土力學(xué)與地基基礎(chǔ)教案.doc

周 次第 12周，第 1、2 次課章節(jié)名稱第7章 天然淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)授課方式課堂講授（ ）；實(shí)踐課（ ）教學(xué)時(shí)數(shù)4教學(xué)目標(biāo)1、 掌握天然淺基礎(chǔ)的類型；2、 掌握地基承載力設(shè)計(jì)；3、 掌握淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算；教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：基礎(chǔ)埋置深度，天然淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，地基承載力計(jì)算難點(diǎn)：天然淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，地基承載力計(jì)算地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)相互作用的概念。地基承載力設(shè)計(jì)值；基礎(chǔ)底面尺寸的確定；軟弱下臥層地基承載力的驗(yàn)算方法 教學(xué)內(nèi)容與設(shè)計(jì)第7章 天然淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)本章內(nèi)容：7.5.1 按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定一、規(guī)范推薦的理論公式對豎向荷載偏心和水平力都不大的基礎(chǔ)來說，當(dāng)荷載偏心距/30(為偏心方向基礎(chǔ)邊長)時(shí)，還可以采用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的式7-5計(jì)算。7.5.2 按地基載荷試驗(yàn)確定在現(xiàn)場通過一定尺寸的載荷板對擾動(dòng)較少的地基土體直接施荷，所測得的成果一般能反映相當(dāng)于12倍載荷板寬度的深度以內(nèi)土體的平均性質(zhì)。這樣大的影響范圍為許多其它測試方法所不及。載荷試驗(yàn)雖然比較可靠，但費(fèi)時(shí)、耗資而不能多做。規(guī)范只要求對一級(jí)建筑物采用載荷試驗(yàn)，理論公式計(jì)算及其它原位試驗(yàn)等方法綜合確定，對于成份或結(jié)構(gòu)很不均勻的土層，如雜填土、裂隙土、風(fēng)化巖等，它則顯出用別的方法所難以代替的作用。規(guī)范地基承載力表所提供的經(jīng)驗(yàn)性數(shù)值也是以靜載荷試驗(yàn)成果為基礎(chǔ)的。 有關(guān)載荷試驗(yàn)方法以及確定承載力和變形參數(shù)的內(nèi)容已經(jīng)分別在第三章和第六章中介紹，此處不再贅述。新書198頁，“由于建筑物基礎(chǔ)面積?！?.5.3 按規(guī)范承載力表確定我國國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ789以各地區(qū)靜載荷試驗(yàn)資料為基礎(chǔ)，通過統(tǒng)計(jì)分析，對各類土建立了按野外鑒別結(jié)果、室內(nèi)物理、力學(xué)指標(biāo)，或現(xiàn)場動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)查取地基承載力基本值或標(biāo)準(zhǔn)值的表格。除巖石地基外，所有表格都是針對基礎(chǔ)寬度3m、埋置深度0.5m的情況作出的，具體的計(jì)算步驟可以看規(guī)范。7.6 淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算7.6.1 軸心荷載作用下基礎(chǔ)底面積的確定7.6.2 偏心荷載作用下基礎(chǔ)底面積的確定7.6.3 軟弱下臥層的驗(yàn)算當(dāng)?shù)鼗芰臃秶鷥?nèi)存在軟弱下臥層(承載力顯著低于持力層的高壓縮性土層)時(shí)，按持力層土的承載力計(jì)算得出基礎(chǔ)底面所需的尺寸后，還必須對軟弱下臥層進(jìn)行驗(yàn)算，要求作用在軟弱下臥層頂面處的附加應(yīng)力與自重應(yīng)力之和不超過它的承載力設(shè)計(jì)值，即新書201頁7-7 。