基礎(chǔ)工程第三章地基承載力及確定.ppt

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第3章地基承載力,3.1基本概念3.2設(shè)計(jì)理論3.3地基承載力的確定3.4地基承載力的修正,3.1基本概念,地基承受荷載的能力。為了滿足地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，設(shè)計(jì)時(shí)必須控制基礎(chǔ)底面最大壓力不得大于某一界限值，這一界限值稱為地基承載力。地基承載力有容許值、特征值、極限值等。,1、地基承載力,2、地基承載力特征值fa：指由載荷試驗(yàn)測(cè)定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對(duì)應(yīng)的壓力值。,,s,p~s,pcr,pu,,,,,fa,,,sa,p,3,3、地基承載力特征值fa的特點(diǎn)：,1.地基承載力特征值實(shí)質(zhì)就是容許承載力2.按正常使用極限狀態(tài)原則確定3.以地基的變形作為控制標(biāo)準(zhǔn),4,,,,重要性系數(shù),分項(xiàng)系數(shù),分項(xiàng)系數(shù),,1）容許承載力理論,2）極限承載力理論－安全系數(shù)法,3）極限承載力理論－分項(xiàng)系數(shù)法,3.2設(shè)計(jì)理論,5,1)容許承載力理論,承載力：塑性區(qū)開展范圍：Pcr，P1/4，s/b=0.01-0.02（載荷試驗(yàn)）、計(jì)算公式荷載：標(biāo)準(zhǔn)值（組合）,,,,,,,F,塑性區(qū),容許承載力:確保地基不發(fā)生剪切破壞而失穩(wěn)，同時(shí)又保證建筑物的沉降不超過允許值的最大荷載。,6,1)容許承載力理論,在載荷試驗(yàn)中可以由其比例界限確定；按一定沉降比人為規(guī)定，例如s/b?0.002在理論計(jì)算中可以由塑性區(qū)發(fā)展理論中的臨塑荷載pcr、p1/4、p1/3確定。按容許承載力理論確定的承載力，其沉降一般也會(huì)滿足要求，常常不需進(jìn)行沉降驗(yàn)算。在這種設(shè)計(jì)中，工程的安全性和可靠性是無定量的概念。因而是一種經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法。其設(shè)計(jì)荷載可取為標(biāo)準(zhǔn)值或標(biāo)準(zhǔn)組合。,7,2)極限承載力理論—安全系數(shù)法,承載力：極限承載力理論公式、平板載荷試驗(yàn)極限值/安全系數(shù)（2~3）荷載：采用標(biāo)準(zhǔn)值（組合）,,,,,,,,,8,在這一理論方法中，其安全程度用單一的安全系數(shù)K表示，但這一安全系數(shù)反映多大的失事概率是不得而知的。,,對(duì)于地基承載力問題，單一安全系數(shù)法的一般表達(dá)式為：,9,3)極限承載力理論－分項(xiàng)系數(shù),承載力（抗力）：采用極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值除以抗力分項(xiàng)系數(shù)荷載：荷載效應(yīng)組合的代表值分項(xiàng)系數(shù),10,基于可靠度理論的分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)方法是一種極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。由于工程中的荷載和抗力都是隨機(jī)變量，有多少可能使荷載大于抗力而失事是一個(gè)隨機(jī)事件。破壞的概率（可能性）決定于兩個(gè)隨機(jī)變量的均值（眾值，中值及某個(gè)分位值）及其分布。,3)極限承載力理論－分項(xiàng)系數(shù),11,3.3地基承載力的確定,按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)以理論公式計(jì)算載荷試驗(yàn)按規(guī)范提供的承載力表確定（地方規(guī)范）經(jīng)驗(yàn)方法,,1）理論公式：pcr、p1/4、p1/3以及極限承載力理論計(jì)算公式,如太沙基、普郎德爾、斯肯普特、漢森、魏西克公式等。,,,當(dāng)偏心距e小于或等于0.033倍基礎(chǔ)底面寬度時(shí)，根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力特征值可按下式計(jì)算，并應(yīng)滿足變形要求：fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck,以p1/4=N?B?