1地基与基础工程概述
地基与基础工程 第一章地基与基础工程概述 一 地基1 地基 建筑物一般都建筑在地层之上 支撑建筑物的全部重量且应力状态发生改变的那一部分地层就称为建筑物的 二 基础 位于建筑物的最底部 埋入地下一定的深度的 把建筑物的荷载向下安全的传递给地基且尺寸扩大的那一部分建筑 地基中附加应分分布曲线 地基土层范围 基础垫层 基础部分 室外地坪 室内地坪 上部结构 基础高度H 基础埋深d N G L B 建筑物地基与基础结构示意图 一 地基概述 1 岩基 在丘陵地带和山区 由于基岩埋藏较浅 甚至裸露地表 因此建筑物就直接建造在由岩石构成的地基之上 2 土基 在平原地区 岩基一般分布较深 地表覆盖土层较厚 因此建筑物常建造在由土层构成的地基之上 3 天然地基 地基范围内的土层都是好土层 一般 fd 150kpa 基础直接埋置在未经加固的天然地层之上 4 人工地基 若天然的地基很弱 不能满足上部结构荷载的要求 则地基要事先经过人工加固后再修建基础 这样的地基称为人工地基 二 基础概述 1 浅基础 基础的埋置深度小于5米 可以用简单的方法施工 人工开挖基坑 或者基础的埋置深度小于基础的宽度 在设计过程中可以不用考虑基坑侧壁摩擦力对基础变形的影响 这样的基础都是浅基础 2 深基础 基础的埋置深度超过5米 要采用特殊的方法 装备施工 或者基础的埋置深度大于基础的宽度 在设计中必须考虑基坑侧壁摩擦力的影响 这样的基础称之为深基础 3 天然地基上的浅基础以造价低廉 技术简单而广为采用 三 地基与基础工程设计 1 基础设计 基础建材及形式的选择基础埋置深度的确定基底面积的大小基础稳定性检算基础内力和断面的计算基础结构配筋设计2 地基设计 地基土承载力确定地基变形量的计算地基抗倾覆及抗滑计算地基处理技术的设计3 施工组织设计 4 设计的主要依据 上部结构荷载及其分布地基岩土的力学性质地基岩土层的分布特征地下水位及其变化情况地基基础设计对自然条件的依赖性理论复杂与简化设计的统一经验与资料积累的关系现场原位试验的特殊地位基础工程的重要性 隐蔽性 补救的困难 四 基本技术要求 1 基本技术要求岩土工程设计应以最少的投资 最短的工期 达到设计基准期内安全运行并满足所有的预定功能的要求 预定功能要求 安全性 耐久性 投资和工期的经济要求2 几个概念设计基准期 工程设计中所依据的时间参数 可靠度 工程在规定时间内和规定条件下 具有预定功能的概率 可靠指标 可靠度的量度指标 如水电设计中的防洪标准 建筑物的抗震标准等 3 岩土工程上的作用荷载 永久作用荷载 在规定的设计状态下一定出现 其量值随时间的变化可以忽略不计 包括岩土压力 水位不变的静水压力 结构自重等 一般以标准值为其代表值 可变作用荷载 在规定的设计状态下不一定出现 其量值随时间的变化也可以忽略 包括各种使用荷载 安装荷载 风载 雪载 水位变化的水压力 波浪力 温度变化应力等 一般取常遇值或准永久值为其代表值 偶然作用荷载 在设计考虑的时间内不一定出现 但一旦出现 其量值很大且持续时间很短 包括强烈地震 爆炸 龙卷风 撞击等 其代表值由有关规范规定 或者参照有关的资料和工程经验综合分析确定 4 岩土工程的延性破坏和脆性破坏 根据工程结构在发生破坏前是否出现明显的变形或者其他预兆划分 取决于配筋量与建材强度之间的配合关系 5 岩土工程设计应考虑的因素 设计基准期内的预定功能 建筑场地条件 岩土性质及其环境变化 工程结构特点 施工环境 相邻工程的影响 施工技术条件 设计实施的可行性 建筑材料的来源 工程投资和工期 五 岩土工程设计原则 1 变形原则 S S 地基变形类型 应该明确两点 地基变形计算量S是在未考虑上部结构刚度的作用下进行计算的 与实际沉降量有相当大的误差 地基允许变形值 S 是根据实际建筑物在不同类型地基上长期沉降的观测资料而制定出来的 它是上部结构 基础 地基三者相互作用的结果 沉降观测资料积累 地基变形分类 基础变形指标沉降量沉降差倾斜局部倾斜相对弯曲 计算方法基础中心沉降值s两相邻独立基础沉降值之差 s 6 10m s s s s s 地基变形分类 1 沉降量 某一点的下沉量 对于柱下基础刚度较大的结构物如水塔 烟囱 高层 高耸建筑物等的沉降量应理解为各点沉降量的平均值 2 沉降差 主要用来控制框架柱基础或排架柱基础两相邻柱的沉降差 有时也用来控制墙基与相邻柱基之间的沉降差3 