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1、浅基础设计建筑基础第二章第二章 浅基浅基础设计 陈 立立 宏宏 博士博士 副教授副教授2.1 概述概述2.2 基基础设计一、埋深的确定一、埋深的确定二、基二、基础尺寸的确定尺寸的确定三、基三、基础的的结构构设计2.3 减减轻不均匀沉降危害的措施不均匀沉降危害的措施2.4 地基基地基基础可靠性分析可靠性分析2.5 基基础的的设计算例算例第二章第二章 建筑工程建筑工程刚性基性基础与与扩展基展基础 2.1 概述概述预备知知识：基：基础工程分工程分类一、一、设计原原则二、二、设计内容内容三、三、设计依据依据四、四、设计步步骤预备知知识：地基基：地基基础分分类一、天然地基与人工基一、天然地基与人工基础二
2、、基二、基础的分的分类三、浅基三、浅基础的分的分类下卧层D埋深D q = D均布荷载持力层（受力层）地基Ground基础FoundationFG主要受力层上部建筑ConstructionFGd 埋深d：q=d:均布荷载持力层（受力层）下卧层地基基础地基与基础主要受力层一。地基分一。地基分类一、天然地基与人工地基一、天然地基与人工地基天然地基天然地基: 未未处理的天然状理的天然状态的地基。的地基。人工地基人工地基: 人工人工处理理过的地基的地基二。基二。基础分分类浅基浅基础: 埋深小于埋深小于5m，或者埋深大于，或者埋深大于5m，但是小，但是小于基于基础宽度。采用基坑法施工度。采用基坑法施工深基
3、深基础: 埋深大于埋深大于5m，且一般采用特殊方法施工。，且一般采用特殊方法施工。桩基基础：桩承台承台两两侧（四周）的（四周）的摩阻力忽略不摩阻力忽略不计。所以不是所以不是简单的的深浅概念。深浅概念。三。浅基础的分类（一一）按基）按基础刚度分度分刚性（无筋性（无筋扩展）基展）基础扩展基展基础（二）按基（二）按基础的的结构型式分：构型式分：独立基独立基础、条形基、条形基础、箱型基、箱型基础、 筏型基筏型基础、壳型基、壳型基础（一）按基础刚度分 刚性基性基础砖、石、灰土，素混凝土、石、灰土，素混凝土材料抗拉材料抗拉强度很低度很低有基有基础台台阶宽高比（高比（刚性角）要求性角）要求1:1.0 1:1
4、.5与材料和荷与材料和荷载有关有关F btb0h0（一）按基础刚度分扩展基展基础(柔性基柔性基础)钢筋混凝土筋混凝土要要满足抗弯足抗弯,抗剪和抗冲切等抗剪和抗冲切等结构要求构要求F(二)按基础的结构形式分类1独立基础: 柱下或墙下（土质较好）Individual footing, pad foundation2 条型基础墙下条形基础, 柱下（一般是土质差）Strip foundation3十字交叉基础（条形基础的变种）柱下:土质差,或荷载很大,四面单独基础相互相连4 筏形（筏板）基础柱下（土质更差,单独基础联成整体）,特殊要求：荷载、防渗游泳馆平板式、梁板式：筏下可以有肋,板下地基土有时需要处
5、理Mat foundation5 箱形基础由底板、墙和顶板形成箱，整体性更好底板外墙内墙6壳体基础：高耸建筑物2.1 概述概述一、一、设计原原则二、二、设计内容内容三、三、设计依据依据四、四、设计步步骤一、一、设计原原则1.安全性安全性 基基础强度、地基土度、地基土强度（承度（承载力）力）2.可用性可用性 沉降、差异沉降、沉降、差异沉降、倾斜、耐久性斜、耐久性3.耐久性耐久性4.经济性性二、二、设计内容内容1.结结构材料、型式构材料、型式2.基基础础埋深埋深3.基基础础尺寸尺寸4.基基础结础结构：配筋、构造。构：配筋、构造。5.方案比方案比选选三、三、设计依据依据规范范各种相关地各种相关地质、
6、水文、建筑物、材料、水文、建筑物、材料供供应、施工技、施工技术水平等等水平等等GB 50007-2002 建筑地基基建筑地基基础设计规范范TB10002.1-99铁路路桥涵涵设计基基本本规范范四、设计步骤1.收集必需收集必需资料料2.确定基确定基础所受荷所受荷载3.确定基确定基础埋深埋深4.确定基确定基础尺寸尺寸5.结构构设计6.进行各种行各种强度、承度、承载力以及沉降的力以及沉降的验算算7.经济技技术比比较，方案，方案优化化2.1 概述概述2.2 基基础设计一、埋深的确定一、埋深的确定二、基二、基础尺寸的确定尺寸的确定三、基三、基础的的结构构设计2.3 减减轻不均匀沉降危害的措施不均匀沉降危
7、害的措施2.4 地基基地基基础可靠性分析可靠性分析2.5 基基础的的设计算例算例第二章第二章 天然地基上的浅基天然地基上的浅基础22 基基础设计埋深确定埋深确定一、基本原一、基本原则在在满足承足承载力的条件下尽量浅埋。省工省力的条件下尽量浅埋。省工省时省料，省料，但是有如下基本要求：但是有如下基本要求：1.除岩石以外，除岩石以外，D大于大于50cm,（表土（表土扰动，植物，植物，冻融，冲融，冲蚀）2.基基础顶距离表土大于距离表土大于10cm，保，保护（二）（二） 结构要求构要求1.地下室，地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修要求地下室,作用:提高承载力减少变形（补偿基础）F2.