講到201頁結(jié)束舊書232頁例題6-87.6.4 地基變形驗(yàn)算 一、概述按地基承載力適當(dāng)選定了基礎(chǔ)底面尺寸，一般已可保證建筑物在防止地基剪切破壞方面具有足夠的安全度，但是，在荷載作用下，地基的變形總要發(fā)生。如何控制地基變形，使之不會(huì)導(dǎo)致建筑物開裂損壞、有損其使用條件和外觀，這是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須予以充分考慮的另一基本問題。解決問題的理想途徑是：從地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)三者之間的變形協(xié)調(diào)條件和靜力平衡條件出發(fā)，進(jìn)行整體的相互作用分析。這種計(jì)算如果可以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然就能全面地預(yù)測整個(gè)體系的內(nèi)力和變形情況，從而作出理想的設(shè)計(jì)方案。然而，建筑物與地基變形的相互影響與建筑物的結(jié)構(gòu)類型、整體剛度、體型大小、荷載分布、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、地基土層分布及其工程特性、乃至施工過程和方法等許多因素有關(guān)，其復(fù)雜程度是可想而知的。目前充其量還只能部分遵循以上原則，采用可行的簡化方法進(jìn)行局部的相互作用計(jì)算(例如將在第七章介紹的地基上梁和板的分析)。在常規(guī)設(shè)計(jì)中，一般都針對各類建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、整體剛度和使用要求的不同，計(jì)算地基變形的某一特征值，驗(yàn)證其是否不超過相應(yīng)的允許值，即要求滿足下列條件： (7-27)上式中各種特征變形值的預(yù)估應(yīng)以對應(yīng)于荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)的基礎(chǔ)底面處的附加壓力，按第三章的方法計(jì)算沉降量后求得。傳至基礎(chǔ)底面的荷載應(yīng)按長期效應(yīng)組合，不應(yīng)計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用。對重要的柱下條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ)等連續(xù)基礎(chǔ)，初步設(shè)計(jì)時(shí)，可先按常規(guī)方法驗(yàn)算，以確定方案的可行性，在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，可進(jìn)一步，以考慮地基與基礎(chǔ)相互作用的方法計(jì)算地基變形。地基變形允許值的確定涉及的因素很多，它除了要考慮各類建筑物對地基不均勻沉降反應(yīng)的敏感性以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度貯備等有關(guān)情況外，還與建筑物的具體使用要求有關(guān)。我國建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范綜合分析了國內(nèi)外各類建筑物的有關(guān)資料，提出了附表7-16所列的地基變形允許值供設(shè)計(jì)時(shí)采用。對表中未包括的其它建筑物的地基變形允許值，可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對地基變形的適應(yīng)能力和使用上的要求自行確定。二、地基變形特征 地基變形特征一般分為：沉降量基礎(chǔ)某點(diǎn)的沉降值；沉降差基礎(chǔ)兩點(diǎn)或相鄰柱基中點(diǎn)的沉降量之差；傾斜基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的沉降差與其距離的比值；局部傾斜砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向6l0m內(nèi)基礎(chǔ)兩點(diǎn)的沉降差與其距離的比值。具體建筑物所需驗(yàn)算的地基變形特征取決于建筑物的結(jié)構(gòu)類型、整體剛度和使用要求。三、要求驗(yàn)算地基變形的建筑物范圍進(jìn)行地基變形驗(yàn)算，必須具備比較詳細(xì)的勘探資料和土工試驗(yàn)成果。這對于建筑物安全等級(jí)不高的大量中、小型工程來說，往往不易辦到。