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吉林大学岩土工程设计复习资料陈晨老师

(1)基础类型、材料,基础平面分布(2)选择埋深(d )(3)确定地基承载力特征值(f ak )(4)确定基础的底面尺寸(b 、I)(5)必要时,变形与稳定性验算(6)基础结构设计(内力分析、截面计算、基础尺寸与砼强度、配筋)(7)绘制基础施工图2.浅基础的分类:按材料分:砖基础;毛石基础;灰土基础;三合土(石灰、砂和骨料加水混合而成)基础;混凝土基础;钢筋混凝土基础。

按结构形式:扩展基础(指墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础)柱下条形基础(支承同一方向或同一轴线上若干根柱的长条形连续基础) ;独立基础;筏形基础;箱型基础。

3.筏形和箱型基础的特点:1 •有较大的基底面积,能承担较大的建筑物荷载,容易满足承载力的要求。

对于有局部地质缺陷的地基,可用这类基础直接跨越地质缺陷部位,避免进行地基局部处理。

2.将整个建筑物连成整体,具有较大的刚性,可调整和均衡上部结构荷载向地基传递,减小由于荷载差异和地基不均匀造成的建筑物不均匀沉降或倾斜,减小地基不均匀变形在结构物内部引起的附加应力。

3.基础埋置深度较大,可提高竖向和水平承载力,增加建筑物的稳定性,同时利用地基补偿作用减小基底的附加压力,从而减小建筑物的沉降量。

4.筏形和箱形基础在建筑物下部构成较大的地下空间,提供安置高层建筑用的设备或公共设施的合适场所。

5.筏形尤其是箱形基础的技术要求和造价是较高,施工中需要处理大基坑、深开挖所碰到的许多问题,因此,需要根据具体条件通过技术经济比较才能正确选用。

4.进行基础设计前掌握的资料:(1)上部结构资料:①建筑物的重要性;②建筑物体型的复杂程度;③结构类型、荷载大小及传力系统。

(2)基础设计的三项重要技术指标:技术合理性;施工技术可行性;经济性。

(3)地质资料:①地基类型判别及可能发生的问题;②土层分布的工程性质研究;③查明地下水及地表水的运动规律;④查明拟建建筑物周围及地下的情况。

5.影响基础埋深的因素:(P16)1.建筑物上、下部结构与荷载条件;2.土的冻胀条件;3.地基土体的工程性质与分布;4.地下水条件;5.地形条件;6.相邻建筑物基础埋深;注:基础埋深的确定是基础设计中一个重要环节。

影响基础埋深的因素很多,而对某一项工程而言,往往只是其中的一项或两项起决定作用。

设计时应从工程的实际出发,抓住主要因素进行选择。

(1)桩的类型(方案),几何尺寸的确定(2)确定单桩竖向(和水平向)承载力(特征值)(3)确定桩的数量,间距和布置方式(4)验算桩基的承载力和沉降(5)桩身结构设计(6)桩承台设计(7)制桩基施工图7桩基础分类:(1)按承载性状分类:①摩擦型桩:指在竖向极限荷载作用力下,桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承担。