8、新旧及相邻建筑物有一定距离否则要求支护并且要严格限制支护的水平位移L/ H=12LH（二）（二） 结构要求构要求3. 基础埋深不同时 (1) 主楼与裙房, 高度不同,分期施工设置后浇带 (2) 台阶式相连, 如山坡上的房屋L/ H=12（二）（二） 结构要求构要求（三）地基及地质水文条件1.地下水位以上地下水位以上,否否则开挖降水开挖降水,费用大用大扰动2.土土层分布情况分布情况 (1)浅基浅基础还是深基是深基础(桩基基础) (2)天然天然还是人工地基是人工地基 (3)如果是天然地基如果是天然地基,基基础埋深的确定埋深的确定 根据底根据底层分布分布好土好土软土土(很深很深)好土好土软土土软土土
9、好土好土在在满足其他要足其他要求下尽量浅埋求下尽量浅埋只有低只有低层房屋房屋可用可用,否否则处理理尽量浅埋但是如尽量浅埋但是如h1太小就太小就为II I IIh1 4m桩基或基或处理理h1（三） 地基及地质水文条件IVIII（四）（四） 冻土土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13cm1.冻胀危害及机理（1 1）冻胀及及冻拔拔 地面隆起地面隆起( (不均匀不均匀) ) 翻翻浆, ,融陷融陷, ,强度降低度降低如果如果冻结深度大于融沉，深度大于融沉，称称为永永冻土土毛毛细水水土土颗粒粒结合水合
10、水冰冰冻胀丘Pingo冬季季节融化层，由上而下和由下而上冻结，过水断面缩小，冻结层上水处于承压状态，同时冻结过程中水分发生迁移产生聚冰层。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。黑龙江地区：冻胀引起的房屋开裂2 发生冻胀的条件（1） 土的条件土的条件 一般是一般是细颗粒土。粒土。 砂土的毛砂土的毛细高度小，高度小，发生冰生冰冻体体积膨膨胀，孔隙水，孔隙水排走，骨架不排走，骨架不变。太。太细的土，水分供的土，水分供应不及不及时，冻胀也不明也不明显。（2） 温度条件温度条件 低于低于冻结温度温度（3） 水力条件水力条件含水量，具有开放性条件，如粉土含水
11、量，具有开放性条件，如粉土冻胀最最严重重3 按冻胀的地基分类（四类） 不不冻胀 岩岩,砾,粗中粗中细砂，砂，较干的其他土干的其他土 粉砂粉砂 14% 地下水位地下水位1.5m 粉土粉土 19% 2.0m 粘性土粘性土 p+2 2.0m弱弱冻胀粉砂粉砂 14% 地下水位地下水位 1.5m 14% 19% 1.5m 粉土粉土 19% 2.0m 19% 22% 2.0m 粘性土粘性土 p +2 2.0m p+2 p+5 2.0m冻胀 粉砂粉砂 14% 19% 地下水位地下水位 1.5m 19% 1.5m粉土粉土 19% 22% 2.0m 22% 26% 2.0m 粘性土粘性土 p+2 p+5 2.0
12、m p+5 p+9 2.0m强冻胀 粉砂粉砂 19% 地下水位地下水位 1.5m 粉土粉土 22% 26% 2.0m 26%粘性土粘性土 p+5 p+9 2.0m p+94.考虑冻胀的基础埋深冻胀 dmin=z0 t-dfr*z0 标准准冻结深度深度是多年是多年实测最大最大冻结深度的平均深度的平均值* t 采暖系数采暖系数由于采暖由于采暖实际冻深减少深减少与室内外地面高差及位置有关与室内外地面高差及位置有关* dfr 残留残留冻土厚度，指允土厚度，指允许留有一留有一定定冻土厚度土厚度北京 1.0m哈尔滨 2.0m满洲里2.5m采暖影响系数t室内高于室外，室内高于室外， h大大 采暖的影响小，采
13、暖的影响小， t=1.0房屋中段房屋中段 t小，角段大小，角段大不采暖的房屋不采暖的房屋(仓库)， t=1.1，因，因为不不见阳光阳光h 残留冻土厚度dfr强冻胀 dfr=0冻胀 dfr=0.15z0 t弱弱冻胀 dfr=0.17z0 t+0.26ddfrz0 tz0埋深选择要点总结基础埋置深度，简称埋深，指从室外地面标高算起至基础底面的深度。选择基础埋深是基础设计工作中的重要一环，它关系到地基是否可靠、施工难易及造价高低。在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础宜埋浅，除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。 建筑功能结构要求工程地质、水文地质条件地基冻胀2.1 概述概述2.2 基基础设计一、