為此，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范在制訂各類土的地基承載力表時(shí)，已經(jīng)考慮了一般中、小型建筑物在地質(zhì)條件比較簡單的情況下對地基變形的要求。所以，只要是安全等級(jí)為三級(jí)，或地基條件和建筑類型符合規(guī)范要求的二級(jí)建筑物，在按規(guī)范表格提供的承載力確定基礎(chǔ)底面尺寸之后，就可以不進(jìn)行地基變形驗(yàn)算。7.7 防止不均勻沉降損害的措施 前面已反復(fù)說明，地基的過量變形將使建筑物損壞或影響其使用功能。特別是高壓縮性土、膨脹土、濕陷性黃土以及軟硬不均等不良地基上的建筑物，如果考慮欠周，就更易因不均勻沉降而開裂損壞。因此，如何防止或減輕不均勻沉降造成的損害，是設(shè)計(jì)中必須認(rèn)真考慮的問題。通常的辦法不外有：(1) 采用柱下條形基礎(chǔ)、筏基和箱基等；(2) 采用樁基或其它深基礎(chǔ)；(3) 采用各種地基處理方法；(4) 從地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)相互作用的觀點(diǎn)出發(fā)，在建筑、結(jié)構(gòu)或施工方面采取本節(jié)介紹的某些措施。前三類措施造價(jià)偏高，樁基、深基和許多地基處理方法還需要具備一定的施工條件才能采用。此外，只處理地基有時(shí)還不能完全解決問題，往往需同時(shí)輔以某些建筑、結(jié)構(gòu)和施工措施，才能取得預(yù)期的效果。在很多場合下，采取了這些措施以后，便可降低對地基處理的要求，有時(shí)還可免于處理。7.7.1 建筑措施一、建筑物的體型應(yīng)力求簡單建筑物平面和立面上的輪廓形狀，構(gòu)成了建筑物的體型。復(fù)雜的體型常常是削弱建筑物整體剛度和加劇不均勻沉降的重要因素。因此，地基條件不好時(shí)，在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量采用簡單的建筑體型，如長高比小(建筑物長度或沉降單元長度與自基礎(chǔ)底面算起的總高度之比)的等高“一”字形建筑物。實(shí)踐表明，這樣的建筑物，由于整體剛度好，地基受荷均勻，所以較少發(fā)生開裂。平面形狀復(fù)雜(如“”、“”、“”、“”等)的建筑物，縱、橫單元交叉處基礎(chǔ)密集，地基中由各單元荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力互相重疊，必然出現(xiàn)比別處大的沉降。加之這類建筑物的整體性差，各部分的剛度不對稱，很容易遭受地基不均勻沉降的損害。建筑物高低(或輕重)變化太大，地基各部分所受的荷載輕重不同，自然也容易出現(xiàn)過量的不均勻沉降。據(jù)調(diào)查，軟土地基上緊接高差超過二層的砌體承重結(jié)構(gòu)房屋，低者很多開裂，因此，當(dāng)?shù)鼗浫鯐r(shí)，建筑物的緊接高差以不超過一層為宜。二、控制長高比及合理布置墻體砌體承重房屋的長高比大，整體剛度就差，縱墻很容易因撓曲過度而開裂。根據(jù)調(diào)查認(rèn)為，二層以上的砌體承重房屋，當(dāng)預(yù)估的最大沉降量超過120mm時(shí)，長高比不宜大于2.5；對于平面簡單，內(nèi)、外墻貫通，橫墻間隔較小的房屋，長高比的控制可適當(dāng)放寬，但一般不大于3.0。不符合上述要求時(shí)，一般要設(shè)置沉降縫。合理布置縱、橫墻，是增強(qiáng)砌體承重結(jié)構(gòu)房屋整體剛度的重要措施之一。一般房屋的縱向剛度較弱，故地基不均勻沉降的損害主要表現(xiàn)為縱墻的撓曲破壞。內(nèi)、外縱墻的中斷、轉(zhuǎn)折，都會(huì)削弱建筑物的縱向剛度。地基不良時(shí)，應(yīng)盡量使內(nèi)、外縱墻都貫通?？v橫墻的聯(lián)結(jié)形成了空間剛度?？s小橫墻的間距，可有效地改善房屋的整體性，從而增強(qiáng)了調(diào)整不均勻沉降的能力。因此，許多長高比小，內(nèi)外縱墻貫通，橫墻間距較小的房屋(例如小開間集體宿舍)，盡管沉降較大，也能保持完好無損，反之，因不注意長高比的控制和合理布置墻體，致使建筑物開裂的事例也不少。三、設(shè)置沉降縫用沉降縫將建筑物(包括基礎(chǔ))分割為兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的沉降單元，可有效地防止地基不均勻沉降產(chǎn)生的損害，分割出的沉降單元，原則上都要求具備體型簡單，長高比小、結(jié)構(gòu)類型不變以及所在處的地基比較均勻等條件。