《土力学与地基基础教学课件作者梁利生第６章 天然地基上浅基础设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学与地基基础教学课件作者梁利生第６章 天然地基上浅基础设计（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6章 天然地基上浅基础设计,6.1 概 述 6.2 浅基础的类型 6.3 基础埋置深度的确定 6.4 基础底面尺寸的确定 6.5 无筋扩展基础设计 6.6 扩展基础设计,6.1 概 述,建（构）筑物的设计和施工中，地基和基础占有很重要的地位。它对建（构）筑物的安全和正常使用有很大的影响。地基基础设计必须根据建（构）筑物的用途和安全等级、建筑布置和上部结构类型，充分考虑建筑场地和地基的工程地质条件，结合施工条件和环境保护等要求，合理选择地基基础方案，因地制宜，精心设计，力求基础工程安全可靠、经济合理和施工方便，以确保建（构）筑物的安全和正常使用。,下一页,返回,6.1 概 述,6.1.1 地基
2、与基础设计等级 建（构）筑物的安全和正常使用，不仅取决于上部结构的安全储备，还要求地基基础有一定的安全度。因为地基基础是隐蔽工程，所以不论地基或基础哪一方面出现问题或发生破坏，都将很难修复，轻者影响使用，重者导致建（构）筑物破坏，甚至酿成灾害。因此，地基基础设计在建（构）筑物设计中举足轻重。根据地基复杂程度、建筑物规模和功能、特征，以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，建筑地基基础设计规范将地基基础设计分为三个设计等级，设计时应根据具体情况按表6-1选用。,上一页,下一页,返回,6.1 概 述,6.1.2 地基与基础设计规定 基础工程设计的目的是设计一个安全、经济和可行的地基
3、与基础，保证上部结构物的安全和正常使用。因此，基础工程的基本设计计算原则是： （1）地基设计应具有足够的强度，满足地基承载力的要求。 （2）地基与基础的变形满足建筑物正常使用的允许要求。 （3）地基与基础的整体稳定性有足够保证。 （4）基础本身有足够的强度、刚度和耐久性。,上一页,下一页,返回,6.1 概 述,建筑地基基础设计规范规定，地基基础的设计与计算应满足承载力极限状态和正常使用极限状态的要求。根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合： （1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定。 （2）设计等级为甲级、乙级的建筑物均应按地基
4、变形设计。 （3）建筑物情况和地基条件复杂的丙级建筑物地基，尚应作变形验算，以保证建筑物不因地基沉降影响正常使用。 （4）对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性。 （5）基坑工程应进行稳定性验算。 （6）建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。,上一页,下一页,返回,6.1 概 述,6.1.3 地基与基础设计采用的作用组合 建筑地基基础设计规范 (GB50007-2011)规定，地基基础设计时，荷载取值应符合现行国家标准建筑结构荷载规范(2006版) (GB50009-2011)的规定，所采用的作用效应与
5、相应的抗力限值应按下列规定： （1）按地基承载力确定基础底面积及埋深，或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的标准组合。 （2）计算地基变形时，传至基础底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。,上一页,下一页,返回,6.1 概 述,（3）计算挡土墙土压力、地基或滑坡稳定及基础抗浮稳定时，作用效应应按承载能力极限状态下作用的基本组合，但其分项系数均为1.0。 （4）在确定基础或桩基承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的作用效应和相应
