浅基础设计的基本原理

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1、第二章 浅基础设计的基本原理黑龙江大学 建筑工程学院主要内容2.1 概述 2.2 浅基础类型 2.3 基础的埋置深度 2.4 地基承载力的确定及验算 2.5 基础底面尺寸的确定 2.6 地基的变形验算 2.7 地基基础的稳定性验算 2.8 减轻不均匀沉降危害的措施 2.1 概 述 合理选择地基基础方案 地基基础方案有：天然地基或人工地基上的浅基础；深基础；深浅结合的基础 浅基础设计要考虑的问题1.基础所用的材料及基础的结构型式；2.基础埋置深度；3.地基土的承载力；4.基础的形状和布置，以及与相邻基础、地下 构筑物和地下管线的关系；5、上部结构的类型、使用要求及其对不均匀沉降 的敏感性；6、施

2、工期限、施工方法及所需的施工设备等；7、在地震区，还应考虑地基和基础的抗震要求按结构型式分：扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下交叉 条形基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础等。按材料性能分：无筋扩展基础、扩展基础、柱下钢筋砼条形基础2.2 浅基础的类型 一、无筋扩展基础由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合 土等材料组成的无需配置钢筋的墙下条形基础或 柱下独立基础。 材料抗压好；抗拉强度很 低 要求基础台阶宽高比（刚 性角）符合一定条件Fbth0二、钢筋混凝土扩展基础（扩展基础）墙下钢筋砼条形基础和柱下钢筋砼独立基础抗弯、抗剪性能好，要满足抗弯、抗剪和抗冲 切等结构要求三、柱下条形基础

3、调节不均匀沉降优点：材料省、造价低缺点： 施工复杂、技术高、工期长柱下交叉条形基础 四、筏形基础 平板式板厚不小于400mm，一般为0.52.5m五、箱形基础整体空间结构 优点： 抗弯刚度大， 补偿效应缺点： 钢筋水泥用量大，工期长，造价高，施工复杂六、壳体基础 优点：材料省、造价低缺点： 施工复杂、技术高、工期长基础埋置深度是指基础底面至天然地 面的距离2.3 基础的埋置深度下卧层持力层（受力层）FG基础埋深确定的基本原则在满足承载力的条件下尽量浅埋;省工省时省料， 但是有如下基本要求： 埋深不宜小于0.5m, 基础顶面宜低于室外设计地面0.1m 桥墩基础要求在冲刷深度以下D大于10cm一、

4、建筑物的用途类型及荷载大小的性质1.首先考虑建筑物的使用功能，如必须设 地下室、地下设施、属于半埋式结构物等 2.高层建筑，为了满足稳定性要求，基础 埋置深度应加大： 筏形和箱型基础，不小于建筑物 高度的1/15桩筏和桩箱基础，不小于建筑物 高1/181/203.对岩石地基上高层，满足抗滑要求 4.受上拔力的基础，满足抗拔要求 5.高耸结构，满足抗倾覆稳定性要求二、工程地质和水文地质（一）水文地质条件1. 基础应尽量埋置在良好的持力层上。2. 当上层土的承载力低，而下层土的承载力高时 ，应将基础埋置在下层较好的土层中。3. 当地基受力范围内存在软弱下卧层时，软弱下 卧层的承载力和地基变形也应满

5、足要求。常见四种情况，确定基础埋深：自上而下都是良好土层自上而下都是软弱土层上部为软弱土层，而下部为良好土层取决于上部软弱土层的厚度上部为良好土层，而下部为软弱土层基础尽量浅埋（二）水文地质条件基础应尽量埋置在地下水位以上三、相邻建筑物基础埋深的影响 四、地基土冻胀和融陷的影响冻胀：土冻结后体积增大的现象 融陷：冻土融化后产生的沉陷冻胀率冻胀率冻胀等级：冻胀等级：不冻胀、弱冻胀、冻胀、不冻胀、弱冻胀、冻胀、 强冻胀和特强冻胀强冻胀和特强冻胀最小埋深最小埋深五、补偿基础概念在软弱地基上建造采用浅基础的高层建 筑时，常会遇到地基承载力或沉降不满足要 求的情况，常采用补偿性基础设计。此时p0=0，建

