在进行地基设计时,要考虑:
①基础底面的单位面积压力小于地基的容许承载力。
② 建筑物的沉降值小于容许变形值 。
③ 地基无滑动的危险。
由于建筑物的大小不同,对地基的强弱程度的要求也不同,地基设计必须从实际情况出发考虑三个方面的要求。有时只需考虑其中的一个方面,有时则需考虑其中的两个或三个方面。若上述要求达不到时,就要对基础设计方案作相应的修改或进行地基处理(对地基内的土层采取物理或化学的技术处理,如表面夯实、土桩挤密、振冲、预压、化学加固和就地拌和桩等方法),以改善其结构性质,达到建筑物对地基设计的要求。
地基的种类
从现场施工的角度来讲地基,地基可分为天然地基、人工地基。地基就是基础下面承压的岩土持力层。天然地基是不需要人加固的天然土层,其节约工程造价。人工地基:经过人工处理或改良的地基。当土层的地质状况较好,承载力较强时可以采用天然地基;而在地质状况不佳的条件下,如坡地、沙地或淤泥地质,或虽然土层质地较好,但上部荷载过大时,为使地基具有足够的承载能力,则要采用人工加固地基,即人工地基。
地基的处理
人工地基处理示意图
在建筑学中地基的处理是十分重要的,上层建筑是否牢固地基有无可替代的作用。建筑物的地基不够好,上层建筑很可能倒塌,这样说一点也不为过,而地基处理的主要目的是采用各种地基处理方法以改善地基条件。
地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。我国的《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)中明确规定:“软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基”。
特殊土地基带有地区性的特点,它包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。
对于地基的改善措施主要有以下五方面:
1. 改善剪切特性
地基的剪切破坏表现在建筑物的地基承载力不够;使结构失稳或土方开挖时边坡失稳;使临近地基产生隆起或基坑开挖时坑底隆起。因此,为了防止剪切破坏,就需要采取增加地基土的抗剪强度的措施。
2. 改善压缩特性
地基的高压缩性表现在建筑物的沉降和差异沉降大,因此需要采取措施提高地基土的压缩模量。
3. 改善透水特性
地基的透水性表现在堤坝、房屋等基础产生的地基渗漏;基坑开挖过程中产生流沙和管涌。因此需要研究和采取使地基土变成不透水或减少其水压力的措施。
4. 改善动力特性
地基的动力特性表现在地震时粉、砂土将会产生液化;由于交通荷载或打桩等原因,使邻近地基产生振动下沉。因此需要研究和采取使地基土防止液化,并改善振动特性以提高地基抗震性能的措施。
5. 改善特殊土的不良地基的特性
主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等地基处理的措施。
这些是基本的改善措施,如果要有坚固的地基就必须根据实际情况来选择合适的处理方法,以下几种地基的处理方法是比较实用的。
一、换填法:当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时,常采用换土垫层来处理软弱地基。即将基础下一定范围内的土层挖去,然后回填以强度较大的砂、碎石或灰土等,并夯实至密实。
二、预压法:预压法是一种有效的软土地基处理方法。该方法的实质是,在建筑物或构筑物建造前,先在拟建场地上施加或分级施加与其相当的荷载,使土体中孔隙水排出,孔隙体积变小,土体密实,提高地基承载力和稳定性。堆载预压法处理深度一般达10m左右,真空预压法处理深度可达15m左右。
三、强夯法:强夯法是法国L·梅纳(Menard)1969年首创的一种地基加固方法,即用几十吨重锤从高处落下,反复多次夯击地面,对地基进行强力夯实。实践证明,经夯击后的地基承载力可提高2~5倍,压缩性可降低200~500%,影响深度在10m以上。
四、振冲法:振冲法是振动水冲击法的简称,按不同土类可分为振冲置换法和振冲密实法两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置换作用,置换后填料形成的桩体与土组成复合地基;在砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲法的处理深度可达10m左右。
五、深层搅拌法:深层搅拌法系利用水泥或其它固化剂通过特制的搅拌机械,在地基中将水泥和土体强制拌和,使软弱土硬结成整体,形成具有水稳性和足够强度的水泥土桩或地下连续墙,处理深度可达8~12m。施工过程:定位—沉入到底部—喷浆搅拌(上升)—重复搅拌(下沉)—重复搅拌(上升)—完毕
六、砂石桩法:振动沉管砂石桩是振动沉管砂桩和振动沉管碎石桩的简称。振动沉管砂石桩就是在振动机的振动作用下,把套管打入规定的设计深度,夯管入土后,挤密了套管周围土体,然后投入砂石,再排砂石于土中,振动密实成桩,多次循环后就成为砂石桩。也可采用锤击沉管方法。桩与桩间土形成复合地基,从而提高地基的承载力和防止砂土振动液化,也可用于增大软弱粘性土的整体稳定性。其处理深度达10m左右。
