，并能应用已学土力学等方法）熟悉地基变形特征量与验算要求，并能应用已学土力学等方法进行地基变形计算与验算。进行地基变形计算与验算。（4）掌握按地基承载力确定基础底面尺寸的计算方法（包括中心及）掌握按地基承载力确定基础底面尺寸的计算方法（包括中心及偏心受荷的两种情况）、以及地基软弱下卧层承载力的验算方法。偏心受荷的两种情况）、以及地基软弱下卧层承载力的验算方法。（5）掌握基础强度验算的要点及地基与基础稳定性分析方法。）掌握基础强度验算的要点

3、及地基与基础稳定性分析方法。（6）掌握减轻建筑物不均匀沉降危害的建筑、结构及施工措施。）掌握减轻建筑物不均匀沉降危害的建筑、结构及施工措施。基本要求基本要求4 4 2.刚性基础与扩展基础n无筋扩展基础（或刚性基础）无筋扩展基础（或刚性基础）由素混凝土、砖、毛石、灰土和三合土等抗压性能由素混凝土、砖、毛石、灰土和三合土等抗压性能好、而抗弯抗剪性能差的材料砌筑而成，通常由台好、而抗弯抗剪性能差的材料砌筑而成，通常由台阶的阶的容许宽高比容许宽高比或或刚性角刚性角控制设计。控制设计。n钢筋混凝土扩展基础（或柔性基础）钢筋混凝土扩展基础（或柔性基础）当不便于采用刚性基础或采用刚性基础不经济时采当不便于采

4、用刚性基础或采用刚性基础不经济时采用钢筋混凝土材料做成的基础用钢筋混凝土材料做成的基础，如柱下钢筋混凝土如柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础）。独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础）。2.1 2.1 概概 述述刚性基础和柔性基础的概念理解刚性基础和柔性基础的概念理解刚性基础刚性基础柔性基础柔性基础基础在外力（包括基础自重）作用下，基底的地基反力为基础在外力（包括基础自重）作用下，基底的地基反力为，此时，此时基础的悬出部分基础的悬出部分a-a断面左端，相当于承受着强度为断面左端，相当于承受着强度为的均布荷载的的均布荷载的悬臂梁，在荷载作用下，悬臂梁，在荷载作用下，a-a断面将产生弯曲拉应

5、力和剪应力。当基断面将产生弯曲拉应力和剪应力。当基础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生的弯础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力时，曲拉应力和剪应力时，a-a断面不会出现裂缝，这时，基础内不需配断面不会出现裂缝，这时，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础。置受力钢筋，这种基础称为刚性基础。优点优点：稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只要地基：稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只要地基强度能满足要求，它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基础类型。强度能满足要求，它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基础类型。缺点缺点：自重大

6、，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有：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建筑物的正常使用。的荷载压力超过地基强度而影响建筑物的正常使用。形式形式：刚性扩大基础，单独柱下刚性基础、条形基础等：刚性扩大基础，单独柱下刚性基础、条形基础等。刚性基础的概念理解刚性基础的概念理解基础在基底反力作用下，在基础在基底反力作用下，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，为了防止基础在基础

7、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，可将刚断面开裂甚至断裂，可将刚性基础尺寸重新设计，并在基础中配置足够数量的钢筋，这种基础称为性基础尺寸重新设计，并在基础中配置足够数量的钢筋，这种基础称为柔性基础柔性基础优点优点：其整体性能较好，抗弯刚度较大。如筏板和箱形基础，在外：其整体性能较好，抗弯刚度较大。如筏板和箱形基础，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的建筑物损坏。所力比较小，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起的建筑物损坏。所以在土质较差的地基

8、上修建高层建筑物时，采用这种基础形式是适宜以在土质较差的地基上修建高层建筑物时，采用这种基础形式是适宜的。的。缺点缺点：柔性基础，特别是箱形基础，钢筋和水泥的用量较大，施工：柔性基础，特别是箱形基础，钢筋和水泥的用量较大，施工技术的要求也较高，所以采用这种基础形式应与其它基础方案（如采技术的要求也较高，所以采用这种基础形式应与其它基础方案（如采用桩基础等）比较后再确定。用桩基础等）比较后再确定。形式形式：柱下扩展基础、条形和十字形基础筏板及箱形基础。：柱下扩展基础、条形和十字形基础筏板及箱形基础。柔性基础的概念理解柔性基础的概念理解2.刚性基础与扩展基础 刚性基础构造要求刚性基础构造要求图图2

