工业与民用建筑工程地质勘察.ppt

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1、第十四章 工业与民用建筑工程地质勘察 第一节 概述 第二节 地基中应力分布 第三节 地基变形及沉降预测 第四节 地基强度及承载力的确定 第五节 桩基工程地质论证 第六节 地基处理措施 第七节 工业与民用建筑工程地质勘察要点,第一节 概述 一、地基、基础的概念 二、工业与民用建筑的主要工程地质问题,第一节 概述工业建筑：是指供工业生产用的建筑物，包括车间、仓库、热电站、水塔、烟囱和栈桥等。民用建筑：是居住建筑和公共建筑的总称。居住建筑：是指供生活起居用的建筑物，例如住宅、宿舍等。公共建筑：是指供进行社会活动的非生产性建筑物，如办公楼、图书馆、学校、医院、剧院、体育馆、展览馆、商店、车站等。任何一

2、种建筑物都是由上部结构和基础组成的，其全部荷载均由其下面的地基来承担。由于建筑物的规模、结构类型、工作条件及作用于地基上的荷载型式和大小不同，对工程地质环境的适应性也就有所不同。,根据地基损坏造成建筑物破坏后果（危及人的生命、造成经济损失和社会影响及修复的可能性）的严重性，国家标准建筑低级基础设计规范（GBJ789）中将建筑物分为三个安全等级。显然，不同安全等级的建筑物工程地质评价要求是不同的。,一、地基、基础的概念,（一）地基 地基：由于建筑物的兴建，导致岩土体中某一范围内原来的应力状态发生了变化。这部分呢由建筑物荷载引起应力变化的岩土体叫地基。换句话讲，承受建筑物全部荷载的那部分岩土体叫地

3、基。地基又分持力层及下卧层两部分，直接与基础接触的岩土体叫持力层。持力层下部的岩土体叫下卧层。地基分为天然地基及人工地基两大类。天然地基：是指在天然情况下不必经过人工加固就可满足建筑物要求的地基。人工地基：是指在天然情况下不能满足建筑物要求，必须事先经过人工处理才能在它上面修建建筑物的地基。人工地基，可分为人工土基及桩基两种。,（二）基础 基础：建筑物的基础也可叫建筑物的下部结构，是建筑物在地面以下的那一部分。它的作用是承受整个建筑物的重量及作用在建筑物上的所有荷载，并将它们传递给地基。因此，基础起着承上传下的作用。基础按砌置深度（地面至基础底面的距离）可分为浅基础和深基础两大类。浅基础：砌置

4、深度小于5m者。浅基础有单独基础、条形基础、筏片基础、箱形基础、大块基础和壳体基础等。深基础：砌置深度大于5m者。深基础主要有沉井、沉箱、桩基础和地下连续墙等。在一般情况下，天然地基上的浅基础，往往是最为经济的，是设计时首先应争取采用的方案。深基础的造价高，施工复杂。一般在浅层地基的强度不够或基础荷载较大且较集中的情况下，需要把基础砌置在较深处的强度较高的硬层上，才采用深基础。,地基,天然地基,人工地基,基础,刚性基础,柔性基础,深基础,浅基础,二、工业与民用建筑的主要工程地质问题 1、区域稳定性问题 2、斜坡稳定性问题 3、地基稳定性问题 4、建筑物配置的工程地质论证问题 5、地下水的侵蚀性

5、问题 6、地基的施工条件问题,1、区域稳定性问题 区域地壳的稳定性直接影响着城市建设的安全和经济，在建设中必须首先注意这个问题。影响区域稳定性的主要因素是地震和新构造运动，在新地区选择建筑场址时，更应注意。,2、斜坡稳定性问题 在斜坡地区修建建筑物时，斜坡稳定性也是一个重要的工程地质问题。斜坡的变形和破坏危及斜坡上及其附近建筑物的安全。建筑物的兴建，给斜坡施加了外荷载，增加了斜坡不稳定的因素，可能导致其滑动，使建筑物破坏。因此，在斜坡地区修建建筑物时，必须对斜坡稳定性进行研究，做出工程地质评价，对不稳定斜坡提出相应的防治或改良措施。,3、地基稳定性问题 研究地基稳定性是工业与民用建筑工程地质勘

6、察中的最主要任务。地基稳定性包括地基强度和变形两部分。地基强度指地基在荷载作用下，抵抗破坏的能力。地基变形是指在上部荷载的作用下，土体被压缩而产生相应的变形。若建筑物荷载超过地基强度、地基的变形量过大，则会使建筑物出现裂隙、倾斜或发生破坏。为了保证建筑物的安全稳定、经济合理和正常使用，必须研究与评价地基的稳定性，提出合理的地基承载力及变形量，使地基稳定性同时满足强度和变形两方面的要求。,4、建筑物配置的工程地质论证问题 大型的工业建筑往往是由工业主厂房、车间、办公大楼、附属建筑及宿舍构成的建筑群。由于各建筑物的用途和工艺要求不同，它们的结构、规模和对地基的要求不一样，因此，对各种建筑物进行合理

