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建筑地基与基础 PPT课件
来源:ob平台       发布时间:2021-12-05 03:24:57

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  12 建筑地基与基础 本章提要 本章主要介绍岩土的工程分类,常见特殊土的 特点,各类浅基础的受力特点及构造要求,桩基础 的分类、受力特点及构造要求。要求掌握岩土的工 程分类, 了解各类土的分类依据,熟悉各类特殊土的 特点;掌握各类浅基础的适用范围和受力特点,熟 悉浅基础的构造要求;了解桩基础的分类,熟悉其 构造要求。 所有建筑物都是修建在地表上,建筑物上部结 构的荷载通过下部结构最终都会传到地表的土层或 岩层上,这部分起支撑作用的土体或岩体就是地基。 将建筑物所承受的各种作用传递到地基上的下部承 重结构称为基础 地基根据是否经过人工处理分为天然地基和人 工地基 基础底面离地面的深度称为基础的埋置深度。 本章内容 12.1 岩土的工程分类 12.2 建筑基础 12.1 岩土的工程分类 作为建筑地基的岩土,其工程性质由岩土的类 别决定。《建筑地基基础设计规范》(GB50007— 2002)(以下简称《地基规范》)将作为建筑地基 的岩土分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和 人工填土等。 12.1.1 岩石 岩石的坚硬程度根据岩块的饱和单轴抗压强度frk 分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩,见表 12.1(详见P242)。 当缺乏饱和单轴抗压强度资料或不能进行该试验 时,可在现场通过观察定性划分,见表12.2 (详见 P243) 。 岩石按风化程度分为未风化、微风化、弱风化、 强风化和全风化。 岩体完整程度按表12.3 (详见P243)划分为完整、 较完整、较破碎、破碎和极破碎。当缺乏试验数据 时按表12.4 (详见P243) 12.1.2 碎石 碎石土为粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50 %的土。 根据粒组含量及颗粒形状,碎石土可按表12.5 (详见P244)分为块石、漂石、碎石、卵石、角砾、 圆砾。 12.1.3 砂土 砂土为粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50 %、粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土。 根据粒组含量,砂土可按表12.6(详见P244)分 为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。 12.1.4 粉土 粉土为性质介于砂土和粘性土之间,塑性指数 IP≤10且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50 塑性指数等于液限与塑限之差。液限是指土由 可塑状态转变为流动状态的界限含水量,塑限为土 由半固态转变为可塑状态的界限含水量。 一般说来,土的颗粒越细、细颗粒的含量越多, 土的塑性(塑性指数)也就越大。 12.1.5 粘性土 粘性土是指塑性指数IP>10的土。根据塑性指数, 可将粘性土分为粘土(IP>17)和粉质粘土(10< IP≤17 根据液性指数可将粘性土分为坚硬、硬塑、可 塑、软塑和流塑 液性指数IL是土的天然含水量和塑限之差与塑性 指数的比值,是判断粘性土软硬程度的指标,也叫 一般而言,粘性土的沉积历史越久,结构性越 好,工程力学性质越好。 