据桩侧摩阻承受荷载的份额,分为a.摩擦桩b.端承摩擦桩②端承型桩:指竖向荷载下,桩顶荷载全部或主要由端阻力承担。

据端阻力承担荷载的份额,可分为a.端承桩b.摩擦端承桩。

(2)按桩身材料分类(钢筋)混凝土桩、钢桩、木桩、及组合桩(两种以上材料):①木桩:常用杉木、松木、柏木和橡木等坚韧耐久木材。

木桩的长度一般为4~10m直径约180~260mm木桩制作容易,储运方便,打桩设备简单,造价低廉;但木桩承载力低,一般使用寿命不长。

只有盛产木材的地区或小型工程和临时工程采用木桩。

②混凝土桩:由混凝土材料制成,通常混凝土的强度等级采用C15 C20和C25, 其中水下灌注混凝土取高值。

③钢筋混凝土桩:可抗拔和抗弯以及承受水平荷载。

钢筋混凝土桩可分为预制—桩和灌注桩。

④钢桩:钢桩具有承载力高,材料强度均匀可靠,可重复使用的优点。

而价格高、易诱蚀是其主要缺点。

⑤组合材料桩:例如钢管桩内填充混凝土,或上部为钢管桩,下部为混凝土等型式的组合桩。

(3)按成桩方法分类:①打入桩:锤击法:用桩锤把桩击入地基的沉桩方法。

振动法:在桩顶装上振动器,使预制桩随着振动下沉至设计标高。

②静压桩:采用静力压桩机,将预制桩压入地基中,最适宜于均质软土地基。

优点是:无噪音、无振动,对周围的邻近建筑物不产生不良影响。

③灌注桩:钻孔灌注桩施工工艺:成孔一下导管和钢筋笼一浇灌水下混凝土-成桩。

灌注桩为在建筑工地现场成孔并在现场灌注混凝土制成的桩。

根据灌注桩的成孔工艺,通常可分下列几种:*机械成孔桩*沉管灌注桩*夯压成型灌注桩(4)按桩的设置效应分类:①非挤土桩:成桩过程对桩周围的土无挤压作用。

成桩方法有干作业法、泥浆护壁法和套管护法。

②部分挤土桩:成桩过程对周围土产生部分挤压作用。

如底端开口的钢管桩、H 型桩和开口预应力混凝土管桩等打入桩,沉桩时对桩周土稍有排挤作用,但土的强度和变形性质改变不大。

③挤土桩:成桩过程中桩孔中的土未取出,全部挤压到桩的四周,这类桩称为挤土桩,包括挤土灌注桩和挤土预制桩。

(5)按桩的抗力特性分类:①竖向抗压桩:是指主要承受竖向下压荷载的桩。

大多数建筑桩基础为此种类型桩。

②竖向抗拔桩:主要承受竖向上拔荷载的桩。

例如建在山顶的高压输电塔的桩基础,受大风荷载时为抗拔桩。

又如桩的静载荷试验中用作支承反力梁的桩为抗拔桩。

③水平受荷桩:主要承受水平荷载的桩。

例如,深基坑护坡桩,承受水平方向土压力作用。

④复合受荷桩:这种桩承受的竖向荷载与水平荷载均较大。

(6)按桩的使用功能分类:①基础桩:是指主要用做建筑物的基础,用于支撑建筑物上部结构的荷重。

②支护桩:主要承受水平向荷载的桩,用于建筑基坑开挖过程支挡侧向土压力。

③抗滑桩:主要承受水平荷载的桩,用于边坡支挡。

(7)按桩径大小分类:D > 800mm大直径桩;250m贰D< 800mm中直径桩;D < 250mm]、直径桩8.桩土荷载传递规律:竖向荷载逐渐施加于单桩桩顶,桩身上部受压缩而产生相对于土体向下位移,桩侧表面便有向上的摩擦阻力。

桩身荷载通过桩侧摩阻力传递到桩周土层中,致使桩身荷载和压缩变形随深度的增加而减少。

在桩土相对位移等于零处,摩阻力也等于零。

随着桩身荷载的增大,桩身压缩变形和位移量也增大,桩身部四周土体的摩阻力也将随着增大,桩尖土层也受压缩而产生端阻力。

桩端土层的压缩又加大了桩、土间的相对位移,这又进一步加大了桩四周的摩阻力。

当桩身摩阻力到达极限后,继续增加荷载,这部分增大的荷载全部由桩端阻力来承担,此时桩端持力层的压缩位移量将迅速增大,到达某一极限,桩端土层产生塑性变形并发生塑性挤出,位移迅速增大而破坏。

这时桩所承受的荷载就是极限荷载。

9.影响桩土间力的平衡的影响因素:1.桩、土模量比Ep/Es,Ep/Es越大,桩端阻力所分担的荷载比值也越大,桩侧摩阻力分担荷载的比例减少。

对Ep/Es < 10的中长柱,其端阻力接近于零。

这说明对于砂桩、碎石桩、灰土桩等低刚度桩组成的”基础”,应按复合地基工作原理进行设计。

2.桩底扩大头与桩身直径之比D/d,D/d比值越大,桩端阻力承受的荷载比值越大。

3.桩长径比l/d ,l/d值对荷载的传递影响较大,均质土中的钢筋混凝桩,其荷载传递的状态主要受l/d的影响。

当l/d > 100时,桩端土的性质对荷载传递无任何影响。

可见l/d很大的桩属于摩擦桩或纯摩擦桩。

此时无需采用扩底桩。

10.负摩阻力:桩周土层的沉降超过桩的沉降,在桩周产生向下的摩阻力。

产生条件:①桩穿越较厚的松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层,进入相对较硬土层时;②桩周存在软弱土层,地面承受局部较大的长期荷载,或地面大面积堆载时,使桩周土层发生沉降;③由于降低地下水位,使桩用土中的有效应力增大,并产生显著的大面积土层压缩沉降。