7、的配置，才能保证整个工程建筑物的安全稳定、经济合理和正常使用。在满足各建筑物对气候和工艺方面要求的条件下，工程地质条件是建筑物配置的主要决定因素，只有通过对场地工程地质条件的调查，才能为建筑物选择较优的持力层、确定合适的基础类型，提出合理的基础砌置深度，为各建筑物的配置提供可靠的依据。,5、地下水的侵蚀性问题 混凝土是工业与民用建筑常用的建筑材料，当混凝土基础埋置于地下水位以下时，必须考虑地下水对混凝土的侵蚀性问题。大多数地下水不具有侵蚀性，只有当地下水中某些化学成分（如HCO3-、SO42-、Cl-、侵蚀性CO2等）含量过高时，才对混凝土产生分解性侵蚀、结晶性侵蚀及分解、结晶复合性侵蚀。地下

8、水中的化学成分与环境及污染情况有关。所以，在工业与民用建筑工程地质勘察时，必须测定地下水的化学成分，并评价其对混凝土的各种侵蚀性。,6、地基的施工条件问题 修建工业与民用建筑基础时，一般都需要进行基坑开挖工作，地基的施工条件不仅会影响施工期限和建筑物的造价，而且对基础类型的选择起着决定性作用。开挖基坑时，会遇到采取多大坡角的坑壁才能稳定，以及是否需要支撑等问题。若基坑开挖到地下水位以下时，会遇到基坑排水问题，需预测基坑涌水量大小，为选择排水方法和排水设备提供依据。,地基的变形和失稳,地基变形的三个阶段,a.线性变形阶段,塑性变形区,连续滑动面,oa段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接

9、近于直线，土中f,地基处于弹性平衡状态,b.弹塑性变形阶段,ab段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区,c.破坏阶段,bc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化,地基的变形和失稳,地基的破坏形式,地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基地压力称为临塑荷载pcr,地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基地压力称为极限荷载pu,1.整体剪切破坏,a.p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段,b.地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面,c.荷载达到

10、极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起,地基的变形和失稳,2.局部剪切破坏,a.p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段,b.塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内,c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起,3.冲剪破坏,b.地基不出现明显连续滑动面,c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷,a.p-s曲线没有明显的转折点,地基的破坏形式,地基的变形和失稳,某谷仓的地基整体破坏,地基的变形和失稳,1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆,地基的变形和失稳,在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏,地基的变形和失稳,1964年日本新泻（Niigata）地

11、震地基的大面积液化,1964年日本新泻（Niigata）地震地基的大面积液化,地基的变形和失稳,地基液化引起的建筑物破坏,地基的变形和失稳,某宫殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降达2.2米，存在明显的沉降差。,墨西哥的沉降问题是世界著名的,地基的变形和失稳,比萨斜塔-不均匀沉降的典型,始建于1173年，60米高。1271年建成平均沉降2米，最大沉降4米。倾斜5.5，顶部偏心2.1米,地基的变形和失稳,大阪 Nishinomiya 桥的桥墩破坏.6个桥墩中至少2个严重破坏，其可能的原因是岸边桥墩的大变形导致第一组桥墩过载。,日本1995年1月17日阪神大地震,第二节 地基中应力

12、分布,自重应力 基底压力地基中的附加应力,强度问题,变形问题,地基中的应力状态,应力应变关系,土力学中应力符号的规定,应力状态及应力应变关系,自重应力,附加应力,基底压力计算,建筑物修建以后，建筑物重量等外荷载在地基中引起的应力，所谓的“附加”是指在原来自重应力基础上增加的压力。,建筑物修建以前，地基中由土体本身的有效重量所产生的应力。,应力应变关系的假定,1、关于连续介质问题弹性理论要求：受力体是连续介质。而土是由三相物质组成的碎散颗粒集合体，不是连续介质。,2、关于线弹性体问题理想弹性体的应力与应变成正比直线关系，且应力卸除后变形可以完全恢复。,3、关于均质、等向问题理想弹性体应是均质的各

13、向同性体。而天然地基往往是由成层土组成，为非均质各向异性体。为此进行假设，天然地基作为均质的各向同性体。,一般应力状态三维问题,地基中常见的应力状态,材料力学,+,-,+,-,土力学,正应力,剪应力,拉为正压为负,顺时针为正逆时针为负,压为正拉为负,逆时针为正顺时针为负,摩尔圆应力分析,土力学中应力符号的规定,土的密度定义为单位体积土的质量，用表示，以g/m3计：土的重度定义为单位体积土的重量，是重力的函数，用表示，以kN/m3计：式中，G为土的重量，g为重力加速度，g=9.80665m/s2，工程上为了计算方便，有时取g=10m/s2。饱和密度和干密度。土的饱和密度定义为土中孔隙被水充满时土

