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1、2 天然地基浅基础的设计中南大学资源与安全工程学院胡建华提 纲 概述 设计原则 基础类型 结构与地基、基础的共同作用 浅基础设计地基基础设计地基计算 基础设计 控制地基的变形：正常使用极限状态 地基的稳定性验算：斜坡，高耸结构基础结构的强度刚度耐久性防止地基强度破坏：承载力极限状态基础选型基础埋深和形状尺寸2.1 概述n设计等级划分原则n设计等级2.1 概述n设计状况2.1 概述n设计任务基础结构作用效应分析基础结构抗力及其他性能分析（按两种极限状态、最不利荷载组合）2.1 概述2.1 概述n基础资料收集n上部结构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
2、n原位测试资料地基承载力、单桩竖向承载力以及地基压缩模量 和变形模量的原位测试报告等 岩土工程勘察资料(1) 建筑场地（不良）地质条件及危害程度(2) 地层分布情况及各层岩、土的物理力学性质(3) 地下水类型、水位、腐蚀性等(4) 地震设防区：场地类别，砂土液化(5) 方案建议 岩土工程勘察资料土层 编号土层名土性特征描述天然容重 kN/m3孔隙比 e粘聚力 /kPa内摩擦 角/ 承载力标 准值/kPa压缩模量/MPa说 明人工填土褐黄色，稍湿到很 湿，上部约0.5m为 杂填土160.71015不宜作为持力层粉质粘土 灰黄色，软塑170.71215不宜作为持力层粉砂灰色，成分为长石 、石英等，
3、稍密， 饱和17.50.72015010粉质粘土灰黄色，软塑到流 塑，呈透镜体分布18.50.731518不宜作为持力层细砂灰色，成分为长石 、石英等，稍密， 饱和18.50.552520012粘土灰黄色，硬塑190.5252030014泥质砂岩 浅灰色，中等风化 到微风化，岩体完 整性较好201000可认为不可压缩地层参数表 岩土工程勘察资料基底压力附加应力地基沉降变形基底反力基础结构的外荷载上部结构的自重及各 种荷载都是通过基础 传到地基中的。上部结构基础地基建筑物设计常规设计法将地基、基础、上部结构三者分离 ，分别对三者进行计算。 优缺点：计算简单（不考虑三者共同作用）；满足静 力平衡条
4、件；忽略三者受荷后变形的连续性；不经济 、不合理。 适用条件：沉降较小或较均匀；基础刚度大。2.2 地基基础设计原则2.2 地基基础设计原则n概率极限设计法与极限状态设计原则n极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态 地基基础设计基本规定对地基计算的 要求地基计算内容 建筑物类型地基承载力计算所有建筑物（甲、乙、丙级）地基变形计算设计等级为甲、乙及部分丙级建筑物地基稳定性计算经常受水平荷载的高层建筑物；高耸结 构、挡土墙；建造在斜坡上或边坡附近 的建筑物或构筑物；基坑工程抗浮验算当地下水埋藏较浅，建筑物地下室或地 下构筑物存在上浮问题荷 载永久荷载可变荷载偶然荷载 荷载分类（按随时间的变化）地
5、基基础设计基本规定荷载组合 荷载取值原则遵循以概率理论为指导的极限 状态设计方法，该原则特点： （1）建立结构可靠度与结构极限状态方程； （2）充分考虑各有关影响因素的客观差异性； （3）设计计算工作量大，地基基础设计有些参数因统 计资料不足，很大程度凭经验确定。 正常使用极限状态对于结构或构件达到正常 使用或耐久性能的某项规定值，如影响建筑物正 常使用或外观的地基变形。 承载能力极限状态对于结构或构件达到最大 承载能力或不适于继续承载大变形，如地基失稳 而破坏。n地基基础设计原则 p 4 m 桩基 或处理好土软土 (很深)好土 软土软土 好土I II III IV h1h1基础条件由其它条件
