土力学课件-12%2614章(new)

第十二章地基设计Chapter12FoundationdesignChapter12Foundationdesign第一节概述Section1Introduction一、水工建筑物地基的特点(自学)CharacteristicsofHydraulicstructures二、水工建筑物地基设计原则(自学)Principlesoffoundationdesignofhydraulicstructures三、水工建筑物地基设计内容和程序(自学)Contentsandproceduresoffoundationdesignofhydraulicstructures 第二节地基勘察与工程地质资料的收集Section2Foundationinvestigationandcollectionofinformationofengineeringgeology一、地基设计所需的地质资料（自学）Geologyinformationneededforfoundationdesign二、地基勘察(Foundationinvestigation)1.一般要求(Generalrequest)（自学）2.勘察范围及勘探点的布置Investigationrangeandarrangementofexploratorypoint3.勘察方法(Investigationmethod) （1）坑探(Pitexploration)（2）钻探（Drilling，boring）（3）地球物理勘探（Geophysicalexploration）（4）原位测试（fieldtest）4.取样及室内试验SamplingandLaboratorytest5.勘察报告的编写Writingofinvestigationreport6.资料整理与分析Collectionandanalysisofinformation 第三节基础形式的选择及埋置深度、平面尺寸的确定Section3Choiceoffootingtypeanddeterminationofembeddeddepthandplanesizeoffooting一、水工建筑物常见基础的类型及选用Commontypesandapplicationoffootingforhydraulicstructures1.按基础刚度分类Classifiedbyfootingrigidity（1）刚性基础(Rigidfooting)（图12-2） （2）柔性基础(Flexiblefooting)2.按基础结构形式分类Classifiedbystructuraltypeoffooting（1）浅基础(shallowfoundation)①单独基础(Singlefooting)（图12-3）②条形基础(Stripfooting)（图12-4） ③浮筏基础及箱式基础（图12-5和图12-6）Floatingfoundationandboxfoundation④倒拱底板基础(Inversearchboard)（图12-7） 3.深基础（D>5m）Deepfoundation桩基础、沉井基础、沉箱基础、地下连续墙等Pilefoundation，caisson，boxcaisson，diaphragmwall 二、基础埋深和平面尺寸的确定Determinationoffoundationembeddeddepthandplanarsize1.埋深的概念(Conceptofembeddeddepth)2.埋深的确定(Determinationofembeddeddepth)（1）考虑使用要求（2）持力层有足够的承载能力（3）必须低于冻结深度0.25m（4）必须低于水流的冲刷线3.基础的平面尺寸Determinationofplansizeoffoundation依据上部结构的布置和尺寸、荷载的大小以及地基的承载能力确定 拟定的基础尺寸应满足地基强度要求中心荷载p[R](12-1，a)偏心荷载p[2.1R](12-1，b)max为防止产生过大不均匀沉降，最大、最小基底压力还应满足下列条件p对粘性土地基max2.1~5.1pmin对砂性土地基pmax5.1~0.2pmin 第四节地基验算Section4Checkcalculationoffoundation一、按稳定性与变形要求校核地基((一一))地基稳定性验算地基稳定性验算11、水平滑动验算、水平滑动验算22、深层滑动验算、深层滑动验算33、抗倾覆稳定性验算、抗倾覆稳定性验算44、渗透稳定验算、渗透稳定验算堤坝或透水地基，需进行渗透稳定验算，满足规堤坝或透水地基，需进行渗透稳定验算，满足规范中流土和管涌的判别标准。否则另行设计。范中流土和管涌的判别标准。否则另行设计。 1.