14、的密度，表示为：土的干密度定义为单位土体积中土粒的质量，表示为：,在计算土中自重应力时，须采用土的重力密度，简称重度。与上述几种土的密度相应的有土的天然重度、饱和重度、干重度。在数值上，它们等于相应的密度乘以重力加速度g，即，。另外，对于地下水位以下的土体，由于受到水的浮力作用，将扣除水浮力后单位体积土所受的重力称为土的有效重度，以 表示，当认为水下土是饱和时，它在数值上等于饱和重度 与水的重度（）之差，即：,地基中的自重应力计算,一、竖向自重应力,土体中任意深度处的竖向自重应力等于单位面积上土柱的有效重量,地基中的自重应力计算,一、竖向自重应力,注意,若计算点在地下水位以下，由于水对土体有浮

15、力作用，则水下部分土柱的有效重量应采用土的浮容重或饱和容重计算；1.当位于地下水位以下的土为砂土时，土中水为自由水，计算时用浮容重。2.当位于地下水位以下的土为坚硬粘土时，在饱和坚硬粘土中只含有结合水，计算自重应力时应采用饱和容重。3.水下粘土，当IL1时，用浮容重。4.如果是介乎砂土和坚硬粘土之间的土，则要按具体情况分析选用适当的容重。,二、成层土的自重应力计算,说明：1.地下水位以上土层采用天然重度，地下水位以下土层采用浮重度2.非均质土中自重应力沿深度呈折线分布,1 h1,1 h1+2h2,1 h1+2h2+3h3,地基中的自重应力计算,三、水平向自重应力,静止侧压力系数,地基中的自重应

16、力计算,例题,某建筑场地的地质柱状图和土的有关指标列于左图中。试计算地面下深度为2.5m、6.0m和8.0m处的自重应力，并绘制自重应力分布图。,解：自重应力的计算见下表。,基底压力计算,基底压力：建筑物上部结构荷载和基础自重通过基础传递给地基，作用于基础底面传至地基的单位面积压力,基底压力计算,影响基底压力的因素:基础的形状、大小、刚度，埋置深度，基础上作用荷载的性质（中心、偏心、倾斜等）及大小、地基土性质,基底压力计算,一、中心荷载作用下的基底压力,若是条形基础，N,G取单位长度基底面积计算,取室内外平均埋深计算,基底压力计算,二、偏心荷载作用下的基底压力,作用于基础底面形心上的力矩M=(

17、N+G)e,基础底面的抵抗矩；矩形截面W=BA2/6,基底压力计算,讨论：,当e 0，基底压力呈梯形分布,当e=B/6时，pmax0，pmin=0，基底压力呈三角形分布,当eB/6时，pmax0，pmin0，基底出现拉应力，基底压力重分布,基底压力计算,P,Pv,Ph,倾斜偏心荷载,分解为竖直向和水平向荷载，水平荷载引起的基底水平应力视为均匀分布。,地基中的附加应力,地基土是均匀连续的，即变形摸量E 和侧膨胀系数各个方向都相等；,地基土是等向的，即各向同性的，即同一点的E和各个方向相等。,地基是半无限空间弹性体；,对地基土的几点假定：,附加应力:在建筑物荷载作用下在地基中产生的应力。,附加应力

18、的计算方法,（1）矩形均布铅直荷载下的附加应力,矩形均布铅直荷载如图所示。其中点（即z轴上x=y=0的各点）下的铅直附加应力z，按下式计算式中：0为中点附加应力系数，可查P227表142确定；P0为基底附加应力，,附加应力的计算方法,附加应力的计算方法,矩形均布荷载角点下任意深度z处的铅直附加应力z，可按下式计算 式中：为角点附加应力系数，可查P227表143确定。矩形均布荷载中点下的z，也可采用求角点下应力的方法求得，即通过矩形中点将矩形面积分成4个相等的小矩形，求出任意一小矩形的角点附加应力后乘以4，即为大矩形中点的应力。对于非角点下（荷载面内、外任意一点下）地基中的应力，可用叠加原理求得

19、。具体做法是，先通过计算点作平行于矩形面各边的辅助线，从而将荷载面划分成几个矩形，这样计算点便成了几个矩形的公共角点，然后分别求得各矩形荷载在此公共角点下的附加应力，叠加后便可得到整个荷载作用下的附加应力z。在划分新矩形时，计算点必须是各矩形的公共角点，各新矩形的长边为A，短边为B。,附加应力的计算,a.矩形面积内,b.矩形面积外,两种情况：,荷载与应力间满足线性关系,叠加原理,角点下垂直附加应力的计算公式,地基中任意点的附加应力,角点法,附加应力的计算,（2）条形均布铅直荷载下的附加应力,当矩形基础的长宽比很大，即A/B10时，称为条形基础。房屋的墙基及挡土墙基础等均属于条形基础。当这种条形

