《地基与基础工程》课件习题课

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承载力特征值fak=110kPa
如仍选用柱下独立基础，则设计的基础底面积如下表：（图）
柱荷载(kN)
1000
900
800
700
600
基础底面积计算值（ m2)
11.11
10.00
8.89
7.78
5.56
底面尺寸(m×m) 3.4×3.4 3.2×3.2 3.0×3.0 2.8×2.8 2.4×2.4
因此，两边的基础宽度设计为1.5m；
中间的基础宽度设计为2.0m。
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承载力特征值fak=80kPa（软土 ）
✓由上面计算可知：本例土层更软弱，故基础 底面积设计值必定更大，沉降及差异沉降也
会更大。
✓由于场地尺寸限制和基础受力不合理等，增 加条基的长度往往是不可能和不恰当的，但 如果单纯增加基础宽度，势必会造成条基间 距过小，因此条基是不合理的。
γc 粘土层
承压含水层
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2
0.6
1 2 2
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基坑支护方案的比选
– 1. 开挖深度≤6m （一层地下室） • 1.1软土地区软弱土层、地下水位较高时 – 方案1：搅拌桩（格构式）挡土墙； – 方案2：灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水， 设一道支撑； – 方案3：环境允许，钢板桩或预制混凝土板 桩，设1-2道支撑； – 方案4：狭长的排管工程采用主柱横档板或 打设钢板桩设支撑 – 方案5：可应用SMW 工法
– 方案3：可应用SMW工法；
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– 方案4：对于特种地下构筑物，在一定条件 下可采用沉井（箱）.
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基坑支护方案的比选
土工膜、土工织物、 一种用于土工的化学纤维新型材料，可用于排 土工格栅等合成物 水、隔离、反滤和加固补强等方面
软土地基、填土及陡 坡填土、砂土
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其它
灌浆，冻结，托换 通过独特的技术措施处理软弱土地基 技术，纠偏技术
根据建筑物和地基基 础情况确定
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例题：基坑降水设计
某建筑场地表以下土层依次为：
F Q
– 式（2）: pkmax1.2fa
– 说 » 明①：采用通过静载荷试验等规范P规min定的其他Pm方ax 法确定的f a ，应同时满足式(1)、(2)。
» ②由Vesic或Hansen等一类理论公式和规范 5.2.5条规定的公式计算的地基承载力特征值 f a，已考虑偏心影响，只须满足式(1)。
通过改善地基排水条件和施加预压荷载，加速地 基的固结和强度增长，提高地基的稳定性，并使 基础沉降提前完成
饱和软弱土层；对于 渗透性很低的泥炭 土，则应慎重
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振密挤密
振冲挤密，灰土挤 密桩，砂桩，石灰 桩，爆破挤密
采用一定的技术措施，通过振动或挤密，使土体 孔隙减少，强度提高；也可在振动挤密的过程中， 回填砂、砾石、灰土、素土等，与地基土组成复 合地基，从而提高地基的承载力，减少沉降量
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4. 软弱下卧层承载力验算
– 软弱下卧层： • 承载力显著低于持力层的高压缩土层.