6、的基底反力、挡土墙土压力以及滑坡推力，应按承载能力极限状态下作用的基本组合，采用相应的分项系数。 （5）基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数不应小于1.0。,上一页,下一页,返回,6.1 概 述,6.1.4 地基基础设计内容与步骤 （1）选择基础的材料、类型，确定平面布置。 （2）选择基础的埋置深度，即确定地基持力层。 （3）确定地基承载力特征值。 （4）根据传至基础底面上的作用效应和地基承载力特征值，确定基础底面积。 （5）根据传至基础底面上的作用效应进行相应的地基验算（变形和稳定性验算）。 （6）根据传至基础底面上的作用效应确定基础结构
7、尺寸，进行必要的结构计算。 （7）绘制基础施工图。,上一页,返回,6.2 浅基础的类型,6.2.1 无筋扩展基础 无筋扩展基础通常是由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的且不需要配置钢筋的基础，这些材料有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度不高，设计时要求限定基础的扩展宽度和基础高度的比值，以避免基础内的拉应力和剪应力超过其材料强度。相应而言，基础的相对高度一般都比较大，几乎不会发生弯曲变形，习惯上称为刚性基础。 刚性基础可用于六层和六层以下（三合土基础不宜超过四层）的民用建筑和砌体承重的厂房，其特点是稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，主要缺点是自重大，且当基础持力层为软弱土时，
8、由于扩大基础面积有一定限制，须对地基进行处理或加固后才能采用。 砖基础是应用最广泛的一种刚性基础（图6.1）。,下一页,返回,6.2 浅基础的类型,毛石基础是用未经人工加工的石材和砂浆砌筑而成，如图6.2所示。其优点是易于就地取材，价格低，但施工劳动强度大。 三合土基础是用石灰、砂、集料（矿渣、碎砖或碎石）三合一材料加适量的水充分搅拌均匀后，铺在基槽内分层夯实而成，如图6.3所示。三合土基础常用于我国南方地区，地下水位较低的四层及四层以下的民用建筑工程中。 灰土基础由熟化后的石灰和黏性土按比例拌和并夯实而成，如图6.4所示。 混凝土和毛石混凝土基础的强度、耐久性与抗冻性都优于砖石基础，因此，当
9、荷载较大或位于地下水位以下时，可考虑选用混凝土基础，如图6.5所示。,上一页,下一页,返回,6.2 浅基础的类型,6.2.2 扩展基础 当基础承受外荷载较大且存在弯矩和水平荷载作用，同时地基承载力又较低，刚性基础不能满足地基承载力和基础埋深的要求时，可以考虑采用钢筋混凝土基础。钢筋混凝土扩展基础常简称为扩展基础，指墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础，这类基础的抗弯和抗剪性能好。 1.墙下钢筋混凝土条形基础 墙下钢筋混凝土条形基础，根据横截面受力条件分为不带肋和带肋两种，如图6.6所示。,上一页,下一页,返回,6.2 浅基础的类型,2.柱下钢筋混凝土独立基础 柱下钢筋混凝土独立基础又
10、称单独基础，基础截面可设计成台阶形或锥形，预制柱下一般采用杯口形基础，基础形式如图6.7所示。轴心受压柱下的基础底面形状一般为方形，偏心受压柱下的基础底面形状一般为矩形。,上一页,返回,6.3 基础埋置深度的确定,基础埋置深度的合理确定必须考虑建筑物的用途，基础的形式和构造，作用在地基上的荷载大小和性质，工程地质与水文地质条件，相邻建筑物的基础埋深，地基土冻胀和融陷等因素的影响，综合加以确定。确定浅基础埋深的基本原则是，在满足地基稳定和变形要求及有关条件的前提下，基础应尽量浅埋。考虑到地表一定深度内，由于气温变化、雨水侵蚀、动植物生长及人为活动的影响，除岩石地基外，基础的最小埋置深度不宜小于0
11、.5m，基础顶面应低于设计地面0.1m以上，以避免基础外露，如图6.8所示。,下一页,返回,6.3 基础埋置深度的确定,6.3.1 建筑物用途及基础构造 建筑物的使用功能和用途，常常成为基础埋深选择的先决条件。当建筑物设有地下室、带有地下设施、属于半埋式结构物等时，都需要较大的基础埋深。有地下室时，基础埋深要受地下室地面标高的影响，在平面上仅局部有地下室时，基础可按台阶形式变化埋深或整体加深，台阶的高宽比一般为1:2，每级台阶高度不超过0.5m，如图6.9所示。,上一页,下一页,返回,6.3 基础埋置深度的确定,6.3.2 作用在地基上的荷载大小和性质 对于竖向荷载大、地震作用和风荷载等水平荷