20、基础在基底产生的条形荷载沿长度方向不变时，地基应力计算属平面问题，即垂直于长度方向的任一截面上的附加应力分布规律都是相同的（接近墙基两端的截面另作处理）。在条形均布荷载作用下，地基中的铅直附加应力z，可按下式计算 式中：为附加应力系数，可查P228表144确定。,附加应力的计算,附加应力的计算,条形均布荷载作用下地基中铅直附加应力z的分布如图所示。从等值线图上可以看出：在基底中心铅垂线上相当基础宽度（B）的深度上，附加应力大致为基底附加应力的50%；大约在3B处，附加应力只有基底附加应力的20%左右；大约在6B处，附加应力只有基底附加应力的10%。相当基底附加应力20%的附加应力等值线分布范围

21、，为距基础中心铅垂线1B的范围；相当基底附加应力10%的附加应力等值线分布范围，为距基础中心铅垂线2B的范围。基础以下超过6B深度和超过2B宽度范围以外，地基中附加应力更微小，工程实际中可以不再考虑其对地基沉降的影响。,相邻荷载的影响,由几个外力共同作用时所引起的某一参数（内力、应力或位移），等于每个外力单独作用时所引起的该参数值的代数和,两个集中力作用下z的叠加,附加应力的计算,地基最终沉降量的计算 地基沉降与时间关系,第三节 地基变形及沉降预测,土具有压缩性,荷载作用,地基发生沉降,荷载大小,土的压缩特性,地基厚度,一致沉降（沉降量）,差异沉降（沉降差）,建筑物上部结构产生附加应力,影响结

22、构物的安全和正常使用,土的特点（碎散、三相）,沉降具有时间效应沉降速率,地基土产生压缩的原因,外因：1.建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素；2.地下水位大幅度下降，相当于施加大面积荷载；3.施工影响，基槽持力层土的结构扰动；4.振动影响，产生震沉；5.温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化；6.浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。,内因：1.固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建 筑工程来说没有意义的；2.土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载（100-600）Kpa作用下，很小，可不计；3.土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中 挤出，使土的孔隙减小。,土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的

23、特性,压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出,占总压缩量的1/400不到，忽略不计,压缩量主要组成部分,说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果,透水性好，水易于排出,压缩稳定很快完成,透水性差，水不易排出,压缩稳定需要很长一段时间,土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程,地基最终沉降量的计算,最终沉降量S：,t时地基最终沉降稳定以后的最大沉降量，不考虑沉降过程。,不可压缩层,可压缩层,z=p,p,地基最终沉降量的计算,1、基本假定和基本原理,理论上不够完备，缺乏统一理论；单向压缩分层总和法是一个半径验性方法。,二、地基最终沉降量分层总和法,（a）假设基底压

24、力为线性分布（b）附加应力用弹性理论计算（c）只发生单向沉降：侧限应力状态（d）只计算固结沉降，不计瞬时沉降和次固结沉降（e）将地基分成若干层，认为整个地基的最终沉降量为各层沉降量之和：,地基最终沉降量的计算,2、计算步骤,二、地基最终沉降量分层总和法,(a)计算原地基中自重应力分布,(b)基底附加压力p0,p0=p-d,(c)确定地基中附加应力z分布,自重应力,附加应力,(d)确定计算深度zn,一般土层：z=0.2 sz；软粘土层：z=0.1 sz；一般房屋基础：Zn=B(2.5-0.4lnB)；基岩或不可压缩土层。,沉降计算深度,sz从地面算起；,z从基底算起；z是由基底附加应力 p-d

25、引起的,地基最终沉降量的计算,2、计算步骤,二、地基最终沉降量分层总和法,(a)计算原地基中自重应力分布,(b)基底附加压力p0,(c)确定地基中附加应力z分布,(d)确定计算深度zn,(e)地基分层Hi,不同土层界面；地下水位线；每层厚度不宜0.4B或4m；z 变化明显的土层，适当取小。,(g)各层沉降量叠加Si,(f)计算每层沉降量Si,szi,zi,Hi,地基最终沉降量的计算,3、计算公式,（a）e-曲线,二、地基最终沉降量分层总和法,地基最终沉降量的计算,三、地基设计规范方法,由建筑地基基础设计规范（GB500072002）提出分层总和法的另一种形式沿用分层总和法的假设，并引入平均附加

