地基与基础张永义.ppt

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1、地基与基础,主讲：张永义,一、前 言,这个课件是面向这几年大中专毕业的且从事土木建筑专业工作的技术人员编制的。在介绍了一些基本常识后，针对工作中经常遇到的地基基础问题提出常用的处理办法。基础：是把结构荷载和搭载在结构上的荷载通过自己本身的结构特性传递到地基上。地基：上部结构的荷载通过基础传递到岩土体上。基础底部标高开始至一定深度范围内的岩土体，称为建筑物的地基。地基的承载能力变形特性，是建构筑物安全正常使用的关键。外部环境改变，常可造成地基事故发生。,在特定建构筑物条件下有些地基不能保证建构筑物稳定安全使用。但人们通过改良它可以做到。当然人们也可通过调整基础形式使地基满足上部的需要。,二、岩土

2、分类,2.1 岩石地基 岩石按成因划分为三大类岩浆岩：岩浆冷凝固化后形成的岩石就是岩浆岩。人们通过对现代火山活动的观察和研究发现地下深处确实存在高温炽热的熔融物质就叫做岩浆。由于岩浆在地下深处，负荷压力较大，含有许多挥发物质。目前人们认为岩浆可以是产生于上地幔和地壳深处含挥发物质的高温粘稠主要成份为硅酸盐的熔融物质。岩浆可以随地壳活动迁移到地壳的不同深处冷凝结晶，也可以喷出地表冷凝固结。如此形成侵入岩体如花岗岩、辉长岩、闪长岩等。喷出地表为火山岩（喷出岩）如玄武岩。,主要特征：岩浆岩大部分作为块状的结晶质岩石，部分为玻璃质岩石。块状构造 球状构造 气孔杏仁构造 流纹构造 冷缩节理,沉积岩：沉积

3、岩是在地表和地表下不太深的地方形成的地质体。它是在温度不高、压力不大的条件下由风化作用、生物作用和某种火山作用的产物经搬运沉积和成岩作用而形成的岩石。风化作用：地表或接近地表的岩石，在水、空气、太阳能及生物的作用和影响下新发生的岩石破坏作用。物理风化：机械破坏，化学成份不改变。化学风化：在氧、水和溶于水中的各种酸碱作用下，母 岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变化，使其分解而产生新的矿物的过程。母岩破碎，化学物质和矿物质成份发生本质改变。生物风化作用：菌类、藻类及其他微生物本身分解有机酸对岩石破坏。,风化产物：碎屑类物质、粘土物质、溶解物质。搬运：搬运营力，水、风、冰川、重力、生物搬运方式：机械、化

4、学、生物搬运沉积：分异作用，有韵律。成岩作用：压固作用水化与脱水胶体的陈化与重结晶胶结沉积相：自然分类，大路相组、过渡相组、海相组，相的鉴定标志包括：岩性特征、古生物特征、岩层产状接触关系及韵律构造、岩层剖面结构。沉积岩结构构造特征 碎屑岩具碎屑结构 生物岩具生物结构 层理 层面构造（如波痕、干裂等）沉积岩岩石类型：碎屑岩、粘土岩、化学岩,变质岩：由于变质作用地壳中已经形成的岩石发生矿物成份和结构构造等方面改造所形成的新的岩石称为变质岩。什么是变质作用？由地球的内力作用引起岩石的改造和变化的作用称变质作用。内力作用：内力作用引起地壳中岩石本身温度变化、压力变化，是有化学活动性流体迁移而造成的岩

5、石变质作用。变质作用分类 动力变质作用动力变质岩 碎裂岩等 接触变质作用接触变质岩 石英岩 区域变质作用区域变质岩 大理岩（汉白玉）混合变质作用混合岩类 溶液变化变质作用变化变质岩类变质岩的结构与构造 碎裂结构、变晶结构、变余结构、交代结构；变余构造、变成构造,当岩石作为建筑地基，人们更关注的是它的强度、变形和稳定性，故又有以下分类：,注：fr，饱和单轴极限抗压强度Mpa,风化程度分类 未风化 微风化 中等风化 强风化 全风化 残积土（过渡类型）按水对岩石强度的影响程度划分 KR 0.75 软化岩石 KR 0.7 不软化岩石 KR fr/f fr饱和单轴极限抗压深度，f天然单轴 极限抗压深度,

