地基与基础(培训)

土力学概要土——是地壳岩石经过物理、化学、生物等风化作用的产物，是各种矿物颗粒组成的松散集合体，是由固体颗粒、水和空气组成的三相体系。土力学——是运用力学基本原理和土工测试技术，研究土的形成、组成、密度或软硬状态等物理性质以及土的应力、变形、强度和稳定性等静力、动力性状及其规律的一门学科。（简单说：就是用力学的观点研究土各种性能一门科学。）土层中附加应力和变形所不能忽略的那部分土层。承受建筑荷载并受其影响的该部分地层。地基——地基分类天然地基：人工地基：未经人工处理就可直接利用天然土层的的地基。经过人工加工处理才能作为地基的。基础—把埋入土层一定深度的建筑物向地基传递荷载的下部承重结构。基础作用3、调整地基变形2、向地基传递压力1、承受上部结构荷载基础分类•浅基础——用普通（常规）方法施工的基础。一般基础埋深d≤5m。•深基础——需要一定的机械设备建造的基础。如桩基、墩基、和地下连续墙等。埋深d≥5m基础埋深：从设计地面（一般从室外地面）到基础底面的垂直距离叫～。持力层：直接与基础地面接触的土层。（基础直接坐落的土层）下卧层：地基内持力层下面的土层叫～。软弱下卧层：地基承载力低于持力层的下卧层叫～。地基与基础设计的基本条件•强度条件：作用在基础底面的压力必须小于等于地基承载力特征值。•变形条件：基础沉降不得超过地基变形容许值。也就是说将地基变形值必须限制在建筑所允许的范围内。二、地基基础在建筑工程中的重要性地基与基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程，它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物的安危!实践证明，建筑物的事故很多是与地基基础有关的。基础工程失败的例子…1加拿大Transcona谷仓，南北长59.44m，东西宽23.47m，高31.00m。基础为钢筋混凝土筏板基础，厚2m，埋深3.66m。谷仓1911年动工，1913年秋完成。谷仓自重20000t，相当于装满谷物后总重的42.5%。1913年9月装谷物时，发现谷仓1小时内竖向沉降达30.5cm，并向西倾斜，24小时后倾倒，西侧下陷7.32m，东侧抬高1.52m，倾斜27°。地基虽破坏，但钢筋混凝土筒仓却安然无恙，后用388个50t千斤顶纠正后继续使用，但位置较原先下降4m。意大利比萨(Pisa)斜塔自1173年9月8日动工，至1178年建至第4层中部，高度29m时，因塔明显倾斜而停工。94年后，1272年复工，经6年时间建完第7层，高48m，再次停工中断82年。1360年再次复工1370年竣工，前后历经近200年。该塔共8层，高55m，全塔总荷重145MN，相应的地基平均压力约为50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。由于地基的不均匀下沉，塔向南倾斜，南北两端沉降差1.8m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5°，成为危险建筑。苏州虎丘塔，建于五代周显德六年至北宋建隆二年(公元959～961)，7级八角形砖塔，塔底直径13.66m，高47.5m，重63000kN。其地基土层由上至下依次为杂填土、块石填土、亚粘土夹块石、风化岩石、基岩等，由于地基土压缩层厚度不均及砖砌体偏心受压等原因，造成该塔向东北方向倾斜。1956～1957年间对上部结构进行修缮，但使塔重增加了2000kN，加速了塔体的不均匀沉降。1957年，塔顶位移为1.7m，到1978年发展到2.3m，重心偏离基础轴线0.924m，砌体多处出现纵向裂缝，部分砖墩应力已接近极限状态。后在塔周建造一圈桩排式地下连续墙，并采用注浆法和树根桩加固塔基，基本遏制了塔的继续沉降和倾斜。除满足承载力的要求外，还要求地基不能发生过大的变形。图示为墨西哥城的一幢建筑，可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降。该地的土层为深厚的湖相沉积层，土的天然含水量高达650％，液限500%，塑性指数350，孔隙比为15，具有极高的压缩性。第一章土的物理性质及工程分类一、土体的生成岩石地球土地球风化搬运、沉积土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物物理风化化学风化生物风化无粘性土粘性土有机质二、土的结构和构造定义：土体的结构是指土生成工程中所形成土粒的空间排列及其形式。