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1、 1 土力学与地基基础讲义 一、土力学、地基与基础的概念 1.土力学 利用力学原理，研究土的应力变形、强度、稳定和渗透性及其随时间变化规律的科学。2.基础 将埋入土层一定深度的建筑物下部承重结构称基础。包括深基础和浅基础。3.地基 把土层中附加应力与变形所不能忽略的那部分地层或（岩层）称为地基。4.地基的范围（正常情况下卧层土自然压密状态强度高于持力层。）持力层：埋置基础的土层即位于基础底面第一层土。下卧层：在地基范围内持力层以下的土层。软弱下卧层：强度低于持力层的下卧层。5.基础埋置的土层 应埋置在良好的持力层上。二、地基基础设计的基本要求 1.地基有足够的强度，在荷载作用下，地基土不发生剪
2、切破坏或失稳。2.不使地基产生过大的沉降或不均匀沉降，保证建筑物正常使用。3.基础结构本身应有足够的强度和刚度，在地基反力作用下不会产生过大强度破坏，并具有改善沉降与不均匀沉降的能力。综上所述：地基种类分 人工地基：经过处理而达到设计要求的地基。天然地基：不需处理而直接利用的地基。三、地基与基础在工程中的重要性 1.地基基础处理不当，影响建筑物的正常使用与安全，如上部结开裂，倾斜，建筑物倒塌，危及生命与财产安全。例 1941 年加拿大特朗斯康大谷仓（长 60m，宽 23m，高 31m，重 2105KN）建造在软弱下卧层上，第一次装料就发生整体倒塌。2.地基基础设计要充分掌握地基土的工程性质，从
3、实际出发进行多 方案比较。2 四、本课程的特点与任务（一）特点 知识面广而综合性强，它涉及的学科内容较广泛，如土力学、工程地 质学、施工技术及建筑结构等。（二）任务 1.掌握地基土的物理性质与土力学的基本知识。2.能阅读与正确理解工程地质勘察报告。3.了解地基处理的各种方法。4.进行一般房屋的地基基础设计。思考题 1 地基与基础的概念？2 地基基础设计的基本要求是什么？第一章 土的物理性质 第一节 土的形成 一、岩石的风化 1概念 地表岩石长期在不同温度、水、大气、生物活动及其他外力作用的影响下，不断破碎，并发生化学变化，这种变化称为岩石的风化。2.岩石的风化种类 物理风化 3 由于温度变化，
4、岩石胀缩开裂，裂隙中水的冻胀以及盐类物质的结晶而使岩石发生机械破碎作用。化学风化 由于水溶液，大气等因素影响下，引起岩石破碎和成分发生质的变化。生物风化 由于生物活动过程中产生对岩石的机械破碎以及生物新陈代谢分泌排泄物对岩石的化学侵蚀。二、土 1.概念 就是岩石在长期风化作用下产生大小不同的松散颗粒，经过各种地 质作用而形成的沉积物。2.土的种类 根据其地质成因的条件不同分为：残积物：岩石经风化作用而残留在原地的屑碎堆积物。坡积物：高处的风化物在雨水、雪水或本身的重力作用下搬运后，沉积在较平缓的山坡上的堆积物。洪积物：在山区或高地由暂时性山洪急流作用而形成的山前堆积物。冲积物：由河流流水的作用
5、在平原河谷或山区河谷中形成的沉积物。淤积物：在静水或缓慢的水流作用下的沉积物。冰积土：是由冰川或冰水作用形成的沉积物。风积土：是由风力搬运形成的堆积物。第二节 土的组成与结构 一、土的组成 矿物颗粒（固相）是土的骨架。水 （液相）填充孔隙。空 气 （气相）填充孔隙。或土的组成由 三相体系固相，液相，气相构成 二相体系孔隙完全被水充满时称饱和土。即固相，液相构成。孔隙完全被气体充满时称干土，即固相，气相构成土。（一）矿物颗粒 1.粒组的划分 将物理性质接近的土粒归为一组，称粒组。a.依粒径的大小将土粒划分为六大粒组：d 200 mm 为块石（漂石）4 20 d 200 mm 碎石（卵石）2 d
6、20 mm 角砾（圆石）0.075 d 2 mm 砂砾 0.005 d 0.075 mm 粉粒 d 0.005 mm 粘粒 b.筛分法确定土的名称 颗粒分析表 颗粒分析级配曲线 反映颗粒组成的均匀程度。不均匀系数1060ddCu Cu 5 表示粒径不均匀、级配良好、曲线平缓、粒径相差较大、土密实。2.土的矿物成分 块石、碎石、角砾等粗大土粒的矿物成分 原生矿物。砂粒的矿物成分 原生矿物的单矿物颗粒。粉粒的矿物成分 原生矿物的石英。次生矿物的难溶岩类，CaCO3，MgCO3。粘土粒的矿物成分 次生矿物（粘土矿物、氧化物与难溶岩类等）及腐殖质。粘土矿物 高岭土 膨胀性、可塑性小。伊利土 膨胀性、可
