2020年巖土工程師《基礎知識》考點:天然地基上的淺基礎設計
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天然地基上的淺基礎設計:
工程設計都是從選擇方案開始的。地基基礎設計方案有:天然地基或人工地基上的淺基礎;深基礎;深淺結合的基礎(如樁-筏、樁-箱基礎等)。上述每種方案中各有多種基礎類型和做法,可根據(jù)實際情況加以選擇。
地基基礎設計是建筑物結構設計的重要組成部分?;A的型式和布置,要合理的配合上部結構的設計,滿足建筑物整體的要求,同時要做到便于施工、降低造價。天然地基上結構比較簡單的淺基礎最為經濟,如能滿足要求,宜優(yōu)先選用。
本章將討論天然地基上淺基礎設計的各方面的問題。這些問題與土力學、工程地質學、砌體結構和鋼筋混凝土結構以及建筑施工課程關系密切。天然地基上淺基礎設計的原則和方法,也適用于人工地基上的淺基礎,只是采用后一種方案時,尚需對所選的地基處理方法(見第9章)進行設計,并處理好人工地基與淺基礎的相互影響。
淺基礎設計的內容
天然地基上淺基礎的設計,包括下述各項內容:
1.選擇基礎的材料、類型,進行基礎平面布置。
2.選擇基礎的埋置深度。
3.確定地基承載力設計值。
4.確定基礎的底面尺寸。
5.必要時進行地基變形與穩(wěn)定性驗算。
6.進行基礎結構設計(按基礎布置進行內力分析、截面計算和滿足構造要求)。
7.繪制基礎施工圖,提出施工說明。
基礎施工圖應清楚表明基礎的布置、各部分的平面尺寸和剖面。注明設計地面或基礎底面的標高。如果基礎的中線與建筑物的軸線不一致,應加以標明。如建筑物在地下有暖氣溝等設施,也應標示清楚。至于所用材料及其強度等級等方面的要求和規(guī)定,應在施工說明中提出。
上述淺基礎設計的各項內容是互相關聯(lián)的。設計時可按上列順序,首先選擇基礎材料、類型和埋深,然后逐步進行計算。如發(fā)現(xiàn)前面的選擇不妥,則須修改設計,直至各項計算均符合要求且各數(shù)據(jù)前后一致為止。
為了減輕不均勻沉降的危害,在進行基礎設計的同時,尚需從整體上對建筑設計和結構設計采取相應的措施,并對施工提出具體要求。
土的凍脹影響
地面以下一定深度的地層溫度,隨大氣溫度而變化。當?shù)貙訙囟冉抵翑z氏零度以下時,土中部分孔隙水將凍結而形成凍土。凍土可分為季節(jié)性凍土和多年凍土兩類。
季節(jié)性凍土在冬季凍結而夏季融化,每年凍融交替一次。多年凍土則不論冬夏,常年均處于凍結狀態(tài),且凍結連續(xù)三年以上。我國季節(jié)性凍土分布很廣。東北、華北和西北地區(qū)的季節(jié)性凍土曾厚度在0.5m以上,最大的可達3m左右。
如果季節(jié)性凍土由細粒土組成,且土中水含量多而地下水為又較高,那么不但在凍結深度內的土中水被凍結形成冰晶體,而且未凍結區(qū)的自由水和部分結合水將不斷行凍結區(qū)遷移、聚集,使冰晶體逐漸擴大,引起土體發(fā)生膨脹和隆起,形成凍脹現(xiàn)象。
到了夏季,地溫升高,土體解凍,造成含水量增加,使土處于飽和及軟化狀態(tài),強度降低,建筑物下陷。這種現(xiàn)象稱為融陷。位于凍脹區(qū)內的基礎,在土體凍結時,受到凍脹力的作用而上抬。融陷和上抬往往是不均勻的,致使建筑物墻體產生方向相反、互相交叉的斜裂縫,或使輕型構筑物逐年上抬。
土的凍結不一定產生凍脹,即使凍脹,程度也有所不同。對于結合水含量極少的粗粒土,不存在凍脹問題。至于某些粉砂、粉土和粘性土的凍脹性,則與凍結以前的含水量有關。例如,處于堅硬狀態(tài)的粘性土,因為結合水的含量少,凍脹作用就很微弱。此外,凍脹程度還與地下水位有關?!督ㄖ鼗A設計規(guī)范》根據(jù)凍脹對建筑物的危害程度,將地基土的凍脹性分為不凍脹、弱凍脹、凍脹和強凍脹四類。
巖石的裂隙性
巖石總是或稀或密、或寬或窄、或長或短地存在著各種裂隙,這是巖石區(qū)別于混凝土的主要特點。這些裂隙有的粗糙,有的光滑;有的平直,有的彎曲;有的充填,有的不充填;有的產狀規(guī)則,有的規(guī)律性很差。裂隙的成因多種多樣,有巖漿凝固收縮形成的原生節(jié)理,有沉積間斷形成的層理,有構造應力形成的構造節(jié)理,有表生作用形成的卸荷裂隙和風化裂隙,還有變質作用形成的片理、劈理等等,在巖石中構成極為多樣非常復雜的裂隙系統(tǒng)。人們將巖石和裂隙視為一個整體稱為“巖體”,將裂隙概化為“結構面”。顯然,結構面是巖體中最薄弱的環(huán)節(jié)。就力學性質而言,巖石的力學參數(shù)、結構面的力學參數(shù)和巖體的力學參數(shù)有很大區(qū)別。搞清結構面的產狀、參數(shù)和分布,是巖土工程勘察設計的重點,也是難點。
巖體中的地下水是沿著巖體中的裂隙和洞穴流動的,隨著裂隙和洞穴的形態(tài)和分布的不同,有脈狀裂隙水、網狀裂隙水、層狀裂隙水、洞穴水等不同的地下水類型。
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