/2+Nq?d+Ncc為理論依據(jù),1、按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定,2）規(guī)范推薦的公式,,≥24時(shí)，Mb實(shí)際比理論大,13,,fa——由土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的地基承載力特征值；Mb、Md、Mc——承載力系數(shù)，按規(guī)范GB50007-2002查表確定；b——基礎(chǔ)底面寬度，大于6m按6m取值，對(duì)于砂土小于3m按3m取值ck——基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值。γ——基礎(chǔ)底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；γm——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度；注意：上式計(jì)算結(jié)果不再進(jìn)行寬度和深度的修正。應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算。,14,承載力系數(shù)Mb、Md、Mc表3-1,15,2、載荷試驗(yàn)法,載荷試驗(yàn)：包括淺層平板載荷試驗(yàn)和深層平板載荷試驗(yàn)，淺層平板載荷試驗(yàn)適用于淺層地基，深層平板載荷試驗(yàn)適用于深層地基。,16,17,淺層平板載荷試驗(yàn),載荷板的測(cè)試范圍：在現(xiàn)場(chǎng)通過0.25～0.50m2的載荷板對(duì)擾動(dòng)較少的地基土體直接施荷，所測(cè)得的成果一般能反映相當(dāng)于1～2倍荷載板寬度的深度以內(nèi)土體的平均性質(zhì)。,規(guī)范要求:對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)的建筑物采用載荷試驗(yàn)、理論公式計(jì)算及其他原位試驗(yàn)等方法綜合確定。,20,載荷板試驗(yàn)的主要優(yōu)缺點(diǎn)：載荷試驗(yàn)可靠性高；費(fèi)時(shí)、耗資；試驗(yàn)只能反映淺層地基的承載力。,圖載荷板與實(shí)際基礎(chǔ)對(duì)地基的影響深度比較(a)載荷試驗(yàn)(b)實(shí)際基礎(chǔ),21,確定地基承載力特征值的方法,(一)p-s曲線“陡降型”——取值主要由地基強(qiáng)度控制，常出現(xiàn)于低壓縮性土,（二）p-s曲線“緩變型”——取值主要由地基允許變形控制，常出現(xiàn)于中、高壓縮性土,,22,(一)p-s曲線“陡降型”,取圖中的比例界限荷載作為承載力特征值,對(duì)于少數(shù)呈“脆性”破壞的土，Pb與極限載荷很接近，當(dāng)Pu<2Pb時(shí)，取Pu/2作為承載力特征值。,23,（二）p-s曲線“緩變型”,當(dāng)壓板面積為0.25～0.50m2時(shí)，規(guī)定取s/b=0.01～0.015所對(duì)應(yīng)的荷載作為承載力特征值，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。,24,同一層土，應(yīng)選擇三個(gè)以上試驗(yàn)點(diǎn)，得到則取,25,3、巖石地基承載力確定方法,按巖基載荷試驗(yàn)方法確定。按GB50007-2002附錄H進(jìn)行。對(duì)完整、較完整、較破碎的巖石地基承載力特征值，可根據(jù)室內(nèi)飽和單軸抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算：,式中：fa——巖石地基承載力特征值（kPa）；frk——巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）,按下式計(jì)算：,26,,frk=ψfrmψ=1-(1.704/√n+4.678/n2)δψ、δ、n——分別為統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)、變異系數(shù)和統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)。frm——巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值；該值是以每組六個(gè)φ50mm*100mm的飽和巖樣（對(duì)于粘土質(zhì)巖，在確保施工期及使用期不致遭水浸泡時(shí)，可采用天然濕度的式樣，不進(jìn)行飽和處理）以每秒500~800kPa的加載速度加載直至試樣破壞，作為一組試樣試驗(yàn)值計(jì)算其平均值。