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1、第二章 天然地基上的 浅基础设计,一、浅基础设计的内容和一般步骤,1.充分掌握拟建场地的工程地质条件和地质勘察资料。 2.选择基础材料、类型，确定平面布置方案。 3.选择地基持力层和基础埋置深度。 4.确定地基承载力。 5.按地基承载力（包括持力层和软弱下卧层）确定基础底面尺寸。 6.进行必要的地基变形和稳定性验算。 7.进行基础的结构计算与设计。 8.绘制基础施工图（基础平面布置图、基础详图），并提出必要的技术说明。,第一节 概述,二、浅基础设计方法,常规设计法,考虑地基基础上部结构相互作用的方法,三、地基基础设计原则,1、对地基计算的要求,地基复杂程度,建筑物规模,功能特征,建筑物破坏或影
2、响 正常使用的程度,三级,甲级,乙级,丙级,分级 依据,地基基础设计等级 P9表2-1,可不做地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围 P10表2-2,第二节 浅基础的类型,扩展基础 联合基础 柱下条形基础 柱下十字交叉基础 筏形基础 箱形基础 壳体基础,扩 展 基 础,无筋扩展基础,钢筋混凝土扩展基础,墙下钢筋混凝土条形基础,柱下钢筋混凝土独立基础,一、扩展基础,Individual footing, pad foundation,单独基础,墙下或柱下条形基础, 柱下:一般是土质差,两侧单独基础相连,Strip foundation,条形基础,二、联合基础,墙下联合基础 柱下联合基础,类 型,
3、三、柱下条形基础,四、柱下十字交叉基础,具有良好的调整不均匀沉降的能力,五、筏形基础（又称筏板基础、片筏基础、 满堂基础）,土质更差,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,六、箱形基础,由底板、墙和顶板形成箱，整体性更好,七、壳体基础,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。,第三节 基础埋置深度的选择,一、确定原则,在
4、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（表土一般松软，易受雨水及外界影响）；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。,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。,例如：基础埋深不同时 主楼与裙房 高度不同,分期施工设置后浇带,台阶式相连, 如山坡上的房屋 或者验算边坡稳定性,新旧相邻建筑物有一定距离 L/ H=12 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
5、基底以上，便于维修,基底尽量在地下水位面以上,否则开挖降水,费用大，扰动； 考虑土层分布情况： (1) 浅基础还是深基础(桩基础)； (2) 天然还是人工地基； (3) 如果是天然地基,基础埋深的确定 根据土层分布，如下图：,在满足其他要求下尽量浅埋,只有低层房屋可用,否则需地基处理,尽量浅埋但是如h1太小就为II,软土 (很深),好土,软土,软土,好土,I II III IV,h1,h1,h14 m 桩基或处理,对埋藏有承压含水层的地基,确定基础埋深时，必须控制基坑开挖深度，防止基坑因挖土减压而隆起开裂。要求基底至承压含水层顶间保留土层厚度（槽底安全厚度）h0为：,65页2-1， 解：1）,
6、承压水水压力： whw10（2+2+2）60KPa,粗砂土层顶面所受的力： c h（20- 10 ）（2-1）+192+10 158KPa,whw h，故坑底有隆起危险。,2）基础埋深为1.5m时，粗砂土层顶面所受的力： c h（20- 10 ）（2-1.5）+192+10 0.548KPa；要使坑底无隆起危险，则必须 whw h，hw h w48104.8m。 故承压水位还需下降 64.81.2m。,对修建于坡高（H8m）和坡角不太大（45）的稳定土坡坡顶上的基础（见图），当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长b3m，且基础底面边缘至坡顶边缘线的水平距离a2.5m时，如果基础埋置深度d满足下式要求
7、： 则土坡坡面附近由修建基础所引起的附加应力不影响土坡的稳定性。式中x取3.5（对条形基础）或2.5（对矩形基础）。否则应进行坡体稳定性验算。,冻结深度,1. 冻胀危害及机理 （1）冻胀及冻拔 地面隆起(不均匀) 翻浆,融陷,强度降低 如果冻结深度大于融沉，称为永冻土,冻胀危害及机理,冻深,毛细区,地下水,1928-1929 Casagrande做了较深入的研究, 美国北部:冰深45cm,冻胀13cm,=8%12%, 60%110%, 冰透镜达13cm,冻结区,冻胀丘Pingo 随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时，地表就发生隆起，便形成冻胀丘。,基础埋深,基础埋深,冰椎,基
8、础埋深,基础埋深,基础埋深,机理 -复杂,开始认为是水变成冰的体胀. 自由水冻结温度0oc,结合水冻结温度-0.5-30oc,总结:开敞式水源,冻结慢,形成透镜体,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,2 .发生冻胀的条件,（1） 土的条件 一般是细颗粒土。 砂土的毛细高度小，发生冰冻时体积膨胀，孔隙水排走，骨架不变。太细的土，水分供应不及时，冻胀也不明显。 （2） 温度条件 低于冻结温度 （3） 水力条件 含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重,3. 地基土的冻胀性分类 新规范 不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻胀，特强冻胀,