6、确定时，尽可能浅埋1.6.2 工程地质质条件1)根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层1.6.2工程地质质条件2)置于边坡上的基础=3.5 条形基础 =2.5 矩形基础 1.6.3 水文地质质条件地下水的埋藏条件 1) 尽量考虑将基础置于地下水位以上。 2) 埋在地下水位以下时，考虑: 基坑排水、坑壁围护、保护地基土不受扰动 出现涌土、流砂的可能性；地下室防渗； 轻型结构物 上浮托力； 地下水浮托力 基础底板的内力 3) 承压含水层的地基，控制基坑开挖深度，防止基坑隆起开裂向下的土压力 向上的承压水压力 一般取0.70.9。 1.6.4地基冻冻融条件 季节性冻土：是冬季冻结、天暖解冻，每年
7、冻融交替一次的土层，在我国北方地区分布广泛。多年性冻土：指连续保持冻结状态三年以上的土层，其性质较复杂，属特殊土地基，另见专著。 1)冻土分类冻胀：冻胀力，地面隆起融陷：强度降低，建筑物下陷建筑物开裂损坏不均匀沉降冻深毛细区地下水冻结区2)冻胀机理毛细水土颗粒结合水冰水变成冰的体胀 自由水冻结温度0oc，结合水冻结温度-0.5- 30oc吸引毛细水自由水+外层(弱)结合水冻结,形成冰针,冰透镜结合水膜变薄,离子浓度加大,吸力增加吸引地下水粗粒土：无冻胀坚硬粘性土：冻胀微弱粉土：冻胀最严重3)影响冻胀的因素：土性(土的粒径大小)，含水量的多少，地下水位高低4)冻胀性划分：建筑地基规范根据冻土层的
8、平均冻胀率的大小，将地基 土划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。注：冻胀区的基础，应保证有足够的埋深，使基底达到或基 本达到冻胀影响深度以下，从而避免冻害。 5)冻胀冻胀 土中基础础埋深的要求dmin zd hmaxZd 设计冻深； Z0 标准冻深；hmax允许残留冻土最大厚度ZdZ0dmin室内地面hmax1.7 地基承载载力地基承受荷载的能力为了满足地基强度和稳定性的要求，设计时必须控制基 础底面最大压力不得大于某一界限值，这一界限值称为地基 承载力 。2.4.1地基承载力的概念及设计理论1)地基承载力的概念地基承载力特征值 fa：指由载荷试验测定 的地基土压力变形曲线 线性
9、变形段内规定的变 形所对应的压力值。 sp spcr pufa sap2)地基承载力特征值特点：(1)地基承载力特征值实质就是容许承载力(2)按正常使用 极限状态原则确定(3)以地基的变形作为控制标准 重要性系数分项系数 分项系数(1）容许承载力理论(2）极限承载力理论安全系数法(3）极限承载力理论分项系数法3)地基承载力设计理论(1) 容许承载力理论 承载力：塑性区开展范围：Pcr，P1/4， s/b=0.01-0.02（载荷试验）、计算公 式 荷载：标准值（组合）F塑性区容许承载力:确保地基不发生剪切破坏而失稳，同时又保证建 筑物的沉降不超过允许值的最大荷载。(1)容许承载力理论 在载荷试
10、验中可以由其比例界限确定； 按一定沉降比人为规定，例如s/b0.002 在理论计算中可以由塑性区发展理论中的临塑荷载pcrp1/4、 p1/3确定。 按容许承载力理论确定的承载力，其沉降一般也会满足要求，常常不需进行沉降验算。 在这种设计中，工程的安全性和可靠性是无定量的概念。因而是一种经验的设计方法。 其设计荷载可取为标准值或标准组合。(2)极限承载力理论安全系数法 承载力： 极限承载力理论公式、平板载荷试验 极限值/安全系数（23） 荷载： 采用标准值（组合）在这一理论方法中，其安全程度用单一的安全系数K表示，但这一安全系数反映多大的失事概率是不得而知的。对于地基承载力问题，单一安全系数法