26、应力系数和地基沉降计算经验系数,均质地基土，在侧限条件下，压缩模量Es不随深度而变，从基底至深度z的压缩量为,附加应力面积,深度z范围内的附加应力面积,附加应力通式z=K p0,引入平均附加应力系数,因此附加应力面积表示为,因此,地基最终沉降量的计算,利用附加应力面积A的等代值计算地基任意深度范围内的沉降量，因此第i层沉降量为,根据分层总和法基本原理可得成层地基最终沉降量的基本公式,第n层,第i层,Ai,Ai-1,三、地基设计规范方法,地基最终沉降量的计算,三、地基设计规范方法,地基沉降计算深度zn应该满足的条件,zi、zi-1基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m),当确定沉降计算深

27、度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式，若计算深度范围内存在基岩，zn可取至基岩表面为止,当无相邻荷载影响，基础宽度在130m范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算,为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个沉降计算经验系数ys，可以查有关系数表得到,地基最终沉降量修正公式,地基最终沉降量的计算,四、地基沉降计算中的有关问题,1.分层总和法在计算中假定不符合实际情况 假定地基无侧向变形 计算结果偏小 计算采用基础中心点下土的附加应力和沉降 计算结果偏大 两者在一定程度上相互抵消误差，但精确误差难以估计,2.分层总和法中附加应力计算应考虑土体

28、在自重作用下的固结程度，未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量相邻荷载对沉降量有较大的影响，在附加应力计算中应考虑相邻荷载的作用,3.当建筑物基础埋置较深时，应考虑开挖基坑时地基土的回弹，建筑物施工时又产生地基土再压缩的情况,地基最终沉降量的计算,回弹在压缩影响的变形量,计算深度取至基坑底面以下5m，当基坑底面在地下水位以下时取10m,sc考虑回弹再压缩影响的地基变形Eci土的回弹再压缩模量，按相关试验确定yc考虑回弹影响的沉降计算经验系数，取1.0Pc基坑底面以上土的自重应力，kPa,式中：,四、地基沉降计算中的有关问题,地基最终沉降量的计算,五、沉降分析中的若干问题,1.土的回弹与再压缩

29、,a,d,b,1.土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分为不能恢复的塑性变形2.土的再压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显降低,2.粘性土沉降的三个组成部分,1.sd 瞬时沉降2.sc 固结沉降3.ss 次固结沉降,地基最终沉降量的计算,五、沉降分析中的若干问题,3.土的应力历史对土的压缩性的影响,土的应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态,先期固结压力pc：土在其生成历史中曾受过的最大有效固结压力,讨论：对试样施加压力p时，压缩曲线形状,ppc,再压曲线，曲线平缓,ppc,正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大,地基最

30、终沉降量的计算,五、沉降分析中的若干问题,先期固结压力：,历史上所经受到的最大压力p（指有效应力）,s=z：自重压力p=s：正常固结土p s：超固结土p s：欠固结土,OCR=1：正常固结OCR1：超固结OCR1：欠固结,相同s 时，一般OCR越大，土越密实，压缩性越小,超固结比：,例题 有一矩形基础放置在均质粘土层上，如图所示。基础长度L=10m，宽度B=5m，埋置深度D=1.5m，其上作用着中心荷载P=10000kN。地基土的重度为20kN/m3，饱和重度21kN/m3，土的压缩曲线如图（b）所示。若地下水位距基底2.5m，试求基础中心点的沉降量。,【解】（1）由L/B=10/5=210可

31、知，属于空间问题，且为中心荷载，所以基底压力为 基底净压力为（2）因为是均质土，且地下水位在基底以下2.5m处，取分层厚度2.5m（3）求各分层面的自重应力（注意：从地面算起）并绘分布曲线见图（a）,（4）求各分层面的竖向附加应力并绘分布曲线见图(a)。该基础为矩形，属空间问题，故应用“角点法”求解。为此，通过中心点将基底划分为四块相等的计算面积，每块的长度L1=5m，宽度B1=2.5m。中心点正好在四块计算面积的公共角点上，该点下任意深度zi处的附加应力为任一分块在该点引起的附加应力的4倍，计算结果如下表所示。,（5）确定压缩层厚度。从计算结果可知，在第4点处有z4/c40.1950.2，所

32、以，取压缩层厚度为10m。（6）计算各分层的平均自重应力和平均附加应力。各分层的平均自重应力和平均附加应力计算结果见下表。（7）由图(b)根据p1i=si和p2i=si+zi分别查取初始孔隙比和压缩稳定后的孔隙比，结果列于下表。,（8）计算地基的沉降量。分别计算各分层的沉降量，然后累加即得,六、地基沉降与时间关系 细粒土体在建筑物荷载作用下，一般需较长时间才能达到沉降稳定。工程实际中，有时不仅要预估建筑物基础的最终沉降量，而且还常常要预估建筑物基础达到某一沉降量所需的时间或建筑物完工后经过某一时间可能产生的沉降量。关于沉降量与时间的关系，目前均以饱和细粒土单向渗透固结理论为基础。单向固结理论