6、按岩体结构类型划分 整体状 完整 块状 较完整（含厚层状）层状 较破碎（含厚层状以下镶嵌状）碎裂状 破碎 散体状 极破碎具有特殊成份的岩石 易溶岩 石膏、岩盐 膨胀岩 膨胀性泥岩 崩解岩 湿陷性砂岩 盐渍化,2.2土的分类 土是各种母岩（岩浆岩，沉积岩，变质岩等）经受风化作用形成的碎屑物经过搬运（有时路程很短或未经搬运），然后沉积在一定的场所而形成的并未经胶结成岩的松散堆积物。这种碎屑物构成了土的固态相它们之间存在着孔隙被气和水充填。一般来说土是固气液三相体系，如果孔隙完全被空气充填形成干土，完全被水充填形成饱水土。干土和饱水土只有二相，故称为二相体系。土的特点是松散，所以承载能力低，变形大。

7、另外土体的均匀性差，我们知道土体不论在水平方向还是垂直方向变化都比较大，所以它的另一个特点是非均体。,按年代划分 老沉积土：晚更新等Q3其以前沉积的土 一般沉积土：第四纪全新等Q14堆积的土 新近沉积土：文化期以来堆积的土层Q24按地质成因划分残积土坡积土洪积土冲积土冰积土风积土淤积土,土按颗粒级配或塑性指数划分（一般性土）碎石类土 颗粒大于2mm的颗粒超过全重50的土，又 分为漂石（块石）卵石（碎石）圆砾（角砾）砂土类土 粒径大于2mm的颗粒不超过全重的50，粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50。又可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。粘性土 不用粒径大小做为划分的依据。按塑性指数IP大于

8、10的土。又可分为IP17为粘土。10IP17为粉质粘土。粉土 是介于砂土与粘性土之间塑性指数IP10且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的50,特殊性土淤泥：为在静水或缓慢的流水环境中沉积并经生物化学作用形成。其天然含水量大于液限，天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土。（还有淤泥质土天然孔隙比1.0e1.5）红粘土：为碳酸盐系的岩石经红土化作用形成的高塑性粘土其液限一般大于50次生红粘土。膨胀土：土中粘粒成分主要由亲水矿物（蒙脱石、伊利石）组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩的特性。其自由膨胀率大于或等于40%的粘性土。湿陷性土：浸水后突然产生大量的附加沉降，湿陷系数大于或等于0.0

9、15的土。,盐渍化土：含有较多易溶盐类的岩土。对易溶盐含量大于0.5%且具有吸湿、松胀等特性的土称盐渍土。对含有石膏芒硝、岩盐等硫酸盐或氯化物的岩层，则称为盐渍岩。混合土：由细粒土和粗粒土混杂且缺乏中间粒径的土为混合土。当碎石土中粒径小于0.075mm的细粒土质量超过总质量的25%时，定名为粗粒混合土。当粉土或粘性土中粒径大于2mm的粗粒土质量超过总质量的25%时，定名为细粒混合土。填土：素填土、杂填土、冲填土、压实填土。多年冻土：含有固态水且冻结状态持续二年或二年以上的土称多年冻土。,三、岩土的承载力,3.1承载力的确定 承载力用于确定基础形式与基础面积。Pk fa Pk相应于荷载效应标准组

10、合时基础底面处的平均压力值 fa修正后的地基承载力特征值 Pk(FkGk)/A 因此 A(FkGk)/fa Fk相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值Gk。基础自重和基础上的土重。当为偏心荷载作用时，根据承载力确定基础面积应符合 Pkmax 1.2 fa Pkmax(FkGk)/AMk/W Pkmin(FkGk)/AMk/W 当偏心距eb/6时 Pmax2(FkGk)/3ca,岩石地基承载力的确定室内饱和单轴抗压深度计算 far*frk fa 岩石地基承载力特征值 frk 饱和单轴抗压深度标准值 r 折剪系数 按岩石完整程度及结构面的间距、密度、产状、组合由地区经验确定。完整

11、岩体取0.5 较完整岩体取0.20.5 较破碎岩体取0.10.2岩基载荷试验确定,载荷试验确定承载力：见右图 原位测试确定承载力：即用静力触探、标准贯入试验、动力触探试验、旁压试验、十字板剪切试验、扁铲试验、波速试验与载荷试验的资料对比分析建立经验关系。,理论公式确定承载力：建筑地基规范公式 faMbrbMdrmdMeck 它与基础深度d、宽度b、宽度b、土地地基的深度指标c、和重度r有关,土的承载力的确定,经验法表格法物理性质指标、力学性质指标与承载力建立经验表格 承载力与土的物理力学指标建立经验表格。各个地区都建立了本地区的承载力表格。对于粒性土，建筑地基规范推荐的表格是,四、地基与基础的

