第二章刚性基础与扩展基础

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第二章 刚性基础与扩展基础
2.1 概 述 2.2 基础埋置深度的选择 2.3 地基承载力 2.4 刚性基础与扩展基础的设计计算
本章提要及要求
重点介绍地基承载力的确定方法及刚性基础和扩展基础的 设计计算内容与方法;简要介绍基础埋置深度的选择、刚性 基础和扩展基础的主要构造措施,以及钢筋混凝土扩展基础 结构设计的基本原理和方法。 要求掌握基础埋置深度的选择方法;熟悉地基承载力验 算原则及地基承载力的确定方法;重点掌握地基承载力验算 和软弱下卧层验算计算方法;了解钢筋混凝土扩展基础结构 设计的基本原理和方法。
2.3 地基承载力
二、根据载荷试验等确定 fak
按其他原位测试法确定
静力触探试验:
2.3 地基承载力
二、根据载荷试验等确定 fak
按其他原位测试法确定
标准贯入试验:
2.3 地基承载力
二、根据载荷试验等确定 fak
按其他原位测试法确定
动力触探:
脱钩器
探头
63.5kg重锤
2.3 地基承载力
与土接触的有效基底面积
fa

A pu A K
地基土极限承载力(可按 普朗特尔公式、太沙基、 魏锡克、汉森公式计算)
基底面积 安全系数,一般取 2~3
特点:安全系数的取值与建筑物安全等级、荷载性质、土 的抗剪强度指标可靠程度、地基条件等有关。因此反映了 各种因素影响。
适用:国外应用广泛;国内用于港工、路桥地基规范。
适用:可在竖向荷载较大、地基承载力不高及承受水平力和力矩
等情况下使用,“宽基浅埋” 。
形式:柱下钢筋砼独立基础、墙下钢筋砼条形基础
2.1 概 述
三、扩展基础的构造要求
一般要求:
基础边缘高度: 基础垫层: 混凝土: 钢筋:
2.1 概 述
三、扩展基础的构造要求
现浇柱下独立基础的构造要求:
3m≤b≤6m
《路桥地基规范JTG D63-2007》法: [ fa ] [ fa0 ] k1(1 b 2) k2(2 h 3)
修正后地基承载力容许值 2m≤b≤10m
3m≤b≤4b
2.4 刚性基础和扩展基础的设计计算
设计思路流程图
浅基础的 埋深确定
浅基础底面 尺寸确定
不满足
地下有管道时,基础埋深应低于管道深度,以防影响管 道维修使用;
承受风力或地震力等水平力的高层建筑或者高耸建筑物, 应有足够的基础埋深以满足稳定性要求,或提供足够的 抗拔力;
冷藏库或高温炉窑类建筑物基础的埋深,应考虑热传导 引起地基土因低温而冻胀或因高温而干缩。
2.2 基础埋置深度选择
二、建筑结构及环境条件的影响
dmin zd hmax
冻土层的最大厚度
计算步骤:按规范确定z0→冻土分类(五类)→计算zd →查表确定hmax→计算dmin
2.3 地基承载力
一、地基承载力设计原则
定义:保证在荷载作用下地基对土体产生剪切破坏而失效方面,有足够安
全度的地基土承受荷载的能力。
总安全系数法:将安全系数作为控制设计的标准。
2.3 地基承载力
一、地基承载力设计原则
现行地基规范虽采用概率极限状态设计原则确定地基承载 力的特征值,但由于地基参数统计困难、资料不足,很大 程度上还需凭经验确定。于是,地基承载力特征值可认为 是在发挥正常使用功能时所允许采用的抗力设计值。因此, 地基承载力特征值实际上就是地基容许承载力。
地基承载力确定方法有: 按现场荷载试验确定 ; 按理论或经验公式法确定; 按地基基础规范法确定。
±0.00
一般自室外地面标高算起; 填方区自填土面算起;但若
填土在上部结构施工后完成, 则应自天然地面算起; 有地下室时:筏基或箱基自室外地面算起; 独基或条基则从室内地面算起。
d
2.2 基础埋置深度选择
一、概述
实质:选择合适的持力层。
一般要求:最小埋深0.5m(岩石基础除外),且基顶低于
③ K的含义较模糊,难以准确选定。
2.3 地基承载力
一、地基承载力设计原则
容许承载力法:将强度和变形两者作为控制设计的标准。
表达式:
p ≤ p
基础底面压力
地基容许承载力,可取 p-s曲线上 第1个拐点对应的压力,或者由 临塑荷载或界限荷载 p1/4公式确定
应用:我国常用的方法之一。比如现行桥涵地基规范采用。 优点: 采用正常使用极限状态设计原则,选定的地基承载力是在
现浇钢筋砼柱与基础 的连接:
2.1 概 述
三、扩展基础的构造要求
墙下条基的构造要求
无纵肋条形基础:
地基土质或荷载分布不均匀时,为提高基础纵向抗弯能 力和控制地基差异沉降,可做成有肋板条形基础。
2.2 基础埋置深度选择
一、概述
定义:一般指基础底面到室外设计地面距离。 计算方法:
2.3 地基承载力
二、根据载荷试验等确定 fak
浅层平板载荷试验
载荷板: 0.25 m2(软土0.5m2) 适用于:确定浅部在载荷板下应力主要影响范围内地基
土承载力
深层平板载荷试验
载荷板:直径d =0.8 m的刚性板 适用于:确定深部在载荷板下应力主要影响范围内地基
土承载力
岩基载荷试验
不 满足
持力层 满 下卧层 满 承载力验算 足 承载力验算 足
不满足
地基的 沉降验算
满足
浅基础的结构构造 设计与计算
2.4 刚性基础和扩展基础的设计计算
一、地基承载力验算
①基本要求
《建筑地基规范》要求:
基底处平均压应力 基底边缘最大压应力
pk≤ fa pk,max≤ 1.2 fa
《路桥地基规范》要求:
位移记录器 及微机
油泵 压力控制器 电子秤
φ 45 千分尺
≥ 2100
支撑板 液压泵 平衡块 力传感器
千斤顶 刚性块
排水沟
地基p-s曲线
0
p
cr
pp
u
~2000
s
2.3 地基承载力
二、根据载荷试验等确定 fak
按其他原位测试法确定
静力触探试验:单桥探头、双桥探头 标准贯入试验:评价砂土地基密度、承载力及液化势 动力触探:轻型、重型、特重型 旁压试验:由旁压曲线推算地基变形模量与承载力 十字板剪切试验:快速测定饱和软粘土不排水剪强度
p-s曲线线性变形段内相应于不超过比例界限点的地基压力;
积累了丰富的工程经验。
缺点:未能充分考虑地基土参数的随机变异性。
2.3 地基承载力
一、地基承载力设计原则
分项系数法:采用概率极限状态设计原则确定地基承载力。
表达式:
0 S ≤ R 抗力设计值(此处为地基承载力设计值fd)
2.1 概 述
一、刚性基础的构造要求
宽高比(或刚性角)要求:
任一台阶宽度 对应台阶高度
bi ≤tan
Hi
刚性角,按表2-1取值
对基底平均压力>300kPa的砼基础,变阶处剪力应满足:
Vs ≤ 0.366 ft A 变阶处基础单位长度面积
变阶处单位长度剪力设计值
混凝土轴心抗拉强度设计值
2.2 基础埋置深度选择
三、工程地质条件的影响
地基上好下软,基础应尽量浅 埋,否则可深埋或浅埋加地基 处理;
倾斜持力层,可作台阶形; 边坡上的基础埋深应满足: 当b ≤ 3m,a ≥ 2.5m 时
d≥(b a) tan
不满足时,应按稳定性验算结 果确定。
d
2.2 基础埋置深度选择
表达式:
地基极限承载力,可取 p-s曲线上第 2 个
p ≤ pu K
拐点对应的压力,或由理论公式确定
基础底面压力
总安全系数,一般取2.0~3.0
应用:国外应用较多,国内较少应用,积累的经验不多。 缺点:
① 土体为大变形材料,随荷载增加,s增加,fu 增加,难以界定出真正的“极限值”; ② 对于高压缩性地基,不能保证沉降也能同时满足要求;
室外地面0.1m。
应考虑的主要因素:
±0.00
建筑结构及环境条件;
工程地质条件;
d
水文地质条件;
p
地基冻融条件;
持力层 fa(>p)
2.2 基础埋置深度选择
二、建筑结构及环境条件的影响
建筑物的用途、结构类型以及荷载性质与大小对 基础埋深有重要影响:
设有地下室等建筑物的基础,基础埋深要求要能为其提 供足够的空间;
二、根据载荷试验等确定 fak
按其他原位测试法确定
旁压试验:
2.3 地基承载力
二、根据载荷试验等确定 fak
按其他原位测试法确定
十字板剪切试验:
2.3 地基承载力
三、按承载力公式确定fa
以界限荷载 p1/4 为基础的理论公式计算地基承载力特征值 fa:
承载力系数,根据k按规范查取 基底下一倍短边宽深度 fa M b b Md md Mcck 内土的黏聚力标准值
载荷板:直径d =0.3 m的刚性板 适用于:确定完整、较完整、较破碎岩基作为天然地基
或桩基础持力层时的承载力
2.3 地基承载力
二、根据载荷试验等确定 fak
地锚加载法
堆载法
2.3 地基承载力
二、根据载荷试验等确定 fak
荷载试验现场
2.3 地基承载力
二、根据载荷试验等确定 fak
深井载荷试验
结构重要性系数 荷载效应组合设计值(即基础底面压力设计值)
地基承载力设计值fd 确定 :由地基承载力标准值除以抗力分
项系数R 求得,或由抗剪强度设计值cd、d直接代入极限荷
载公式求得。
cd ck c ; d k
应用:上部结构已采用分项系数法。现行地基规范 (GB50007-2011)按概率法确定地基承载力特征值 fa 。
2.3 地基承载力
五、地基承载力的修正
修正原因:原位试验及经验值法结果只能反映一定宽、深
范围内的承载力,实际承载力随基宽和埋深增加而增加。
修正方法:
《建筑地基基础规范 GB 50007-2011》法:
fa fak b (b 3) d m (d 0.5)
修正后地基承载力特征值
修正后地基承 载力特征值
max≤
基底处最大压应力
修正后地基容许承载力
2.4 刚性基础和扩展基础的设计计算
一、地基承载力验算
②中心受荷基础
基底面积:
pk
Fk Gk A
Fk G A d
抗震设防区,除岩石地基外,高层建筑筏形和箱型基础的埋 深,天然地基上不宜小于建筑物高度的1/15;桩箱或桩筏基 础时不宜小于建筑物高度的1/18~1/20(不计桩长)。
新建建筑物基础埋深不宜大于 原有建筑基础。须大于时两基 础之间应保持一定净距,其数 值应根据原建筑荷载大小、基 础形式 和土质情况等确定。
四、水文地质条件的影响
基底应尽量放在地下水位以上;(水对地基承载力影响非 常大)
基底低于潜水面时,应考虑排水、支护和防腐; 桥墩基础应埋置在最大(局部)冲刷线下一定深度; 遇承压水时应验算基坑的稳定性:
槽底安全厚度:h0 z1
0

1z1 2 z2
z1 z2
z2
2.3 地基承载力
四、查规范表格法确定
建工89规范(GBJ 7-89)
查基本值 f0 →统计出标准值 fk→修正得设计值 f
路桥规范(JTG D63)
查容许承载力[fa0]→修正得容许承载力[fa]
现行国标(GB50007-2011)
取消了74、89规范全国统一的承载力表,但是各地区制 定 地方 规范时,给出了地基承载力表等经验参数,实际上 是将原全国统一的经验表地域化。
2.1 概 述ห้องสมุดไป่ตู้
一、刚性基础的构造要求
砖基础满足宽高比(或刚性角)的工程做法:
“二皮一收”砌法
“二、一间隔收”砌法
2.1 概 述
二、钢筋混凝土扩展基础
定义:在墙或柱之下设置的水平截面向下扩大的钢筋混凝土基础,
也称为“柔性基础 ” 。
特点:抗弯、抗剪性能好;不受台阶宽高比限制;钢筋用量大。
基础底面下土重度 基础埋深内各土层加权平均重度
特点:实质为p1/4,无需宽度、深度修正。 适用:基底偏心距 e ≤0.033 b(b为偏心方向基础边长)时。 缺陷:没有考虑变形要求,尚应进行地基变形验算。
2.3 地基承载力
三、按承载力公式确定fa
以魏锡克公式(汉森公式等)为基础的理论公式计算 fa:

wh 0k
h0
2.2 基础埋置深度选择
四、地基冻融条件的影响
基底置于标准冻深( z0 )线以下; 对季节性冻土的设计冻深 zd :
zd z0 zs zw ze
土的类别和冻胀性及 环境对冻深影响系数
基底下允许一定厚度冻土层
时,基础最小埋深为:
基础底面下允许残留
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