33、理论假设：假设土体是均质、饱和的，固结过程中渗透系数和压缩系数均为常量，土中排水和压缩只限垂直单向，孔隙水的流动服从达西定律，外荷一次瞬时施加且在固结过程中保持不变。,单向固结微分方程及解答微分方程：式中：Cv土层的固结系数（cm2/a），；K土的渗透系数（cm/a）；e 土层在固结过程中平均孔隙比；W水的密度（0.01kg/cm3）；土的压缩系数（Kpa-1）。解答：式中：m：奇数正整数，即1，3，5 e：自然对数的底；：附加应力，不随深度变化；H：最大排水距离；Tv：时间因子，。,固结度：指地基土在固结过程中某一时间t的固结沉降量St 与固结达稳定的最终沉降量S的比值，以ut表示，即固结度

34、公式：由固结微分方程解并简化可得固结度公式求时间t时的沉降量 由t1、t2、t3不同时间沉降量S1、S2、S3可绘制St曲线，可得任何时间ti的沉降量。,（墨西哥城）,地基的沉降及不均匀沉降,第四节 地基强度及承载力的确定,一、地基承载力的含义 二、地基承载力的确定方法 按查表法确定地基承载力 按原位试验确定地基承载力 按理论公式计算地基承载力,地基强度：指地基在建筑物荷重作用下抵抗破坏的能力。它一方面与岩性等地质条件有关，另一方面和上部荷重的类型有关。当建筑物荷载超过基础下持力层本身所能承受的能力时，地基土就要产生剪切滑动破坏。因此，在设计建筑物基础时，不仅要使地基土变形在允许范围之内，而且

35、要满足强度要求，即建筑物作用在地基上的荷载要小于地基所能承受外荷的最大能力。,一、地基承载力的含义 1、地基承载力：地基在同时满足变形和强度两个条件下，单位面积所承受的最大荷载，称为地基承载力。2、分类：可分为地基承载力基本值（f0），地基承载力标准值（fk）和地基承载力设计值（f）。（1）地基承载力基本值：是指直接由单项试验指标确定的地基承载力值。（2）地基承载力标准值：是指按标准方法试验并经统计处理后的承载力值。（3）地基承载力设计值：是指经基础深度和宽度修正后，用于建筑物设计的承载力值。,二、地基承载力的确定方法 按查表法确定地基承载力 按原位试验确定地基承载力 按理论公式计算地基承载力

36、,1、按查表法确定地基承载力,建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）中列出了各种岩土的承载力表格，查各表格可得到地基承载力的基本值或标准值。（1）当根据野外鉴别结果确定地基承载力标准值时，应符合表14-9和表14-10中的规定。,（2）当根据室内土的物理、力学指标平均值确定地基承载力标准值时，应按下列规定将表14-11至表14-15中的承载力基本值乘以回归修正系数。,回归修正系数，应按下式计算 式中：f为回归修正系数；n为据以查表的土性质指标参加统计的数据；为变异系数。当回归修正系数小于0.75时，应分析过大的原因，如分层是否合理，试验有无差错等，并应同时增加试样数量。变异系数应按下式计算 式

37、中：为据以查表的某一土性质指标试验平均值；为标准差。当表中并列两个指标时，变异系数应按下式计算式中：1为第一指标的变异系数；2为第二指标的变异系数；为第二指标的折减系数。,（3）当根据标准贯入试验击数N、轻便触探锤击数N10自P237表14-16至表14-19确定地基承载力标准值时，现场试验锤击数应经下式修正，即N（或N10）=-1.645、分别为平均值及标准差。计算取至整数位。,（4）地基承载力设计值，可按下列方法确定当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，除岩石地基外，其地基承载力设计值应按下式计算 式中：f为地基承载力设计值；fk为地基承载力标准值；b、d为基础宽度和埋深的地基承载力

38、修正系数，按地基土类别查表1420确定；为土的重度（KN/m3），为基底以下土的天然密度与重力加速度g的乘积，地下水位以下取浮重度；B为基础底面宽度（m），当基宽小于3m按3m考虑，大于6m按6m考虑；0为基础底面以上土的加权平均重度（KN/m3），地下水位以下取浮重度；d为基础埋置深度（m）。当计算所得设计值f1.1fk 时，可取f=1.1fk.当不满足上式计算的条件时，可按f=1.1fk，直接确定地基承载力设计值。,2、按原位试验确定地基承载力 工程实际中，常按原位试验所获得的参数来确定地基承载力，其优点在于试验时能保持岩土体的天然结构和含水率，得到的参数与实际情况接近，可靠性较高。常用于