水平滑动（Horizontalslide）（1）沿基础地面的水平滑动验算（图12-9）f(WU)cAaKsPPw1w2(12-2) （2）挡土墙墙后有填土的水平滑动验算（图12-10）f(WU)cAPapKsPPPaxw1w2(12-3)（3）带裙板或抗滑桩建筑物的水平滑动验算1）沿abef滑动时（图12-11）(VG)fPpKsHPaPPpa(12-4) 2）当沿abcdef滑动时（图12-11）pLfPpKs(12-5)HPa3）带抗滑桩的底板（图12-12）VfPpPl(12-6)KsHPaPa图12-12 2.深层滑动稳定验算Checkcalculationofdeepslide采用圆弧滑动法验算R(pbcostglc)Fiiiiii(12-7)S(VDB)lHlJlvhJ3.倾覆稳定性的验算Checkcalculationofoverturningstability抗倾力矩MRKt(12-8)倾覆力矩MO4.渗透稳定验算Checkcalculationofseepagestability 图12-13 ((二二))基础沉降验算基础沉降验算11、要求：、要求：沉降沉降ss≤≤[s][s]沉降差△沉降差△ss≤≤[[△△s]s]22、、几个基础沉降特征值几个基础沉降特征值（名词解释或填空）（名词解释或填空）：：沉降、沉降差、倾斜、局部倾斜沉降、沉降差、倾斜、局部倾斜 第五节现场观测（自学）Section5Fieldobservation 第十四章地基处理Chapter14FoundationimprovementChapter14建筑物＝上部结构＋基础建筑物＝上部结构＋基础基础基础是建筑物中连接上部结构是建筑物中连接上部结构和地基的部分，可调整上和地基的部分，可调整上部结构对地基的荷载分布部结构对地基的荷载分布地基地基由于建筑物的修建而引由于建筑物的修建而引起应力状态改变的土层起应力状态改变的土层 地基设计两大要求：地基设计两大要求：11、控制变形、控制变形沉降沉降ss≤≤[s][s]沉降差△沉降差△ss≤≤[[△△s]s]22、、控制稳定控制稳定PP计算≤≤PPbb（（地基承载力）地基承载力）天然地基天然地基人工地基人工地基 第一节概述Section1Introduction1.地基类型的采用(Adoptionoffoundationtypes)2.水工建筑物常用的地基处理方法（P346表14-1）Commonfoundationimprovementmethodsusedinhydraulicstructures 第二节软粘土地基处理Section2Foundationtreatmentforsoftclayeysoil一、置换拌入法(Replacementmethods)1.换土垫层法(Exchangedcushionmethod)（1）适用范围：厚度不大的软弱土层地基（2）施工步骤：挖出—换填（3）砂垫层的主要作用(Mainfunctionsofcushion)①提高地基的承载力②减小沉降量③加速软弱土层的排水固结④防止冻胀及消除膨胀土地基的胀缩作用 （3）砂垫层的设计(Designofsandcushion)①砂垫层厚度的确定（图14-1）[R](14-1)zszB(pD)条形基础pz(14-2)B2ztgBL(pp)c矩形基础pz(14-3)(B2ztg)(L2ztg)θ为垫层的压力扩散角，可按P348表14-2选取砂垫层厚度不宜大于3m，也不宜小于0.5m②砂垫层宽度的确定(14-4)BB2ztg ③承载力的确定④变形计算（4）砂垫层的施工（自学）（5）土垫层和灰土垫层（自学）（6）土工布在垫层中的作用2.振冲置换法(Vibroflotationreplacementmethod)（1）方法简介(Methodintroduction)①原理和应用②适用土质：加固软粘土③振冲器（图14-2）和制桩步骤（图14-3）④桩的直径和平面布置一般桩径0.6～1.0m，孔距1～3m 振冲法施工示意 振冲法施工照片振冲法施工 2.振冲置换法(Vibroflotationreplacementmethod)（1）方法简介(Methodintroduction)①原理和应用②适用土质：加固软粘土③振冲器（图14-2）和制桩步骤（图14-3）④桩的直径和平面布置一般桩径0.6～1.0m，孔距1～3m （2）设计与计算（Designandcalculation）①加固范围(Improvedscope)适当超出基础面积：1～2排桩，3～4排桩②桩位布置（Arrangementofpilelocation）桩距1.5～2.5m；正方形或梅花形③桩长的确定（Determinationofpilelength）≥4m；桩长的确定须考虑硬层深度④承载力计算（Calculationofbearingcapacity）承载力由复合地基载荷试验确定，也可按下列计算：pApAppsspspmpp1(m)ps(14-5)A对小型工程、初步设计无现场资料时，可按下式计算psp1[m(n1)]ps(14-6) ⑤变形计算（图14-4）DeformationcalculationEAEAppssEAmE1(m)Eps1[m(n1)]E(14-7)s（3）振冲置换法施工（自学）图14-4 3.