【正文】 特種基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 課程性質(zhì)：土木工程專業(yè)任選課 學(xué)時(shí)安排： 24學(xué)時(shí) ? 高層建筑樁 筏與樁 箱基礎(chǔ)設(shè)計(jì) ? 獨(dú)立構(gòu)筑物基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)（殼體、塔基） ? 地下及半地下結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)（埋管） ? 儲(chǔ)罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì) ? 已有建筑物的地基加固與糾偏 主要內(nèi)容 第一章：緒論 概述 特種結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)形式：高聳建筑物（儲(chǔ)罐、塔、桅桿等）、管道、半地下結(jié)構(gòu)（地下停車庫(kù)）、填埋場(chǎng)等。 特種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特殊（大多屬于公用設(shè)施）、荷載復(fù)雜、質(zhì)量要求高。 特種結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的常見(jiàn)形式：板式（梁板式）基礎(chǔ)、殼體基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、墩基礎(chǔ)等。 各種形式的獨(dú)立塔基 儲(chǔ)罐的形式 儲(chǔ)罐基礎(chǔ) 特種結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求及特征： ? 地基應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度及穩(wěn)定性：在荷載作用下地基不發(fā)生破壞、基礎(chǔ)不發(fā)生失穩(wěn)（水平力作用）、不發(fā)生振動(dòng)液化（動(dòng)力荷載）、遇水時(shí)不發(fā)生沉陷等。 ? 基礎(chǔ)具有足夠的剛度：基礎(chǔ)應(yīng)具有調(diào)整地基的不均勻 沉降，減小基礎(chǔ)變形，減小振動(dòng)等功能。 ? 工程造價(jià)比較高，對(duì)于基礎(chǔ)方案的選擇有較高的要求。 ? 對(duì)地基承載力要求較高，除了豎向荷載較大外，還要考慮承受較大的水平荷載或地震荷載（塔、桿等）。 ? 對(duì)地基的不均勻沉降較敏感，對(duì)于高聳建筑物常用傾斜度控制基礎(chǔ)的變形。 ? 基礎(chǔ)埋深較大，往往需要進(jìn)行地基處理或考慮深基坑開(kāi)挖的問(wèn)題。 第二章：高層建筑樁 筏與樁 箱基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 一、概述 高層建筑的主要特征 (1) 高高度、大剛度：高層建筑高度較大，對(duì)建筑物的穩(wěn)定性及整體剛度要求較高，特別是建筑物的整體傾斜要求嚴(yán)格。 (2) 荷載復(fù)雜：同時(shí)存在比較大的豎向荷載和水平荷載，通常，建筑物層數(shù)每增加一層，基底壓力就增大10~15kPa；高層建筑的水平荷載主要考慮風(fēng)荷載與地震荷載。 (3) 基礎(chǔ)埋深大：高層建筑常伴有地下室或其他地下構(gòu)造物，基礎(chǔ)埋深較大，甚至超過(guò) 20m。 (4) 環(huán)境效應(yīng)：基礎(chǔ)工程施工對(duì)周圍環(huán)境影響的評(píng)估及預(yù)防措施（主要是深基坑開(kāi)挖）。 (5) 造價(jià)高、工期長(zhǎng)。 