基础工程课件（道路桥梁及交通工程专业）PPT教程

基础工程道路桥梁及交通工程专业目录第一章绪论第二章作用与作用效应组合第三章天然地基上的刚性浅基础第四章桩基础第五章沉井基础第一章绪论学习目标1.解释地基、基础的概念及其分类；2.解释地基与基础在整个建筑物中的作用；3.明确地基与基础的设计原则和要求。第一节地基与基础概述一、地基与基础的概念二、地基与基础的分类三、地基与基础的重要性四、地基与基础的设计原则与要求一、地基与基础的概念地基基础持力层下卧层上部结构下部结构二、地基与基础的分类（一）地基分类（二）基础分类（一）地基分类天然地基人工地基（二）基础分类1.按埋置深度分类2.按基础的刚度分类3.按构造形式分类4.按施工方法进行分类5.按基础的材料分类1.按埋置深度分类浅基础深基础2.按基础的刚度分类刚性基础柔性基础3.按构造形式分类实体式基础桩柱式基础a)实体式基础b)桩柱式基础4.按施工方法进行分类明挖法沉井沉桩沉管灌注桩就地钻（挖）孔灌注桩钻（挖）孔埋置桩5.按基础的材料分类混凝土基础钢筋混凝土基础钢结构基础石砌基础三合土及灰土基础三、地基与基础的重要性1.地基与基础位于地面以下，为隐蔽工程2.基础工程的进度经常控制着整个建筑物的施工进度3.基础工程的造价，通常在整个建筑物造价中占相当大的比例四、地基与基础的设计原则与要求（一）设计原则（二）设计要求（一）设计原则1.保证所承载建筑物的质量2.保证设计方案的经济性3.保证设计方案的可行性主要规范：《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）（二）设计要求1.地基具有足够的强度和稳定性，使基础底面的压力小于地基的容许承载力2.基础的沉降或相邻基础的沉降差在允许范围内，以保证上部结构的正常使用3.基础具有足够的强度，以保证基础本身坚固耐用4.基础具有足够的稳定性，以保证基础不发生倾覆和滑动，并防止地基土从基础底面被水流冲刷掉5.防止地基土发生冻胀建筑物是一个整体，地基、基础、墩台和上部结构是共同作用且相互影响的。因此，地基与基础的设计应紧密结合上部结构、墩台特性和要求进行，全面分析建筑物整体和各组成部分可行性、安全性和经济性，把强度、变形和稳定性紧密地与现场条件、施工条件结合起来，全面分析，综合考虑。目前，要把这几部分完全统一起来进行设计还有困难，现阶段采用的常规设计方法是将这几部分分开，按照静力平衡的原则，采用不同的假定进行分析计算，同时考虑地基-基础-上部结构的相互共同作用。第二节基础工程设计所需资料（1）建筑物的情况。（2）荷载作用情况。（3）水文资料。（4）工程地质资料。（5）施工条件。此外，如工地附近有已建成的桥梁、还应调查掌握现有桥梁结构及使用情况的资料，这对新建结构物的设计有重要的参考价值。对选择基础的埋深、类型和尺寸并进行各项验算必不可少。第三节基础工程学科的发展概况基础工程与其他技术学科一样，是人类在长期的生产实践中不断发展起来的，在世界各文明古国数千年的建筑活动中，就有很多关于基础工程的工艺技术成就，但由于当时受社会生产力和技术条件的限制，在相当长的时期内发展很缓慢，仅停留在经验积累的感性认识阶段。国外基础工程发展概况国外在18世纪产业革命以后土压力理论土的渗透理论19世纪中叶气压沉箱法20世纪70年代，基础工程有比较系统、完整的专著问世。1936年召开第一届国际土力学与基础工程会议后，土力学与基础工程作为一门对立的学科取得不断的发展。20世纪50年代起，现代科学新成就的渗入，使基础工程技术与理论得到了更进一步的发展与充实，成为一门较成熟的独立的现代工程学科。中国基础工程发展概况古代近代现代基础工程的发展方向新的设计计算理论新的基础形式新材料新的施工技术新的地基处理技术完善和发展新的监测及检测技术和方法第四节本课程的学习内容与要求学习内容学习要求：1.能够解释有关地基与基础的概念、类型，描述天然地基浅基础和桩基础、沉井基础的常见施工方法。2.能够解释和描述地基处理的常见方法。3.能够按照书中阐述的设计计算方法，进行天然地基浅基础、桩基础和沉井基础的设计计算，并能够正确使用《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）及其他有关规范，解决地基基础设计中遇到的问题。思考题1.什么是地基和基础？各起什么作用？2.地基和基础的类型有哪些？3.设计计算时对地基和基础有哪些要求？4.为什么说基础工程在整个建筑物中处于重要地位？第二章作用与作用效应组合学习目标：1.解释作用的概念与分类；2.进行汽车荷载和人群荷载的布置和计算；3.解释作用效应组合的概念、要求和方法，正确进行设计验算时的作用效应组合；4.明确基础设计计算时的受力形式和验算方向。第一节作用的概念及分类一、作用的有关概念二、作用的分类三、可变作用标准值的计算一、作用的有关概念指直接施加在结构上的一组集中力（或分布力），或引起结构外加变形或约束变形的原因。直接作用（亦称荷载）：如车辆、人群、结构自重等间接作用：它不是以外力形式施加于结构，它们产生的效应与结构本身的特性、结构所处的环境有关，如地震、基础变位、混凝土收缩徐变、温度变化等有关。作用代表值在结构设计时，针对不同设计目的所采用的各种作用规定值，称为作用代表值。标准值频遇值准永久值基本代表值一般可在标准值的基础上计入不同的系数后得到。作用效应——指结构对所受作用的反应，如由作用产生的结构或构件的轴向力、弯矩、剪力、应力、裂缝、变形和位移等。作用的设计值——作用标准值乘以相应的分项系数。二、作用的分类（一）永久作用（二）可变作用（三）偶然作用（一）永久作用永久作用是指在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。永久作用包括结构重力、预加力、土的重力、土侧压力、混凝土收缩徐变作用、水的浮力、基础变位作用。永久作用应采用标准值作为代表值。土的重力标准值可按作用于基础上的土的体积与土的重力密度计算确定。结构重力标准值可按结构构件的设计尺寸与材料的重力密度计算确定。土侧压力标准值可按《土质学与土力学》及《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）中有关的规定采用。关于水的浮力的考虑：水的浮力为水作用于建筑物基础底面的由下向上的力，其大小等于建筑物排开的水的重量。地表水或地下水通过与土体孔隙中自由水的连通来传递水压力与浮力。水是否能渗入基底是产生水浮力的前提条件，因此，水的浮力与地基土的透水性、地基与基础的接触状态以及水压力大小（水头高低）和漫水时间等因素有关。