12、规划设计原则,房屋皆由上部结构与基础两大部分组成。通常以室外地面标高为划分标准。地面标高以上部分为上部结构，地面以下部分为基础，见左图。,4.1基础与地基,基础是承受上部结荷重并将荷重传递到下伏土层的结构，基础的主要功能。通过扩大的基础底板或桩基础等形式将上部结构传来的荷载如轴向力、水平力和弯矩传递到土上去地基土上，以满足地基土的承载力要求。根据地基可能出现的变形及上部结构特色。利用基础所具有的刚度与上部结构共同调整地基的不均匀变形，使上部结构不致产生过多的次生应力。当上部结构受到较大的水平力如：风压、水压、土压及地震力作用时，要用挡土墙、板桩或锚杆等可起一定的抗滑或抗倾覆作用。作为振动设备的

13、基础还具备有减震的功能。,4.1.3 上部结构的荷载通过基础传至土体后便继续向土体深部扩散。由于土体是一个半无限空间体，土中应力随扩散的深度而迅速减小，这一点可由弹性力学布辛涅斯克公式证明。对于某一深度下，由于上部荷载增加的土中应力传递到这一深度后已变得甚小，对工程已无意义。一般z0.2o。因此一般将基础底部标高至该深度范围内的土体统称为建筑物地基。对地基承载力及变形起主要作用的土体，简称为主要受力层。对于一般房屋而言，主要受力层与基础的宽度及密集程度有关，利用这一关系，对于基础面积较大的筏基和箱基。基地基主要受力层为一倍基础短边宽，对于基础宽度小而密集时，考虑到基础间的相互影响及地基的均匀程

14、度，一般将基底标高下5m以内的土层划为主要受力层。,4.2基础工程设计基本原则 基础工程设计包括基础设计与地基设计两大部分。基础设计包括基础形式的选择、基础埋深、基底面积大小、基础内力和断面计算，如果地下部分是多层结构还应包括地下结构计算。地基设计包括地基土的承载力确定、地基变形计算、地基抗倾覆及抗滑计算。基础工程设计的主要依据一方面是上部结构荷载及其分布情况，另一方面是地基土的力学性质、土层分布、地下水及其变化情况。因此基础工程设计要称为地基基础设计。当地基强度不足或压缩变形很大而不能满足设计要求时，就需要地基处理，经处理后的地基称为人工地基。在基础工程设计时首先必须有一个上部结构基础地基相

15、互作用的整体观点。,4.2.1 基底压力小于或等于地基承载力。,Pa作为地基的承载力，服从某压力下地基变形能逐渐稳定这一基本原则。,4.2.2 地基变形量小于建筑物允许变值建筑物的破坏多数是由于地基变形过大或不均匀造成的。地基变形特征值有：沉降量、倾斜、沉降差，相对弯曲和局部倾斜。对砌体承重结构应由局部倾斜值控制；对 于框架结构和单层排价结构由相邻柱基的沉降差控制，对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制，必要时尚应控制平均沉降量。,设计等级为甲级乙级建筑物均应按地基变形设计,水平力作用时应满足稳定性要求这个原则的制定是使地基具有抗倾覆抗滑的能力。地基失稳造成的事故是灾难性的。所以不能在易于

16、形成滑坡的地段建设。防止拟建场地大挖大填 防止洪水、泥石流 规定斜坡场地与坡缘的间距 条形 a3.5bd/tg 矩形 a2.5b d/tg,在风力、地震力较大的地段进行抗倾覆抗滑计算在江、河沿岸的建筑不仅要考虑洪水，还要考虑因建筑物重量及堆荷所引起的建筑物失稳,4.3基础类型 无筋扩展基础即刚性基础，由砖、毛石、混凝土、毛石混凝土、灰土、三合土等材料组成的墙下条基或柱下独立基础。适用荷重较小，受深宽比限制。扩展基础，墙下钢筋混凝土条基或柱下钢筋混凝土独立基础，工业厂房普遍使用。筏片基础箱形基础桩基础岩石锚杆基础沉井和沉箱,4.4地基类型及其主要特性常见的地基类型除均匀地基外，还有坡地型地基，岩

17、土交错型地基，岩溶型地基及特殊土地基。不应把一个场地的地质条件与一个地基的地质条件混同起来。因为一个场地的地质条件可能是复杂的，而作为这个场地的某个建筑物地基来说它也可能是简单的。均匀地基 地基土层可能是单一的，如为多层土组成时，则各层土层的坡度一般小于10，软土层小于5。由于土层比较均匀，设计时主要考虑岩土的力学性质和建筑物的特性。当建构筑物荷载均匀，土的承载力能达到设计承载力，通过计算地基变形满足设计要求，可采用天然地基。,不同、分布不均的土层构成。地形起伏与地质不均是这种地基类型的基本特点。坡体稳定性是设计中的首要问题。避开古滑坡体或避开可能滑坡地带。当无法避开时要进行滑坡治理。,坡形地