9、-12-1刚性基础构造示意图刚性基础构造示意图 d柱中纵向钢筋直径柱中纵向钢筋直径2.刚性基础与扩展基础n砖基础砖基础n毛石基础毛石基础n素混凝土基础素混凝土基础上述基础材料都要符合强上述基础材料都要符合强度等级要求度等级要求n灰土基础灰土基础石灰和土（粘性土）按其石灰和土（粘性土）按其体积比体积比3：7或或2：8构成构成n三合土基础三合土基础由石灰：砂：碎砖（或碎由石灰：砂：碎砖（或碎石）按石）按1：2：41：3：6配成配成刚性角刚性角(宽高比宽高比)：bi 任一台阶宽度任一台阶宽度(m);Hi 相应台阶高度相应台阶高度(m);tan台阶宽高比的允许台阶宽高比的允许值，参照下述规范表格经值，

10、参照下述规范表格经验值选用验值选用 2.1.1 2.1.1 刚性基础构造要求刚性基础构造要求2.刚性基础与扩展基础基基础础材料材料质质量要求量要求台台阶宽阶宽高比允高比允许值许值pk100100pk200200pk300混凝土基混凝土基础础C15混凝土混凝土11.0011.0011.25毛石混凝土基毛石混凝土基础础C15混凝土混凝土11.0011.2511.50砖砖基基础础砖砖不低于不低于MU10,M15砂砂浆浆11.5011.5011.50毛石基毛石基础础M15砂砂浆11.2511.50灰土基灰土基础础体体积积比比为为37或或28的灰土，其的灰土，其最小干密度：粉土最小干密度：粉土1.55t

11、/m3；粉；粉质质粘土：粘土：1.50t/m3；粘；粘土：土：1.45t/m311.2511.50三合土基三合土基础础体体积积比比为为124136（石灰（石灰砂砂骨料），每骨料），每层约层约需需铺铺220mm，夯至，夯至150mm11.5011.20刚性基础台阶宽高比允许值刚性基础台阶宽高比允许值11 2.刚性基础与扩展基础砖基础剖面图砖基础剖面图 （a a）“两皮一收两皮一收”砌法；（砌法；（b b）“二一间隔收二一间隔收”砌法砌法 刚性基础构造要求刚性基础构造要求砖基础：砖基础：低层建筑低层建筑墙下基础。砌筑方便，强度低、抗冻性墙下基础。砌筑方便，强度低、抗冻性差。砌法：二一间隔收或两皮一

12、收（差。砌法：二一间隔收或两皮一收（1/4砖）。砖）。MU10砖砖M5砂浆砂浆大放脚大放脚片石基础：片石基础：砌筑较方便，抗冻性好。砌法：错缝搭接。砌筑较方便，抗冻性好。砌法：错缝搭接。200400MU20片石；片石；M5砂浆砂浆砼与片石砼基础：砼与片石砼基础：强度、耐久性和抗冻性均较好，适于强度、耐久性和抗冻性均较好，适于荷载大及地下水位以下结构。掺入片石要求：占体积荷载大及地下水位以下结构。掺入片石要求：占体积2030%，尺寸，尺寸300mm。掺入毛石掺入毛石节约水泥节约水泥柱下砼基础柱下砼基础墙下砼基础墙下砼基础2.刚性基础与扩展基础n刚性基础的特点刚性基础的特点 稳定性好，施工简便稳定

13、性好，施工简便 用于用于6层的民用建筑、荷载较小的桥梁层的民用建筑、荷载较小的桥梁基础及涵洞等；基础及涵洞等；n刚性基础的局限性刚性基础的局限性 当基础承受荷载较大时，用料多、自重当基础承受荷载较大时，用料多、自重大，埋深也加大大，埋深也加大 刚性基础构造要求刚性基础构造要求2.刚性基础与扩展基础 钢筋混凝土扩展基础钢筋混凝土扩展基础n墙下钢筋混凝土条形基础墙下钢筋混凝土条形基础砌体承重墙体及挡土墙、涵洞下常采用砌体承重墙体及挡土墙、涵洞下常采用的基础形式的基础形式n柱下钢筋混凝土独立基础柱下钢筋混凝土独立基础建筑物中的柱、桥梁中的墩常用基础形式建筑物中的柱、桥梁中的墩常用基础形式2.刚性基础

14、与扩展基础墙下钢筋混凝土扩展基础墙下钢筋混凝土扩展基础 （a a）无肋；（）无肋；（b b）有肋）有肋 钢筋混凝土扩展基础构造要求钢筋混凝土扩展基础构造要求2.刚性基础与扩展基础锥形基础边缘高不宜锥形基础边缘高不宜200mm，坡度，坡度i1:3；小于；小于250mm时可时可做成等厚板。阶梯形基础每阶高宜为做成等厚板。阶梯形基础每阶高宜为300500mm。垫层厚度一般为垫层厚度一般为100mm。底板受力钢筋最小直径不宜底板受力钢筋最小直径不宜200mm和和100mm。有垫层时混凝土的净保护层厚不宜。有垫层时混凝土的净保护层厚不宜40mm，无垫层，无垫层时不宜时不宜70mm。纵向分布筋直径。纵向分