為此，沉降縫的位置通常選擇在下列部位上：(1)長高比過大的建筑物的適當(dāng)部位；(2)平面形狀復(fù)雜的建筑物轉(zhuǎn)折部位；(3)地基土的壓縮性有顯著變化處；(4)建筑物的高度或荷載有很大差別處；(5)建筑物結(jié)構(gòu)類型(包括基礎(chǔ))截然不同處；(6)分期建造房屋的交界處；(7)擬設(shè)置伸縮縫處(沉降縫可兼作伸縮縫)。四、控制相鄰建筑物間距地基中附加應(yīng)力的向外擴(kuò)散，使得相鄰建筑物的沉降互相影響。在軟弱地基上，兩建筑物的距離太近時(shí)，相鄰影響產(chǎn)生的附加不均勻沉降，可能造成建筑物的開裂或互傾。這種相鄰影響主要表現(xiàn)為：(1)同期建造的兩相鄰建筑物之間的彼此影響，特別是當(dāng)兩建筑物輕(低)重(高)差別太大時(shí)，輕者受重者的影響；(2)原有建筑物受鄰近新建重型或高層建筑物的影響。為了避免相鄰影響的損害，軟弱地基上的建筑物基礎(chǔ)之間要有一定的凈距。其值視地基的壓縮性，影響建筑(產(chǎn)生影響者)的規(guī)模和重量，以及被影響建筑(受影響者)的剛度等因素而定。這些因素可以歸結(jié)為影響建筑的預(yù)估沉降量和被影響建筑的長高比兩個(gè)綜合指標(biāo)。五、調(diào)整某些設(shè)計(jì)標(biāo)高 建筑物的沉降改變了原有的標(biāo)高，嚴(yán)重時(shí)將影響建筑物的使用功能，預(yù)防措施有：(1)根據(jù)預(yù)估的沉降量事先提高室內(nèi)地坪或地下設(shè)施的標(biāo)高；(2)建筑物各部分(或設(shè)備之間)有聯(lián)系時(shí)，可將沉降較大者的標(biāo)高適當(dāng)提高；(3)在建筑物與設(shè)備之間，留有足夠的凈空；(4)有管道穿過建筑物時(shí)，應(yīng)預(yù)留足夠尺寸的空洞。7.7.2 結(jié)構(gòu)措施一、減輕建筑物的自重基底壓力中，建筑物自重(包括基礎(chǔ)及覆土重)所占的比例很大，據(jù)估計(jì)，工業(yè)建筑物為12左右，民用建筑物可達(dá)35以上，為此，對于軟弱地基上的建筑物，常采用下列一些措施減輕自重，以便達(dá)到減少沉降量的目的。1、減少墻體的重量。許多建筑物(特別是民用建筑物)的自重，大部分以墻體的重量為主，為了減少這部分重量，從長遠(yuǎn)來看，應(yīng)大力發(fā)展輕質(zhì)高強(qiáng)墻體材料?；炷翂Π?、各種空心砌塊，多孔磚以及其它輕質(zhì)墻，都能不同程度地達(dá)到減少自重的目的，可以考慮選用。此外，某些非承重墻，可用輕質(zhì)隔墻代替，不過要注意不使建筑物的整體剛度過于削弱。2、選用輕型結(jié)構(gòu)。例如可采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)及各種輕型空間結(jié)構(gòu)等。工業(yè)廠房屋蓋的重量往往很大，應(yīng)注意減輕。如過去常用的大型屋面板加外防水屋蓋，重量就很可觀，如改用各種自防水預(yù)制輕型屋面板，重量就可減輕不少。3、減少基礎(chǔ)和回填土的重量，可選用自重輕、回填土少的基礎(chǔ)型式，如墻下的淺埋鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)、殼體基礎(chǔ)等。如要求大量抬高室內(nèi)地坪時(shí)，可考慮用架空地板代替室內(nèi)厚填土。二、設(shè)置圈梁對于砌體承重墻房屋，不均勻沉降的損害突出地表現(xiàn)為墻體的開裂。因此，實(shí)踐中常在墻內(nèi)設(shè)置圈梁來增強(qiáng)其承受撓曲應(yīng)力的能力。這是防止出現(xiàn)裂縫及阻止裂縫開展的一項(xiàng)有效措施。當(dāng)墻體撓曲時(shí)，圈粱的作用猶如鋼筋混凝土梁內(nèi)的受拉鋼筋，它主要承受拉應(yīng)力，彌補(bǔ)了砌體抗拉強(qiáng)度不足的弱點(diǎn)，當(dāng)墻體正向撓曲時(shí)，下方圈粱起作用，反向撓曲時(shí)，上方圈梁起作用。因不容易正確估計(jì)墻體在某一段內(nèi)可能發(fā)生的撓曲方向，故通常在上、下方都設(shè)置圈梁。另外，圈粱必須與砌體結(jié)合成整體，否則便不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。一般的經(jīng)驗(yàn)是：二、三層的房屋，在基礎(chǔ)面附近及頂層門窗頂處各設(shè)圈梁一道，多層房屋除上述二道外，中間各層隔層設(shè)置(必要時(shí)也可層層設(shè)置)，位置在窗頂或樓板下面，對于單層的廠房及倉庫，可結(jié)合基礎(chǔ)梁、聯(lián)系梁：過梁等酌情設(shè)置。