18、基，为常见的山区地基类型。坡地地层有坡积或残积的粘性土，也可能由碎石类土、砂类土等厚度,治理滑坡通常采用以下方法 减与压。对于滑床上陡下缓，滑体头重脚轻的推移式滑坡，在上部减重在下部填土压脚，以达到滑体的力学平衡。小型滑坡可采取全部清除。支挡，设置支挡结构，如抗滑桩、抗滑挡墙。锚，用土钉墙或锚杆把滑体锚固在稳定岩土层上。消除或减轻水对滑体的危害至关重要。通常采用截、排、护、填的作法来清除或减轻水对滑体的危害。,地基处理一般采用以下方法：褥垫桩基 地基变形要求较高时采用梁板拱跨越 基岩强度较高。支墩置换,岩土交错型地基 其基本特征是地基中的一部分为埋藏较浅的基岩另一部分为残积、坡积或沉积的土层，

19、土层厚度变化较大，土的承载力低，岩石的承载力高，故这类地基设计中最主要的问题为变形不均匀。,当岩层破面不大于30而土的变形模量在10MPa以上时，基地下有30cm以上土层，对四层以下的民用砖石结构一般都不用处理，当土的变形模量超过20MPa时，六层以下砖石结构也将是安全的。对于石芽密布并有出露的地基，当石芽间距小于2m，其间又为硬塑或坚硬的红土时，六层房屋三层框架。15t以下吊车的单层排架结构其基底压力小于200kpa可不处理。,岩溶型地基 在碳酸类岩石地区，当有溶洞、溶蚀裂隙土洞等现象存在时，应考虑其对地基的稳定性的影响。当基础底面以下的土层厚度大于3倍的独立基底底宽，或大于6倍的条形基础底

20、宽且在使用期间不具备形成土洞条件时稳定按常规设计。如果洞顶板与基础底面之间的土层厚度小于上述条件时，应根据洞体大小、顶板形状、岩体结构及深度、洞内充填情况以及岩溶水活动等因素进行洞体稳定性分析。当地质条件符合下列情况之一时，可不考虑溶洞对地基稳定性影响，按岩土交错型地基设计。溶洞被密实的沉积物填满，其承载力超过150KPa，且无被水冲蚀的可能性。洞体较小，基础尺寸大于洞的平均尺寸，并有足够的支承长度。微风化的硬质岩石中，洞体顶板厚度接近或大于洞跨。,嵌塞 填塞 梁拱、板 灌浆 洞底支撑 柱基,对地基稳定性有影响的岩溶洞隙一般采用下列方法处理：,软土地基 外观以灰色为主的细粒土在静水中或非常缓慢

21、的流水环境中沉积 天然含水量大于液限 孔隙比等于或大于1.0 高压缩性 120.5Ma-1 低承载力 100KPa 高灵敏度 St4 低渗透性 1106cm/s 在较大的地震力作用下易于震陷结构措施 控制长高比 L/H2.5（多层）增加高度框架结构、墙板结构、箱基、筏基、体型简单,补偿基础，减少附加应力 条形 Pz=b(pkpc)/(b+2ztg)矩形Pz=Lb(pkpc)/(b+2ztg)(L+2ztg)Pz附加应力 Pk基底压力 Pc基础底面处土的自重压力 z基底至软弱下卧层顶面的距离 地基压力扩散角建筑物保持一定距离，防止应力叠加出现倾斜控制加荷速率利用与处理 予压 包括堆载予压与真空予

22、压 强夯置换 换填 桩基 交合地基,有关同类地基的各种地基处理方法在下一阶段的课程中安排。包括黄土地基、软土地基、红粘土地基、膨胀土地基，涉及的地基处理方法有：桩基、各类复合地基如刚性抗复合地基、灰土桩复合地基、二灰桩复合地基、深层搅拌桩、高压旋喷桩、CFG抗交合地基。换填地基等等。,贺新郎 读史（1964年）,人猿相揖别。只几个石头磨过，小儿时节。铜铁炉中翻火焰，为问何时猜得？不过几千寒热。人世难逢开口笑，上疆场彼此弯弓月。流遍了，郊原血。,一篇读罢头飞雪，但记得斑斑点点，几行陈迹。五帝三皇神圣事，骗了无涯过客。有多少风流人物？盗跖庄硚流誉后，更陈王奋起挥黄钺。歌未竟，东方白。,本次授课的内容已经讲完,谢谢大家,