7、塑性极大。蒙脱土 性质介于两者之间，接近蒙脱土。(二)土中水 （1）固态水：指土中的水在温度低于 0时结成的冰冻土。（2）气态水：指土中出现的水蒸气，如地窑打开后蒸气。（3）液态水：包括 化学结合水：矿物颗粒的一部分。表面结合水：强结合水：内层（固定层）吸力大。弱结合水：外层（扩散层）吸力 小。自由水：在结合水膜以外有两种：重力水：存在地下水位以下；毛细水：存在地下水位以上。5 （三）土中气体：存在于土孔隙中未被水所占据的部位。二、土的结构、构造 1.结构 指土体中土粒的排列与连接。（1）单粒结构：由砂粒等较粗土粒组成，有疏松状态和密实状态。（2）蜂窝结构：由粉粒串联而成。（3）绒絮结构：由粘
8、粒集合体串联而成。2.结构性土 当土的天然结构被破坏后，土的压缩性增大而强度降低，故对具有海绵结构的土称结构性土。结构性的强弱用灵敏度衡量：st天然结构破坏前后抗压强度比 1st2 不灵敏；2st4 中灵敏；4d 4土的孔隙率 n 土中孔隙体积与土的总体积之比称孔隙率，百分数表示%100VVnv 5土的孔隙比 e 土中孔隙体积与土粒体积之比称孔隙比 SvVVe e0.6 的土是密实的低压缩性土。e1 的土是疏松的高压缩性土。n、e 均反映土的密实程度。6土的饱和度 Sr 土中水的体积和孔隙体积之比称饱和度%100vwrVVS 如 Sr=100，土孔隙全部充水，土为完全饱和状态。Sr=0，土为完
9、全干燥状态。Sr反映土的潮湿程度。四、基本指标与其他指标的关系：假定土粒体积 vs=1，则 eedwssat1 11wdews edwwsd11 edws11%1001een 第四节土的物理性质 一、无粘性土的密实度 1.种类 指具有单粒结构的碎石土与砂土，天然状态下具有不同程度的密实 8 度。工程上用密实度来评定无粘性土的地基承载力。2.密实度的鉴别方法：(1)碎石土的密实度可根据重型圆锥动力触探垂击数 N63.5 和 野外鉴别方法划分为密实、中密、稍密、松散四种状态。(2)砂土的密实度，规范用标准贯入试验锤击数 N（即 N63.5）确定砂土的密实度。N10 松散；10N15 稍密；1530
10、 密实。二、粘性土的物理特征 粘性土的主要成分是粘粒，土粒间存在粘聚力而使土具有粘性。（一）界限含水量 1 含义：粘性土由某一状态转入另一种状态时的分界含水量称为界限含水量。缩限n 塑限p 液限L 固态 半固态 可塑状态 流动状态 含水量（%）2 缩限 wn：土由半固态转为固态的界限含水量称为 ws.3 塑限 wp：土由可塑状态转为半固态塑性下限含水。4 液限 wL：流动状态转为可动状态即塑性上限含水量。5 可塑状态：土粒在外力作用下可塑成各种形状而不发生裂缝，在外力除去后仍可保 持原状。土粒在外力作用下可相互滑动而不破坏土粒间的联系，土呈可塑状态。6 固态：土中仅含强结合水时。7 流动状态：
11、土粒间为自由水分开。8 半固态：当弱结合水减少，主要含强结合水时。（二）粘性土的塑性指数和液性指数 1.塑性指数：表示土的可塑性范围。PLP 2.液性指数：判别粘性土的软硬程度称稠度。PPPLPLII（三）粘聚力 是土抗剪强度组成部分，分三种状态。原始粘聚力：土粒间分子引力可以恢复。固化粘聚力：土粒间化学胶结作用不恢复。毛细粘聚力：孔隙中毛细水压力值很小可略去。（四）液限与塑限的测定 9 液限锥式液限仪。塑限滚搓法。第五节 粉土的特征 一、粉土 塑性指数 Ip10 及粒径大于 0.075mm 的颗粒含量不超过全重 50的低压缩性土。二、特性 1Ip10 的土中，80以上的粒组是粉粒与极细砂粒，
12、塑限试验不适用、呈假塑性，液限试验亦不适用。2土的力学性能指标在与塑性指数关系的散点图上 Ip=10 处有明显转折。1 Ip=710 液化占 40以上。2 Ip 10 的土中难以压实，不宜石灰加固，沉桩较难。第六节 地基土的工程分类 建筑地基的土可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等。一、岩石 1.岩石的坚硬程度分坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩。2.建筑地基的岩石按风化程度分类 风化程度分 未风化、微风化 中风化 强风化、全风化 3岩体完整程度分为完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。二、碎石土 粒径大于 2 mm 的颗粒含量超过全重 50的土。依粒组含水量及颗粒形状分块石，碎