圈梁有兩種，一種是現(xiàn)澆的鋼筋混凝土梁。梁寬一般同墻厚，梁高不應(yīng)小于120mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C15，縱向鋼筋不宜少于48，箍筋間距不宜大于300mm。兼作跨度較大的門窗過梁時(shí)，按過梁計(jì)算另加鋼筋。另一種是鋼筋磚圈梁，即在水平灰縫內(nèi)夾筋形成鋼筋磚帶，高度為4-6皮磚，用M5砂漿砌筑，水平統(tǒng)長鋼筋不宜少于46，水平間距不宜大于120mm，分上、下兩層設(shè)置。此外，如果墻體因開大洞而受到嚴(yán)重削弱，且地基又很軟弱時(shí)，還可考慮在削弱部位適當(dāng)配筋，或用鋼筋混凝土邊框加強(qiáng)。三、減小或調(diào)整基底附加壓力四、采用剛性結(jié)構(gòu)7.7.3 施工措施在軟弱地基上進(jìn)行工程建設(shè)，合理安排施工程序，注意某些施工方法，也能收到減小或調(diào)整部分不均勻沉降的效果。當(dāng)擬建的相鄰建筑物之間輕(低)重(高)懸殊時(shí)，一般應(yīng)按照先重后輕的程序進(jìn)行施工；有時(shí)還需要在重建筑物竣工之后間歇一段時(shí)期后，再建造輕的鄰近建筑物。如果重的主體建筑物與輕的附屬部分相連時(shí)，也可按上述原則處理。 在已建成的輕型建筑物周圍，不宜堆放大量的建筑材料或土方等重物，以免地面堆載引起建筑物產(chǎn)生附加沉降。擬建的密集建筑群內(nèi)如有采用樁基礎(chǔ)的建筑物，樁的設(shè)置應(yīng)首先進(jìn)行。在進(jìn)行井點(diǎn)排水降低地下水位及挖深坑修建地下室(或其它地下結(jié)構(gòu))時(shí)，應(yīng)密切注意到對鄰近建筑物可能產(chǎn)生的不良影響。在淤泥及淤泥質(zhì)土的地基上開挖基坑時(shí)，要注意盡可能不擾動(dòng)土的原狀結(jié)構(gòu)，通?？稍诳拥妆Ａ?00mm左右厚的原土層，待施工墊層時(shí)才臨時(shí)鏟除。如發(fā)現(xiàn)坑底軟土已被擾動(dòng)，可挖去擾動(dòng)部分，用砂、碎石(磚)等回填處理。四、本章常見問題：常見問題7-1設(shè)計(jì)淺基礎(chǔ)一般要妥善處理哪幾方面問題？答案：淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一般要妥善處理下列幾方面問題：1.充分掌握擬建場地的工程地質(zhì)條件和地基勘察資料2.了解當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗(yàn)、施工條件和就地取材的可能性。 3.在研究地基勘察資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的類型，荷載的性質(zhì)、大小和分布，建筑布置和使用要求以及擬建的基礎(chǔ)對原有建筑或設(shè)施的影響，從而考慮選擇基礎(chǔ)類型和平面布置方案，并確定地基持力層和基礎(chǔ)埋置深度。4.按地基承載力確定基礎(chǔ)底面尺寸，進(jìn)行必要的地基穩(wěn)定性和變形驗(yàn)算。5.以簡化的、或考慮相互作用的計(jì)算方法進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析和截面設(shè)計(jì)，以保證基礎(chǔ)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性。最后繪制施工詳圖并作出施工說明。常見問題7-2地基與基礎(chǔ)相互作用主要受哪些因素影響？答案：基礎(chǔ)相對剛度及地基非均質(zhì)情況。常見問題7-3為何采取擴(kuò)展基礎(chǔ)，它包括哪幾種類型？答案：上部結(jié)構(gòu)通過墻、柱等承重構(gòu)件傳遞的荷載，在其底部橫截面上引起的壓強(qiáng)通常遠(yuǎn)大于地基承載力。以便將墻或柱荷載擴(kuò)散分布于基礎(chǔ)底面，使之滿足地基承載力和變形的要求，這就有必要在墻、柱之下設(shè)置水平截面向下擴(kuò)大的基礎(chǔ)擴(kuò)展基礎(chǔ)，擴(kuò)展基礎(chǔ)包括配筋或不配筋的條形墻基礎(chǔ)和單獨(dú)柱基礎(chǔ)。常見問題7-4基礎(chǔ)埋置深度的確定要考慮哪些因素？答案：基礎(chǔ)埋置深度的確定要考慮以下因素：1與建筑物有關(guān)的條件；2工程地質(zhì)條件；3水文地質(zhì)條件；4地基凍