39、地基土体原位测试的方法有现场载荷试验、触探试验和旁压试验等。这些试验的原理、方法及资料的应用已经在前面做了介绍。载荷试验是一种标准原位测试方法试验，单个试验点所确定的地基承载力为承载力基本值，同一土层参加统计的试验点不应少于3个，基本值的极差不得超过平均值30%，取此平均值作为承载力标准值。以静力触探、旁压试验及其他原位测试试验确定地基承载力标准值时，应与载荷试验的直接试验结果进行对比后确定。,3、按理论公式计算地基承载力 当前国内外关于计算地基承载力的理论公式较多，它们都是基于土的强度理论，根据地基土中塑性变形区发展范围以及整体剪切破坏等情况，并在一定假设条件下推导出的计算公式。有临塑荷载计

40、算公式、临界荷载计算公式和极限承载力计算公式三大类。这里介绍建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）中推荐的计算公式，该公式是采用地基土中塑性变形区的最大深度达到基础宽度1/4时的相应荷载（即临界荷载）作为地基承载力设计值。式中：0为基础底面以上土的加权平均重度（KN/m3），地下水位以下取浮重度；为基础底面以下土的重度（KN/m3），地下水位以下取浮重度；d为基础砌置深度（m）；B为基础底面宽度（m），大于6m按6m考虑，对于砂土当基宽小于3m按3m考虑；Ck、k分别为基底下1倍半基础宽度的深度范围内的内聚力（KPa）和内摩擦角（）标准值。,上述公式可简化为如下形式 式中：fv为由土的抗剪强度

41、指标确定的地基承载力设计值；Mb、Md、Mc为承载力系数，按表1421确定；其他符号意义同上式。需要指出的是，该计算公式仅适用于偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度的条件下。,在确定地基承载力时，应结合当地的建筑经验决定采用何种方法。但一般规定是：一级建筑物应采用载荷试验、理论公式计算及其他原位试验等方面综合确定；二级建筑物可按规范查表法或其他原位试验（除载荷试验之外）确定；三级建筑物则可根据临近建筑的经验确定。,选择地基基础类型，主要考虑两方面因素：1、建筑物的性质；2、地基的地质情况。,地基基础方案1.天然地基上的浅基础；2.人工地基上的浅基础；3.天然地基上的深基础、桩基础。,浅基

42、础,浅基础的类型,扩展基础,刚性基础,柔性基础,联合基础,条形基础,箱形基础,独立基础,筏板基础,十字交叉梁基础,壳体基础,按构造类型,一、扩展基础,适用于多层民用建筑和轻型厂房,(1)无筋扩展基础(刚性基础）,基础底面积越大其底面压强越小，对地基的负荷越有利，但放大的尺寸超过一定范围，超过基础材料本身的抗拉，抗剪能力，就会引起破坏，折列的方向不是沿柱或墙的外侧垂直向下的，而是与垂线形成一个角度，这个角度就是材料刚性角 刚性角是刚性基础（相对于钢筋混凝土扩展基础而言）从基础传力扩散角度考虑的，用它来控制刚性基础的高度，不同的材料刚性角不同，主要由基础或其台阶的高宽比确定，地基规范中有具体的规定

43、。,(2)扩展基础(柔性基础）,1、定义 2、受力性能：抗弯和抗剪 性能良好,二、联合基础 当为了满足地基土的强度要求，必须扩大基础平面尺寸，与相邻的单个基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。,联合基础,三、按构造类型,1、独立基础,2、条形基础长度远大于宽度的基础,3、十字交叉梁基础,4、筏板基础,5、箱形基础目前在高层建筑中多采用箱形基础,6、壳体基础 适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑 物的基础。,天然地基上浅基础的设计，包括下述各项内容：1.选择基础的材料、类型和平面布置；2.选择基础的埋置深度；3.确定地基承载力；4.确定基础尺寸；5.进行地基变形与

44、稳定性验算；6.进行基础结构设计；7.绘制基础施工图，提出施工说明。,一般浅基础设计,第五节 桩基础和深基础,概述单桩承载力确定 桩基计算 桩基础设计 深基础,一般工业与民用建筑物应充分利用地基土层的承载能力，而尽量采用浅基础。但是，当建筑物的荷重较大，浅层土层性质又较差，无法满足其要求时，可以利用深部的坚实土层或岩层作持力层，这就得采用深基础了。常见的深基础类型有：桩基础、墩基础、沉井基础、沉箱基础和地下连续墙等。与其他类型深基础相比，桩基础具有施工快、投资少、效果好等优越性，是一种应用最广泛、大有发展前途的深基础。桩基础：通常由许多根桩组成，桩身部分或全部埋入土中，在桩顶处修建承台，将群桩