高層建筑基礎(chǔ)的主要類型 高層建筑由于荷載大，整體穩(wěn)定性要求高，常采用穩(wěn)定性較好的整體基礎(chǔ)，如交叉條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)或其他深基礎(chǔ)（樁基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻等）。為適應(yīng)復(fù)雜荷載或地基承載力不足，或減小地基變形，可以將筏板或箱基礎(chǔ)與樁結(jié)合起來(lái)構(gòu)成樁 筏基礎(chǔ)或樁 箱基礎(chǔ)。 高層建筑基礎(chǔ)的主要工程問(wèn)題 (1) 地基的選擇：盡量選擇壓縮性低、分布均勻的地基，以減小地基沉降量和不均勻沉降，防止基礎(chǔ)的整體傾斜。 (2) 地基土的強(qiáng)度和變形：為了滿足地基承載力條件及減小地基變形，要求地基土具有足夠的強(qiáng)度和剛度。 (3) 基坑開(kāi)挖與支護(hù)：高層建筑的基坑開(kāi)挖深度較大，隨之出現(xiàn)基坑支護(hù)、坑內(nèi)降水排水、引起地面沉降及變形，對(duì)周邊環(huán)境的影響等問(wèn)題。 (4) 地基、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的共同作用：在設(shè)計(jì)中考慮三者共同作用的問(wèn)題，仍然是目前的一個(gè)重要課題，考慮三者共同工作進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以使設(shè)計(jì)更合理，節(jié)省投資，提高設(shè)計(jì)的水平。 二、高層建筑樁 筏基礎(chǔ)的設(shè)計(jì) 計(jì)算模式 (1) 樁承擔(dān)全部上部荷載：在計(jì)算過(guò)程中假定筏板不承擔(dān)地基反力，建筑物總荷載全部傳遞給樁基礎(chǔ)。筏板僅是一個(gè)受拉構(gòu)件，內(nèi)力和配筋按受拉構(gòu)件或上部結(jié)構(gòu)樓板的計(jì)算方法計(jì)算（僅考慮局部彎曲）。這種計(jì)算模式主要適合于筏板下地基土比較松軟的地基。 (2) 筏板承擔(dān)建筑物的全部荷載，筏板承受地基反力并將此作為荷載，用地基計(jì)算模型或倒樓蓋的方法計(jì)算內(nèi)力計(jì)算。樁僅作為減小地基沉降或不均勻沉降的措施。 (3) 樁 筏共同工作計(jì)算模型。 樁土相互作用及其影響 (1) 樁土相互作用系數(shù) 分別用計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法得到的樁土相互作用系數(shù)隨樁間距的變化情況見(jiàn)下圖： 樁 土相互作用系數(shù) 上圖所示結(jié)果表明： ? 樁土相互作用系數(shù)隨樁間距的增大而減?。? ? 實(shí)測(cè)值與計(jì)算值之間存在比較明顯的差異； ? 樁間距超過(guò) 6倍樁間距后，樁土相互作用效應(yīng)明顯下降。 (2) 樁 筏基礎(chǔ)共同作用 為了考慮樁 筏基礎(chǔ)的共同作用，引入兩個(gè)特征相對(duì)剛度系數(shù)： 筏 土相對(duì)剛度系數(shù)： 樁 土相對(duì)剛度系數(shù)： 4233)1(4RSsRRRR LEBtEK ? ???SPP EEK ?根據(jù)上述定義的相對(duì)剛度系數(shù)及計(jì)算分析結(jié)果，樁 筏相互作用具有以下規(guī)律： 筏板的相對(duì)剛度 KR對(duì) B方向沉降的影響 樁間距與沉降的關(guān)系 ? 