土木工程本科生专业课程基础工程第二章 天然地基上的浅基础2.1 概述 2.2 浅基础的类型及构造 2.3 浅基础的施工方法 2.4 地基基础与上部结构的共同作用 2.5 防止不均匀沉降的措施 2.6 基础埋置深度的选择 2.7 浅基础的设计计算主 要 内 容2.1 概述2.1.1 浅基础与深基础的区别判断依据浅基础深基础埋置深度5m5m设计计算是否考虑基础侧摩阻不考虑考虑施工时是否敞开挖基坑修基础是否施工方法简单复杂结构形式简单复杂工程造价低较高2.1 概述2.1.2 浅基础设计应满足的基本要求1. 强度要求地基：对剪切破坏及丧失整体稳定性有足 够的安全度基础：不发生剪切破坏，有足够的强度2. 变形要求地基：控制变形量地基变形容许值基础：不能发生过大变形，有足够的刚度3. 基础功能、构造及耐久性要求2.1 概述2.1.3 浅基础设计基本步骤集资料选类型拟尺寸地形及地质勘察资料水文气象资料上部结构形式、使用功能、荷载性质大小 等资料周围环境资料施工技术条件资料细部尺寸空间位置确定基础类型2.1 概述做检算选方案地基强度检算基础本身强度检算基底偏心距检算地基稳定性检算基础倾覆、滑动稳定性检算沉降检算墩顶水平位移检算从技术、经济、施工综合考虑2.1 概述 2.2 浅基础的类型及构造 2.3 浅基础的施工方法 2.4 地基基础与上部结构的共同作用 2.5 防止不均匀沉降的措施 2.6 基础埋置深度的选择 2.7 浅基础的设计计算主 要 内 容2.2 浅基础的类型和构造2.2.1 按基础刚度分类刚性基础砌筑材料：砖、毛石、素砼、灰土等受力特点：抗压性能好，抗拉、抗剪强度不高，无挠曲变形结构特点：稳定性好，施工方便，能承受较大荷载，但自重大构造：满足刚性角要求2.2 浅基础的类型和构造刚 性 角2.2 浅基础的类型和构造刚性角的大小是否只与砌筑材料有关基础底面反力越大，其刚性角越小单向受力下的刚性角比双向受力时大刚性角与哪些影响因素有关呢? 2.2 浅基础的类型和构造柔性基础砌筑材料：钢筋混凝土受力特点：抗弯、抗剪性能好，可以有一定的挠曲变形结构特点：可在荷载大，地基承载力小时采用，适用于具有一定厚度的硬壳层地基，宽基浅埋 构造：无刚性角要求2.2 浅基础的类型和构造2.2 浅基础的类型和构造2.2.2 按构造分类独立基础阶梯形锥形杯形现浇柱现浇柱预制柱条形基础2.2 浅基础的类型和构造无肋的有肋的底板垫层肋交叉基础2.2 浅基础的类型和构造纵向条形基础横向条形基础筏板基础2.2 浅基础的类型和构造Mat foundation2.2 浅基础的类型和构造平板式梁板式平板梁柱箱形基础2.2 浅基础的类型和构造底板外墙内墙壳体基础2.2 浅基础的类型和构造正圆锥壳M型组合壳内球外锥组合壳2.1 概述 2.2 浅基础的类型及构造 2.3 浅基础的施工方法 2.4 地基基础与上部结构的共同作用 2.5 防止不均匀沉降的措施 2.6 基础埋置深度的选择 2.7 浅基础的设计计算主 要 内 容2.3 浅基础的施工方法2.3.1 浅平基的施工特点陆地施工顺序基 坑 开 挖基 坑 支 护基 坑 排水或降水基 底 处 理基 础 砌 筑水中施工顺序修 筑 围 堰堰 内 抽 水基 坑 开 挖水 下 施 工2.3 浅基础的施工方法2.3 浅基础的施工方法2.3.2 基坑开挖和支护无支护开挖不同土层或 深度较大可 加设平台土质情况荷载情况基坑深度坡度挡 板 支 护2.3 浅基础的施工方法当地下水位在坑底以下时，可用挡板 支护。一般用水平挡 板挡土，用立木、对 撑使之紧贴在坑壁上 。挡板可一次挖到坑 底设计深度后铺设， 也可分层铺设。桩 板 支 护2.3 浅基础的施工方法上述挡板支护在边开挖边支挡的情况下施工是不方便的。这时可改用桩板支护。一般采 用H型钢，对撑，八字撑，腰梁等保持支护结构的稳定性。