45、连成整体，构成桩基础，再在承台上部建筑。,概述,按所用的材料分为：木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩和钢桩四种类型。木桩：适用于常年在地下水位以上的地基，所用木材必须坚韧耐久，如衫木、松木和橡木等。优点是储运方便、打桩设备简单、较经济，但承载力较低。混凝土桩：在现场开孔至所需深度，随即在孔内浇灌混凝土，经捣实后就成为混凝土桩，优点是设备简便，操作方便，经济，省钢材，但可能产生“缩颈”，断桩，局部夹土和混凝土离析等质量事故。钢筋混凝土桩：一般用预制桩，做成实心的方形、原型或十字形截面，当桩直径较大时也可做成空心或圆柱形截面。优点是承载能力大，不受地下水位限制，但自重大，需笨重的打桩设备，预制钢筋混凝土

46、桩长短不合适时剪接麻烦，但使用最广。钢桩：用各种型钢做为桩，常用的钢桩有钢管桩、宽翼工字形钢桩等。优点是承载力高，适用于大型、重型的设备基础，但价格高，费钢材，易锈蚀，使用不广。,桩的分类,按桩施工方法可分为：灌注桩、预制桩和爆扩桩等类型 灌注桩：在现场开孔，灌注成型，材料用混凝土或钢筋混凝土。优点是不需预先制作和运输，没有预制桩打桩时的振动和噪音，可根据桩身内力大小，分段配筋或不配筋以节约钢材，可做成大直径的灌注桩提高桩的承载力，但容易造成缩颈等质量事故。预制桩：预先制成桩，利用打桩设备打入地基。优点是可标准化生产，在地面良好的条件下制作，质量高，但在运输、吊装、打桩过程中应注意避免损坏桩体

47、等。爆扩桩：在桩身钻孔达到桩尖持力层后，用人工或机械将桩底扩大，可以用较少的混凝土量，使单桩承载力成倍提高。,桩的分类,按桩在地基中的受力情况分为：端承桩和摩擦桩两类 端承桩：桩穿过软弱土层，且桩端进入深层的硬土层或岩层中，上部荷重由桩尖阻力承受。摩擦桩：当软弱土层很厚，桩不打入深部的硬土中，上部荷重由桩侧摩擦力和桩尖阻力共同承担。,桩的分类,单桩承载力确定,式中 li、Ui 桩周第i层土厚长度和相应的桩身 周长；Ap 桩底面积；qsui、qpu 第i层土的极限侧阻力和持 力层极限端阻力。,单桩竖向承载力设计值 Qd=(Qsk+Qpk)/1.65(桩基规范)单桩竖向承载力特征值Qd=(Qsk+

48、Qpk)/2.0(地基规范),Qu、qsui、qpu的确定通常采用下列几种方法：,一、静载试验法,二、静力学计算法,三、原位测试法,1、试验装置,一、静载试验法,极限载荷,2、试验成果,图1：Q-S曲线图,560KN,560KN,图2：S-Log(t)曲线,Rk=PU/K,K-安全系数,常取2,单桩竖向承载力特征值Rk,建筑地基基础设计规范,二、静力学计算法,三、原位测试法 静力触探法(CPT)标准贯入试验法(SPT)旁压试验法(PMT),一、桩顶作用效应 1、基桩桩顶作用效应计算 轴心荷载作用下的轴心力,偏心荷载作用下的轴心力,桩基计算,2、地震作用效应,桩顶荷载计算简图,二、基桩竖向承载力

49、验算 1、荷载效应基本组合 轴心,偏心,2、地震作用效应组合 轴心,偏心,三、桩基软弱下卧层承载力验算,其中 对于 的群桩基础,对于 的群桩基础,四、桩基沉降验算 采用实体基础假设，以分层综合法计算。,五、桩基负摩阻力验算,1、摩檫桩基础 2、端承桩基础,一、基本设计资料 1、勘探点间距 2、勘探深度 二、桩的类型、截面和桩长的选择 三、桩的根数和布置 1、桩的根数 2、桩的间距 3、桩在平面上的布置 四、桩身结构设计 五、承台设计 1、构造要求 2、承台结构承载力计算,桩基础设计,（1）受弯计算,（2）受冲切计算 柱（墙）下,柱下矩形独立承台受柱冲切,（3）受剪切计算,（4）局部受压计算,混

50、凝土结构设计规范建筑抗震设计规范,深基础,沉井基础地下连续墙,沉井基础,这种基础现采用较少。由于它整体性好、刚度大、传力可靠，在大跨度和深水地区修建桥梁仍被采用。,南京长江大桥的沉井下沉深度达54.87米,江阴长江公路大桥,北锚碇采用大型深沉井基础，平面尺寸为69米51米，下沉58米，为世界第一大沉井(面积近个半篮球场，高度相当于层楼)。,世界第一大沉井,南岸重力嵌岩锚,北岸,南岸,北岸锚锭的沉井的平面尺寸达69m51m，埋深58m，是世界上平面尺寸最大的沉井基础。,地下连续墙的概念地下连续墙优点,地下连续墙,施工过程：利用专用的挖槽机械在泥浆护壁下开挖一定长度（一个单元槽段）挖至设计深度并清