第二章 地基与基础
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第二章地基与基础
2.1 概述
一、基本概念
1、基础:建筑物地面以下的承重构件,它承受建筑物上部结构传下来的荷载,并把这些荷载连同本身的自重一起传给地基。
2、地基:承受由基础传下来的全部荷载的土层或岩层。
3、其它:持力层、下卧层、基础埋深、基底宽度、大放脚(基础呈阶梯形逐级加宽)、灰土垫层等。
基础的组成(见图)
基础大放脚:为了满足地基承载力的要求,常把基础底面做的比墙身宽而使基础呈阶梯形逐级加宽的形式,得名“基础大放脚”。
二、基本要求
基础底面传给地基的平均压力必须小于地基承载力(地耐力)。
地耐力:地基承受荷载的能力有一定的限度,每平方米地基承受的最大压力,称为地基的允许承载力,也叫地耐力。A≥N k/f a
问:在上部荷载一定的情况下,如何满足上述要求?
2.2 地基
一、地基的要求
1、建筑物的建造地址应尽可能选择在地基情况好或较好的地段;
2、地基的承载力要力求均匀,以保证建筑物的基础在荷载作用下沉降均匀;
3、地基应有较好的持力层和下卧层;
4、尽可能采用天然地基。
二、地基的类型
1、天然地基
凡天然土层具有足够的承载力,不需经过人工加固,可直接在其上建造房屋的称为天然地基。(作为建筑地基的土层分为:岩土、碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土)
(1)岩土:根据其坚固性可分为硬质岩石(花岗岩、玄武岩等)和软质岩石(页岩、黏土岩等);根据其风化程度可分为微风化岩石、中等风华岩石、和强风华岩石等。岩石承载力的标准值在200—4000kPa之间。
(2)碎石土:根据颗粒形状和粒组含量分为漂石、块石(粒径大于200mm);卵石、碎石(粒径大于20mm);圆砾、角砾(粒径大于2mm)。碎石土承载力的标准值在200—1000 kPa 之间。
(3)砂土:根据粒径大小和占全重的百分率不同,砂土分为砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂五种,其承载力标准值在140—500 kPa之间。
(4)粉土:性质介于砂土和黏性土之间,承载力标准值为105—410 kPa。
(5)黏性土:按其塑性指数的大小分为黏土和粉质黏土两大类,承载力标准值为105—475 kPa。
(6)人工填土:根据其组成和成因可分为素填土(碎石土、砂土、粉土、黏性土等组成的填土)、杂填土(含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土)、冲填土(水力冲填泥砂形成的土)。承载力标准值为65—160 kPa。
2、人工地基
(1)含义:当土层的承载力较差或虽然土层较好,但上部荷载较大时,为使地基具有足够的承载能力,可以对土层进行人工加固,这种经人工处理的土层,称为人工地基。
(2)人工加固地基的方法:压实法、换土法和桩基
⏹压实法:用各种机械对土层进行夯打、碾压、振动来压实松散土的方法为压实法。
⏹换土法:当基础下土层比较软弱,或地基有部分较弱的土层,不能满足上部荷载对地基
的要求时,可将较弱土层全部或部分挖去,换成其他较坚硬的材料,这种方法叫换土法。
换土法所用材料一般选用压缩性低的无侵蚀性材料,如砂、碎石、矿渣、石屑等松散材料,这些材料被基槽侧面土壁约束,借助互相咬合而获得强度和稳定性,从应力状态上看属于垫层,通常称为砂垫层或砂石垫层。如垫层中石料较多,起到传递荷载的作用,则常称为砂石基础。
⏹桩基:当建筑物荷载很大,地基土层很弱.地基承载力不能满足要求时.可以采用桩基。
桩基由承台和桩柱两部分组成。承台的厚度一般不小于300mm,桩顶嵌入承台的深度不宜小于5—100mm。按桩柱的材料不同分为混凝土桩、钢筋混凝土桩、土桩、木桩、砂桩等,我国采用较多的是钢筋混凝土桩。钢筋混凝土桩按施工方法不同分为预制桩(断面一般为200—350mm见方,现场预制桩一般在30m以内,工厂预制桩分节长度一般不超过12m)、灌注桩和爆扩桩(孔径一般为300—400mm,桩长为5—7m)。
⏹水泥搅拌法和挤密法:用水泥搅拌法和挤密法形成的地基称复合地基。水泥搅拌法是利
用水泥作为固化剂,通过深层搅拌机械,在一定深度范围内把地基土与水泥(或其他固化剂)强行拌和固化,形成具有水稳定性和足够强度的水泥土,形成桩体、墙体和块体等。水泥深层搅拌适用于处理淤泥质土、粉质黏土和低强度的黏性土地基。挤密法是以振动或冲击方法成孔,然后在孔中填入砂、石、石灰、灰土或其他材料,并加以捣实,成为桩体。按材料不同分为砂桩、碎石桩、石灰桩、灰土桩等。
⏹化学注浆法:利用高压射流技术,喷射化学浆液,破坏地基土体,并强制土与化学液混
合,形成具有一定强度的加固体来处理软基的一种方法。
2.3 基础
课堂提问:能否将建筑物的竖向承重构件(墙或柱)直接放到地基上而不设基础呢?
