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1、第9章天然地基上浅基础的设计 通过人工加固处理的地基 一 地基基础的分类 概述 如桩基 沉井和地下连续墙等 地基 天然地基 人工地基 未经加固处理 能直接支承建筑物的地基 基础 浅基础 深基础 大多数建筑物基础的埋深不会很大 一般不大于5米 可以用普通开挖基坑和敞坑排水的方法修建 二 选择地基基础类型时要考虑的因素 建筑物的性质 地基的工程地质和水文地质条件 用途重要性结构形式荷载形式荷载大小 岩土层的分布岩土的性质地下水 三 地基基础设计准备资料 建筑场地地形图 建筑场地工程地质勘察资料 设计图纸 使用要求 荷载与设备布置情况 建筑材料供应 施工技术条件 地基复杂程度 建筑物规模 功能特征
2、建筑物破坏或影响正常使用的程度 设计等级 甲级 乙级 丙级 四 地基基础设计原则 地基基础设计等级 浅基础的类型 一 浅基础的结构类型 单独基础 独立基础 1 单独基础 独立基础 墙下条形基础 2 条形基础 柱下条形基础 柱下交叉梁基础 3 十字交叉基础 井格基础 具有良好的调整不均匀沉降的能力 4 片筏基础 Matfoundation 土质差 有防水要求 十字交叉基础底面联成整体 如游泳馆 筏下有肋 板下处理 5 箱型基础 6 壳体基础 定义 由正圆锥形及其组合形成的壳体基础 适用 一般工业与民用建筑柱基和筒形的构筑物 如烟囱 水塔 料仓 中小高炉等 种类 M型组合壳 正圆锥壳 内球外锥组合
3、壳 由于荷载在壳体内主要引起轴向压力 故对于抗压性能较好的砖 石和混凝土等材料而言 采用壳体结构更能适应材料的特性 二 无筋扩展基础和扩展基础 定义 由砖 毛石 混凝土等材料组成的无需配筋的墙下条形基础或柱下独立基础 砖基础 毛石基础 混凝土基础 1 无筋扩展基础 刚性基础 2 钢筋混凝土扩展基础 墙下钢筋混凝土条形基础多用于地质条件较差的多层建筑物 其截面形式为有肋或无肋 1 台阶型 2 锥台型 3 杯口型 浅基础设计内容及步骤 1 选择基础所用材料及结构形式 2 确定基础埋深 3 地基计算6 确定基础剖面尺寸 如是钢筋混凝土基础 还需进行配筋计算 7 绘制基础施工图 编写施工说明 一 确定
4、原则 在保证安全可靠的前提下 尽量浅埋 注意 1 基础埋深不小于0 5m 随建筑物高度适当增大 2 基础顶面低于设计地面0 1m以上 避免基础外露 受外界破坏 3 桥要求在冲刷深度以下 基础埋置深度的确定 二 影响因素 1 建筑物的用途 结构类型 荷载大小及周围的环境条件 2 工程地质和水文地质条件 3 寒冷地区地基的冻结深度影响 建筑物的用途影响基础埋深的选择 如有地下室的建筑 埋深由地下室标高决定 工业建筑中的地下设施和设备基础 不能离建筑物基础太近 基础类型是影响埋深的另一个主要因素 对于由砖石材料砌筑的刚性基础 因其高度相对较大 若埋深较小则有露的可能 因此 基础的埋深由基础的构造高度
5、决定 1 建筑物的用途 类型 规模 荷载大小及性质 对于竖向荷载大 地震力和风力等水平荷载作用也大的高层建筑以及其他承受水平荷载作用的挡土墙 厂房柱基 烟囱 水塔等构筑物的基础 则应加大埋深 以增强土层对基础的嵌固作用 保证构筑物的稳定性 如果基础位于岩石地基之上 基础埋深则需满足抗滑要求 新旧相邻建筑物有一定距离L H 1 2 否则要求支护 并且要严格限制支护的水平位移 地下室 地下管道 上下水 煤气电缆 应在基底以上 便于维修 基础底面应尽量埋于地下水位以上 以避免地下水对基坑施工的影响 如必须埋在地下水位以下时 则应采取相应措施 如基坑排水 坑壁围护等 以保证地基土施工时不受扰动 地下水
6、对基础材料的侵蚀作用及防护措施也应充分考虑 2 工程地质和水文地质条件 要使基坑开挖安全 必须 计算安全厚度 或降水使得 在满足其他要求下尽量浅埋 只有低层房屋可用 否则处理 尽量浅埋但是如h1太小就为II h14m桩基或处理 好土 软土 软土 好土 IIIIIIIV h1 h1 天然地基 基础埋深的确定根据土层分布 3 地基土的冻胀和融陷冻胀危害及机理 冻深 毛细区 地下水 冻结区 冻土地区基础的最小埋置深度 Dmin z0 t dfrz0标准冻深 dfr残留冻土层厚度 t冻深影响系数 地基计算 基础底面尺寸的确定 地基承载力验算地基变形验算地基稳定验算 地基基础设计规定 一 地基基础设计等
