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1、1,第1章 地基基础的设计原则,内容提要,地基基础设计原则地基常见类型常用基础类型,1.1.1地基基础设计等级,根据地基的复杂程度、建筑物规模和功能特性，地基问题可能造成的破坏或影响正常使用的程度。,所有地基均应满足承载力要求；,甲级、乙级地基应按地基变形设计；特殊情形下丙级应做变形验算；,常受水平荷载的高层、高耸建（构）筑物、挡土墙、坡地建筑及基坑工程，应验算稳定性；,地下室、地下构筑物存在上浮问题时，需抗浮验算。,地基基础设计应符合下列要求（P12）：,一、地基基础应具有足够的安全度，防止地基土体强度破坏及丧失稳定性。,二、应进行必要的地基变形计算，使之不超过规定的地基变形允许值，以免引起
2、基础和上部结构的损坏或影响建筑物的正常使用。,三、基础要与上部结构相适应，满足地基承载力、稳定性和变形要求外，还要满足自身强度、刚度和耐久性要求。,1.2 地基基础设计原则（P8）,1.2.1 概率极限状态设计法,承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力。（承载力和稳定性）,正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。 （变形和耐久性）,荷载种类：永久(恒)荷载：（1）不随时间变化，（2）变化可以忽略， （3）单调变化趋于极值。 如结构、设备重力。可变(活)荷载：变化不可忽略。 如车辆，人群，风等的作用。偶然(特殊)荷载：在结构使用期间不一定出现，一旦出现其值很大，持
3、续时间很短。 如爆炸、地震作用荷载。,1.2.2 地基基础设计资料,基本组合：承载力极限状态下的荷载组合。标准组合：正常使用极限状态下荷载组合。考虑短期荷载效应。准永久组合：正常使用极限状态的荷载组合，活载做一定程度折减 。考虑长期荷载效应。,1.2.2 地基基础设计资料,荷载组合：恒荷载，活荷载是变量，荷载如何取值问题。,标准组合,荷载资料：设计时所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力或限值应符合相应规范的有关规定,1.2.2 地基基础设计资料,岩土工程勘察资料 反映有关地基抗力性能，包括地层结构及其均匀性、地下水、深基坑开挖和施工降水的有关技术参数。,原位测试资料 地基承载力、单桩竖向承载
4、力以及地基压缩模量和变形模量的原位测试报告等,1.3 地基类型,若天然地基软弱，承载力和变形不能满足设计要求时，需对其进行加固处理的(如排水固结法等处理)地基。,1.3.1 特殊土地基,湿陷性黄土地基：在一定压力下受水浸湿，土结构迅速破坏，并发生显著附加下沉的黄土。膨胀土地基：土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。红黏土地基：天然含水量几乎与塑限相等，以含结合水为主，具有较高的强度和较低的压缩性。冻土地基：含有冰的土（岩）。,1.3.2 人工地基处理,换土垫层法：用砂、碎石、矿渣或其他合适的材料置换地基中的软弱或特殊土层，分层压实后作为基底垫层
5、，从而达到目的。夯实挤密法：借助机械、夯锤或爆破产生的夯压或振冲使土的孔隙比减小，或在地基内打砂桩、碎石桩、土桩、灰土桩，挤密桩间土体而达到处理目的。排水固结法：含采用预压、降低地下水位、电渗等方法促进土层排水固结，以减小地基的沉降和不均匀沉降，提高其承载力。,单独基础,十字交叉基础,筏形基础,条形基础,桩基础沉井、沉箱基础地下连续墙基础,1.4 基础类型,箱形基础,（1）单独（独立）基础,1.4.1 浅基础,适用：小跨度桥梁、单层工业厂房排架柱、公共建筑框架柱下。,（2）条形基础,特点：空间刚度大，承载力高，能调整地基不均匀沉降。适用：相邻柱荷载相差较大，或采用独立基础可能产生基础重叠时。,