单粒结构蜂窝结构絮状结构是指由粘粒（≤0.005mm）集合体组成。是指由粉粒（粒径0.005~0.075mm）在水中下沉时形的。粗粒土的结构§1.2土的组成固相液相气相构成土骨架，起主体作用重要影响次要作用++土体土体三相组成示意图土粒粒组的划分粒组统称粒组名称粒径范围(mm)一般特征漂石、块石颗粒≥200巨粒卵石、碎石颗粒60＜d≤200透水性很大，无粘性，无毛细水圆砾、角砾颗粒粗中细20＜d≤605＜d≤202＜d≤5透水性很大，无粘性，毛细水上升高度不超过粒径大小粗粒砂粒粗中细0.5＜d≤20.25＜d≤0.50.075＜d≤0.005易透水，（当混入云母等杂质时透水性减小，而压缩性增加）；无粘性，遇水膨胀小，干燥时松散，毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大。粉粒0.005＜d≤0.075透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小，干时稍有收缩，毛细水上升高度较大较快，极易出现冻胀现象。细粒粘粒≤0.005透水性很小，湿时有粘性、可塑性，遇水膨胀大，干时收缩显著，毛细水上升高度大，但速度较慢。表格法表示的粒组划分一、土的固相二、土的液相土中水结合水自由水强结合水弱结合水重力水毛细水※土的含水量试验所测定的为土中的自由水和弱结合水。三、土的气相土孔隙中未被水所占据的部位由气体充填。土中的气体若与大气相通，则对土的力学性质影响不大;若与大气隔绝，使土的压缩性提高，透水性减小。四、无黏性土的密实度指具有单粒结构的碎石土与砂土，土粒之间无粘结力，呈松散状态无粘性土的密实程度影响工程性质土密实结构稳定、强度高、压缩性低变形小土松散结构不稳定、强度低、压缩性高变形大如何评定无粘性土密实度?碎石土用触探锤击数Ｎ63.5砂土用相对密度Dr现场标准贯入试验锤击数Ｎ五、粘性土的物理特性粘性土的物理状态可以用稠度表示。稠度是反映粘性土处于不同含水量时的软硬程度或浠稠程度。粘性土从一种状态过度到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。粘性土随含水量变化可改变土的物理形态稠度状态固态可塑状态流动状态塑限ωp液限ωlω含水量稠度界限ω半固态缩限ws塑性指数IppLpIpLpLI——塑性指数的数值大小可反映粘性土可塑范围的大小，塑性指数越大，表明粘性性土粘性和塑性越好（与粘粒含量有关，粘粒含量越多，吸附水的能力越大）；工程上常用塑性指数作为粘性土与粉土定名分类的依据液性指数IL反映粘性土天然状态的软硬程度工程上作为确定粘性土承载力的重要指标0.00~0.250.25~0.750.75~1.00硬塑可塑软塑LI粘性土的灵敏度和触变性：土的灵敏度：原状土的强度与同一土经重塑（含水量不变，土的结构被彻底破坏）后的强度之比。土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低就越多。施工中要尽量减少对土结构的扰动。土的触变性：粘性土的结构遭到破坏，其强度就会降低，但随着时间发展土体的强度会逐渐恢复，这种胶体化学性质称为土的触变性。§1.3地基岩土的工程分类岩石分类碎石土分类砂土分类粉土分类塑性指数≤１０，粒径＞０.０７５颗粒含量不超过５０％粘性土分类塑性指数≥１０的土人工填土分为杂填土，素填土，冲填土土1、岩石frk≤515≥frk＞530≥frk＞1560≥frk＞30frk60饱和单轴抗压强度标准值frk(MPa)极软岩软岩较软岩较硬岩坚硬岩坚硬程度类别frk≤515≥frk＞530≥frk＞1560≥frk＞30frk60饱和单轴抗压强度标准值frk(MPa)极软岩软岩较软岩较硬岩坚硬岩坚硬程度类别2.按坚硬程度分类0.150.35~0.150.55~0.350.75~0.560.75完整性指数极破碎破碎较破碎较完整完整完整程度等级0.150.35~0.150.55~0.350.75~0.560.75完整性指数极破碎破碎较破碎较完整完整完整程度等级3.按完整程度分类1.