7、级 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 规定 二 地基基础设计规定 所有建筑地基均应满足承载力计算要求 设计为甲 乙级的建筑均按地基变形设计 丙级建筑物符合规范要求的可不验算变形 经常受水平荷载的高层建筑与结构 挡土墙 斜坡上建筑与构筑物尚应验算稳定性 基坑工程应进行稳定性验算 地下水位较浅 有上浮问题 应验算抗浮 地基承载力验算 回顾 求得地基承载力特征值 容许值 设计值 的方法 1 根据土的抗剪强度指标确定 理论公式 1 取临界荷载P1 3 P1 4或用普朗特 太沙基 汉森等公式的极限荷载Pu除以安全系数Ks 2 当荷载偏心距e 0 033倍基础底面宽 b为偏心方向基础边长 时
8、 规范 推荐按下式计算地基承载力特征值 并需满足变形要求 2 载荷试验方法 1 荷载曲线有明显直线段时 2 当pu 2pcr时 3 以上两条件均不满足时 去任意沉降量对应的荷载 但其值不能大于最大加载量的一半 3 地基承载力特征值的修正 建筑地基基础设计规范 规定 当基础宽度大于3m 或埋置深度大于0 5m时 从载荷试验或其他原位试验 公式计算 经验值等方法确定的地基承载力特征值需按下式修正 地基承载力验算基础尺寸确定 持力层 直接支撑基础的地基土层软弱下卧层 持力层之下 承载力明显低于持力层的土层 作用在基础上的荷载 标准组合 室外设计地面 天然地面 室内设计地面 室内外平均标高 F F 屋
9、面 恒载 活载 各层结构 恒载 活载 墙柱自重 基础自重 简化至平均标高 外墙柱 内墙柱 持力层承载力验算 满足 基底压力 地基承载力特征值 1 轴心荷载作用 矩形基础 条形基础 满足地基持力层的承载力条件 单向偏心荷载下的基底压力 要求偏心距满足条件 2 偏心荷载作用 条形基础 矩形基础 要求满足条件 当偏心距e B 6时 Pmax的计算 L 基底无偏心一侧边长a 合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离 当地基持力层范围内存在软弱下卧层时 还必须对下卧层进行验算 软弱下卧层承载力验算 pz 条形基础 矩形基础 附加应力计算 地基压力扩散角 注 1 Es1为上层土压缩模量 Es2为下层土的压缩
10、模量 2 z b0 5时 值不变 基础尺寸的确定 不满足重新调整尺寸 满足 不满足重新调整尺寸 满足 例 某柱下素混凝土基础 作用在设计地面处的柱荷载设计值 埋深及地基条件如图所示 柱底荷载标准值为 试确定基础尺寸 混凝土重度 查表8 17得修正系数 D 1 6 并计算基础底面以上土的加权重度 解 1 初设尺寸 初设基底宽度为3m 基底长度为3 5m则可得A 3m 3 5m 10 5m2 由于B 3m D 0 5m 要进行深度修正 2 地基承载力特征值 查表8 15 查得 基底压力 根据式 8 55 3 验算持力层地基承载力 基底最大压力 持力层地基承载力满足 合力偏心矩 查表8 17得修正系
11、数 D2 1 0计算下卧层顶面以上土的加权重度 进行深度修正 查表8 16 得 4 验算下卧层地基承载力 基础底面净压力 根据式 8 55 下卧层顶面处的自重应力 角的计算 作用在软弱下卧层顶面处的总应力为 软弱下卧层地基承载力也满足 附加应力 地基规范 规定 对设计等级为甲级 乙级和有下列情况之一的丙级建筑物均应作地基变形验算 2 在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大可能引起的地基产生过大的不均匀沉降时 地基的变形验算 1 地基承载力特征值小于130kPa 且体型复杂的建筑 地基的变形验算 3 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时 4 相邻建筑距离过近 可能发生倾斜时 5 地基内有厚