15、布筋直径 8mm，间距，间距 300mm。混凝土强度等级不宜低于混凝土强度等级不宜低于C20。当地基软弱或承受差异荷载时，为增强基础的整体性和抗弯当地基软弱或承受差异荷载时，为增强基础的整体性和抗弯能力，可采用带肋基础。肋部纵向筋和箍筋按经验确定。能力，可采用带肋基础。肋部纵向筋和箍筋按经验确定。根据经验根据经验,初选时基础的高度一般大于或等于初选时基础的高度一般大于或等于b/8。钢筋混凝土扩展基础构造要求钢筋混凝土扩展基础构造要求2.刚性基础与扩展基础柱下钢筋混凝土单独基础柱下钢筋混凝土单独基础 （a a）台阶型；（）台阶型；（b b）锥台型；（）锥台型；（c c）杯口型）杯口型 钢筋混凝土

16、扩展基础构造要求钢筋混凝土扩展基础构造要求20 20 2.刚性基础与扩展基础2.2 2.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择n持力层持力层 直接支撑基础的土层直接支撑基础的土层n下卧层下卧层 持力层以下的各土层持力层以下的各土层n覆盖层覆盖层、软弱下卧层软弱下卧层、刚性下卧层刚性下卧层n选择基础埋置深度选择基础埋置深度 也就是选择合适的也就是选择合适的地地基持力层基持力层持持 力力 层层下下 卧卧 层层基础埋置深度示意基础埋置深度示意2.刚性基础与扩展基础2.2 2.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择n基础埋深的概念基础埋深的概念:基础埋置深度是指基础底面至室外设计地面的距离。基础埋

17、置深度是指基础底面至室外设计地面的距离。n确定基础埋深的意义确定基础埋深的意义 ：选择了基础埋置深度就选择了地基持力层，反之亦然。选择了基础埋置深度就选择了地基持力层，反之亦然。n确定基础埋深的原则：确定基础埋深的原则：在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础尽量浅埋在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础尽量浅埋 当上层土强度大于下层土时，宜采用上层为持力层。当上层土强度大于下层土时，宜采用上层为持力层。高层建筑应有足够的埋深来保持其稳定性。高层建筑应有足够的埋深来保持其稳定性。除岩石地基外，基础埋深不宜小于除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m0.5m。2.刚性基础与扩展基础2.2 2.2 基

18、础埋置深度的选择基础埋置深度的选择n基础埋深基本要求：基础埋深基本要求：d d大于大于50cm50cm：表土扰动，植物，冻融，冲蚀：表土扰动，植物，冻融，冲蚀基础顶面距离表土大于基础顶面距离表土大于10cm10cm：保护作用：保护作用桥基要求在冲刷深度以下桥基要求在冲刷深度以下n基础埋深基础埋深d d的取值的取值一般至室外标高算起；一般至室外标高算起；在填方整平地区，可至填土地面标高算起。但填土在上部结构在填方整平地区，可至填土地面标高算起。但填土在上部结构施工完成以后，应从天然地面标高算起；施工完成以后，应从天然地面标高算起；对于地下室，如采用箱形或筏形基础时，至室外标高算起；当对于地下室，

19、如采用箱形或筏形基础时，至室外标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。注注：天然地面：天然地面-设计地面设计地面-室外标高室外标高-室内标高室内标高d大于大于10cm2.刚性基础与扩展基础n基础埋深应考虑因素：基础埋深应考虑因素：建筑结构条件与场地环境条件建筑结构条件与场地环境条件 工程地质条件工程地质条件 水文地质条件水文地质条件 地基冻融条件地基冻融条件2.2 2.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择2.刚性基础与扩展基础建筑结构条件建筑结构条件荷载大小荷载大小荷载性质荷载性质场地环境场地环境2.2 2.2 基础埋置深

20、度的选择基础埋置深度的选择建筑结构条件与场地环境条件建筑结构条件与场地环境条件n考虑建筑物地下空间的使用功能要求考虑建筑物地下空间的使用功能要求有地下室或半地下室的建筑，其埋深必须结合地下部分有地下室或半地下室的建筑，其埋深必须结合地下部分设计标高选定。设计标高选定。地下管道应在基底以上，便于维修。地下管道应在基底以上，便于维修。电梯缓冲坑：自地面向下至少电梯缓冲坑：自地面向下至少1.4m1.4mFn考虑建筑物的高度和荷载大小的影响考虑建筑物的高度和荷载大小的影响高层建筑基础：承载力、变形高层建筑基础：承载力、变形筏形基础和箱形基础：筏形基础和箱形基础：1/151/15桩箱或桩筏基础：桩箱或桩