ψr——折減系數(shù)。根據(jù)巖體完整程度以及結(jié)構(gòu)面的間距、寬度、產(chǎn)狀和組合，由地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。無經(jīng)驗(yàn)時(shí)，對(duì)完整巖體可取0.5；對(duì)較完整巖體可取0.2~0.5；對(duì)較破碎巖體可取0.1~0.2；該折減系數(shù)值未考慮施工因數(shù)及建筑物使用后風(fēng)化作用的繼續(xù)。,27,在ψr的確定中，關(guān)鍵的是要確定巖體的完整性，巖體的完整程度劃分為完整、較完整、較破碎、破碎和極破碎。可按下表定量劃分：,令完整性指數(shù)為ζ，則ζ=(VPY/VPK)2，式中：VPY為巖體縱波波速，VPK為巖塊縱波波速。選定巖體、巖塊測(cè)定波速時(shí)應(yīng)有代表性。當(dāng)缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)可按GB50007~2002附錄A.0.2執(zhí)行。,28,靜力觸探；動(dòng)力觸探；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等,當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)和乙級(jí)時(shí)，應(yīng)結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)成果綜合分析，不宜單獨(dú)應(yīng)用。,,其他原位測(cè)試方法,3.4地基承載力的修正,當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時(shí)，從荷載試驗(yàn)或其他原位測(cè)試、經(jīng)驗(yàn)值等方法確定的地基承載力特征值，尚應(yīng)按下式修正：,30,ηb、ηd——基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)。按基礎(chǔ)下土的類別查表取值。γ——基礎(chǔ)底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；γm——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度；b——基礎(chǔ)底面寬度（m），當(dāng)基寬小于3m時(shí)按3m取值，大于6m時(shí)按6m取值；d——基礎(chǔ)埋置深度（m），一般自室外地面標(biāo)高算起。在填方整平地區(qū)，可自填土地面標(biāo)高算起，但填土在上部結(jié)構(gòu)施工后完成時(shí)，應(yīng)從天然地面標(biāo)高算起。對(duì)于地下室，如采用箱形基礎(chǔ)或筏基時(shí)，基礎(chǔ)埋置深度自室外地面標(biāo)高算起；當(dāng)采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時(shí)，自室內(nèi)地面標(biāo)高算起。,31,32,33,例1：如圖所示地質(zhì)土性和獨(dú)立基礎(chǔ)尺寸，使用承載力公式計(jì)算持力層的承載力特征值。若地下水穩(wěn)定下降1m至1.7m，問承載力特征值有何變化？,34,解：由φk=20o,查表得Mb=0.51、Md=3.06、Mc=5.66。持力層地基承載力的特征值為：,若地下水穩(wěn)定下降1—1.7m，則地基承載力特征值增加至：,35,例2：某柱基，作用在設(shè)計(jì)處的荷載特征值、基礎(chǔ)尺寸、埋置深度及地基條件如圖所示，計(jì)算修正后的地基承載力特征值。,圖5-3,36,可以查得承載力特征值修正系數(shù)：,基底以上的土加權(quán)平均重度為：,持力層承載力特征值修正后為：,37,例3：某建筑物基礎(chǔ)寬度b=3.5m，埋深d=3m.承受上部結(jié)構(gòu)荷載F=2800KN，M=80KN。M。其地基土層的分布如圖所示?，F(xiàn)在粉質(zhì)粘土層中取土原狀土樣進(jìn)行三軸試驗(yàn)，測(cè)得抗剪強(qiáng)度參數(shù)如表所示。試確定粉質(zhì)粘土層的地基承載力。,38,根據(jù)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定方法可得：,39,40,（2）根據(jù)條件，可用規(guī)范推薦的理論公式來確定地基承載力特征值，由φk=25.470查表用內(nèi)插法,