12.1.6 人工填土 人工填土是人类活动的堆积物。根据其组成和 成因,可分为素填土、杂填土和冲填土 素填土为由碎石土、砂、粉土、粘性土等一种 或几种土通过人工堆填方式而形成的土。经过分层 杂填土是指含有大量的建筑垃圾、工业废料或 冲填土是人类借助水力充填泥砂形成的土,一 般压缩性大、含水量大、强度低。 12.1.7 特殊土 (1) 软土泛指天然含水量高、压缩性高、强度低、 渗透性差的软塑、流塑状粘性土。它包括淤泥、淤 泥质土、冲填土等。软土生成于静水或缓慢流动的 建筑在软土地基上的建筑物易产生较大沉降或 不均匀沉降,且沉降稳定所需要的时间很长,所以, (2) 红粘土是碳酸盐系岩石经红土化作用所形成的 棕红、褐黄等色的高塑性粘土。红粘土的液限一般 大于50%,具有表面收缩、上硬下软、裂隙发育的 特征,吸水后迅速软化。 一般情况下,红粘土的表层压缩性低、强度较 高、水稳定性好,属良好的地基土层。但随着含水 量的增大,土体呈软塑或流塑状态,强度明显变低, 作为地基时条件较差。 (3) 膨胀土是一种具有强烈的吸水膨胀和失水收缩 特性的粘性土。土呈黄、红褐、灰白色,粘粒含量 膨胀土通常表现为压缩性低、强度高,因此易 被误认为是良好的天然地基。 (4)湿陷性黄土 黄土是指以粉粒为主,富含碳酸钙盐系,垂直 节理发育,具有大孔结构,以黄色、褐黄色为主, 有时为灰黄色的土体。 黄土在天然含水状态下具有较高的强度和较小 的压缩性,但雨水浸湿后,有的即使在自身重力作 用下也会发生剧烈而大量的变形,强度也随之迅速 降低。 黄土在一定的压力下受水浸湿后结构迅速破坏 而发生附加下沉的现象称为湿陷。浸水后发生湿陷 的黄土称为湿陷性黄土。在自重压力作用下,受水 浸湿而发生湿陷的黄土称为自重湿陷性黄土,不发 生湿陷的黄土称为非自重湿陷性黄土。 12.2 建筑基础 12.2.1 浅基础 12.2.1.1 无筋扩展基础 无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝土或毛石 混凝土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础 或柱下独立基础,如图12.1所示。 这些材料都是脆性材料,有较好的抗压性能, 但抗拉、抗剪强度往往很低。 为保证基础的安全,必须限制基础内的拉应力 和剪应力不超过基础材料强度的设计值,基础设计 时,通过基础构造的限制来实现这一目标,即基础 的外伸宽度与基础高度的比值应小于规范规定的台 阶宽高比的允许值。由于此类基础几乎不可能发生 挠曲变形,所以常称为刚性基础或刚性扩大基础。 无筋扩展基础可用于6层和6层以下(三合土基 础不宜超过4层)的民用建筑和轻型厂房。 无筋扩展基础的高度,应符合下式要求(图 12.2): H0≥(b-b0)/2tanα (12.1) 砖基础一般做成台阶式,此阶梯称为“大放 脚”,大放脚的砌筑方式有两种:“二皮一收”和 “二、一间隔收”砌法。垫层每边伸出基础底面 50mm,厚度不宜小于100mm,如图12.3所示。 图12.1 无筋扩展基础 (a)砖基础;(b)毛石基础;(c)灰土基础; (d)毛石混凝土基础、混凝土基础 图12.2 无筋扩展基础构造示意图 图12.3 基础大放脚形式 (a)“二皮一收”砌法;(b)“二、一间隔收”砌法 12.2.1.2 扩展基础 扩展基础是指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下 钢筋混凝土条形基础,见图12.4。这种基础抗弯和抗 剪性能良好,特别适用于“宽基浅埋”或有地下水 时。 