④在饱和软土中打入密集的桩群,引起孔隙水压力,引起土体大量上涌,随后重塑土体因超孔隙水压力消散而重新固结引起的下沉。

中性点:桩截面沉降量与桩周土层沉降量相等之点,桩与桩周土相对位移为零,称为中性点,即负摩阻力与正摩阻力交界点无任何摩阻力。

中性点处,桩所受的下拉荷载最大;无摩擦力;相对位移为零。

11.深度效应:(1).桩端阻的深度效应:桩端阻力并不随桩的入土深度一直呈线性增大,而是随入土深度特别是进入砂性持力层的深度不同而呈不同规律变化,称之为桩端阻力的深度效应。

当桩端进入均匀持力层深度小于某一深度时,极限端阻一直是线性增大。

大于某一深度后,极限端阻保持不变,该深度称为临界深度hep。

该恒定极限端阻力称为极限端阻力稳值。

hep对于砂砾3d〜6d;粘土、粘性土为5d〜10d。

(2).桩侧阻力的深度效应:当桩入土深度超过一定深度后,侧阻也不再随深度增加而增加。

该深度即侧阻的临界深度hes,该深度的侧阻力为侧阻稳值。

12.确定单桩竖向极限承载力的方法(补充说明):1.静载荷试验:2.原位触探试验:3.按静力学公式计算4.按岩土工程性质试验资料估算13.钢管桩承载力计算:对大直径钢管桩,预应力管桩,考虑闭塞效应与侧阻挤土效应,承载力为:Q uk —Q sk Q pk 二u' q siJi 'p q pk A pp —桩端闭塞效应系数,闭口钢管桩p=1,敞口取值如下:0加<5,丸卩=0.160加;h b/d £=0.8。

其中,0—桩端入持力层深度;d —钢管桩外径=d nn=2例题:土层参数见复合基桩例题,地面标高:27.31m,地下水位:24.0m;桩基设计参数:桩顶标高:20.67m,桩长:16.5m,桩径:600mm进入⑤层中砂土不少于1.50 m。

试计算:单桩竖向承载力特征值。

【解】钢管桩的隔板n=2,d e =d .n =0.6 .2 =0.424 1% d =1.5/0.424=3.536p =0.16h b/d =0.16 1.5/0.424 =0.5657=Q sk Qpk = U—qsikh ' pqpkA=1726.81+0.5657 367.57=1934.744kN钢管桩的隔板n=4d e = d , n = 0.6 . 4 = 0.3 h b d =1.5/0.3 = 5 p=0.16h b/d =0.16 1.5/0.378Quk 二Qsk Q pk 二U J qsikh ' pqpk A p=1726.81+0.8 367.57=2020.866kN计算单桩承载力特征值:R二Q uk 2 =2020.866/2=1010.4kN14.承台设计:1.受冲切计算,2.受剪切计算。

3.局部受压计算。

15.地下连续墙基坑的设计内容:(1)确定荷载、土压力、水压力(土力学理论)(2)确定地下连续墙的入土深度(基坑稳定性问题)(3)槽型稳定验算:根据入土深度,假定槽段长度,即可进行槽壁稳定计算(4)地下连续墙静力计算(5)配筋计算、构件强度验算,裂缝开张验算,垂直接头计算(6)支撑结构设计(7)基坑变形估计:基坑回弹及隆起估计;邻近建筑沉降及水平位移估算;墙后地面沉降估算16.锚固的作用原理:普通锚杆:力学分析其过程:土压力一结构物(培、桩)一锚杆头部(横梁、台座、承压板、螺母)一拉杆一锚固注入的砂浆(握裹力或称握固应力)—地层中(摩阻力)预应力锚杆:预应力产生一拉杆一稳定土体L结构(锚头处)—土中Q uk17.土钉墙加固机理:1.提高了原位土体强度,土钉在复合土体中起箍束骨架作用,提高了土坡刚度与整体稳定性。

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