12、载作用也大的高层建筑，基础埋深应适当增大，以满足稳定性要求。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形基础和筏板基础埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15，桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑高度的1/201/8，位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑要求。 6.3.3 工程地质条件与水文地质条件 工程地质条件是影响基础埋深的最基本条件之一。直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层称为下卧层。基础埋深的选择实质上就是确定基础的持力层。 当地基上层土承载力大于下层土时，宜取上层土作持力层，减小基础埋深。,上一页,下一页,返回,6.3 基础埋置深度的确定,位于稳定边坡之上的拟
13、建工程，要保证地基有足够的稳定性。如图6-10所示，当坡高H8m，坡角45，且b3m，a2.5m时，基础埋深犱符合下列条件，可以认为已满足稳定性要求。 条形基础：d(3.5b-a)tan 矩形基础： d(2.5b-a)tan 选择基础埋深时应考虑水文地质条件的影响。基础宜埋置在地下水位以上，当必须埋在地下水位以下时，应采取保证地基土在施工时不受扰动的措施。 当基础埋置在易风化的岩层上时，施工时应在基坑开挖后立即铺筑垫层。,上一页,下一页,返回,6.3 基础埋置深度的确定,63.4 相邻建筑物的影响 在城市建筑密集的地方，为保证原有建筑物的安全和正常使用，新建建筑物的基础埋深不宜深于原有建筑物基
14、础的埋深，并应考虑新加荷载对原有建筑物的不利作用。当新建建筑物荷重大、楼层高，基础埋深要求大于原有建筑物基础埋深时，为避免新建建筑物对原有建筑物的影响，设计时应考虑与原有基础保持一定的净距（图6-11）。 6.3.5 地基土冻胀和融陷的影响 季节性冻土是指一年内冻结与解冻交替出现的土层，在全国分布很广，季节性冻土层厚度在0.5m以上，最厚达3m。,上一页,下一页,返回,6.3 基础埋置深度的确定,如果基础埋于冻胀土内，当冻胀力和冻切力足够大时（图6-12），就会导致建筑物发生不均匀上抬，导致门窗不能开启，严重时墙体开裂；当温度升高解冻时，冰晶体融化，含水量增大，土的强度降低，使建筑物产生不均匀
15、的沉陷。在气温低，冻结深度大的地区，由于冻害使墙体开裂的情况较多，应引起足够的重视。 影响冻胀的因素主要是土的情况、土中含水量的多少以及地下水补给条件。对于黏粒含量比细砂还少的土，孔隙集中，毛细作用极小，基本不存在冻胀问题。在相同条件下，黏性土的冻胀就不容忽视。建筑地基基础设计规范根据冻土层的平均冻胀率的大小，把地基土冻胀性分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五个等级，见表6.2。,上一页,下一页,返回,6.3 基础埋置深度的确定,季节性冻土地区基础埋置深度宜大于场地冻结深度。对于深厚季节冻土地区，当建筑基础底面土层为不冻胀、弱冻胀、冻胀土时，基础埋置深度可以小于场地冻结深度，基础底面下
16、允许冻土层最大厚度应根据当地经验确定。没有地区经验时可按表6.3查取。此时，基础最小埋置深度可按下式计算：,上一页,返回,6.4 基础底面尺寸的确定,6.4.1 轴心荷载作用下基础底面尺寸的确定 当基础承受轴心荷载作用时，地基反力为均匀分布（图6.13），按地基持力层承载力计算基底尺寸时，要求基底压力满足下式要求：,下一页,返回,6.4 基础底面尺寸的确定,6.4.2 偏心荷载作用下基础底面尺寸的确定 当作用在基底形心处的荷载不仅有竖向荷载，而且有力矩或水平力存在时，为偏心受压基础（图6.14）。偏心荷载作用下基底压力分布仍假设为线性分布，基底压力除应满足式（6.4）的要求，尚应满足以下附加条件： 偏心受压基础基底面积的确定，通常是根据轴心受压基础底面积的式（6.5）并增大底面积（考虑力矩作用）进行试估，再验算承载力，直到满足为止。其算法步骤如下： （1）进行深度修正，初步确定修正后的地基承载力特征值,上一页,下一页,返回,6.4 基础底面尺寸的确定,（2）根据荷载偏心情况，将按轴心荷载作用计算得到的基底面积增大10%40%，以确定基础底面积