13、石，角砾。三、砂土 粒径大于 2 mm 的颗粒含量不超过全重 50及粒径大于 0.075mm 的颗粒超过全重 50的土。依粒组含量分砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。四、粉土 Ip10 及粒径大于 0.075 mm 的颗粒含量不超过 50。五、粘性土 Ip10 的土为粘性土。1.分类：无粘性土、一般粘性土、新近沉积的粘性土。Ip17 粘土 按 Ip 分类 10Ip17 粉质粘土 10 2.淤泥和淤泥质土 淤泥：e 1.5 的粘性土 淤泥质土：1 e 1.5 的土 特点：强度低、压缩性高、透水性差、压实所需时间很长。3.红粘土 e 较、较高、土体仍处于硬塑或坚硬状态，具有较高的强度和较低的缩性。六、
14、人工填土 是指由于人类活动而堆填的土 按组成和成因可分 素填土 杂填土 冲填土 整章小结 一、土的分类：土是岩石经长期风化作用及地质作用形成的沉积物 1 按沉积物的成因分：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土、风积土等。2 工程分类：按沉积物的粒组含量及特征分：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土等。二、土的组成：矿物颗粒（固相）六大粒组：三相体系 水 （液相）液态水、固态水、气态水 空气 （气相）存在于土孔隙中未被水占据的部位 二相体系 饱和土 矿物颗粒（孔隙全充满水）水 干 土 矿物颗粒 （孔隙被气充满）11 气体 三、土的结构是指土粒的排列与连结 种类 单粒结构：砂粒等较
15、粗土粒组成 蜂窝结构、绒絮结构海绵结构 第二章 土的力学性质 1土中应力分 自重应力由土的自身重力作用而产生的压力 附加应力由建筑物荷载作用后产生的应力，在附加应力的作用下，地基土将产生压缩变形，引起基础沉降。2计算土中应力时所用的假定条件：候定地基土为连续、匀质、各向同性的半无限弹性体、按弹性理论计算。第一节 土中应力 一、土中自重应力 1.假定：地面是无限延伸的水平面，在深度 Z 处水平面上各点的自重压力相等且均匀地无限分布。土体中任何垂直面及水平面上不产生剪应力。2.均质土层Z深度处单位面积上的自重应力为：应力图形为直线形。zcz 3.多层土层Z深度处土的自重应力 为：各 土 层 自 重
16、 应 力 之 和 niiiczz1 结论：土的自重应力随深度 Z而。其应力图形为折线形。4.地下水对自重应力的影响 地下水位以下的土，受到水的浮力作用，使土的重度减轻。计算时采用水下土的重度（wsat）5.不透水层的影响 不透水层指 基岩层 只含强结合水的坚硬粘土层 作用在不透水层层面及层面以下的土自重应力应等于上覆土和水的总重。作业：P27 2-6 12 二、基底压力分布与简化计算 1基底压力的概念：在基础与地基之间接触面上作用着建筑物荷载通过基础传来的压力称为基底压力。（方向向下）2地基反力：地基对基础的反作用力（方向向上）3基底压力的分布形态和哪些因素有关？基础的刚度、地基土的性质、基础
17、埋深、荷载大小。4基底压力的分布形态：马鞍形一般建筑物基础属此形态，近似“直线形”抛物线形 钟形（一）基底压力简化计算 1轴心受压基础的基底压力 作用在基础上的荷载，其合力通过基础底面形心、基底压力为均匀分布 AGFpkkk 2偏心受压基础的基底压力 在基底的一个主轴平面内作用有偏心力或轴心力与弯矩同时作用时。WMAGFpWMAGFpkkkkkkkkminmax（二）基底附加压力 Po=基底压力 P 土的自重应力cz 即 Po=P-cz 引起地基的变形（即基础的沉降）三、地基附加应力 两种计算方法：弹性理论方法用弹性力学的公式求解。应力扩散角方法第四章叙述。（一）竖向集中力作用下地基附加应力的
18、计算 2zFz （二）矩形面积均布荷载作用下的地基竖向附加应力的计算 1.矩形面积角点下任意深度的附加应力。13 0pcz 2.矩形均布荷载下非角点下任意深度的附加应力。角点法：如下图，求 O 点下任意深度的应力时，可通过 O 点将荷载面积划分为几块小矩形面积，使每块小面积都包含有角点 O 点，分别求角点 O 点下同一深度的应力，然后叠加求得。例如图（a）中 z=（cI+cII）Po （三）条形均布荷载作用下土中附加应力的计算 墙下条形基础的基底附加应力 z=sPo 第二节 土的压缩性 1.土的压缩性：土在压力作用下体积减小的特性。2.土压缩的主要原因：由于孔隙中水与空气被挤出，使土的孔隙体积
19、减小。一、压缩试验及压缩曲线 设原状土样的高度为 h0，土粒体积 Vs=1。空隙体积 Vv=e0，受压后的土样高度为 h=h0-si。假设受压面积 A 14 则 受压前体积 1+e0=h0A （1+e0）/h0=（1+ei）/hi 受压后体积 1+ei=hiA ei=(1+e0)hi/h0-1=e0-si(1+e0)/h0 或si =(e0-ei)h0/1+e0 二、土的压缩性指标（一）压缩系数 将 e1-e2与 p2-p1的比值定义为压缩曲线a a=(e1-e2)/(p2-p1)(Mpa)-1 工程上如何评定土的压缩性 p1=100Kpa p2=200KPa 当 a1-20.1Mpa-1时，
