2011年一級(jí)建筑師建筑結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)資料:建筑結(jié)構(gòu)淺基礎(chǔ)(下)

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3 .基礎(chǔ)埋置深度的選擇   基礎(chǔ)埋置深度(簡(jiǎn)稱(chēng)埋深)是指基礎(chǔ)底面至天然地面的距離。影響基礎(chǔ)埋深選擇的主要因素可歸納為如下 5 個(gè)方面:
    ( 1 )與建筑物有關(guān)的條件。
    確定基礎(chǔ)的埋深時(shí),首先要考慮的是建筑物在使用功能和用途方面的要求,例如必須設(shè)置地下室、帶有地下設(shè)施、屬于半埋式結(jié)構(gòu)物等。
    ( 2 )工程地質(zhì)條件。
    直接支承基礎(chǔ)的土層稱(chēng)為持力層,其下的各土層稱(chēng)為下臥層。為了滿(mǎn)足建筑物對(duì)地基承載力和地基變形的要求,基礎(chǔ)應(yīng)盡可能埋置在良好的持力層上。當(dāng)?shù)鼗芰樱ɑ虺两涤?jì)算深度)范圍內(nèi)存在軟弱下臥層時(shí),軟弱下臥層的承載力和地基變形也應(yīng)滿(mǎn)足要求。
    ( 3 )水文地質(zhì)條件。
    有地下水存在時(shí),基礎(chǔ)盡量埋置在地下水位以上。對(duì)底面低于地下水位的基礎(chǔ),應(yīng)考慮施工期間的基坑降水、坑壁圍護(hù)、是否可能產(chǎn)生流砂、涌土等問(wèn)題,并采取保護(hù)地基土不受擾動(dòng)的措施。對(duì)于具有侵蝕性的地下水,應(yīng)采用抗侵蝕的水泥品種和相應(yīng)的措施(詳見(jiàn)有關(guān)勘察規(guī)范)。此外,設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該考慮由于地下水的浮托力而引起的基礎(chǔ)底板內(nèi)力的變化、地下室或地下貯罐上浮的可能性以及地下室的防滲問(wèn)題。
    ( 4 )地基凍融條件。
    《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 根據(jù)凍脹對(duì)建筑物的危害程度,把地基土的凍脹性分為不凍脹、弱凍脹、凍脹、強(qiáng)凍脹和特強(qiáng)凍脹 5 類(lèi)。
    不凍脹土的基礎(chǔ)埋深可不考慮凍結(jié)深度。對(duì)于埋置于可凍脹土中的基礎(chǔ),其最小埋深dmin可按下式確定:
    式中zd(設(shè)計(jì)凍深)和 hmax(基底下允許殘留凍土層的厚度)可按 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 的有關(guān)規(guī)定確定。對(duì)于凍脹、強(qiáng)凍脹和特強(qiáng)凍脹地基上的建筑物,尚應(yīng)采取相應(yīng)的防凍害措施。
    ( 5 )場(chǎng)地的環(huán)境條件。
    氣候變化、樹(shù)木生長(zhǎng)及生物活動(dòng)會(huì)對(duì)基礎(chǔ)帶來(lái)不利影響,因此,基礎(chǔ)應(yīng)埋置于地表以下,其埋深不宜小于 0.5m (巖石地基除外);基礎(chǔ)頂面一般應(yīng)至少低于設(shè)計(jì)地面 0 . lm 。
    靠近原有建筑物修建新基礎(chǔ)時(shí),新基礎(chǔ)的埋深不宜超過(guò)原有基礎(chǔ)的底面,否則新、舊基礎(chǔ)間應(yīng)保持一定的凈距,其值不宜小于兩基礎(chǔ)底面高差的 1~2 倍(土質(zhì)好時(shí)可取低值) , 如圖 9-4 所示。如不能滿(mǎn)足這一要求,則在基礎(chǔ)施工期間應(yīng)采取有效措施以保證鄰近原有建筑物的安全。
    如果在基側(cè)影響范圍內(nèi)有管道或溝、坑等地下設(shè)施通過(guò)時(shí),基礎(chǔ)底面一般應(yīng)低于這些設(shè)施的底面,否則應(yīng)采取有效措施,消除基礎(chǔ)對(duì)地下設(shè)施的不利影響。
    在河流、湖泊等水體旁建造的建筑物基礎(chǔ),如可能受到流水或波浪沖刷的影響,其底面應(yīng)位于沖刷線之下。
    4 .淺甚礎(chǔ)的地基承載力
    地基承載力是地基承受荷載的能力。在保證地基穩(wěn)定的條件下,使建筑物的沉降量不超過(guò)允許值的地基承載力稱(chēng)為地基承載力特征值( fa )。地基承載力特征值可以表達(dá)為:
    確定地基承載力特征值的方法主要有 4 類(lèi): ① 根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)以理論公式計(jì)算; ② 由現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)的 p-s曲線確定; ③ 按規(guī)范提供的承載力表確定; ④ 在土質(zhì)基本相同的情況下,參照鄰近建筑物的工程經(jīng)驗(yàn)確定。在具體工程中,應(yīng)根據(jù)地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)等級(jí)、地基巖土條件并結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)選擇確定地基承載力的適當(dāng)方法,必要時(shí)可以按多種方法綜合確定。
    ( 1 )按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定。
    1 )地基極限承載力理論公式。根據(jù)地基極限承載力計(jì)算地基承載力特征值的公式如下:
    確定地基極限承載力的理論公式有多種,如斯肯普頓公式、太沙基公式、魏錫克公式和漢森公式等,其中魏錫克公式(或漢森公式)可以考慮的影響因素最多。
    2 )規(guī)范推薦的理論公式。當(dāng)荷載偏心距e≤l / 30( l 為偏心方向基礎(chǔ)邊長(zhǎng))時(shí),可以采用 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 推薦的、以地基臨界荷載 Pl/4。為基礎(chǔ)的理論公式來(lái)計(jì)算地基承載力特征值,計(jì)算公式如下:
    注意:上式與 Pl/4公式稍有差別。砂土當(dāng)φk≥240 時(shí),表中Mb為經(jīng)驗(yàn)值,比 Pl/4理論值大(根據(jù)載荷試驗(yàn)資料修正)。
    ( 2 )按地基載荷試驗(yàn)確定。
    載荷試驗(yàn)包括淺層平板載荷試驗(yàn)、深層平板試驗(yàn)及螺旋板載荷試驗(yàn)。前者適用于淺層地基,后兩者適用于深層地基
    。載荷試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是壓力的影響深度可達(dá) 1 . 5~2 倍承壓板寬度,故能較好地反映天然土體的壓縮性。對(duì)于成分或結(jié)構(gòu)很不均勻的土層,如雜填土、裂隙土、風(fēng)化巖等,它則顯出用別的方法所難以代替的作用。其缺點(diǎn)是試驗(yàn)工作量和費(fèi)用較大,時(shí)間較長(zhǎng)。
    ( 3 )按規(guī)范承載力表確定。
    我國(guó)各地區(qū)規(guī)范給出了按野外鑒別結(jié)果、室內(nèi)物理、力學(xué)指標(biāo),或現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)查取地基承載力特征值幾的表格,這些表格是將各地區(qū)載荷試驗(yàn)資料經(jīng)回歸分析并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)編制的。表 9-10 給出的是砂土按標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)錘擊數(shù) N 查取承載力特征值的表格。
    當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于 3m 或埋置深度大于 0 .5m 時(shí),從載荷試驗(yàn)或其他原位測(cè)試、規(guī)范表格等方法確定的地基承載力特征值,應(yīng)按下式進(jìn)行修正:
    ( 4 )按建筑經(jīng)驗(yàn)確定。
    在擬建場(chǎng)地附近,常有不同時(shí)期建造的各類(lèi)建筑物。調(diào)查這些建筑物的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、基礎(chǔ)形式、地基條件和使用現(xiàn)狀,對(duì)于確定擬建場(chǎng)地的地基承載力具有一定的參考價(jià)值。
    5 .地基變形驗(yàn)算
    地基變形驗(yàn)算的要求是:建筑物的地基變形計(jì)算值 △ 應(yīng)不大于地基變形允許值 [△],即要求滿(mǎn)足下列條件:
    △ ≤ [△] ?。?-19)
    地基變形按其特征可分為 4 種:
    沉降量 ― 獨(dú)立基礎(chǔ)中心點(diǎn)的沉降值或整幢建筑物基礎(chǔ)的平均沉降值;
    沉降差 ― 相鄰兩個(gè)柱基的沉降量之差;
    傾斜 ― 基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的沉降差與其距離的比值;