21、筏基础：1/181/181/201/20，（不计桩长）（不计桩长）注：以上规定不包括岩石地基，岩石地基上的高层主要考注：以上规定不包括岩石地基，岩石地基上的高层主要考虑抗滑要求虑抗滑要求输电塔基础：要求较大的埋深，提供足够的抗拔阻力输电塔基础：要求较大的埋深，提供足够的抗拔阻力n考虑相邻建筑物的影响考虑相邻建筑物的影响新建筑物基础埋深新建筑物基础埋深不宜大于不宜大于原有建筑物基础。原有建筑物基础。当埋深大于原有建筑物基础时，两基础间应保持一定当埋深大于原有建筑物基础时，两基础间应保持一定净距，否则要求支护并且严格限制支护的水平位移，分净距，否则要求支护并且严格限制支护的水平位移，分段施工，设置

22、临时加固支撑、打板桩、地下连续墙等施段施工，设置临时加固支撑、打板桩、地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物地基。工措施，或加固原有建筑物地基。相邻基础埋深相邻基础埋深n基础埋深不同时基础埋深不同时主楼与裙房：高度不同主楼与裙房：高度不同,分期施工设置后浇带分期施工设置后浇带台阶式相连：台阶式相连：l 重要设备的基础需加大埋深重要设备的基础需加大埋深l 地下室与非地下室交界处的基础地下室与非地下室交界处的基础l 山坡上的房屋山坡上的房屋L/H=12台北国际金融中心台北国际金融中心2.刚性基础与扩展基础2.2 2.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择场地环境条件场地环境条件n图示，若图示，若

23、b3m则则a满足满足下式但不小于下式但不小于2.5mn条形基础条形基础n矩形基础矩形基础n不满足要求时，应进行地不满足要求时，应进行地基稳定性验算基稳定性验算d土坡坡顶处基础的埋深土坡坡顶处基础的埋深2.刚性基础与扩展基础n地基由多层土组成，上好下软，基础应尽量浅埋地基由多层土组成，上好下软，基础应尽量浅埋n地基上软下好，应具体分析，进行方案比较地基上软下好，应具体分析，进行方案比较n地基分布不均匀在水平方向倾斜较大时，基础埋深地基分布不均匀在水平方向倾斜较大时，基础埋深如图处理如图处理2.2 2.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择 工程地质条件工程地质条件台台 阶阶 形形 过过 渡渡

24、处处 理理只有低层房屋可用只有低层房屋可用,否否则考虑选择人工地基则考虑选择人工地基或深基础等方案，比或深基础等方案，比较选择较选择在其他条件满足时，基在其他条件满足时，基础应尽管浅埋，以加大础应尽管浅埋，以加大基底至软弱层的距离，基底至软弱层的距离，例如在我国沿海地区，例如在我国沿海地区，地表普遍有约地表普遍有约23m23m的的“硬壳层硬壳层”（日晒等原因）（日晒等原因），对一般中小型建筑物，对一般中小型建筑物而言，是良好持力层应而言，是良好持力层应充分利用，最好采用钢充分利用，最好采用钢筋混凝土基础如筋混凝土基础如“宽基宽基浅埋浅埋”方案或方案或“不埋式不埋式基础基础”。若若h h1 1太

25、小就为太小就为IIIIh h1 1 2m 4 m h14 m 桩基或处理桩基或处理好土好土软土软土(很深很深)好土好土软土软土软土软土好土好土 IIIIIIIVh1h1在满足地基基本在满足地基基本要求条件下，按要求条件下，按最小埋深和其他最小埋深和其他条件定条件定举例举例：根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层刚性扩大基础刚性扩大基础 沉井基础沉井基础 桩基础桩基础桥墩基础埋深的不同方案桥墩基础埋深的不同方案2.刚性基础与扩展基础2.2 2.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择 水文地质条件水文地质条件n 遇水时，基底应尽量放在地下水位以上遇水

26、时，基底应尽量放在地下水位以上 n 基底低于潜水面时，要考虑基坑排水、支护和地下水水基底低于潜水面时，要考虑基坑排水、支护和地下水水质问题：涌土、流砂现象质问题：涌土、流砂现象 和浮托力等和浮托力等n 若遇承压水时，为防止基底因挖土减压而隆起开裂，必若遇承压水时，为防止基底因挖土减压而隆起开裂，必须控制基坑开挖深度，使基底隔水层的覆盖压力（自重力）须控制基坑开挖深度，使基底隔水层的覆盖压力（自重力）大于水的承压力（静水压力），见后面图大于水的承压力（静水压力），见后面图n若地下水位升降变化较大时，基础不宜置于地下水变化幅若地下水位升降变化较大时，基础不宜置于地下水变化幅度范围，应放在最低水位以