20、为低压缩性土。0.1a1-222）n=1/3 五、地基的极限承载力 指地基的极限承载力=极限荷载/安全系数（一）普朗特尔承载力理论（二）太沙基承载力理论（三）影响极限承载力的因素 18 1.土的内摩擦角、粘聚力、重度愈大，极限承载力愈大。2.基础埋深增加，基础底面宽度增加，极限承载力愈大。3.整体剪切破坏比局部剪切破坏承载力大.第二章 地基的变形小结 通过这一章的学习，着重掌握地基变形的主要原因及地基变形计算方法，其次掌握土压缩的指标。1.a=(e1-e2)/(p2-p1)(Mpa)-1Es=(1+e0)/a 2.分层总和法 inisiZiiniiiiiniiiihEheppaheees111
21、12112111 3.规范法 4.地基的设计包括强度和变形。强度的实质是土的抗剪强度。掌握其抗剪强度的确定方法：无粘性土 f=tg 粘性土 f=c+tg 5.了解地基变形的三阶段：压密阶段、塑性阶段、失稳阶段。例题：某砂土地基的=30，c=0，若在均布条形 p 荷载作用下，计算得到土中的应力1=100kPa，3=30 kPa，问该点是否破坏？解：依据3求1p kP90)23045(t30)245(tan2231anp 这表明在3=30 kPa 时，该点处于极限平衡状态，则最大主应力为90kPa，比较11p，则根据作应力圆，该摩尔圆与强度包线相割，该点破坏。第三章 地基勘察与测试 第二节 地基勘
22、察的任务和内容 一、岩土工程勘察等级 19 1.划分条件：场地条件、地基土质条件、工程条件。2.岩土工程规范将岩土工程勘察划分为甲、乙、丙三个等级。3.勘察分可行性研究勘察、初步勘察、详细勘察。二、可行性研究勘察 对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价。收集区域地质、地形地貌、地震、矿产、当地的工程地质资料、岩 土工程和建筑经验等资料。现场踏勘了解场地的地层、土的性质、不良地质作用和地下水等情 况。三、初步勘察 在场址选定批准后进行初步堪察，目的在于对场地内各建筑地段的稳定性作出岩土工程评价，为建筑物总体平面布置和建筑物的地基基础方案提供资料和依据；对不良地质现象的防治，提供资料和建议。四、详细勘
23、察与检验 为建筑物和建筑群提供详细工程地质资料和所需的岩土技术参数，对 建筑地基做出岩土工程分析评价，为基础设计、地基处理、不良地质现象的防治等具体方案做出论证、结论和建议。五、勘察任务书 任务书应说明工程类别、规模、建筑面积及建筑物的特殊要求、主要建筑物的名称、最大荷载、最大高度、基础最大埋深和最大设备等有关资料，向勘察单位提供附有坐标的、比例为 1：10001：2000 的地形图，图上应画出勘察范围。详细设计阶段，任务书中应说明需要勘察的各建筑物的具体情况：如建筑物的上部结构特点、层数及高度、跨度及地面整平标高，采取的基础形式、尺寸和埋深、单位荷载和总荷载及有特殊要求的地基基础设计方案和施
24、工方案等并附有上级批准的建筑物总平面图。第三节 地基勘察与测试方法 一、勘探方法 钻探、井探、槽探、洞探和地球物理勘探。二、测试工作及指标整理 1.测试工作是地基勘察工作的重要内容。包括土工试验、现场原位测试可以取得岩土的物理力学性质指标和地下水的水质指标，有时现场长期观测。原位测试包括静载荷试验、触探（静力触探、圆锥动力触探、标准动力触探）、旁压试验。2.指标整理包括由指标直接用以计算土体强度和变形；从规范表格确定地基承载力。第四节 地基勘察报告 20 一、勘察报告的编制 现场勘察-室内试验-整理、检查、分析、鉴别原始资料-编制地基勘察报告-给设计施工单位。包括以下内容：拟建工程概述。勘察方
25、法及勘察工作布置。场地的地形和地貌特征，地质构造，不良地质现象的影响。地层分布、土的物理力学性质指标。提出地基土承载力标准值。水文地质条件分析与评价。场地稳定性和适宜性评价。提出地基基础方案。地基勘察结果表及所附图表。二、勘察报告实例 某教学楼和教工宿舍地基勘察报告。21 （一）勘察的任务、要求及工作概况（二）场地描述（三）地层分布（四）地下水情况（五）工程地质条件评价 附件 包括钻孔平面布置图、工程地质剖面图、钻孔柱状图。第四章 天然地基上的浅基础 引言 基础按其埋置的深度不同，分为 浅基础：d5m 深基础：特殊方法施工，如桩基、沉井等。浅基础用一般方法施工，本章重点讲解。第一节 基础设计的