由于扩展基础有较好的抗弯能力,通常被看作 柔性基础。这种基础能发挥钢筋的抗弯性能及混凝 土抗压性能,适用范围广。 (1)锥形基础的边缘高度不宜小于200mm;阶梯 形基础的每阶高度宜为300~500mm (2)垫层的厚度不宜小于70mm;垫层混凝土强度 等级应为C10 (3)扩展基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于 10mm;间距不宜大于200mm,也不宜小于100mm。 (4)钢筋混凝土强度等级不应小于C20 (5)当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢 筋混凝土条形基础的宽度大于或等于2.5m 时,底 板受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.9倍,并宜交 错布置,如图12.5(a) (6)钢筋混凝土条形基础底板在T形及十字形交接 处,底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长 布置,另一个方向的横向受力钢筋可布置到主要受 力方向底板宽度的1/4处,如图12.5(b)。在拐角处底 板横向受力钢筋应沿两个方向布置,如图12.5(c) (7)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la应根据钢筋在基础内的最小保护层厚 度按《混凝土规范》有关规定确定。 (8)现浇柱的基础,其插筋数量、直径以及钢筋 种类应与柱内纵向受力钢筋相同,插筋的锚固长度 应满足上述要求。当符合下列条件之一时,可将四 角的插筋伸至底板钢筋网上,其余插筋锚固在基础 顶面下la或laE处,如图12.6所示 图12.4 扩展基础 (a)钢筋混凝土条形基础;(b)现浇独立基础;(c)预制杯形基础 图12.5 扩展基础底板受力钢筋布置示意图 图12.6 现浇柱的基础中的插筋构造示意图 12.2.1.3 柱下条形基础 当上部结构荷载较大、地基土的承载力较低时, 采用无筋扩展基础或扩展基础往往不能满足地基强 度和变形的要求。为增加基础刚度,防止由于过大的 不均匀沉降引起的上部结构的开裂和损坏,常采用 柱下条形基础。根据刚度的需要,柱下条形基础可 沿纵向设置,也可沿纵横向设置而形成双向条形基 础,称为交梁基础,如图12.7所示。 如果柱网下的地基土较软弱,土的压缩性或柱 荷载的分布沿两个柱列方向都很不均匀,则可采用 构造要求: ①柱下条形基础梁的高度宜为柱距的1/4~1/ 8。翼板厚度不应小于200mm。当翼板厚度 大于250mm时,宜采用变厚度翼板,其坡度宜小于 或等于1∶3 ②柱下条形基础的两端宜向外伸出,其长度宜 为第一跨度的0.25倍;既可增大基础底面积,又可使 基底反力分布比较均匀、基础内力分布比较合理。 ③现浇柱与条形基础梁的交接处,其平面尺寸 不应小于图12.8 ④条形基础梁顶部和底部的纵向受力钢筋除满 足计算要求外,顶部钢筋按计算配筋全部贯通,底 部通长钢筋不应少于底部受力钢筋截面总面积的1/ 3 ⑤柱下条形基础的混凝土强度等级不应低于C20 ⑥基础垫层和钢筋保护层厚度、底板钢筋的部 分构造要求可参考扩展基础的规定。 图12.7 柱下条形基础 (a)柱下单向条形基础;(b 图12.8 现浇柱与条形基础梁交接处构造 12.2.1.4 高层建筑筏形基础 当地基特别软弱,上部荷载很大,用交梁基础 将导致基础宽度较大而又相互接近时,或有地下室, 筏形基础可分为墙下筏形基础和柱下筏形基础, 如图12.9所示。柱下筏形基础常有平板式和梁板式两 种。