27、下（若不能放在最高地下水位度范围，应放在最低水位以下（若不能放在最高地下水位以上时），以避免地下水位变化对基础沉降的不利影响。以上时），以避免地下水位变化对基础沉降的不利影响。n 桥墩基础应埋置在最大冲刷线下一定深度桥墩基础应埋置在最大冲刷线下一定深度 补充补充河流的冲刷深度基本概念河流的冲刷深度基本概念洪水冲刷后，整个河床面要下降，这叫一般冲刷洪水冲刷后，整个河床面要下降，这叫一般冲刷被冲下去的深度叫被冲下去的深度叫一般冲刷深度一般冲刷深度同时由于桥墩的阻水作用，使洪水在桥墩四周冲出一同时由于桥墩的阻水作用，使洪水在桥墩四周冲出一个深坑，这叫个深坑，这叫局部冲刷局部冲刷河流的冲刷作用河流的冲

28、刷作用 冲刷冲刷总总深度深度(m)最小埋置深度最小埋置深度(m)桥桥梁梁类类型型03338815152020一一般般桥桥梁梁1.01.52.02.53.03.5技技术术复复杂杂修复困修复困难难的特大的特大桥桥及其它重及其它重要大要大桥桥1.52.02.53.03.54.0 小桥涵的基础底面应设置在设计洪水冲刷线以下不小桥涵的基础底面应设置在设计洪水冲刷线以下不小于小于1m1m。对于大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深。对于大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深度以下的最小埋置深度，建议根据桥梁大小、技术的复度以下的最小埋置深度，建议根据桥梁大小、技术的复杂性和重要性，参照下表采用。杂性和重要性，

29、参照下表采用。2.刚性基础与扩展基础基坑下埋藏有承压含水层的情况基坑下埋藏有承压含水层的情况2.2 2.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择 水文地质条件水文地质条件u/0.7u/0.7u=u=h h 2.2 2.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择 地基冻融条件地基冻融条件季节性冻土：是冬季冻结、天暖解冻，每年冻融交季节性冻土：是冬季冻结、天暖解冻，每年冻融交替一次的土层，在我国北方地区分布广泛。替一次的土层，在我国北方地区分布广泛。多年性冻土：指连续保持冻结状态多年性冻土：指连续保持冻结状态三年三年以上的土层，以上的土层，其性质较复杂，属特殊土地基，另见专著。其性质较复杂，属特殊土

30、地基，另见专著。n冻土分类冻土分类 在寒冷地区（我国主要在黄河以北地区），冬在寒冷地区（我国主要在黄河以北地区），冬季时地面以下一定厚度的土层会处于摄化零度以下，季时地面以下一定厚度的土层会处于摄化零度以下，土中含有水分则冻结形成冻土。土中含有水分则冻结形成冻土。2.2 2.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择 地基冻融条件地基冻融条件冻胀冻胀土冻结后发现体积膨胀的现象，称为冻胀。土冻结后发现体积膨胀的现象，称为冻胀。冻胀冻胀：冻胀力，地面隆起冻胀力，地面隆起 融陷融陷：强度降低，建筑物下陷强度降低，建筑物下陷建筑物开建筑物开裂损坏裂损坏不均匀沉降不均匀沉降融陷融陷冻土融化后引起建筑物的沉

31、陷的现象，称为融陷。冻土融化后引起建筑物的沉陷的现象，称为融陷。冻胀的原因：并不是所有的土冻结后均会发生冻胀现象，季冻胀的原因：并不是所有的土冻结后均会发生冻胀现象，季节性冻土由细粒土（粉砂、粉土和粘性土）组成，土中含水节性冻土由细粒土（粉砂、粉土和粘性土）组成，土中含水量多且地下水位又高时，不但在冻结深度范围内的土中水被量多且地下水位又高时，不但在冻结深度范围内的土中水被冻结形成冰晶体，且未冻区的自由水和弱结合水会不断向冻冻结形成冰晶体，且未冻区的自由水和弱结合水会不断向冻结区迁移、聚集，使冰晶体逐渐扩大，引起膨胀。结冰时水结区迁移、聚集，使冰晶体逐渐扩大，引起膨胀。结冰时水的膨胀可达的膨胀