– 验算公式：
Pz+Pcz≤faz • Pz —相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧
层顶面处的附加压力值；
• Pcz—软弱下卧层顶面处土的自重压力值； • faz —软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基
⑥
=9.8×6＝58.8 KPa
⑦ 由此σ/u=1.13> 1.1，基坑无隆起开 裂危险。
② 当基坑开挖深度为1.5m时,基坑底部 至承压含水层顶部土的总覆盖压力
σ ＝Σγizi =21×0.5＋19×2＝48.5 kPa
若使基坑无隆起危险，需使σ/u> 1.1, 需降水？？m。
γs
砂土层 潜水
γsat
fa ≈ （1.0~1.1） fak＝ 180kPa。 计算基础的底面积如下表：
柱荷载(kN)
1000
900
800
700
600
基础底面积计算值（ m2)
底面尺寸(m×m)
6.67
6.00
5.33
4.67
3.33
2.6×2.6 2.5×2.5 2.3×2.3 2.2×2.2 1.9×1.9
本工程场地地质条件较好，柱荷载相对较小，柱间距相对较 大，结合前述方案选择的次序，可初步选为柱下独立基础。
由于土层相对较弱，从上表可以看出柱间距相对较小，
基础会出现重叠情况，此时应修改设计，改选为柱下条基。
根据所给的柱平面位置图，可设计成三个条基，由于两边对
称，选用基底宽度相同，设为b1，中间为b2，则：
b1≥∑Fk / (f -γD)= (500+700+800)×2/30/(120-20×1.5)=1.48m b2≥∑Fk / (f -γD)= (700+900+1000)×2/30/(120-20×1.5)=1.93m
• 如地基承载力改变为fak=110kPa，此时选用何种基础型 式合适？（答案）
• 如地基承载力改变为fak=80kPa，此时选用何种基础型 式合适？（答案）
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柱的平面位置及柱荷载分布图
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承载力特征值fak=160kPa
由题意，基础埋深宜选为D=1.5m，根据浅基础设计理论大致 确定底面尺寸。基础面积A=F / (fa-γD)，其中fa 为修正后地 基承载力设计值，基础选型时可初步估算
✓故考虑交叉条形基础。
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例题：桩的初步设计
✓ 某一级建筑柱下桩基，荷载
效应基本组合时桩基竖向荷
载设计值F=6000KN。建筑
粉质粘土 qsk=25KPa
场地地层条件，土层剖面如
图所示。承台底面尺寸
4m×4m,埋深2.0m，拟采 用泥浆护壁钻孔灌注桩，桩 径800mm。
细砂 qsk=60KPa
作业1——浅基础下卧层验算
一柱下独立基础尺寸为2.5×2.0m2, Fk=835kN,Qk=14kN， Mk=57.7kN.m, 粉质粘土层为持力层，其下为淤泥质土层， 经查表法确定其承载力特征值为84KPa，根据图中的各项资 料验算下卧层的承载力是否满足要求。(注：r’为浮重度， Gk=20KN/m3)
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刚性基础的刚性角限定值
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浅基础选型
• 某拟建7层建筑上部结构为框架，柱的平面位置及柱荷 载如图所示。该建筑场地的地质条件可
简单表述为：表层为1.5m厚的填土层，其下为深厚的承 载力特征值fak=160kPa的土层，试根据以上条件合理选 用该建筑的基础型式。（答案）
砾石 qsk=120KPa qpk=2500KPa
2m 12 m
2m 5m
1. 根据上述资料，确定桩长，单桩竖向承载力标准值（不考虑 承台效应,承台及其上填土重度取20KN/cm3）。
2. 根据荷载条件初步确定桩数。
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解：
① 选择持力层，确定桩长。
② 选砾石层作为桩端持力层，桩端进入砾石层2m，则桩长l为14m。
l
pz
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Es2
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浅基础设计的基本流程
否
基础选型 确定埋深
确定持力层 地基承载力
初步确定 基础底面尺寸
持力层 承载力验算
是
是
调整
结束
基础尺寸
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否 验算 是
地基变形
否
验算 软弱下卧层
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偏心荷载作用时的承载力验算公
式
– 当偏心矩e ≤ l/6时
M
– 式（1）： pk fa
– 4）加筋法：
• （1）土工合成材料加筋法
• （2）土钉与锚杆加筋法法
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软弱土地基处理方法分类表
编 号
分类
处理方法
原理及作用
适用范围
重锤夯实法，机械 利用压实原理，通过机械碾压夯击，把表层地基 碎石、砂土、粉土、
1
碾压及夯实
碾压法，振动压实 法，强夯法（动力
土压实，强夯则利用强大的夯击能，在地基中产 生强烈的冲击波和动应力，使土体动力固结密实
(1) 中 砂 ， 厚 2.0m ， 天 然 重 度 为 20kN／m3 ，饱和重度为21kN ／m3，潜水面在地表下1m处；
(2) 粘 土 隔 水 层 厚 2.0m ， 重 度 为 19kN／m3；
γs
砂土层 潜水
γsat
γc 粘土层
承压含水层
2
0.6
1 2
2
(3)粗砂，含承压水，水位高出地表2.0m(取γw＝9.80kN／m3)。 问：基坑开挖深达0.6m时，坑底有无隆起开裂的危险?若基础埋
深d＝1.5m，施工时除将中砂层内地下水面降到坑底外，还须 设法将粗砂层中的承压水位至少降低几米才行?