平板式筏形基础是在地基上做一块钢筋混凝土 底板,柱子通过柱脚支承在底板上;梁板式筏形基 础分为下梁板式和上梁板式,下梁板式基础底板上 筏形基础,特别是梁板式筏形基础整体刚度较 大,能很好地调整不均匀沉降,常用于高层建筑中。 筏形基础的混凝土强度等级不应低于C30。 采用筏形基础的地下室应沿四周布置钢筋混凝 土外墙,外墙厚度不应小于250mm,内墙厚度不应 小于200mm。 筏形基础的钢筋间距不应小于150mm,宜为 200~300mm,受力钢筋直径不宜小于12mm。 梁板式筏基的底板与基础梁的配筋除满足计算 要求外,纵横方向的底部钢筋还应有1/2~1/3贯 通全跨,其配筋率不应小于0.15%,顶部钢筋按计算 当筏板的厚度大于2000mm时,宜在板厚中间部 位设置直径不小于12mm、间距不大于300mm的双向 钢筋网。 地下室底层柱、剪力墙与梁板式筏基的基础梁 连接的构造 (1)柱、墙的边缘至基础边缘的距离不应小于 50mm(图12.10 (2)当交叉基础梁的宽度小于柱截面的边长时, 交叉基础梁连接处应设置八字角,柱角与八字角之 间的净距不宜小于50mm(图12.10 (a) (3)单向基础梁与柱的连接,可按图12.10(b)、(c) (4)基础梁与剪力墙的连接,可按图12.10(d)采用。 图12.9 筏形基础 (a)墙下筏形基础;(b)平板式柱下筏形基础; (c)下梁板式柱下筏形基础;(d) 图12.10 地下室底层柱、剪力墙与基础梁连接的构造要求 12.2.1.5 高层建筑箱形基础 箱形基础是由底板、顶板、钢筋混凝土纵横隔 墙构成的整体现浇钢筋混凝土结构,如图12.11所示。 箱形基础具有较大的基础底面、较深的埋置深 度和中空的结构形式,上部结构的部分荷载可用开 挖卸去的土的重量得以补偿。与一般的实体基础比 较,它能显著地提高地基的稳定性,降低基础沉降 箱形基础的混凝土强度等级不应低于C30 箱形基础外墙宜沿建筑物周边布置,内墙沿上 部结构的柱网或剪力墙位置纵横均匀布置,墙体水 平截面总面积不宜小于箱形基础外墙外包尺寸的水 平投影面积的1/10。 无人防设计要求的箱基,基础底板不应小于 300mm,外墙厚度不应小于250mm,内墙厚度不应 小于200mm,顶板厚度不应小于200mm 箱形基础的顶板和底板纵横方向支座钢筋尚应 有1/3~1/2的钢筋连通,且连通钢筋的配筋率分别不 小于0.15%(纵向)、0.10%(横向),跨中钢筋按 实际需要的配筋全部连通。 箱形基础的顶板、底板及墙体均应采用双层双 向配筋。 上部结构底层柱纵向钢筋伸入箱形基础墙体的 长度应符合下列要求: (1)柱下三面或四面有箱形基础的内柱,除柱四 角纵向钢筋直通到基底外,其余钢筋可伸入顶板底 面以下40 (2)外柱、与剪力墙相连的柱及其他内柱的纵向 图12.11 箱形基础 12.2.2 桩基础 当地基土上部为软弱土,且荷载很大,采用浅 基础已不能满足地基强度和变形的要求,可利用地 基下部比较坚硬的土层作为基础的持力层设计成深 基础。桩基础是最常见的深基础,广泛应用于各种 桩基础是由桩和承台两部分组成,如图12.12所 示。桩在平面上可以排成一排或几排,所有桩的顶 部由承台联成一个整体并传递荷载。 在承台上再修筑上部结构。桩基础的作用是将 承台以上上部结构传来的外力通过承台,由桩传到 较深的地基持力层中,承台将各桩联成一个整体共 由于桩基础的桩尖通常都进入到了比较坚硬的 土层或岩层,因此,桩基础具有较高的承载力和稳 定性,具有良好的抗震性能,是减少建筑物沉降与 不均匀沉降的良好措施。 12.2.2.1 桩的分类 (1) 按施工方式分类 按施工方法的不同可分为预制桩和灌注桩两大 (2)按桩身材料分类 ①混凝土桩 混凝土桩又可分为混凝土预制桩和混凝土灌注 桩(简称灌注桩)两类。 常见的是型钢和钢管两类。