板 桩 支 护2.3 浅基础的施工方法挡 水2.3 浅基础的施工方法挡 土2.3 浅基础的施工方法钢 板 桩 断 面2.3 浅基础的施工方法旋 喷 桩 护 壁2.3 浅基础的施工方法深圳地铁罗湖口岸站的护壁桩2.3 浅基础的施工方法喷射混凝土护 壁2.3 浅基础的施工方法 2.3.3 基坑排水与降水集 水 排 水1.布设要点：汇水井布置在基坑内基础范围外，同时设置边沟或排水沟，汇水井应低于坑底或边沟底不小于1m。井底铺设一层粗砂或碎石，以保护井底的土不被抽走。2. 特点：设备简单，费用低，但对于细、粉砂要防止出现流砂井 点 法 降 水2.3 浅基础的施工方法轻型井点喷射井点深井泵井点降低水位56m1820m3040m适用范围粘砂土、砂土 粘砂土、砂土透水性较大的 砂土特点：水流方向向下，不会出现流沙2.3 浅基础的施工方法2.3.4 水中围堰和水下挖土水 中 围 堰1.基本要求顶面高出最高施工水位0.7m以上围堰修筑完成后能防止河流冲刷围堰要满足强度和其稳定性要求围堰有足够的空间搭建工作平台2.3 浅基础的施工方法2.围堰分类土围堰草袋围堰木板桩围堰钢板桩围堰3.围囹法施工工艺拼装围囹运输到位打定位桩吊起围囹插打钢板桩围囹：单层钢板桩围堰，空间框架结构，即可作为支撑体系，又可作为施工平台2.3 浅基础的施工方法水 中 挖 土1. 抓土斗双瓣式：适于挖泥沙四瓣式：适于挖漂、卵石2. 吸泥机空气吸泥机水力吸泥机离心吸泥机2.3 浅基础的施工方法2.3.4 基底处理与灌注水下混凝土基底土质鉴定1. 鉴定方法直接观察取土样试验2. 土质不合要求地基处理更改设计（增大底面积，改用桩基础等）2.3 浅基础的施工方法基 底 处 理1. 按不同土质进行岩层（未风化、风化、岩面倾斜）碎石类土及砂土粘性土2. 泉眼堵塞排除灌注水下混凝土2.3 浅基础的施工方法直 升 导 管 法封底混凝土厚度计算2.3 浅基础的施工方法情况一：桩入土不深，板桩与土之间摩擦力较小，浮力主要由封底混凝土和围堰自重平衡，厚度由抗浮计算确定。修正系数，小于1lhx2.3 浅基础的施工方法情况二：桩入土较深，混凝土厚度由封底混凝土强度计算确定。按简支单向板计算简支板顶面在浮力作用下的应力为：由上式即可得到封底混凝土的厚度。2.1 概述 2.2 浅基础的类型及构造 2.3 浅基础的施工方法 2.4 地基基础与上部结构的共同作用 2.5 防止不均匀沉降的措施 2.6 基础埋置深度的选择 2.7 浅基础的设计计算主 要 内 容2.4 地基基础与上部结构的共同作用2.4.1 基本概念常规设计方法2.4 地基基础与上部结构的共同作用上述设计方法中忽略了以下两点：1.基础的变形对上部结构内力、变形的影响2.上部结构对基础变形的调整作用共同作用设计方法将上部结构、地基、基础三者视为一个完整的体系来进行共同作用分析。同时满足 静力平衡条件 变形协调条件 2.4 地基基础与上部结构的共同作用 2.4.2 地基与基础的相互作用架越作用：刚性基础能跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中地传至基底边缘的现象。2.4 地基基础与上部结构的共同作用 2.4.3 基础相对刚度的影响2.4 地基基础与上部结构的共同作用 2.4.4 地基土非均匀性的影响2.4 地基基础与上部结构的共同作用 2.4.5 上部结构刚度的影响柔 性 结 构特点：整个承重体系对基础的不均 匀沉降有很大的适应性，沉降差不引起上部结构的附加应力（次应力）。敏感性结构特点：对基础不均匀沉降反应灵敏刚 性 结 构特点：倾斜而不挠曲2.1 概述 2.2 浅基础的类型及构造 2.3 浅基础的施工方法 2.4 地基基础与上部结构的共同作用 2.5 防止不均匀沉降的措施 2.6 基础埋置深度的选择 2.7 浅基础的设计计算主 要 内 容2.5 防止不均匀沉降的措施 2.5.1 建筑措施建筑物体形力求简单平面：力求简单，避免附加应力叠加立面：建筑物高低（轻重）相差不大控制建筑物的长高比2.5 防止不均匀沉降的措施2.5 防止不均匀沉降的措施思考：倒“八”字裂纹是如何产生的？