9、土类，冻前天然含水量，冻结期间地下水位距冻结面的最小距离，平均冻胀率冻胀率：地面最大冻胀量/设计冻深(%) Z0标准冻深多年实测最大冻结深度的平均值, 夏季地面开始往下算。 北京 1.0m，哈尔滨 2.0m，满洲里 2.5m,地基土的冻胀性分类,4. 考虑冻胀的基础埋深,dmin zd hmax Zd 设计冻深；hmax基底下残留冻土层最大厚度,季节性冻土的设计冻深zd,按下式计算：,设计冻深,标准冻深（m）。系采用在地面平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于已10年实测量最大冻深的平均值。无实测资料时，按建筑地基规范“中国季节性冻土标准冻深线图”采用,土的类别对冻深的影响系数,土的冻涨性对冻
10、深的影响系数,环境对冻深的影响系数,作 业,1.名词解释： 扩展基础 刚性基础 2.地基基础设计时，所采用的荷载效应按哪些规定执行？ 3.浅基础有哪些结构类型？各有何特点？ 4.确定基础埋置深度时应考虑哪些因素影响？ 5.地基土的冻胀性分类要考虑哪些因素？,第四节 浅基础的地基承载力,一、基本概念,定义：地基承受荷载的最大能力。,地基的强度满足上部荷载的要求 变形不超过允许值,变形条件：,包括,三 种 设 计 原 则,总安全系数设计原则,容许承载力设计原则路桥地基规范采用,概率极限状态设计原则,确定地基承载力的设计原则,二、地基承载力特征值的确定,1.按土的抗剪强度指标确定,2.按地基载荷试验
11、确定,3.按地基规范承载力表确定,4.参照相邻建筑物经验确定,1.按土的抗剪强度指标确定,（1）建筑地基基础设计规范推荐的理论公式,条件：荷载的偏心矩e0.033b（b为偏心方向基础边长）,公式：,承载力系数，按表2-3查取,大于6m按6m取值，对于砂土，小于3m时按3m取值.,基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度（浮重度）,基础埋深范围内各层土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度。,基底下一倍短边宽度的深度范围内土的粘聚力标准值；,说明：,取值:采用原状土以三轴剪切试验测定，一般要求在建筑场地范围内布置6个以上的取土钻孔，各孔中同一层土的试验不少于三组。 确定抗剪强度指标 的试验方法
12、必须与地基土工作状态相适应。如：饱和软土，不固结不排水剪的内摩擦角 =0，由表知：Mb=0、Md=1、Mc=3.14将上式中的ck相应改为cu则地基承载力设计值：fa= 这时，增加基础底面尺寸不可能提高地基承载力。但是对于 0的土，增加基底宽度，承载力将随着 的提高而逐渐增大。,系数Md1，故承载力随埋深d线性增加。但对设置后回填土的实体基础，因埋深增大而提高的那一部分承载力将被基础和回填土G的相应增加而有所抵偿；尤其是对 的软土，Md=1，由于 ，这两方面几乎相抵而收不到明显的效果。 按土的抗剪强度确定地基承载力时，要进行地基承载力的变形验算。,（2）地基极限承载力理论公式 魏锡克公式（或汉
13、森公式、太沙基公式等）,适用范围：路桥、港口等 公式：,地基土极限承载力；按教材土力学公式计算,安全系数，K=23,2.按地基载荷试验确定,（1）确定地基土承载力特征值,载荷试验数据整理：由载荷试验可得到P-S曲线， 再由P-S曲线确定地基承载力特征值。,数据处理,1）对于密实砂土、硬塑粘土等低压缩性土，其P-S曲线有明显的起始直线段和极限值，即显急进破坏的陡降段（有明显的拐点）。 地基承载力特征值取P-S曲线的比例界限荷载p1。 对于少数显“脆性”破坏的土，p1与pu（极限荷载）很接近，当pu2p1时，地基承载力特征值取pu2.,2)对于有一定强度的中、高压缩性土，如松砂、填土、可塑粘土等，
14、P-S曲线无明显转折点。 地基承载力特征值为 所对应的荷载 软土地基承载力特征值为 所对应的荷载 以上两者的地基承载力特征值不应大于最大加载量的一半。,注意：同一土层试验点应选3个以上，若所得特征值的极差不超过平均值的30%，则取该平均值作为fak，若超过应增加试验点。,注意:承载力表通过大量的试验数据，用统计分析方法 得到，但存在地区的局限性，一般不再采用(新规范)， 应根据地区的具体试验，制定相应的承载力表作为设 计的参数。,修正公式适用条件： 当基础宽度大于3m，埋置深度大于0.5m时， 从荷载试验或其它原位测试、经验值等方法 确定的地基承载力特征值尚应修正。,3.按地基规范承载力表确定
15、,1）建筑地基规范承载力表,修正公式：,修正后的地基承载力特征值,地基承载力特征值,分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表25取值。,基底持力层土的重度，地下水位以下取浮重度,基础底面以上埋深范围内土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度,b-基础底面宽度（m）；当b6m时按6m取值。 d-基础埋置深度（m）；当d0.5m时按0.5m取值，一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从自然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏板时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。 当计算所得的fa1.1fak时,可取 fa=1.1fak 。 当不满足上述公式计算条件时，可取fa=1.1fak 直接确定地基承载力特征值。,2）路桥地基规范承载力表,确定土的分类名称 一般地基土,根据塑性指数、粒径、工程地质特征 等分为六类,即粘性土、砂类土、碎卵石类土、黄土、冻土及岩石。 确定土的状态 土的状态是指土层所处的天然松密和稠度状况。 粘性土的天然状况按液性指数（即稠度指数）分为坚硬、半坚硬、硬塑、软塑和极软状态。 砂类土根据相对密度分为稍密、中等密实、密实。 碎、卵石类土按密实度分为密实、中等密实、松散。,