钢桩的优点是抗压 抗弯强度高,施工方便;缺点是价格高,易腐蚀。 即采用两种材料组合而成的桩。例如,钢管桩 内填充混凝土,或上部为钢管桩、下部为混凝土桩。 (3)按桩的使用功能分类 ① ② ③ ④ 承受竖向和水平荷载均较大的桩。 (4) 按桩的承载性状分类 ①摩擦型桩 摩擦桩:在极限承载力状态下,桩顶荷载由桩 端承摩擦桩:在极限承载力状态下,桩顶荷载 主要由桩侧阻力承受,部分桩顶荷载由桩端阻力承 端承桩:在极限承载力状态下,桩顶荷载由桩 摩擦端承桩:在极限承载力状态下,桩顶荷载 主要由桩端阻力承受,部分桩顶荷载由桩侧阻力承 (5) 根据成桩方法和成桩过程中的挤土效应将桩分 ①挤土桩 这类桩在设置过程中,桩周土被挤开,土体受 到挠动,使土的工程性质与天然状态相比发生较大 变化。这类桩主要包括挤土预制桩(打入或静压)、 挤土灌注桩(如振动、锤击沉管灌注桩,爆扩灌注 这类桩在设置过程中由于挤土作用轻微,故桩 周土的工程性质变化不大。主要有打入截面厚度不 大的I字型和H型钢桩、冲击成孔灌注桩和开口钢管 ③非挤土桩 这类桩在设置过程中将相应于桩身体积的土挖 出。这类桩主要是各种形式的钻孔桩、挖孔桩等。 (6)按承台底面的相对位置分类 桩基础包括桩和将上部荷载传给桩的桩顶承台。 ①高承台桩基 群桩承台底面设在地面或局部冲刷线之上的桩基 称为高承台桩基。这种桩基多用于桥梁、港口工程等。 ②低承台桩基 承台底面埋置于地面或局部冲刷线) ①小桩直径小于或等于250mm ②中等直径桩直径介于250mm至800mm ③大直径桩直径大于或等于800mm 12.2.2.2 基桩的构造规定 (1)摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的3倍; 扩底灌注桩的中心距不宜小于扩底直径的1.5倍,当 扩底直径大于2m时,桩端净距不宜小于1m。在确定 桩距时还应考虑施工工艺中的挤土效应对相邻桩的 (2)扩底灌注桩的扩底直径不宜大于桩身直径的3 (3)预制桩的混凝土强度等级不应低于C30;灌注 桩不应低于C20;预应力桩不应低于C40。 (4)打入式预制桩的最小配筋率不宜小于0.8%; 静压预制桩的最小配筋率不宜小于0.6%;灌注桩的 最小配筋率不宜小于0.2%~0.65%(小直径取大值)。 (5)桩顶嵌入承台的长度不宜小于50mm。桩顶主 筋应伸入承台内,其锚固长度对HPB235级钢筋不宜 小于30倍主筋直径。 12.2.2.3 承台构造 承台有多种形式,如柱下独立桩基承台、箱形 承台、筏形承台、柱下梁式承台和墙下条形承台等。 承台的作用是将桩联成一个整体,并把建筑物 的荷载传到桩上,因而承台要有足够的强度和刚度。 (1)承台的宽度不应小于500mm。 (2)承台厚度不应小于300mm (3)承台的配筋,对于矩形承台其钢筋应按双向 均匀通长配筋,钢筋直径不宜小于10mm,间距不宜 大于200mm(图12.13(a)) ;对于三桩承台,钢筋应 按三向板带均匀配置,且最里面的三根钢筋围成的 三角形应在柱截面范围内(图12.13(b)) 。 (4)承台混凝土的强度等级不宜低于C20。 12.2.2.4 承台之间的连接 单桩承台宜在两个相互垂直的方向上设置连系 梁;两桩承台宜在其短向设置连系梁;有抗震要求 的柱下独立承台宜在两个主轴方向设置连系梁。连 系梁顶面宜与承台位于同一标高。连系梁的宽度不 应小于250mm,梁的高度可取承台中心距的1/10~ 1/15。连系梁内上下纵向钢筋直径不应小于12mm 且不应少于2 图12.12 桩基础 图12.13 (a)矩形承台配筋;(b)三桩承台配筋;(c)承台梁

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