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解：
① 开挖深度为0.6m时，基坑底部至承 压含水层顶部土的总覆盖压力σ
② σ ＝Σγizi
③
=20×0.4+21×1＋19×2＝67
kPa
④ 承压含水层顶部的静水压力u
⑤
u =γwh
松砂、粉土、杂填土 及湿陷性黄土
5
置换及拌入
振冲置换，深层搅 拌，高压喷射注浆， 石灰桩等
采用专门的技术措施，以砂、碎石等置换软弱土 地基中部分软弱土，或在部分软弱土地基中掺入 水泥、石灰或砂浆等形成加固体，与周边土组成 复合地基，从而提高地基的承载力，减少沉降量
粘性土、冲填土、粉 砂、细砂等
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土工聚合物
承载力特征值。
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解法：
– 验算公式：
Pz+Pcz≤faz
• Pz —相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值； • Pcz—软弱下卧层顶面处土的自重压力值； • faz —软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值。
F
持力层
Es1
pc pcz
软弱下卧层
d z
G
pk-pc
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基坑支护方案的比选
– 1. 开挖深度≤6m （一层地下室） • 1.2 地质条件较好、地下水位较低时 – 方案1：场地允许可放坡开挖； – 方案2：以挖孔灌注桩或钻孔灌注桩做成悬 臂式挡墙，需要时亦可设一道拉锚或锚杆； – 方案3：土层适于打桩，同时环境又允许打 桩时，可打设钢板桩
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基坑支护方案的比选
– 2. 开挖深度6~11m （二层地下室） • 2.1软土地区软弱土层、地下水位较高时 – 方案1：灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水，设
一至二道支撑；
– 方案2：围护结构作永久结构的可采用设支撑 的地连墙；
– 方案3：环境条件允许时，可打设钢板桩，设 二至三道支撑；
– 方案4：可应用SMW 工法； – 方案5：较长排管工程，采用钢板桩，设3-4
道支撑，或灌注桩后加必要的降水帷幕，设
3-4道支撑
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基坑支护方案的比选
– 2. 开挖深度6~11m （二层地下室）
• 2.2 地质条件较好、地下水位较低时 – 方案1：挖孔灌注桩或钻孔灌注桩加锚杆 或内支撑； – 方案2：钢板桩支撑并设数道拉锚； – 方案3：较陡的放坡开挖，坡面用喷锚混 凝土及锚杆支护，亦可用土钉墙
低饱和度的粘性土、 杂填土等。对饱和粘
固结）
性土可采用强夯法。
2
换Baidu Nhomakorabea垫层
砂石垫层、素土垫 层，灰土垫层，矿 碴垫层
以砂石、素土、灰土和矿渣等强度较高的材料， 置换地基表层软弱土，提高持力层的承载力，减 少沉降量
暗沟、暗塘等软弱土 地基
3
排水固结
天然地基预压，砂 井预压，塑料排水 板预压，真空预压， 降水预压
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基坑支护方案的比选
– 3. 开挖深度11~14m （三层地下室）
• 3.1 软土地区软弱土层、地下水位较高时
– 方案1：灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水， 设三至四道支撑；
– 方案2：对于环境要求高的，或要求围护结 构兼作永久结构的，采用设支撑的地下连 续墙，可逆筑法，半逆筑法施工；
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地基处理方法
– 1）置换法——垫层置换+土质桩置换； – 2）加密法
• （1）浅层压（振）密法
– 机械压（振）密；重锤夯实；
• （2）深层压（振）密法
– 强夯；砂石桩法；预压固结法；爆破压密法；高压灌浆压密
– 3）胶结法
• （1）灌浆法——水泥粘土灌浆，化学灌浆 • （2）冷热处理法——冻结法或烧结法
② 确定单桩极限承载力标准值Quk。 ③ 该桩为大直径灌注桩，根据经验参数公式
④ Quk=Qsk+Qpk = u∑ψsiqsikli+ψpqpkAP（查表得ψsi、ψp等于1） ⑤ =3.14×0.8(10×25＋2×60＋120×2)＋3.14×0.42×2500
⑥ =2788.3KN
③ 先不考虑群桩效应，确定单桩极限承载力设计值R，估算桩数n
④ R= Qsk/γs+Qpk/γp(查表γs=γp=1.67) = 1669.6KN 估算桩数 n≥(F+G)/R=(6000+20×4×4×2）/1669.6=3.98根，
初步确定桩数为4根。
1. ④ 桩基础验算：沉降计算、群桩效应、桩身强度设计……
2. ⑤ 承台和桩身设计：承台效应桩和承台的抗冲切、抗剪验算……..