26、原则与步骤 一、地基基础设计的基本原则 基础设计应保证上部结构的安全与正常使用，并且要使基础的费用是经济合理的。（一）地基基础设计的规定 1.地基变形计算，计算时同时满足地基的强度条件。强度：轴心受压时 pkfa 偏心受压时 pkmax1.2 fa (pkmax+pkmin)/2fa 地基基础的变形条件：SS 2.表 4-3 所列范围内的二级建筑物如有下列情况之一时，仍作变形验算：（1）地基承载力标准值小于 130KPa，且体型复杂建筑。（2）在基础附近有堆载，相邻基础荷载差异大。（3）软弱地基上，相邻建筑距离近。（4）二级和三级建筑物，可不做变形验算。（二）地基变形特征及允许变形值 地基的变
27、形特征可分为：沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。1.沉降量：指基础中心的沉降量 S 2.沉降差：指两相邻单独基础沉降量的差值S=S1-S2 22 3.倾斜：指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。tg=(S1-S2)/b 4.局部倾斜：指砌体承重结构沿纵墙 b-10 m 内基础两点间的沉降差与其距离的比值。地基变形允许值见表 4-1（三）地基承载力特征值的确定 1.由现场载荷试验确定地基承载力特征值 应按下式修正)5.0()3(dbffmdbkaa 2.按强度理论公式计算地基承载力特征值 3.岩石地基承载力特征值：载荷试验 fa=r frk（四）地基基础设计的步骤 1.确定基础的类型，地基处
28、理的初步方案，并考虑使用要求、施工技术、材料供应、造价等条件。2.确定基础的埋置深度及地基承载力特征值。3.基底尺寸、下卧层强度验算。4.一级、二级建筑物计算 SS 5.地基稳定验算。6.确定基础剖面尺寸，进行基础结构计算。7.绘基础施工图，编写施工说明。二、浅基础类型（一）按材料分 刚性基础：用于层数较少的民用建筑。砖基础、毛石基础等。用台阶的宽高比的允许值限制其悬臂长度。b/h=b2/h2（二）按结构类型分类 1.扩展基础：抗弯刚度大，整体性好。2.柱下钢筋砼独立基础：现浇基础 预制杯型基础：单厂墙下钢筋砼条形基础 3.柱下条形基础：常用于框架结构中。地基软弱，柱距较小时采用。4.筏板基础
29、：基础底板连成一片。地基特别软弱；荷载较大；23 十字交叉柱下基础宽度较大而又相互接近；地下室。种类分梁板式筏板基础和倒置的无梁楼盖。5.箱形基础：底板、顶板、钢筋砼纵横墙组成，适用于地基土软弱，荷载又很大的情况。6.壳体基础 第二节 基础埋置深度 基础埋置深度是指从基础底面至室外设计地面的距离。一、建筑物用途及工程地质条件 基础宜浅埋，深度 d0.5m，基顶应低于室外地面 0.1m，尽量利用地基承载力大的土层为持力层。二、工程地质和水文地质条件的影响 基础底面宜埋在地下水位以上，减少冻害。三、相邻基础的影响 新建建筑物基础不宜深于原有基础，否则两基础底面净距取高差的 12 倍。四、地下沟管的
30、影响 当有地下沟管穿过时，基础应预凿孔洞，沟管深于基础时，应考虑基础的局部加深。五、地基土冻胀性和融陷的影响 1.土的冻胀：土中水分冻结后，使土体积增大的现象。2.融陷：冻土融化后产生的沉陷。3.地基土的冻胀性分四类：不冻胀土：对建筑物无危害。弱冻胀土：冻胀土：应符合最小冻深要求。强冻胀土：dmin=zdt-hmax dmin=z0+(100200)mm 第三节 基础底面积的确定 一、按地基承载力确定基础底面尺寸 已知 d、fa、Fk，Mk求 A（一）轴心受压基础底面尺寸的确定 作用在基础底面上的平均压应力应小于或等于地基承载力设计值 24 AGFpkkkfa AhfFak 当为矩形基础时，A
31、=bl（）当为条形基础时，A=b（长度方向取l=1m 计算单位）Fk轴压柱下单独基础时，算至基础顶面；墙下条形基础时，取 1m 长度的轴向力，算至室内0.000 地面标高处。20KN/m。当有地下水时取-w=10.2KN/m（二）偏压基础底面尺寸的确定 WMAGFpWMAGFpkkkkkkkkminmax 公式 基底中心点荷载如图所示，则基底产生压力为 Pkmax=leAGFkk0611.2fa Pkmin=leAGFkk061 (Pkmax+Pkmin)/2fa e0=kkkGFMl/6 计算步骤 假定 A（按轴压估算）扩大 A（1040）验算 Pkmax、Pkmin 2.墙下条形偏压基础底