12、度较大或厚薄不均的填土 其自重固结未完成 地基允许变形值按其变形特征可分为以下几种 沉降量 独立基础或刚性特别大的基础中心的沉降量 沉降差 相邻两个柱基的沉降量之差 倾斜 独立基础在倾斜方向基础两端点的沉降差与其距离的比值 局部倾斜 砌体承重结构沿纵墙6 10m内基础两点的沉降差与其距离之比 地基特征变形验算公式 地基沉降分类 1 地基变形量计算 S sS s沉降计算经验系数 因为在前面计算中 忽略了侧向变形及取样扰动 s 0 2 1 4 1 与土质软硬Es有关 是多层平均值 2 与基底净附加应力p0的大小有关 变形计算深度范围内压缩模量的当量值 一般土层 z 0 2 cz 软粘土层 z 0
13、1 cz 一般房屋基础 Zn B 2 5 0 4lnB 基岩或不可压缩土层 2 压缩层的确定 地基规范 规定 对经常受水平荷载作用的高层建筑物 高耸结构 挡土墙以及建造在斜坡或边坡附近的建筑物和构筑物尚应验算其稳定性 对基坑工程应进行稳定性验算 1 地基稳定验算公式 地基的稳定性验算 2 位于稳定土坡坡顶上的建筑 当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时 其基础底面外边缘线至坡顶的水平距离应符合下式要求 但不得小于2 5m 条形基础 矩形基础 独立基础和条形基础结构设计 无筋扩展基础设计扩展基础设计 无筋扩展基础设计 砖基础 低层建筑墙下基础 砌筑方便 强度低抗冻性差 砌法 两皮一收
14、1 4砖 二一间隔收 1 4砖 砖墙 承重墙B 600 700mm 非承重墙B 500mm为使槽底平整 便于砌砖 在槽底可以浇筑100 200的垫层 或打两步三七灰土 适于6层及以下墙承重结构 砌筑较方便 抗冻性好 砌法 错缝搭接 每阶 两皮 毛石基础 高度在350mm以内做一层台阶 高度为350 h 900mm时 做两层台阶 高度大于900时 做成三层台阶 素混凝土基础 基底面积 中心受荷时取 无筋扩展基础尺寸设计 偏心受荷时取 基础高度 台阶宽高比允许值见267页表11 1 混凝土基础高度一般30cm 灰土基础为15cm的倍数 砖基础应符合砖的模数 台阶数 台阶宽 例 某住宅承重墙厚240
15、 地基土表层土为杂填土 厚度为0 65m 重度17 5KN m3 其下层为粉土层 粘粒含量为12 重度18 3KN m3 孔隙比0 8 含水率等于25 地下水位在地表下0 80m处 若已知上部墙体传来的竖向荷载标准值为190KN m 1 确定基础底面尺寸 2 设计该承重墙下的刚性条形基础 解 1 确定条形基础埋深为了方便施工 基础宜建在地下水位以上 故选择粉土作为持力层 初步选择基础埋深d为0 8m 粘粒含量为12 查表得 由e 0 8和w 0 91 0 85 查表得承载力特征值为170kPa 2 确定地基承载力特征值 埋深范围内土的加权平均重度 持力层土的承载力特征值 取该承重墙下条形基础宽
16、度b 1 2m 3 选择基础材料 确定基础高度h 阶 方案 采用MU10砖和M5水泥砂浆砌 二 一间隔收 砖基础 基础底下做100 厚C10素混凝土垫层 砖基础所需台阶数 收进尺寸 24墙 h 120 4 阶 60 4 阶 720 满足基坑的最小开挖深度Dmin 720 100 100 920 已深入地下水位以下 必然给施工带来困难 且此时实际基础埋深d已超过前面选择的d 0 8m 方案 不合理 相应的基础高度应满足 查表有 有 tan 1 0 C15混凝土 在100 200KPa 所以混凝土垫层可以缩进300 混凝土垫层之上的砖基础所需台阶数为 方案 基础上层采用MU10砖和M5水泥砂浆砌 二 一间隔收 砖基础 下层为300mm厚C10素混凝土垫层 混凝土垫层 作为基础结构层 设计 相应的基础高度h 120 2 60 1 300 600 阶 计算得 h 270 实际为300 满足要求 基础顶面至地面的距离取200 则埋深d 0 7m 对前面选择的d 0 8m完全吻合 方案 合理 3 绘制基础剖面图 如图所示 验算C10混凝土垫层之上的砖基础的高度是否满足 扩展基础设计 特点 抗弯和抗