七、土或灰土挤密桩法:土桩及灰土桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔,然后向孔内夯填素土或灰土成桩。成孔时,桩孔部位的土被侧向挤出,从而使桩周土得以加密。土桩及灰土桩挤密地基,是由土桩或灰土桩与桩间挤密土共同组成复合地基。土桩及灰土桩法的特点是:就地取材,以土治土,原位处理、深层加密和费用较低。
用这些方法可以使地基比较坚固,但并没有什么是完美的,同样地基处理技术也在不断的完善与改进中。近40年来,国外在地基处理技术方面发展十分迅速,老方法得到改进,新方法不断涌现。在20世纪60年代中期,从如何提高土的抗拉强度这一思路中,发展了土的“加筋法”;从如何有利于土的排水和排水固结这一基本观点出发,发展了土工合成材料、砂井预压和塑料排水带;从如何进行深层密实处理的方法考虑,采用加大击实功的措施,发展了“强夯法”和“振动水冲法”等。另外,现代工业的发展对地基工程提供了强大的生产手段,如能制造重达几十吨的强夯起重机械;潜水电机的出现,带来了振动水冲法中振冲器的施工机械;真空泵的问世,才能建立真空预压法;生产了大于200个大气压的压缩空气机, 从而产生了“高压喷射注浆法”。[1]
地基基础允许承载力
地基基础允许承载力是指在保证地基稳定的条件下,房屋和构筑物的沉降量不超过容许值的地基承载力。中国 制定的“工业与民用建筑地基基础设计规范”(TJ7-74)中规定,在基础宽度小于3米,埋深0.5—1.0米的条件下,粘性土主要根据孔隙比(e)、天然含水量(Wo)、相对含水量(Wb)考虑。砂根据饱和度(Sr)和紧密度(D)决定,也可按标准贯入试验及钻探试验锤击数确定地基承载力。当基础宽度大于3米,埋深大于1米时,必须按下式校正:P=[σ]+k1r0(b-3)+k2r(h-1)。式中P为计算承载力(吨/平方米),[σ]为按表查得的承载力(吨/平方米),r0及r为地基土持力层的天然容重(地下水位以下取水下容重,吨/立方米),k1及k2为安全系数,取2—3。
浅基础:基础埋深不大(一般浅于5m),只需经过挖槽,排水等普通施工程序就可建成的基础。 其基础竖向尺寸与其平面尺寸相当,侧面摩擦力对基础承载力的影响可忽略不计。包括独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础、壳体基础等。1.墙下条形基础。(1)刚性条形基础:是墙基础中常见的形式,通常用砖或毛石砌筑。为保证基础的耐久性,砖的强度等级不能太低,在严寒地区宜用毛石;毛石需用未风化的硬质岩石。砌筑的砂浆,当土质潮湿或有地下水时要用水泥砂浆。刚性基础台阶宽高比及基础砌体材料最低强度等级的要求,有规范规定。(2)墙下钢筋混凝土条形基础:当基础宽度较大,若再用刚性基础,则其用料多、自重大,有时还需要增加基础埋深,此时可采用柔性钢筋混凝土条形基础,使宽基浅埋。如果地基不均匀,为增强基础的整体性和抗弯能力,可采用有肋梁的钢筋混凝土条形基础,肋梁内配纵向钢筋和箍筋,以承受由不均匀沉降引起的弯曲应力。2.独立基础。是柱基础中最常用和最经济的形式。也可分为刚性基础和钢筋混凝土基础两大类。刚性基础可用砖、毛石或素混凝土,基础台阶高宽比(刚性角)要满足规范规定。一般钢筋混凝土柱下宜用钢筋混凝土基础,以符合柱与基础刚接的假定。3.柱下梁式基础。同一排上若干柱子的基础联合在一起,就成为柱下条形基础。此种基础有相当大的抗弯刚度,不易产生太大的挠曲,故基础上各柱下沉较均匀。当土的压缩性或柱荷载分布在两个方向上都很不均匀,为了扩大底面积和加大基础空间刚度以调整不均匀沉降,可在柱网下纵横两个方向设梁,成为柱下交叉梁基础。4.筏形基础。用于多层与高层建筑,分平板式和梁板式。由于其整体刚度相当大,能将各个柱子的沉降调整得比较均匀。5.箱形基础。由钢筋混凝土底板、顶板和纵横墙体组成的整体结构,其抗弯刚度非常大,只能发生大致均匀的下沉,但要严格避免倾斜。箱形基础是高层建筑广泛采用的基础形式。但其材料用量较大,且为保证箱基刚度要求设置较多的内墙,墙的开洞率也有限制,故箱基作为地下室时,对使用带来一些不便。因此要根据使用要求比较确定。箱形基础箱形基础是由钢筋混凝土的底板、顶板和若干纵横墙组成的,形成中空箱体的整体结构,共同来承受上部结构的荷载。箱形基础整体空间刚度大,对抵抗地基的不均匀沉降有利,一般适用于高层建筑或在软弱地基上造的上部荷载较大的建筑物。当基础的中空部分尺寸较大时,可用作地下室。 条形基础是基础长度远远大于宽度的一种基础形式。按上部结构分为墙下条形基础和柱下条形基础, 基础的长度大于或等于10倍基础宽度。 条形基础的特点一,布置在一条轴线上且与两条以上轴线相交,有时也和独立基础相连,但截面尺寸与配筋不尽相同。 条形基础的特点二,横向配筋为主要受力钢筋,纵向配筋为次要受力钢筋或者是分布钢筋。主要受力钢筋布置在下面。 墙下条形基础和柱下独立基础(单独基础)统称为扩展基础。扩展基础的作用是把墙或柱的荷载侧向扩展到土中,使之满足地基承载力和变形的要求。扩展基础包括无筋扩展基础和钢筋混凝土扩展基础。 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无需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。无筋基础的材料都具有较好的抗压性能,但抗拉、抗剪强度都不高,为了使基础内产生的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值,设计时需要加大基础的高度。