一、基础的要求
1、具有足够的强度和耐久性,以便有效地传递荷载和保证使用年限。
2、基础的施工和验收应严格按设计图纸和验收规范进行。
3、一般四、五层的民用建筑,基础工程约占建
筑总价的10%—20%,应在保证工程质量和工
期的同时降低基础工程造价。
二、基础的埋置深度
1、含义:由室外设计地面到基础底面的距离。
2、影响基础埋深的因素
(1)地基土层质量的影响
(2)地下水位的影响
(3)冻结深度对基础埋深的影响
(4)相邻建筑物基础对基础埋深的影响
(5)建筑物特点和使用要求
建筑物的特点:如高层建筑的基础埋深一般为
建筑物地上总高度的1/15—1/10左右;
建筑物的使用要求:如建筑物设置地下室、地下设施或有特殊设备基础时,应根据不同的要求确定基础埋深。
三、基底宽度的确定
课堂提问:以墙下条形基础为例,说明影响基底宽度的因素有哪些?(上部结构传至基础顶面的竖向力值
Fk,基础自重和基础上的土重Gk,地基承载力f a)基础底面的平均压力值p k。P k=Fk+G k≤f a
四、基础的类型
1、按基础的构造形式分
1)独立式基础
适用范围:独立式基础主要用于柱下。在墙承式建筑中,当地基承载力较弱或埋深较大时,
为了节约基础材料.减少土石方工程量,加快工程进度,亦可采用独立式基础。
2)条形基础(带形基础)
类型及适用范围
墙下条形基础:当地基条件较好、基础埋置深度较浅时,墙承式的建筑多采用带形基础,以
便传递连续的条形荷载。
柱下条形基础:常用于框架结构或排架结构,当建筑物荷载较大或地基承载力偏低,为增加
基底面积或增强整体刚度,可将各柱下独立基础沿某一方向联成一体形成柱下条形基础。
3)井格基础(十字条形基础)
适用范围:
当地基较弱,而上部框架结构或部分框架结构对基底的整体性要求较高时,为了防止各柱子
之间的不均匀沉降,可将各柱下的基础沿纵横2个方向连接起来,这就形成了柱下十字交叉
井格基础,也称为十字交叉带形基础。
4)片筏基础(筏形基础或满堂基础)
含义:建筑物的基础由整片的钢筋混凝土板组成,板直接由地基土承担,称为片筏基础。
类型:根据使用条件和断面形式可以分为平板式和梁板式。
特点及使用范围:
整体性好,可跨越基础下局部软弱土,适合于上部建筑物荷载较大而地基承载力较差的情况。
5)箱形基础
含义:当建筑物为荷载大、对地基不均匀沉降要求严格的高层建筑、大型建筑以及软弱土地
基上多层建筑,为增加基础刚度,可将基础做成由钢筋混凝土底板、顶板和若干纵横隔墙组
成的箱子状整体结构,称为箱形基础。(顶板、底板、隔墙板)
特点及适用范围:
整体空间刚度大,对抵抗地基的不均匀沉降有利,常用于高层建筑或在软弱地基上建造重型
建筑。
课堂提问:请比较下列基础承载力的大小?
柱下独立基础柱下条形基础柱下十字交叉基础片筏基础箱形基础
2、按受力性能可分为
刚性基础
含义:凡由刚性材料建造、受刚性角限制的基础称为刚性基础。
特点及使用范围:抗压强度高而抗拉、抗剪强度低。常用于地基承载力较好、压缩性较小的
中小型建筑物。
刚性角:是基础放宽的引线与墙体垂直线之间的夹角,用α表示。
砖、石基础的刚性角控制在26º一33º之间,混凝土基础应控制在45º以内。用于5层以下
的砌体结构建筑。