6、筑物的重力等于基坑挖去 的总土重，即全补偿性基础；若N/A大于0d，则称部分补偿性基础。建筑物的沉降与建筑物基底附加压力成 正比2.4 地基承载力的确定及验算 地基承载力概念地基承载力指地基承受荷载的能力地基承载力特征值fa在保证地基稳定的条件下，使建筑 物的沉降量不超过允许值的地基承载力。fa取决于两个条件：要有一定的安全储备，即fa=pu/K地基变形不应大于相应的允许值Sa 一、地基基础设计等级1. 地基基础设计等级2. 地基基础设计应符合下列规定：二、岩土工程勘察的要求岩土工程勘察报告应提供的资料；地基评价；施工验槽。三、荷载效应组合的规定1.作用在基础上的荷载(1)永久荷载：上部结构+

7、基础自重、固定设备土压力、稳定水压力可变荷载：普通荷载：活荷载、风荷载、雪、吊车特殊荷载：地震、船只或漂流物的撞击力(2)荷载效应的代表值标准值准永久值=标准值*q组合值=标准值*c(3)荷载设计值：代表值*分项系数2. 荷载效应组合(1)荷载效应标准组合（正常使用极限状态）荷载效应的准永久组合(2)荷载效应的基本组合（承载力极限状态）四、地基基础设计的技术要求1. 地基土抵抗剪切破坏和防止丧失稳定，应具有 足够的安全度2. 基础沉降量应小于地基的允许变形值3. 基础结构应具有足够的强度、刚度和耐久性。五、地基基础设计的三种表达式1. 容许承载力法2. 安全系数法3. 分项系数法六、地基承载力

8、的确定1. 理论公式法2、载荷试验法载荷试验包括浅层平板载荷试验、深层平板试验及螺旋板 载荷试验密实砂土、硬塑粘土等低压缩性土p-s曲线 为陡降型 取p1（比例界限荷载）且p1pu/2松砂、填土、可塑粘土等中、高压缩性土p- s曲线为缓变型 取沉降s=(0.010.015)b所对应的荷 载3、地基承载力的修正 计算公式为 ： 七、地基承载力验算1.轴心荷载作用时（一）持力层承载力验算blN=F+G2.偏心荷载作用时以条形面积为例beNeb/6: 三角形偏心荷载时：a=b/2-e（二）软弱下卧层承载力验算 F pdzp pczcz 软土Es1Es2注意： 下卧层承载力 faz 只做深度修正 扩散

9、角可查表2-14 基础埋深加大附加应力近似为零（补偿性）式中：pz 软弱下卧层顶面处的附加应力值(kPa)；pcz软弱下卧层顶面处土的自重应力标准值， pcz=(d+z)，为软弱下卧层以上各土层的 加权平均重度(kN/m3)，d为基础埋深(m)， z为基础底面至软弱下卧层顶面处的距离 (m)；faz 软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承 载力特征值。式中：l、b 分别为矩形基础底面的长度和宽度； pk 基底的平均压力值；pc 基底处土的自重应力标准值，pc=od，o为基底以上土的加权平均重度，d 基础的埋深z 基底至软弱下卧层顶面的距离； 基底压力扩散角，可按表2-14采用。“压力扩散角”概念

10、：根据扩散前、后各面积上 的总压力不变条件，得：矩形：条基：关于 的简化计算：条件：垫层验算垫层验算垫层底面处的附加压力值；软弱下卧层顶面处深度修正后的地基承载力特征值；矩形或条形基础底边宽度；垫层底面处的自重应力；基础底面处的自重应力；基础底面至软弱下卧层顶面的垂直距离；地基压力扩散线与垂直线的夹角扩散角；相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值条形基础1. 垫层厚度的确定 矩形基础2. 垫层宽度的确定应满足基础底面压力扩散的要求，同时还应考虑到垫层应有 足 够的宽度及垫层侧面土的强度条件，以防止垫层材料向侧边 挤 出而增加垫层的竖向变形量3. 垫层承载力的确定取决于垫层材料性质、施