32、面积 取 1m 为计算单元，弯矩 Mk作用平面与短边 b 平行。Pkmax=bebGFkk0611.2fa 25 Pkmin=bebGFkk061 (Pkmax+Pkmin)/2fa e0=kkkGFMl/6 二、地基软弱下卧层验算 地基受力层范围内有软弱下卧层时，要验算下卧层顶面的地基强度。pz+pczfaz 当 Es上/Es软3 时，对条形基础用压力扩散角求 pz 矩形基础 pz=lbp0/(b+2ztg)(l+2ztg)条形基础 pz=b p0/(b+2ztg)第五节 刚性基础设计 一、无筋扩展基础 因刚性基础材料的抗弯、抗拉能力很低，故常设计成轴心受压基础。基础设计应符合台阶宽高比或刚
33、性角要求。b2/H0b2/H0=tg 26 b2b2/H0 H0或 H0b2/b2/H0 刚性基础设计步骤：1.确定基底面积 bl 2.选刚性基础类型 3.按宽高比决定台阶高度与宽度从基底开始向上逐步收小尺寸，使基础顶低于室外地面至少 0.1m，否则应需修改尺寸或基底埋深。4.基础材料强度小于柱的材料强度时，应验算基础顶面的局部抗压强度，如不满足，应扩大柱脚的底面积。二、扩展基础 系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。（一）扩展基础的构造要求 1.一般构造要求 1）锥形基础的边缘高度，不宜小于 200mm，其顶部四周应水平放宽至少 50 mm，阶梯形基础的每阶高度，宜为 3005
34、00 mm。2）钢筋混凝土基础下通常设素混凝土垫层，垫层高度不宜小于 70 mm，混凝土强度等级应为 C10。垫层两边各伸出基础底板 50 mm。3）底板受力钢筋的最小直径不宜小于 10 mm；间距不宜大于 200 mm，也不宜小于 100mm。墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不小于 8 mm；间距不大于 300 mm。每延迷分布钢筋的面积不小于受力钢筋面积的 1/10。钢筋保护层的厚度不小于 40 mm（有垫层）；不小于 70 mm（无垫层）。4）基础底板混凝土强度等级不应低于 C20。5）当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土的宽度大于或等于 2.5m 时，底板受力筋的长度
35、可取边长或宽度的 0.9 倍，并宜交错布置。2.现浇柱基础 1）钢筋混凝土柱和剪力墙纵向受力钢筋在基础内的锚固长度应依据规范（GB50010-2002）确定：一、二级抗震等级 laE=1.15la 三级抗震等级 laE=1.05la 四级抗震等级 laE=1.0la 2）现浇柱基础内插筋的数量、直径、钢筋种类应与 柱内纵向受力钢筋相同。见右图,当符合下列条件之一时,可仅将四角的插筋伸入底板钢筋网上,其余插筋锚固在基础顶面下 la或 laE。27 基础高度1200 mm（柱为轴压或小偏压）；1400 mm（柱为大偏压）3 预制钢筋混凝土柱与杯口基础 1）柱的插入深度 2）基础杯底厚度 a1和杯壁
36、厚度 t 3）杯壁配筋。（二）墙下钢筋混凝土条形基础 设计包括确定基础宽度、底板高度、底板配筋。1.基础宽度 取 1m 为计算单元，长度方向上，则 1）轴心受压时 b hfFak 2）偏心受压时 Pkmax=bebGFkk0611.2fa (Pkmax+Pkmin)/2fa 28 e0=kkkGFMl/6 2.基础底板高度、配筋 基础底板高度 由抗剪强度确定：V0.7ftlh0 V=Pjlb1 轴压：Pj=Pk-G/b 偏压：Pjmax=Pmax-G/b Pjmin=Pmin-G/b 墙或梁板：PjI=PI-G/b 基础底板配筋 1）底板受力筋沿宽度 b 方向设置。d8mm，100，200。A
37、s=MI/0.9fyh0 MI=1/2Pjlb1 2）沿墙长方向设分布筋，放在受力筋上面。d=68mm，250300mm，C=35mm，有垫层时或 70mm 垫层时。3）砼强度等级C15。4)受力钢筋一般采用 HRB400 级和 HRB335 级，也可采用 HRB235 级 HRB400 级钢筋。（三）柱下钢筋砼独立基础 设计包括确定基础底面积，基础高度、底板配筋。（1）基础底面积 轴心受压基础：AhfFak l=b 偏心受压基础：按下列公式确定 A Pkmax=leAGFkk0611.2fa Pkmin=leAGFkk061 (Pkmax+Pkmin)/2fa e0=kkkGFMl/6 l/