32、可达1010左右，且膨胀力很大，达左右，且膨胀力很大，达2MPa2MPa量级，若膨胀量级，若膨胀力大于基底压力，基础会被抬起。力大于基底压力，基础会被抬起。2.刚性基础与扩展基础n冻胀机理冻胀机理：主要是由于土层在冻结期周围未冻区土中主要是由于土层在冻结期周围未冻区土中的水分向冻结区迁移、集聚使冰晶体不断扩大所致。的水分向冻结区迁移、集聚使冰晶体不断扩大所致。2.2 2.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择 地基冻融条件地基冻融条件冻冻深深毛细区毛细区地下水地下水冻结区冻结区吸引毛细水吸引毛细水自由水自由水+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

33、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水变成冰水变成冰-体胀，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0.5oc至至-30oc。2.刚性基础与扩展基础n影响冻胀的因素（土类、地下水位及气温）影响冻胀的因素（土类、地下水位及气温）粗粒土：无冻胀粗粒土：无冻胀 细粒土（粉砂、粉土和粘性土）：有冻胀细粒土（粉砂、粉土和粘性土）：有冻胀 坚硬粘性土：冻胀微弱坚硬粘性土：冻胀微弱 ；粉土：冻胀最严重；粉土：冻胀最严重n冻胀性划分：冻胀性划分：建筑地基规范建筑地基规范根据冻土层的平均冻胀率的大小，将

34、根据冻土层的平均冻胀率的大小，将地基土划分为地基土划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。五类。注注：冻胀区的基础，应保证有足够的埋深，使基底达到：冻胀区的基础，应保证有足够的埋深，使基底达到或基本达到冻胀影响深度以下，从而避免冻害。或基本达到冻胀影响深度以下，从而避免冻害。2.2 2.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择 地基冻融条件地基冻融条件2.刚性基础与扩展基础n冻融条件考虑冻融条件考虑（P36）先按先按地基规范地基规范进行地基土冻胀性的划分，后再进行地基土冻胀性的划分，后再进行最小埋深进行最小埋深dmin的计算的计算dmin式中式中

35、hmax基底下允许残留冻土层的最大厚度基底下允许残留冻土层的最大厚度zd设计冻深设计冻深，z0标准冻深（见规范）标准冻深（见规范）2.2 2.2 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择 地基冻融条件地基冻融条件ZdZ0dmin室内地面室内地面hmax公桥基规规定，当上部结构为超静公桥基规规定，当上部结构为超静定结构时，基底应埋置在最深冻结线以下定结构时，基底应埋置在最深冻结线以下不不小于小于0.25m；对静定结构的基础，一般也按；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埋深，有些类别的冻土经计算后

36、也可将基底置于最大冻结线以上。同前。置于最大冻结线以上。同前。2.刚性基础与扩展基础 2.3 2.3 地基承载力地基承载力n三个问题三个问题地基承载力的基本概念及基本验算地基承载力的基本概念及基本验算影响地基承载力大小的因素影响地基承载力大小的因素确定地基承载力的方法确定地基承载力的方法重点重点地基承载力的概念地基承载力的概念 地基承载力是指地基单位面积承受荷载的能力。通常区地基承载力是指地基单位面积承受荷载的能力。通常区分为两种承载力：分为两种承载力：极限承载力极限承载力指地基即将丧失稳定性时的承载力；指地基即将丧失稳定性时的承载力；容许承载力容许承载力指地基稳定有足够的安全度且变形在容指地

37、基稳定有足够的安全度且变形在容许范围内的承载力。许范围内的承载力。极限承载力仅从地基稳定的角度研究地基土体所承受的极限承载力仅从地基稳定的角度研究地基土体所承受的最大荷载，但地基既使未失稳，若变形过大，引起上部结构破最大荷载，但地基既使未失稳，若变形过大，引起上部结构破坏或不能正常使用也是不允许的。所以进行地基基础设计过去坏或不能正常使用也是不允许的。所以进行地基基础设计过去一直采用地基容许承载力，即现在所称的地基承载力特征值。一直采用地基容许承载力，即现在所称的地基承载力特征值。因此地基承载力是一个反映地基土在荷载作用下工作性能的因此地基承载力是一个反映地基土在荷载作用下工作性能的综合指标，

38、它不仅与地基土的性质有关，而且还与基础宽度，综合指标，它不仅与地基土的性质有关，而且还与基础宽度，埋深以及上部结构的使用要求等因素有关，所以如何确定这一埋深以及上部结构的使用要求等因素有关，所以如何确定这一指标是地基基础设计的最关键性内容，它的大小直接关系到基指标是地基基础设计的最关键性内容，它的大小直接关系到基础方案的选择，基础尺寸的大小，造价的经济性以及建筑物的础方案的选择，基础尺寸的大小，造价的经济性以及建筑物的安全稳定等。安全稳定等。2.刚性基础与扩展基础2.3 2.3 地基承载力地基承载力建筑物因地基问题引起破坏的两种主要原因：建筑物因地基问题引起破坏的两种主要原因：基础过大的沉降或