6、民用住宅砌体结构常采用墙下条形基础,（3）十字交叉基础,特点：柱下条形基础在柱网双向布置，相交于柱位处。适用：当地基较弱，柱网的柱荷载不均匀，需要基础具有空间刚度以调整不均匀沉降时。,（4）筏形基础,钢筋混凝土平板或带梁板覆盖全部柱、墙底部的地基土体。,平板式,梁板式（下凹）,梁板式（上凸）,（5）箱形基础,由钢筋砼顶板、底板与内外墙体组成的空间结构。,特点：刚度和整体性强，具有良好的抗震性及附带功能（地下室、车库和设备间）。,（1）桩基础,1.4.2 深基础,基桩+桩间土+承台。将上部结构荷载通过承台传递给基桩，再由基桩传递到地基土体（持力层） 。特点：承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、便
7、于机械化施工、适应性强。,按承载性状：摩擦桩、端承桩 按施工方法：预制桩、灌注桩 按桩径大小：小桩(250mm)、中等直径桩(250 800mm)、大直径桩(800mm) 按使用功能：受压桩、抗拔桩、横向受荷桩、锚桩 按截面形状：圆桩、方桩、多边形桩、异形桩、DX桩,分类,（2）沉井基础,一种带刃脚的井筒状构造物，用人工或机械方法清除井内土石，主要借自重克服井壁与土层摩阻，逐节下沉至设计标高，再浇筑混凝土封底并填塞井孔。,江阴长江公路大桥（悬索桥），南北两岸系钢索的锚碇采用沉井基础。沉井长69m，宽51m，下沉深度58m，相当于九个半篮球场大的20层高楼埋进地底下。,特点既是基础又是围堰，整体
8、性强，稳定性好，承载力大。,适用条件上部荷载较大；,造价高，施工期长，不排水施工时难以克服刃脚下孤石、沉船、树干等障碍物，易发生流砂现象。,在山区河流中冲刷大；,河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难。,（3）地下连续墙基础,在泥浆护壁条件下，使用成槽机在地面开挖出一条狭长深槽，然后在槽内设置钢筋笼，浇注砼，逐步形成一道连续的地下钢筋砼连续墙。,优点：无噪音、无振动，适用于城市与密集建筑群中施工。（法国最小距离0.5米，日本0.2米）,缺点：施工技术要求高，小型工程造价较高，不适于岩溶地区、粉细砂地层。,土方量小，无需井点降水，造价低，施工速度快，适用于各种地质条件,能防渗、截水、承重、挡土等。
9、,1.5 地基、基础与上部结构共同工作,一、常规分析设计法,将上部结构、基础和地基分开计算,将上部结构看成柱端固结于基础的独立结构，求结构内力和柱端力,将求出的柱端力反向作用于基础，按直线分布假定求出基底反力，求出基础内力,直接将基底反力反向作用于基底表面，计算地基变形,二、实际荷载传递特性,上部结构的刚度不同，在地基发生变形是对不均匀沉降的顺从反应不同。柔性结构：屋架-柱-基础承重结构，排架结构。敏感结构：砖石砌体承重结构，钢筋混凝土框架结构。刚性结构：水塔，高炉，考虑失稳。,二、实际荷载传递特性,基础刚度不同，基底反力分布规律不同。刚性基础 （a）马鞍形 （b）抛物线形 (c)钟形柔性基础
10、 （a）理想柔性基础 （b）路堤下地基反力分布,三、建立合理的设计计算方法,建立能正确反映结构影响的分析理论,找到便于计算机运算的有效计算方法,建立合适的计算模型,四、线性变形体的地基计算模型,文克勒地基模型 地基任一点所受的压力强度与该点的地基沉降成正比的假设即,p 土体表面某点单位面积上的压力s 相应于某点的竖向位移k 基床系数,文克勒地基模型（a）弹簧模型； （b）文克勒地基 上的刚性基础,弹性半空间地基模型,r 集中力到计算点的距离E 弹性材料的弹性模量弹性材料的泊桑比,将地基土体视为均质弹性半空间体，当其表面作用一集中力P时，其表面任一点的竖向位移：,根据土力学中分层总和法计算地基沉降：,第i土层的平均附加应力； Hi第i土层的厚度； Esi 第i土层的压缩模量n压缩层深度范围内的土层数,分层地基模型(a)基底网格；(b)地基土的计算分层,分层地基模型,