38、b2，最大不超过 3。（2）基础高度 29 1）基础高度由抗冲切强度确定：即使基础冲切面以外地基净反力产生的冲切力 Fl不大于基础冲切面处砼的抗冲切强度。Fl0.7ftbmh0hp Fl=PjA1 轴压：Pj=Pk-G/A 偏压：Pjmax=Pmax-G/A 柱边 PjI=Pi-G/A Pjmin=Pmin-G/A 偏压冲切计算时用 Pjmax 2）确定 A1，A2 当 bbz+2h0时 A1=（l/2-az/2-h0）b-(b/2-bz/2-h0)2 A2=(bz+h0)h0 同理可求 b bz+2 h0时 A1=（l/2-az/2-h0）b A2=(bz+h0)h0-（bz/2+h0-b/
39、2）2 正方形柱及正方形基础时 A1=（l/2-az/2-h0）（l/2+az/2+h0）A2=(az+h0)h0（3）基础底板配筋 如上图，平行于 l 方向的受力钢筋面积为：ASI=MI/0.9fyh0I 平行于 b 方向的受力钢筋面积为：AS=MII/0.9fyh0II 1）轴心受压时：AGpalbbMAGpbbalMzzIIzzI2241224122 30 2）偏心受压时：AGppalbbMAGppbbalMzzIIIzzI2224122481minmax2max2 五、减少不均匀沉降的一般措施（一）地基不均匀沉降产生的墙身裂缝 原因：多层砖砌体结构，因砖砌体的抗拉，抗剪强度较低，在地基
40、沉降时，易在墙体上产生斜裂缝或踏步式裂缝。位置：裂缝的位置与方向同地基沉降情况有关。如：房屋中部下沉大于端部，则底层窗口首先产生面向中部沉降大的对角斜裂缝。房屋两端下沉大于中部，则顶层窗口出现面向两端沉降大的对角斜裂缝。房屋高差较大时，由于高层房屋下沉而引起在低层房屋的窗口产生面向高层的对角斜裂缝。结论：房屋的倾向也是面向地基沉降较大方向。掌握这个规律，就可判断出地基土较差的位置。从而采取必要的加固措施。（二）建筑措施 1.房屋体型力求简单。2.设置沉降缝：从基础至屋面垂直断开。设缝条件：平面转折部位。高度或荷载差异较大处。地基土的压缩性有显著差异处。结构或基础类型不同处。分期建造房屋的交界处
41、。房屋长高比过大时在房屋的适当部位。做法：悬挑式 跨越式 平行式 3.保持相邻建筑物基础间的净距（表 4-18）。4.控制建筑物标高 依预估沉降量，提高室内地面或地下设施的标高管道与建筑物间应凿足够的净空高度。（三）结构措施 1.加强上部结构的刚度，改善基础的不均沉降。（1）控制房屋长高比 三层和二层以上房屋 L/Hf2.5，如 2.56 根）的摩擦桩基桩端平面处各桩传来的压力互不重叠或重叠不多，这时群桩中各桩的工作情况仍和单桩工作一样。3.条形基础下桩不超过两排者。二、桩的平面布置 1.布置的原则 宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载的合力作用点相重合，使各桩受力均匀，在纵横交接处宜布桩，避免
42、布置在墙体洞口下。2.要求 独立桩基的桩：对称布置：如三桩承台、四桩承台、六桩承台等。柱下条基及墙下条基：桩可采用一排或多排布置。整片基础下的桩：采用行列式或交叉式布置。预制桩：s3d(d 为桩径)灌注桩：s4d 扩底灌注桩：s1.5d（d为扩底直径），d3 d。3.桩底进入持力层的深度宜为桩身直径的 13 倍。嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，不宜小于 0.5m。4.混凝土强度等级C30（预制桩）；C20（灌注桩）；C40（预应力桩）。5.桩的主筋应经计算确定。最小配筋率0.8%（打入式预制桩）；0.6%（静压式预制桩）；0.2%0.65%（灌注桩）；
43、6.配筋长度：36 1）受水平荷载和弯矩较大的桩，计算确定。2）桩径大于 600 mm 的灌注桩，构造钢筋的长度不小于桩长的 2/3。7.桩顶嵌入承台的长度不小于 50mm。主筋伸入承台内的锚固长度不小于钢筋直径的 30 倍（I 级钢）和 35 倍（II 级钢III 级钢）。三、群桩中单桩桩顶竖向力 1.轴心受压 nGFQkkkRa n桩数 Gk桩基承台自重和承台上的土自重标准值（KN）2.偏心受压 单桩承受的外力为：22iiykiixkkkikxxMyyMnGFQ1.2Ra Ra单桩竖向承载力特征值。四、桩基软弱下卧层验算 当桩端平面以下受力层范围内存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层承载力验
44、算。桩数9 根 1.对于 Sa6d，即硬持力层群桩基础以及单桩基础，这时每根桩下面的软弱下卧层的附加应力按下式计算 20tan24tdlquNeisikz 五、桩基础的沉降计算分层总和法 对以下建筑物的桩基应进行沉降验算：1.地基基础的设计等级为甲级；2.体形复杂、荷载不均匀或桩端以下存在软弱下卧层的设计等级为乙级；3.摩擦桩基。按浅基础的沉降公式计算在桩尖平面以下压缩层范围内的地基沉降量，mjniisjijijpjEhs11,nj桩端平面下第 j 层土的第 i 个分层数；m桩端平面下压缩层范围内土层总数；hj,i桩端平面下第 j 层土的第 i 个分层厚度，j，i桩端平面下第 j 层土的第 i