按成因分类岩浆岩沉积岩变质岩2、碎石土土的名称土的名称粒组含量漂石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%卵石碎石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%圆砾角砾圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%3、砂土土的名称粒组含量砾砂粒径大于2mm的颗粒占全质量25--50%粗砂粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量50%中砂粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%细砂粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量85%粉砂粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%4、粉土粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip≤10的土5、粘性土塑性指数Ip10的土10Ip≤17的土Ip17的土粉质粘土粘土6、人工填土由于人类活动而推填土。其物质成分杂乱，均匀性差。按其组成和成因分类素填土压实填土杂填土冲填土（1）软土：7.特殊土(其它土）指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土，包括淤泥、淤泥质土等。物理力学特性软软土的天然孔隙比大：e1天然含水量高：w≥wl抗剪强度低压缩系数高渗透系数小灵敏度高（2）红黏土：炎热湿润气候条件下石灰岩、白云石等盐酸盐系的出露区，岩石在长期的成土化学风华作用下形成的高塑性黏土物质，其液限一般大于50%，一般呈褐红、棕红、紫红和黄褐色等。黄黏土常堆积在山麓坡地、丘陵、谷地等处。第二章天然地基上浅基础设计（一）地基基础设计等级一、地基基础设计的基本规定设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑30层以上的高层建筑体型复杂、层数相差超过10层的高低连成一体的建筑物大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等）对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）对原有工程影响较大的新建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下民用建筑及一般工业建筑次要的轻型建筑物（二）地基基础设计规定地基基础的设计和计算应该满足下列三项基本原则：1．对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度，2．应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地墓变形允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观，3．基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要，满足地基承载力(稳定性)和变形要求外，还应满足对基础结构的强度，刚度和耐久性的要求。二、地基基础设计步骤1、设计资料•在一般情况下，进行地基基础设计时，需具备下列资料：•1）建筑场地的地形图；•2）建筑场地的工程地质资料；•3）建筑物的平面、立面、剖面图及使用要求，作用在基础上的荷载、设备基础以及各种管道的布置和标高；•4）建筑材料的供应情况。2、地基基础设计步骤•刚性浅基础设计计算的一般步骤和内容为:•1）·选定基础的材料(用块石砌筑还是片石混凝土)，初步拟定基础的形状和尺寸;•2）·初步选定基础的埋置深度;•3）·确定地基承载力特征值(持力层和软弱下卧层);•4）·确定基础底面尺寸，必要时进行下卧层强度验算;•5）·对设计等级为甲级、乙级的建筑以及不符合表7-2规定的丙级建筑物，进行地基变形验算;6）·对于建于斜坡上的建筑物和构筑物及经常承受较大水平荷载的高层建筑和高耸结构，进行地基稳定性验算；7）·确定基础的剖面尺寸，进行基础结构计算；8）·绘制基础施工图。验算中如发现某项设计要求得不到满足，或虽然满足，但尺寸或埋深显得过大而不经济，则需适当修改尺寸或埋置深度，重复各项验算，直到各项要求全部满足，使基础尺寸较为合理为止。三浅基础的类型无筋扩展基础扩展基础刚性基础柔性基础联合基础按构造类型独立基础筏板基础条形基础十字交叉梁基础壳体基础箱形基础(一)无筋扩展基础(刚性基础）1）砌筑材