39、沉降差基础过大的沉降或沉降差 地基产生滑动破坏地基产生滑动破坏地基承载力设计原则n总总安全系数安全系数设计原则设计原则 n容许承载力设计原则，容许承载力设计原则，同时满足强度（同时满足强度（ps）条件）条件n概率概率极限状态设计原则极限状态设计原则f fa a（特征值）（特征值）（特征值）（特征值）建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2002-定义定义2.刚性基础与扩展基础n建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范要求要求:p pk相应于荷载效应标准组合时基底平均压力相应于荷载效应标准组合时基底平均压力p pkmax相应于荷载效应标准组合时基底边缘最大压力相应于荷载效应标准

40、组合时基底边缘最大压力 f fa 修正后的地基承载力特征值修正后的地基承载力特征值n公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范要求要求：pmax基底最大压应力基底最大压应力,rR地基承载力容许值抗力系地基承载力容许值抗力系数数 fa修正后的地基承载力容许值修正后的地基承载力容许值2.3 2.3 地基承载力地基承载力基本验算基本验算pfapmaxrRfa2.刚性基础与扩展基础 影响因素：影响因素：n地基土的成因与堆积年代地基土的成因与堆积年代n地基土的物理力学性质地基土的物理力学性质n地下水地下水n上部结构情况上部结构情况冲（洪）积土冲（洪）积土坡积土坡积土2.3 2.3 地基承载力地

41、基承载力 2.刚性基础与扩展基础确定地基承载力的常用方法：确定地基承载力的常用方法：n按土的抗剪强度指标以理论公式计算按土的抗剪强度指标以理论公式计算n按现场载荷试验按现场载荷试验p-s曲线或其它原位试验确定曲线或其它原位试验确定n按有关规范提供的承载力或经验公式确定按有关规范提供的承载力或经验公式确定补充：补充：在土质基本相同的条件下，参照邻近在土质基本相同的条件下，参照邻近建筑物地基容许承载力；建筑物地基容许承载力；Pcr、P1/4、Pu原则：不过分严格，也不随意简化2.3 2.3 地基承载力地基承载力 最常用最常用2.刚性基础与扩展基础2.3.1 2.3.1 按土的抗剪强度指标确定按土的

42、抗剪强度指标确定n公式公式n来由来由 pu地基极限承载力，按太沙基、魏锡克或汉森等地基极限承载力，按太沙基、魏锡克或汉森等理论公式理论公式计算计算A与土接触的有效基底面积与土接触的有效基底面积A基底面积基底面积 2.刚性基础与扩展基础魏锡克公式：魏锡克公式：魏锡克公式：魏锡克公式：2.3.1 2.3.1 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定2.刚性基础与扩展基础2.3.1 2.3.1 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定汉森汉森汉森汉森 公式：公式：公式：公式：s_基础形状系数基础形状系数i_荷载倾斜系数荷载倾斜系数d_基础深度系数基础深度系数g_地面倾斜系数地面倾斜系数b_基

43、底倾斜系数基底倾斜系数N_承载力系数承载力系数适用范围广适用范围广2.3.1 2.3.1 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定F塑性区2.刚性基础与扩展基础 2.3.2 2.3.2 按地基载荷试验确定按地基载荷试验确定载荷试验示意图（堆载）载荷试验示意图（堆载）规范规定规范规定甲级甲级甲级甲级必须进行必须进行该法优点：成果可靠该法优点：成果可靠该法缺点：费时、耗资、该法缺点：费时、耗资、试验只能反映浅层地基的试验只能反映浅层地基的承载力承载力。2.刚性基础与扩展基础2.3.2.3.2 按地基载荷试验确定按地基载荷试验确定2.刚性基础与扩展基础 同一土层参加统计的试验点不应少于三点，符合

44、要求后同一土层参加统计的试验点不应少于三点，符合要求后(极极差差不能超过不能超过30%)，取该平均值作为地基承载力特征值，取该平均值作为地基承载力特征值fakn np-sp-s线有明显比例界限时线有明显比例界限时线有明显比例界限时线有明显比例界限时(密砂、硬土密砂、硬土密砂、硬土密砂、硬土)f fakak=p=p11n n极限荷载能确定，且极限荷载能确定，且极限荷载能确定，且极限荷载能确定，且p pu u 2.02.0p p1 1时时时时,取取取取f fakak=0.50.5p puun n当不能按上述两点确定当不能按上述两点确定当不能按上述两点确定当不能按上述两点确定(中、高压缩性土的缓变中