45、 个分层的竖向附加应力。思考题：1.桩基础由承台和桩身两部分组成，建筑物中的桩基础，其承台一般在地面以下，属低承台桩。2.桩基础按受力情况分端承桩和摩擦桩。3.单桩竖向承载力确定的方法是什么？4.求下图所示 1、2、3 号桩的受力大小，上部结构传到设计地面的荷载 F=3300KN，My=600KNm()，承台埋深 d=1.5m，G=500KN。38 第六章 土压力与边坡稳定 第一节 概述 一、工程实例：挡土墙是防止土体塌方的构筑物。广泛用于房屋建筑、铁路、桥梁及水利工程中，以及阻止土坡滑坡或为储藏粒状材料的挡墙。二、土压力：是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力，是挡土墙承受的
46、主要外荷载。验算边坡稳定目的是防止因土坡局部滑动而失稳。第二节 作用在挡土墙上的土压力 39 一、土压力的类型（1）静止土压力挡土墙静止不动，在土压力的作用下，墙不向任何方向移动或转动，此时作用在墙背上的土压力为静止土压力。0200021KHEzK（2）主动土压力挡土墙向离开土体方向移动或转动，墙后土压力减小。（3）被动土压力挡土墙向墙背方向移动或转动，墙挤土，墙后土压力增大。E0 Ea Ep 二、朗肯土压力理论 假设：1）挡土墙是无限均质土体的一部分；2）墙背垂直光滑；3）墙后填土面是水平的。（一）主动土压力理论 245tan2245tan231c 245tan2245tan213c 245
47、tan231 245tan213 40 aaaaaaaaaaKHEcKcHKHEzKKczK2222122212（二）被动土压力 ppppppppppKHEcKcHKHEzKKczK2222122212 小结：了解土压力的分类，明确其应用。第八章 地基处理 第一节 概述 一、地基处理的对象 指由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。二、特点：强度低，压缩性高，易引起建筑物的不均匀沉降，造成上部结构的开裂或倾斜。三、地基处理的目的：按上部结构对地基的要求，对地基土进行必要的加固或改良。提高地基土的承载力，保证地基的稳定。减少房屋的沉降或不均匀沉降。消除湿陷性黄土的湿陷性。提
48、高抗液化能力。第二节 各种地基处理的方法 包括机械压实法、强夯、换填法、预压固结、挤密、振冲、深层水泥搅拌、托换法。一、机械压实法 1.机械：平碾、单碾、振动碾、压路机、推土机等。41 2.适用：大面积填土地基的施工；杂填土地基和处理。3.施工方法：分层压实的铺填厚度为 2030cm，振动碾压可达 60130cm。4.压实的质量：压实系数 c=土的控制干密度 d/最大干密度 dmax。dmax宜用击实试验确定：（普氏击实仪）通过同一土质不同含水量的若干土样试验，可得击实曲线。其曲线的峰值即为最大干密度 dmax。与相应的最优含水量。曲线左，随 的增加，土粒间的摩擦阻力减小，易密实。曲线右，土粒
49、被分离，土就不能压实。或 dmax=wds/(1+0.01opds)，d=cdmax 二、强夯法 1.又称动力固结法，是将 840t 的重锤提升到 840m 的高度自由落下，对土进行强力夯实。2.适用条件：用于碎石土、砂土、粉土、低饱和度的粘性土、人工填土、湿陷性黄土地基，使浅层和深层土均有不同程度的密实。三、换土垫层法 挖去软弱土而换填强度较大的材料，垫层材料可用砂、碎石素土、灰土等。换置后的垫层因强度较高，可作为持力层。基底的附加应力通过垫层向下扩散，以减少作用在垫层底下软弱下卧层土的附加应力。此法适于软弱地基的浅层处理。工程上常用砂垫层，砂垫层透水性大，软弱土中的水分可以渗至砂层面排出，
50、加速软弱土的固结。砂垫层厚度 砂垫层的厚度一般是根据垫层底部软弱土层的承载力来确定。即作用在砂垫层底面处土的自重压力（标准值）与附加压力（设计值）之和不大于软弱土层经深度修正后的地基承载力设计值。Pz+Pczfz fz=150200KN/基础宽度 假定砂垫层厚度 13m，用上式验算。垫层厚度3m 时，施工困难。砂垫层宽度 砂垫层的宽度要满足压扩散角的要求。底面宽度=b+2ztg 顶面宽度=b+2ztg+（d+z）放坡系数 砂垫层的压缩模量 240030000KPa。砂垫层的施工 砂垫层的承载力决定于砂的级配及施工质量。42 材料：以中砂、粗砂为好。四、预压固结法 含义：在软土或冲填土中由于存在