樁 筏基礎(chǔ)的沉降（樁 筏基礎(chǔ)的沉降包括總沉降及差異沉降） ① 筏的剛度大小對(duì)樁 筏基礎(chǔ)的沉降及沉降差異影響明顯，筏板的剛度增大，基礎(chǔ)沉降減小，基礎(chǔ)沉降趨于均勻化； ② 基礎(chǔ)沉降隨樁間距的增大而增大，但樁間距在 6d以內(nèi)時(shí)，樁間距對(duì)基礎(chǔ)沉降的影響并不明顯； ③ 樁的長(zhǎng)細(xì)比對(duì)樁 筏基礎(chǔ)的影響比較明顯，當(dāng)樁徑一定，增大樁的長(zhǎng)度就相應(yīng)地增大了樁 土體系的剛度，因此，樁的長(zhǎng)細(xì)比增大，樁 筏基礎(chǔ)的沉降相應(yīng)減小，根據(jù)下圖所示結(jié)果，當(dāng)樁的長(zhǎng)細(xì)比 L/d在 50~100之間時(shí)，與常規(guī)筏基相比（無(wú)樁筏基），樁 筏基礎(chǔ)的沉降可以降低至無(wú)樁筏基的 20%。 沉降與樁的長(zhǎng)細(xì)比 L/d 的關(guān)系 ④ 樁 筏基礎(chǔ)中樁的相對(duì)剛度直接影響樁 土體系的剛度。樁的相對(duì)剛度減小，基礎(chǔ)的沉降增大。 ⑤ 筏板的相對(duì)剛度、樁的相對(duì)剛度、樁間距及樁的長(zhǎng)細(xì)比等因素都會(huì)對(duì)樁 筏基礎(chǔ)的沉降差異產(chǎn)生影響，但其中筏板的相對(duì)剛度影響最為明顯。 最大差異沉降與樁間距 s/d 的關(guān)系 最大差異沉降與筏板相對(duì)剛度的關(guān)系 ? 樁 筏基礎(chǔ)筏板內(nèi)力 設(shè)計(jì)樁 筏基礎(chǔ)時(shí)，筏板內(nèi)力計(jì)算是筏板強(qiáng)度驗(yàn)算及配筋的依據(jù)，通常受筏板的相對(duì)剛度、樁間距、樁的相對(duì)剛度、樁的長(zhǎng)細(xì)比等因素影響。 ① 筏板的相對(duì)剛度與筏板的最大彎矩成正比，筏板的相對(duì)剛度對(duì)筏板的內(nèi)力影響明顯； ② 樁間距增大，筏板的彎矩也隨之增大，但隨著樁間距的增大，筏板的彎矩增大趨勢(shì)并不明顯，可以認(rèn)為，在樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，增大樁間距（或減小樁數(shù)）并不導(dǎo)致筏板內(nèi)力的迅速增大； ③ 樁的長(zhǎng)細(xì)比、樁的相對(duì)剛度等也會(huì)對(duì)筏板內(nèi)力產(chǎn)生影響，但影響較小，影響筏板內(nèi)力的主要因素是筏板的相對(duì)剛度。 筏板最大彎矩隨筏板相對(duì)剛度 KR的變化 筏板最大彎矩隨樁間距增大的變化 ? 樁 筏基礎(chǔ)樁頂反力分布 樁頂反力分布與相對(duì)剛度的關(guān)系 樁頂反力分布與樁間距的關(guān)系 ① 筏板的相對(duì)剛度增大，樁頂反力趨于不均勻，且角樁及邊樁的樁頂反力明顯大于中間樁的樁頂反力，隨著筏板的相對(duì)剛度減?。ㄈ嵝曰?，各樁的樁頂反力趨于均勻； ② 樁間距較小時(shí)，樁與樁之間的相互影響較大，各樁的樁頂反力分布明顯不均勻，角樁與邊樁的樁頂反力明顯大于中間樁，而增大樁間距，各樁的樁頂反力將趨于均勻，因此，樁 筏基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中，適當(dāng)增大樁間距可使各樁受力趨于均勻； ③ 樁的長(zhǎng)細(xì)比減小，角樁及邊樁承擔(dān)荷載增加，樁的相對(duì)剛度減小，角樁及邊樁承擔(dān)荷載降低，尤其角樁的樁頂反力下降明顯，樁頂反力趨于均勻，但總體上樁的長(zhǎng)細(xì)比及樁的相對(duì)剛度對(duì)樁頂反力分布影響較小。 ? 樁 筏的荷載分配 傳統(tǒng)的樁 筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，上部結(jié)構(gòu)荷載全部由樁承擔(dān)，樁間土體不承擔(dān)上部荷載。對(duì)于上部荷載較大的高層建筑，樁 筏是共同承擔(dān)荷載的，筏板的相對(duì)剛度、樁間距、樁的長(zhǎng)細(xì)比及樁的相對(duì)剛度等都會(huì)對(duì)樁 筏的荷載分配產(chǎn)生影響。 ① 筏板的相對(duì)剛度減小，筏板的荷載分擔(dān)系數(shù)逐漸增大（樁的荷載分擔(dān)系數(shù)逐漸減?。?，但增大的趨勢(shì)并不明顯； ② 筏板的