高压喷射注浆法（旋喷法）Highpressurejetgrouting(Revolvejetmethod)（1）原理(Principle)（2）施工工序(Constructionprocedure)（图14-5）（3）分类(Classification)（P353表14-3）（4）适用范围及优点(Applicablescopeandmerit）水利水电工程中的常用方法，主要用于形成防渗墙和对堤、坝进行防渗加固用于较软土层，但对砂类土、粘性土、黄土和淤泥均可酌情使用 图14-5 高压喷射注浆高压喷射注浆 4.深层搅拌法(Deepsoilmixing)（1）原理(Principle)（图14-6）（2）施工工艺(Constructionprocedure)（图14-7）（3）适用土类及优点(Applicablesoilandmerit)图14-7 深层搅拌机图14-6 二、排水固结法二、排水固结法(P355)(P355)Drainedconsolidationmethod11、原理、原理22、适用范围：透水性低的软粘土。、适用范围：透水性低的软粘土。 堆载预压堆载预压加压系统加压系统33、分类、分类真空预压真空预压排水系统排水系统砂井预压砂井预压袋装砂井袋装砂井塑料排水板塑料排水板 砂井预压法的施工步骤砂井预压法的施工步骤定位钻孔－灌砂或装砂袋－地面铺砂垫层－堆载或加载预压 真空预压法真空预压法堆载预压法和真空预压法的区别堆载预压法和真空预压法的区别u 三、反压法(Loadingbermmethod)1.简介(Introduction)（图14-13）2.反压台尺寸的确定Determinationofsizeoftheloadingberm图14-12图14-13 四、土工合成材料的应用Applicationofgeosynthetics1.特点(Features)（1）轻质、柔性、高强、耐腐蚀（2）批量生产、成本低、运输和施工方便（3）适应性强2.作用(Function)（1）过滤作用(Filtration)（2）加筋作用(Reinforcing)（3）排水作用(Drainage)（4）隔离作用(Isolation)（5）防护作用(Protection)（6）封闭作用(Closing) 第三节松散土地基处理Section3Foundationtreatmentforloosesoil一、一、重锤夯实法重锤夯实法11、原理：利用落锤击实功使基土压密、原理：利用落锤击实功使基土压密22、、使用范围：透水性较好的基土，使用范围：透水性较好的基土，浅层加固浅层加固33、、夯实机具：小型起重机、夯锤重夯实机具：小型起重机、夯锤重1515--30kN30kN，，落距落距33--4m4m 二、二、强夯法强夯法11、原理：非饱和土与重锤夯实法相同，但饱和、原理：非饱和土与重锤夯实法相同，但饱和土机理完全不同。是利用高冲击功，使基土产土机理完全不同。是利用高冲击功，使基土产生冲击波和很大的动应力，土的结构和应力状生冲击波和很大的动应力，土的结构和应力状态改变，土层液化，土质变密，达到加密和提态改变，土层液化，土质变密，达到加密和提供强度的效果供强度的效果22、、使用范围：透水性较好的基土，使用范围：透水性较好的基土，深层加深层加固；对加密饱和砂土的效果最显著。固；对加密饱和砂土的效果最显著。33、、夯实机具：高吨位起重机、巨锤重夯实机具：高吨位起重机、巨锤重8080--300kN300kN，，最重达最重达2000kN2000kN，，高落距高落距88--20m20m，，也有也有高达高达40m40m 图13-18图14-14 5.强夯法与重锤夯实法的区别（P363表14-4）Differencebetweendynamiccompactionandheavyhammercompaction三、振冲挤密法(Vibro-compaction)1.原理(Principle)2.适用范围(Applicablescope)3.振冲孔位的布置Arrangementofvibroflotationhole 振冲孔间距可按下式计算：aV/V(14-15)p式中V为原地基达到规定密实度单位体积所需的填料量，可按下式计算：1(e)(ee)p01V(14-16)1(e)(1e)01（4）与碎石桩法的联系和区别Differencebetweengravelpileandvibro-compaction四、爆炸挤密法(Blastingcompaction)第四节特殊土地基处理（自学） 小结：小结：1.1.换土垫层法施工步骤及垫层的作用（换土垫层法施工步骤及垫层的作用（P347)P347)2.2.振冲置换法（碎石桩法）的施工步骤及原理振冲置换法（碎石桩法）的施工步骤及原理（（P349)P349)3.3.砂井预压法的施工步骤及原理砂井预压法的施工步骤及原理(P355)(P355)4.4.重锤夯实法和强夯法的区别重锤夯实法和强夯法的区别（（P363)P363)