45、、高压缩性土的缓变中、高压缩性土的缓变中、高压缩性土的缓变型曲线型曲线型曲线型曲线)，取，取，取，取s s/b b=0.01=0.010.0150.015时对应荷载作为时对应荷载作为时对应荷载作为时对应荷载作为f fakak2.3.2 2.3.2 按地基载荷试验确定按地基载荷试验确定图图2.12 2.12 按载荷试验确定地基承载力按载荷试验确定地基承载力 (a)(a)低压缩性土；（低压缩性土；（b b）高压缩性土）高压缩性土 载荷试验法载荷试验法载荷试验法载荷试验法规规规规范范范范要要要要求求求求:对对对对地地地地基基基基基基基基础础础础设设设设计计计计等等等等级级级级为为为为甲甲甲甲级级级级

46、的的的的建建建建筑筑筑筑物物物物采采采采用用用用载载载载荷荷荷荷试试试试验验验验、并并并并根根根根据据据据理理理理论论论论公公公公式式式式计计计计算算算算及及及及其其其其他他他他原原原原位位位位试试试试验验验验等等等等方方方方法法法法综综综综合确定。合确定。合确定。合确定。千千斤斤顶顶荷载板荷载板载载载载荷荷荷荷板板板板的的的的测测测测试试试试范范范范围围围围：在在在在现现现现场场场场通通通通过过过过0.250.250.50m0.50m2 2的的的的载载载载荷荷荷荷板板板板对对对对扰扰扰扰动动动动较较较较少少少少的的的的地地地地基基基基土土土土体体体体直直直直接接接接施施施施荷荷荷荷，所所所所

47、测测测测得得得得的的的的成成成成果果果果一一一一般般般般能能能能反反反反映映映映相当于相当于相当于相当于1 12 2倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。载荷板与实际基础对地基的影响深度比较载荷板与实际基础对地基的影响深度比较载荷板与实际基础对地基的影响深度比较载荷板与实际基础对地基的影响深度比较 (a)(a)载荷试验载荷试验 (b)(b)实际基础实际基础 2.刚性基础与扩展基础方法：方法：方法：方法：(1)钻孔，贯入器放入孔底；钻孔，贯入器放入孔底；(2)63.5kg重锤以重锤以

48、76cm高度自由下落将贯入器击入土中高度自由下落将贯入器击入土中15cm;(3)记录记录继续打入继续打入30cm的锤击数的锤击数N标贯试验得标贯试验得标贯击数标贯击数N修正后得标准贯入击数修正后得标准贯入击数N查查表得：表得：承载力标准值承载力标准值其他原位测试方法其他原位测试方法标准贯入试验标准贯入试验 标准贯入器构造图标准贯入器构造图2.刚性基础与扩展基础其他原位测试其他原位测试按静力触探试验确定地基承载力按静力触探试验确定地基承载力比贯入阻力比贯入阻力：根据比贯入阻力查经验根据比贯入阻力查经验表格或由经验公式计算表格或由经验公式计算确定承载力特征值确定承载力特征值静力触探示意图静力触探示

49、意图2.刚性基础与扩展基础nGB50007(建规建规)推荐的公式推荐的公式(P1/4)n条件：荷载偏心距条件：荷载偏心距e3m,d0.5m；修正后的地基承载力特征值修正后的地基承载力特征值fa为为：n 承载力的修正（建规）承载力的修正（建规）承载力的修正（建规）承载力的修正（建规）：2.3.3 2.3.3 按地基规范承载力公式确定按地基规范承载力公式确定修正的原因：由于载荷试验的压板尺寸有限（修正的原因：由于载荷试验的压板尺寸有限（b0.8含水比含水比w0.800.151.21.4大面大面积积压实压实填土填土压实压实系数大于系数大于0.95、粘粒含量、粘粒含量c10%的粉土的粉土最大干密度大于

50、最大干密度大于2.1t/m3的的级级配砂石配砂石001.52.0粉土粉土粘粒含量粘粒含量c10%的粉土的粉土粘粒含量粘粒含量c2m,h3m，且，且h/b4，则容许承载力为：，则容许承载力为：fa=fa0+k1r1(b-2)+k2r2(h-3)fa0当基础宽度当基础宽度b2m，埋深，埋深h3m时的容许承载时的容许承载力，查规范表确定（见下述步骤）力，查规范表确定（见下述步骤）k1、k2分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，查规范表系数，查规范表2.3.3 2.3.3 按地基规范承载力公式确定按地基规范承载力公式确定n 承载力的修正（桥规）承载力的修正（桥规