11、的 一般表达式为：(3) 极限承载力理论分项系数 承载力：采用标准值除以承载力分项系数 荷载：荷载效应组合的代表值分项系数设计值 S（基本组合） 基于可靠度理论的分项系数设计方法也是一种极限状态设计 方法。 由于工程中的荷载和抗力都是随机变量，有多少可能使荷载大于抗力而失事是一个随机事件。 破坏的概率（可能性）决定于两个随机变量的均值（众值，中值及某个分位值）及其分布。 (3)极限承载力理论分项系数R， SR， Sf(S) f(R)RSRS岩土工程的不确定性 土层剖面与边界的不确定性 现场与实验室岩土指标的不确定性 现场应 力与孔隙水压力的不确定性 外加荷载及其分布的不确定性 计算理论和方法的
12、不确定性 应力变形的机理不清楚。可靠度设计：有待于科技发展和资料的积累1.7.2地基承载载力特征值值确定的方法 按土的抗剪强度指标以理论公式计算 载荷试验 按规范提供的承载力表确定（地方规范） 经验方法(1)理论公式 fa=Mbb+Md md+Mcck 注：以 p1/4=NB /2+Nq d+Ncc为理论依据1)按土的抗剪强度指标确定(2）规范推荐的公式24时，Mb实际比理论大(3)公式运用的注意问题问题取值对b的限制。应进行地基变形验算。2)载载荷试验试验 法载荷板的测试范围：在现场通过0.250.50m2的载荷板对扰动较少的地基土体直接施荷，所测得的成果一般能反映相 当于12倍荷载板宽度的
13、深度以内土体的平均性质。 规范要求:对地基基础设 计等级为甲级的建筑物采 用载荷试验、理论公式计 算及其他原位试验等方法 综合确定。千斤顶荷载板 载荷板试验的主要优缺点： 载荷试验可靠性高； 费时、耗资；试验只能反映浅层地基的承载力。图 载荷板与实际基础对地基的影响深度比较(a)载荷试验 (b)实际基础 确定地基承载载力特征值值(一) p-s曲线“陡降型”取值主要由地基强度控制（二）p-s曲线“缓变型” 取值主要由地基允许变形控 制常出现于低压缩性土常出现于中、高压缩性土 (一)p-s曲线“陡降型” 取图中的比例界限荷载作为承载力特征值对于少数呈“脆性”破坏的土，Pb与极限载荷很接近， 当Pu
14、 l2、单独基础弯矩计算基 础底板配筋b0(b-b0)/2b(b-b0)/2(- 0)/20 (- 0)/2 III四块固定在柱边的悬臂板 不均匀沉降产生的原因 （1）地基条件，土层极软或不均匀； （2）上部结构荷载不均匀； （3）相邻建筑物影响； （4）其它原因：如堆载、开挖深基坑等1.10 减轻不均匀沉降损害的措施中、小建筑物破坏的一般规律 1、砌体承重结构：主要是墙体开裂 斜裂缝、八字形裂缝、倒八字形裂缝 2、框架等超静定结构：沉降差引起构件附加内力，梁、板等产生裂缝、柱倾斜建筑物开裂、倾斜、甚至破坏 如何解决不均匀沉降的问题？均匀沉降影响建筑物的功能和正常使用不均匀沉降1)选用条形基础
15、、筏形基础、箱形基础2) 采用桩基础或其它深基础；3）地基处理方法（采用人工地基）；4)从地基、基础和上部结构共同工作的观点为出发，在建筑、结构和施工方面采取某些措施。增强上部结构对不均匀沉降的适应能力减少沉降解决途径具体措施一、减轻轻不均匀沉降的建筑措施1、建筑物的体型应力求简单平面：一字形立面：高差最好不超过二层建筑物立面高差过大（1）控制建筑物的长高比：建筑物长高比是指它的长度L 与其高度（屋顶檐口至基底的距离）Hf之比 （2）合理布置纵、横墙： 砌体结构 2、加强建筑物的整体刚度建筑物过长：长高比7.6:12.53.03、设置沉降缝沉降缝从上部结构檐口到基础底面将建筑物分割成 两个或多个独立单元沉降缝要求：分割出的独立单元（或沉降单元），应满 足体形简单、长高比小、结构类型不变和所在处的地基比较 均匀等条件的要求。沉降缝作用：调整不均匀沉降。沉降缝设置的位置注意事项：沉降缝内填塞杂物、两单元对倾过大、宽度不足，沉降缝失效决定相邻建筑物基础间净距的指标：4、恰当安排相邻建筑物基础间的净距（1）同期建造的两相邻建筑物，低（或轻）者受高（或重）者 的影响； （2）不同期建造的两相邻建