倾斜 主要用来控制高耸建筑物 高层 高炉 煤气柜等的沉降差 它是两端点的沉降差与其距离的比值 4 局部倾斜 建筑物沿纵向或横向墙体 6 10m内 基础两点沉降差与其距离的比值 主要是用来控制当上部结构体型突变或者地基土变等情况的 5 相对弯曲 只用于柔性结构或大面积堆料所引起的沉降 它是中心与端部沉降差与其距离的比值 3k k R X Y L B 说明 Pmax Pmin P max Pmax 1 2fdPmin 0P fd 2 强度原则 外墙 柱 荷载累加高程 室外地坪高程 荷载累计高程 室内地坪 灰土基础 外墙 d H 1 f0 fk fd2 地基容许承载力 是从长期载荷作用下地基变形的稳定程度确定出来的 服从于 在某一级压力下地基变形逐渐稳定 这一说法确定的地基所能承受的最大荷载 3 岩土工程设计中的 容许应力法 和 极限状态法 设计理念 容许应力法 在正常使用条件下 比较载荷作用和岩土抗力 要求强度有一定的储备 变形满足正常使用要求 载荷 抗力和安全度的取值都建立在经验的基础上 极限状态 整个工程或者工程的一部分 超过某一特定状态就不能满足设计规定功能的要求 这一特定状态就为该功能的极限状态 各种极限状态都有明确的标志或极限值 极限状态法 将岩土及有关结构置于极限状态进行分析 找到达到最终极限状态时的岩土抗力 4 岩土工程设计中确定地基承载力的三种表达方式 A 容许承载力法B 安全系数法C 分项系数法 容许承载力法和安全系数法所采用的载荷都是标准值 分项系数法所采用的载荷是设计值 安全系数法和分项系数法所用的地基承载力都是极限承载力 安全系数法和分项系数法的安全度是用安全系数和分项系数取值来控制的 容许承载力法的安全度是用承载力取值来控制的 无论哪一种都应该满足有足够的安全储备都应该满足以下的功能 能承受正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用 在正常使用期间工程各部分具良好的工作性能 在正常的维护下具足够的耐久性 发生偶然事件或局部失效时仍然保持必需的整体稳定性 容许承载力法确定地基承载力的方法 1 现场载荷试验 P S曲线上第一拐点对应的压力如果拐点不明显时 对低压缩性土和砂土 可取s b 0 01 0 015所对应的压力 对中 高压缩性土可取s b 0 02所对应的压力 2 理论公式 临塑载荷公式 极限荷载公式 塑性区展开深度为基础宽度1 4的临界载荷P1 4公式3 规范查表 根据以往的载荷实验资料建立地基承载力与土的物理指标之间的经验公式 经过工程经验修正后编制成的规范推荐表 3 抗滑抗倾覆原则 地基基础水平方向的抗滑检算Pp 基础侧面的被动土压力 基础底面与土的接触摩擦角 B L N H PP Q d P 45 8m 当b 3m时 条基a 3 5b d tg 矩基a 2 5b d tg 且a 2 5 45 H 8m时尚应检算坡体的稳定性 H a b d 抗倾覆检算 4 经济合理原则工程概 预算确定工程造价5 技术可行原则结合施工单位等级和技术条件技术设计图 施工图工程项目建设监理制 六 建筑物的安全等级 建筑地基基础设计规范 GBJ7 89 中根据建筑物的破坏后果 危及人的生命 造成经济损失 造成社会影响及修复的可能性 的严重程度 分级如下 备注 目前 地下洞室 深基坑开挖 大面积岩土处理等尚无工程安全等级的具体规定 可根据实际情况划分 大型沉井和沉箱 超长桩基和墩基 有特殊要求的精密设备和超高压设备 有特殊要求的深基坑开挖和支护工程 大型竖井和平洞 大型基础托换和补强工程 以及其它难度大 破坏后果严重的工程 以列为一级安全等级为宜 七 建筑设计过程中的角色建筑师结构师岩土工程师设备设计工程师工程概预算工程师 地质勘查主要内容 1 查明场地与地基的稳定性 构造 断裂的位置关系 性质地震可能引起的不利变化滑坡存在的可能性及危害程度地下洞室 岩溶对地基的影响2 查明岩土层的种类 成分 厚度及坡度变化 岩土性质3 查明潜水 承压水层分布 水位 水质 各含水层之间的水力联系4 提供岩土工程评价和设计 施工需要的岩土强度 压缩性等参数 确定地基承载力 对建筑物整体沉降与倾斜进行必要的分析预测5 提出地基基础设计方案比较和建议 相关资料 工作区的区域地质资料构造资料地层分布资料地形地貌特征资料地震资料矿产资料附近岩土工程资料当地建筑经验 继续