11、工机具能量大小、施工质量的优 劣通过现场载荷试验确定4. 地基变形计算地基变形计算 s=s1+s2（1）垫层自身的变形量（2）下卧土层的变形量补充习题：某砖砖混结结构承重墙墙下条形基础础，宽宽1.2m，埋深1m，上部结结构作用 于基础顶础顶 面荷载为载为 120kN/m，地基土表层为层为 粉质质粘土，厚度1m，重 度117.5kN/m3；第二层为层为 淤泥质质粘土，厚度15m，重度2 17.8 kN/m3；第三层为层为 密实实砂砾砾石。地下水距地表层为层为 1m。地基承 载载力特征值值fak=45kPa。砂垫层垫层 厚度为为1.7m，扩扩散角=30o，地基深 度修正系数d=1.0。验验算砂垫层

12、垫层 厚度是否满满足要求。（16分） 取1m长长度计计算 地基承载载力修正 基底附加应应力： 下卧层顶层顶 面附加应应力 下卧层顶层顶 自重应应力 故砂垫层垫层 厚度满满足要求。 （3分）（3分）（4分）（3分）（3分）GFdFk 作用在顶面的荷载标准值，kNGk基础及台阶上填土总重，kNA 基底面积，m2G 平均重度，一般取 20 kN/m3d 基础平均埋深，基础平均埋深，mmfa=fak+dm(d-0.5)暂不做宽度修正，认为b3m一、轴心荷载作用下2.5 基础底面尺寸的确定单独基础GFd条形基础1.按轴心荷载作用计算A 2.将计算得到 A 或 b 扩大至 10%-30% 3.验算地基承载

13、力，若不满足继续放大二、偏心荷载作用下 不同类型建筑物根据结构类型、使用要求、 荷载性质等需满足不同的地基变形要求沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜等2.6 地基变形验算注意：荷载应按正常使用极限状态下荷载 效应的准永久组合，不应计入风荷载和地 震荷载一、地基变形验算一、地基变形验算建筑地基基础设计规范规定了关于哪些建筑是否进行变形验算的相关规定。二、地基特征变形量二、地基特征变形量 分为：沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。1. 沉降量指基础中心点的沉降值(a)； 2. 沉降差一般指相邻两单独柱基中点的沉降量之差(b)； 3. 倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值(c)； 4. 局部倾倾斜

14、指砌体承重结结构沿纵纵向610m基础础 两点的沉降差与其距离的比值值(d)；地基特征变形（沉降计算）地基特征变形（沉降计算）表表2-11 2-11 建筑物的地基变形允许值建筑物的地基变形允许值注：注：有括号者仅使用于中压缩性土；有括号者仅使用于中压缩性土； l l为相邻柱基中心距离为相邻柱基中心距离/mm/mm，H Hg g为自室外地面起算的建筑物高度为自室外地面起算的建筑物高度/m/m。三、地基沉降量计算方法1、弹性理论公式法（土力学）基于布辛尼斯克课题的位移解：地基均匀较方便，结果偏大。 w沉降影响系数； E0 变形模量2 2、分层总和法、分层总和法基本假定： （1）地基只有竖向压缩变形，

15、无侧向变形； （2）用基础中点地基的附加应力计算变形。（3）确定计算深度与分层厚度（0.4b或者12m均）合适。3 3、规范推荐法、规范推荐法基本假定：各向同性均质直线体理论计算 地基附加应力，对于同一层采用单一指标，精 度高。确定计算深度课本 P37令4、考虑地基回弹的沉降计算pc基坑底面以上的自重应力，地下水位以下取浮重度。 回弹变形量如：基坑开挖等四、沉降观测四、沉降观测 1. 测点的布置（1）建筑物四周的角点（2）转角处（3）中点（4）沉降缝附近（5）新旧建筑物连接处（6）地基条件明显变化处 2. 观测时间 （1）施工时：民用建筑，每增加一层观测一次工业建筑，按荷载施加阶段来进行观测 （2）施工后持续观测，半年后沉降量小于2mm，停止观测2.7 地基基础的稳定性验算l 经常承受水平荷载作用的高层和高耸结构 l 位于斜坡上的建筑物 l 地基中存在倾斜或软弱地层Ph Pv验算稳定性的工程条件一一 、稳定性验算、稳定性验算圆弧滑动面法滑动稳定安全系数K二、斜坡上的基础无须验算稳定性的条件二、斜坡上的基础无须验算稳定性的条件要求：要求：条形基础：a3.5bd/tan矩形基础：a2.5bd/tan条件： 坡高h8m， 坡角45o、 a2.5m, b3m(1)(2)u采用桩基础或其他深基础，减少地基总沉降量