    局部?jī)A斜 ― 砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向 6~10m 內(nèi)基礎(chǔ)兩點(diǎn)的沉降差與其距離的比值。
    《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 綜合分析了國(guó)內(nèi)外各類(lèi)建筑物的有關(guān)資料,提出了建筑物地基變形允許值(參見(jiàn) 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》)中表 5 . 3 . 4 )。對(duì)表中未包括的其他建筑物的地基變形允許值,可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基變形特征的適應(yīng)能力和使用上的要求確定。
    砌體承重結(jié)構(gòu)對(duì)地基的不均勻沉降很敏感,地基變形由局部?jī)A斜控制。
    框架結(jié)構(gòu)和單屋排架結(jié)構(gòu)主要因相鄰柱基的沉降差使構(gòu)件受剪扭曲而損壞,其地基變形由沉降差控制。
    高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑的整體剛度很大,可近似視為剛性結(jié)構(gòu),其地基變形應(yīng)由建筑物的整體傾斜控制,必要時(shí)應(yīng)控制平均沉降量。
    必須指出,目前的地基沉降計(jì)算方法還比較粗糙,因此,對(duì)于重要的或體型復(fù)雜的建筑物,或使用上對(duì)不均勻沉降有嚴(yán)格要求的建筑物,應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的地基沉降觀測(cè)。通過(guò)對(duì)觀測(cè)結(jié)果的分析,一方面可以對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證,修正土的參數(shù)取值;另一方面可以預(yù)測(cè)沉降發(fā)展的趨勢(shì),如果最終沉降可能超出允許范圍,則應(yīng)及時(shí)采取處理措施。
    如△>[△] ,則可采取以下措施:
    ( 1 )先考慮適當(dāng)調(diào)整基礎(chǔ)底面尺寸(如增大基底面積或調(diào)整基底形心位置)或埋深;
    ( 2 )再考慮是否可從建筑、結(jié)構(gòu)、施工諸方面采取有效措施,防止不均勻沉降對(duì)建筑物的損害;
    ( 3 )改用其他地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。
    6 .基礎(chǔ)底面尺寸的確定
    在初步選擇基礎(chǔ)類(lèi)型和埋置深度后,就可以根據(jù)持力層的承載力特征值計(jì)算基礎(chǔ)底面尺寸。如果地基受力層范圍內(nèi)存在著承載力明顯低于持力層的下臥層,則所選擇的基底尺寸尚須滿(mǎn)足對(duì)軟弱下臥層驗(yàn)算的要求。此外,必要時(shí)還應(yīng)對(duì)地基變形或地基穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。
    7 .減輕不均勻沉降危害的措施
    地基的過(guò)量變形將使建筑物損壞或影響其使用功能。特別是高壓縮性土、膨脹土、濕陷性黃土以及軟硬不均等不良地基上的建筑物,由于總沉降量大,相應(yīng)的不均勻沉降也較大,因此,如果設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周,就更易因不均勻沉降而開(kāi)裂損壞。
    ( 1 )建筑措施:
    1 )建筑物的體型應(yīng)力求簡(jiǎn)單;
    2 )控制建筑物的長(zhǎng)高比,合理布置墻體;
    3 )設(shè)置沉降縫;
    4 )相鄰建筑物基礎(chǔ)間保持一定的凈距;
    5 )預(yù)抬高。
    ( 2 )結(jié)構(gòu)措施:
    1 )減輕建筑物的自重;
    2 )設(shè)置圈梁;
    3 )設(shè)置基礎(chǔ)梁(地梁)一對(duì)采用單獨(dú)柱基的框架結(jié)構(gòu)效果好;
    4 )減小或調(diào)整基底附加壓力(對(duì)非實(shí)體基礎(chǔ),可設(shè)(半)地下室,對(duì)實(shí)體基礎(chǔ),可調(diào)整基底尺寸) ;
    5 )采用對(duì)不均勻沉降欠敏感的結(jié)構(gòu)型式(如對(duì)油罐等結(jié)構(gòu)物,可設(shè)鋼板柔性底板)。
    ( 3 )施工措施:
    1 )遵照先重(高)后輕(低)的施工程序;
    2 )注意堆載、沉樁和降水等對(duì)鄰近建筑物的影響;
    3 )注意保護(hù)坑底士體。