因此,这种基础几乎不发生挠曲变形,故习惯上把无筋基础称为刚性基础。 无筋扩展基础适用于多层民用建筑和轻型厂房。无筋扩展基础的抗拉强度和抗剪强度较低,因此必须控制基础内的拉应力和剪应力。结构设计时可以通过控制材料强度等级和台阶宽高比(台阶的宽度与其高度之比)来确定基础的截面尺寸,而无需进行内力分析和截面强度计算。图9-3所示为无筋扩展基础构造示意图,要求基础每个台阶的宽高比(b2:h)都不得超过《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中表8.1.2中所列的台阶宽高比的允许值(可用图中角度α的正切tanα表示)。设计时一般先选择适当的基础埋深和基础底面尺寸,设基底宽度为b,则按上述要求,基础高度应满足下列条件:
由于台阶宽高比的限制,无筋扩展基础的高度一般都较大,但不应大于基础埋深,否则,应加大基础埋深或选择刚性角较大的基础类型(如混凝土基础),如仍不满足,可采用钢筋混凝土基础。础基坑开挖时,如地下水位较高,应采取措施降低地下水位至基坑底以下(500)mm处 桩基础桩基础由基桩和联接于桩顶的承台共同组成。若桩身全部埋于土中,承台底面与土体接触,则称为低承台桩基;若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上,则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础。高层建筑中,桩基础应用广泛。 特点 (1)桩支承于坚硬的(基岩、密实的卵砾石层)或较硬的(硬塑粘性土、中密砂等)持力层,具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力,足以承担高层建筑的全部竖向荷载(包括偏心荷载)。 (2)桩基具有很大的竖向单桩刚度(端承桩)或群刚度(摩擦桩),在自重或相邻荷载影响下,不产生过大的不均匀沉降,并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。 (3)凭借巨大的单桩侧向刚度(大直径桩)或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力,抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载,保证高层建筑的抗倾覆稳定性。 (4)桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩,在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下,桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力,从而确保高层建筑的稳定,且不产生过大的沉陷与倾斜。常用的桩型主要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻(冲)孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、钢管桩等,其适用条件和要求在《建筑桩基技术规范》中均有规定。 筏板基础筏板基础: 筏型基础又叫笩板型基础。是把柱下独立基础或者条形基础全部用联系梁联系起来,下面再整体浇注底板。一般说来地基承载力不均匀或者地基软弱的时候用笩板型基础。而且笩板型基础埋深比较浅,甚至可以做不埋深式基础。 由底板、梁等整体组成。建筑物荷载较大,地基承载力较弱,常采用砼底板,承受建筑物荷载,形成筏基,其整体性好,能很好的抵抗地基不均匀沉降。 2.筏板基础施工,混凝土浇筑完毕,应洒水养护的时间为(不少于7天)]。
筏形基础筏形基础 raft foundation 当建筑物上部荷载较大而所在地的地基承载能力又比较弱,这时采用简单的条形基础或井格式基础已不能适应地基变形的需要时,常将墙或柱下基础连成一片,使整个建筑物的荷载承受在一块整板上,这种满堂式的板式基础称筏式基础。筏形基础有平板式和梁板式之分。 扩展基础 用钢筋混凝土建造的基础抗弯能力强,不受刚性角限制,称为扩展基础。 扩展基础spread foundation 将上部结构传来的荷载,通过向侧边扩展成一定底面积,使作用在基底的压应力等于或小于地基土的允许承载力,而基础内部的应力应同时满足材料本身的强度要求,这种起到压力扩散作用的基础称为扩展基础。系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。 独立基础当建筑物上部结构采用框架结构或单层排架结构承重时,基础常采用方行或矩形的独立式基础,这类基础称为独立式基础.也称单独基础,是整个或局部结构物下的无筋或配筋基础.一般是指结构柱基,高烟囱,水塔基础等的形式. 独立基础分阶形基础;坡形基础;杯形基础3种。 独立基础的特点一,一般只坐落在一个十字轴线交点上,有时也跟其它条形基础相连,但是截面尺寸和配筋不尽相同。独立基础如果坐落在几个轴线交点上承载几个独立柱,叫做共用独立基础。 独立基础的特点二,基础之内的纵横两方向配筋都是受力钢筋,且长方向的一般布置在下面。 长宽比在3倍以内且底面积在20 m2以内的为独立基础(独立桩承台) |