设 置 沉 降 缝2.5 防止不均匀沉降的措施1.长高比过大的建筑物适当部位；2. 平面形状复杂的建筑物的转折部位；3. 地基土的压缩性有显著变化处；4. 建筑物的高低或荷载有很大差异处；5. 建筑物结构类型截然不同处；6. 分期建造房屋的交界处；7. 拟设置伸缩缝处。2.5 防止不均匀沉降的措施相邻建筑物基础的间隔距离避免建筑物的相互影响，减小附加应力的叠加，以免建筑物的相互开裂调整和控制各建筑物的标高思考：在设计中，荷载大的标高和荷载小的标高，哪部分应该调整得高些？2.5 防止不均匀沉降的措施2.5.2 结构措施减轻建筑物自重设置圈梁减小或调整基底附加压力采用非敏感性结构增加基础刚度2.5 防止不均匀沉降的措施2.5.3 施工措施1. 拟建相邻建筑物之间轻重悬殊时，先重后轻（先高后低）；2. 已建轻型建筑物周围不宜堆放重物；3. 注意开挖基础的降水对邻近建筑物影响；4. 基坑开挖后，尽量减少扰动原状土；5. 拟建密集建筑群内有桩基础时，先打桩。2.1 概述 2.2 浅基础的类型及构造 2.3 浅基础的施工方法 2.4 地基基础与上部结构的共同作用 2.5 防止不均匀沉降的措施 2.6 基础埋置深度的选择 2.7 浅基础的设计计算主 要 内 容2.6 基础的埋置深度2.6.1 埋置深度的概念埋置深度：指自地面或一般冲刷线到基础底面的距离，简称为埋深。最小埋置深度合理埋置深度埋置深度2.6 基础的埋置深度 2.6.2 最小埋置深度 1. 冲刷因素在河流中修筑桥梁墩台基础时，由于过水断面的减小，会增加水流速度，引起冲刷。一般冲刷线局部冲刷线冲刷总深度=一般冲刷深度+ 局部冲刷深度2.6 基础的埋置深度京九线巴河大桥2.6 基础的埋置深度因此，基底应埋置于最大冲刷线下不小于安全值 一般桥梁：2m+冲刷总深度的10%，并以0.5m分段； 重要桥梁：在上述的基础上再加1m； 修建在岩石地基上的桥墩：抗冲刷能力强，清理岩石表面风化层；抗冲刷能力差，视具体情况定；2.6 基础的埋置深度2. 冻融因素3. 生物活动及环境因素桥规规定：基底应埋置于冻结线以下一定深度 冻胀、强冻胀土;0.25m; 弱冻胀土：80%冻结深度。离地面较浅的土层，因受大气、环境、气候、雨水冲蚀及生物活动的影响，为保证持力层稳定和不受扰动，基底应埋置于地面以下2m，困难时最少1m。2.6 基础的埋置深度冻 胀 丘2.6 基础的埋置深度热 融2.6 基础的埋置深度 2.6.3 合理埋置深度 使用功能或上部结构形式 必须设地下室或设备层的建筑物 带有地下管线的设备基础 带地下设施的建筑物 高层建筑，荷载大，埋深适当加大 与建筑物受力性能有关，如承受上拔力的输电塔，埋深应该加大1. 与建筑物有关的条件2.6 基础的埋置深度2. 工程地质条件 持力层为倾斜面，分段设台阶 修建在稳定土坡坡顶 均质土层:根据荷载大小和地基承载力确定 非均质土层：应视实际情况而定 上硬下软，充分利用硬壳层的作用 上软下硬，若软土较薄，挖除 上软下硬，若软土较厚，置换或修改设计在满足其 他要求下 尽量浅埋只有低层 房屋可用, 否则需地 基处理尽量浅埋 但是如果 h1太小就 为II好土软土 (很深)好土软土软土 好土IVh1h1h14 m 桩基 或处理2.6 基础的埋置深度IIIIII好土软土h1h1III2.6 基础的埋置深度3. 水文地质条件 底面低于潜水面的地基，应注意基坑排水，坑壁围护，保护地基土不受扰动 防止流砂、涌土的出现以及抗腐蚀、抗渗、抗浮的要求 埋藏有承压含水层的地基，应注意防止基底因挖土减压而引起隆起开裂2.6 基础的埋置深度4. 采取人工措施，改善环境条件 铺砌河床断面，把易冲刷土换为无冲刷情况 改变冻胀融陷条件，换为非冻胀土5. 美观：基顶不高