根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），水的浮力应分别按下列规定采用：（1）基础底面位于透水性地基上的桥梁墩台，当验算稳定时，应考虑设计水位的浮力；当验算地基应力时，可仅考虑低水位的浮力，或不考虑水的浮力。（2）基础嵌入不透水性地基的桥梁墩台，不考虑水的浮力。（3）作用在桩基础承台底面的浮力，应考虑全部底面积。对桩嵌入不透水地基并灌注混凝土封闭者，不应考虑桩的浮力，在计算承台底面浮力时应扣除桩的截面面积。（4）当不能确定地基是否透水时，应以透水或不透水两种情况与其他作用组合，取其最不利者。预加力、混凝土收缩及徐变作用、基础变位作用的标准值、可按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）中的规定采用。（二）可变作用可变作用是指在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。可变作用包括汽车荷载、汽车冲击力、汽车离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、汽车制动力、风荷载、流水压力、冰压力、温度（均匀温度和梯度温度）作用。可变荷载应根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。承载能力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时，应采用标准值作为可变作用的代表值。正常使用极限状态按短期效应（频率）组合设计时，应采用频遇值作为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值作为可变作用的代表值。可变作用的标准值应按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）中有关规定采用。可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数。可变作用准永久值为可变作用标准值乘以准永久系数。12（三）偶然作用偶然作用是指在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。偶然作用包括地震作用、船只或漂流物的撞击作用、汽车的撞击作用。偶然作用采用标准值作为代表值。地震作用标准值按现行《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）的规定采用。船只或漂流物的撞击作用、汽车的撞击作用标准值，按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）中有关规定采用。偶然作用标准值也可根据调查、试验资料，结合工程经验确定。三、可变作用标准值的计算（一）汽车荷载（二）汽车荷载冲击力（三）汽车荷载制动力（四）汽车荷载引起的土侧压力（五）人群荷载（六）其他可变作用（一）汽车荷载公路桥涵设计时，汽车荷载分为公路-I级和公路-II级两个等级（见表2-1）。汽车荷载有车道荷载和车辆荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。二级公路为干线公路且车辆较多时，其桥梁的设计可采用公路-I级汽车荷载。四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计所采用的公路-II级车道荷载的效应可乘以0.8的折减系数，车辆荷载的效应可乘以0.7的折减系数。1）车道荷载车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。（2）公路-II级。车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载标准值按公路-I级车道荷载、集中荷载取值的0.75倍采用。（3）车道荷载的布设方法。均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。kqkP2）车辆荷载公路-I和公路-II级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值。（二）汽车荷载冲击力1）汽车荷载冲击力标准值2）汽车荷载冲击力的采用情况1）汽车荷载冲击力标准值2）汽车荷载冲击力的采用情况（1）钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台、应计算汽车的冲击作用。（2）填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计汽车荷载冲击力。（3）支座的冲击力，按相应的桥梁取用。（三）汽车荷载制动力制动力是汽车在桥上制动时为克服其惯性力而在车轮和路面之间发生的滑动摩擦力（摩擦系数可达0.5以上）。鉴于在桥上行驶的汽车不可能同时制动，制动力并不等于摩擦系数乘以桥上全部汽车的重力，可采用简化办法进行计算。一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值为车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10％，但公路-I级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN，公路-II级汽车荷载的制动力标准值不得小于90kN。同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计车道制动力标准值的2倍；同向行驶三车道为一个设计车道的2.34倍；同向行驶四车道为一个设计车道的2.68倍。制动力的着力点在桥面以上1.2m处，计算墩台时，可移至支座铰中心或支座底座面上。计算钢构桥、拱桥时，制动力的着力点可移至桥面上，但不计因此而产生的竖向力和力矩。设有板式橡胶支座的简支梁、连续桥面简支梁或连续梁排架式柔性墩台，应根据支座与墩台的抗推刚度的刚度集成情况分配和传递制动力。设有板式橡胶支座的简支梁刚性墩台，按单跨两端的板式橡胶支座的抗推刚度分配制动力。设有固定支座、活动支座（滚动或摆动支座、聚四氟乙烯板支座）的刚性墩台传递的制动力，按表2-2的规定采用。（四）汽车荷载引起的土侧压力汽车荷载引起的土测压力采用车辆荷载加载。车辆