14、埋深的确定一、埋深的确定二、基二、基础尺寸的确定尺寸的确定三、基三、基础的的结构构设计2.3 减减轻不均匀沉降危害的措施不均匀沉降危害的措施2.4 地基基地基基础可靠性分析可靠性分析2.5 基基础的的设计算例算例第二章第二章 天然地基上的浅基天然地基上的浅基础二二 基基础设计尺寸确定尺寸确定1、基、基础上荷上荷载计算算上部上部结构构F：结构自重构自重 屋面荷屋面荷载 楼面荷楼面荷载 活荷活荷载折减折减基基础自重自重G：设计地面高程（内外地面平均地面高程（内外地面平均值）荷荷载组合情况合情况F MFF HF MH工民建一般为前两种情况，横向力不大，只做校核桥涵基础通常需计算横向力的影响GGGG1
15、、基、基础上荷上荷载计算算FG为基基础及其台及其台阶上填土的平均重度，通常采用上填土的平均重度，通常采用20 KN/m3GF MG2、 承载力的确定承载力的设计值的确定fk 特征值, f设计值确定f的方法(4种)载荷荷试验公式公式计算算物性物性+查表表工程工程类比比（1）荷载试验通过载荷试验确定地基承载力特征值 , fa=pu/F,荷载试验包括浅层平板荷载试验、深层平板试验及螺旋板荷载试验pu为荷载试验的极限承载力F为安全系数，一般取23取fa的平均值为fak考虑深度和宽度修正，计算承载力设计值b6m按按6m, 砂土砂土b/6, 此时pmin0，系统安全g(x)0，系统“破坏”或“失效”g(x
16、)=0, 系统达到极限运行状态g(x)=0称为系统的极限状态方程 失效概率：系统“破坏”或“失效”（ g(x)0 ）的概率Y: 荷载x: 抗力可靠度指可靠度指标b b定义 PF失效概率 标准正态分布函数 b b 为折减折减变量空量空间原点到原点到 失效面的最短距离失效面的最短距离b b2.1 概述概述2.2 基基础设计一、埋深的确定一、埋深的确定二、基二、基础尺寸的确定尺寸的确定三、基三、基础的的结构构设计2.3 减减轻不均匀沉降危害的措施不均匀沉降危害的措施2.4 地基基地基基础可靠性分析可靠性分析2.5 基基础的的设计算例算例第二章第二章 天然地基上的浅基天然地基上的浅基础2.5 基基础的
17、的设计算例算例要求掌握基础设计过程、方法例题1某厂房柱的截面尺寸ab=600mm400mm, 由柱传给基础地面处（0.00）的竖向荷载设计值F=800KN，沿长边a方向的力矩设计值M=220KNm,且水平荷载设计值H=50KN。基础埋置深度2.0m， 又已知地质资料为：地表下第一层为杂填土，厚度2m，其天然重度为=17.6KN/m3，第二层土为粉质粘土，天然重度为=19.4KN/m3，其承载力标准值为fk=210KPa, 1) 确定基础底面尺寸；2）若粉质粘土的承载力修正系数为b=0，d=1.6，检算地基的承载力；3) 刚性基础，计算基础高度4）扩展基础的高度如何确定5）假设粉质粘土厚为3m，
18、其下为软土，重度18KN/m3，承载力修正系数为b=0，d=1.60，扩散角为15o，验算下卧层承载力2.0MFH杂填土粉质粘土参考答案：1）先按中心荷载估算基底面积 A1=F/（f-d）=800/（210-202）=4.71m2 考虑偏心荷载作用，将基底面积扩大1.21.3倍，现取1.3， A=1.3A1=6.12m2 现采用3m2m的基础 2）检算地基的承载力 f=fk+b(b-3)+ 0d (d-0.5)=210+1.617.6(2-0.5)=252.2KPa G=d A=20232=240KN, M=220+502=320KNmpmax=(F+G)/A+M/W=(800+240)/(3
19、2)+320/(1/6232)=173.3+106.7=280KN0p=(F+G)/A=173.3KNf=252.2 满足要求3）采用砖体材料时，基础高度应按照允许刚性角（台阶宽高比）的要求确定采用钢筋混凝土材料时，基础高度应满足抗冲切验算的要求例题2某工厂厂房设计框架结构独立基础。地基土分3层：表层人工填土，天然重度，层厚0.8m；第层为粉土，层厚1.2m；第层为粘土，层厚8.6m。基础埋深d2m，位于第层粘土顶面。上部荷载N1600kN，M400kNm，水平荷载Q50kN，作用在粉土层顶。设计柱基底面尺寸。 思考题甲乙两座基础埋深一致，地基反力相同，甲的基础面积是乙的4倍，请问两者的沉降孰
20、大孰小？为什么宽大的基础，例如箱筏基础等都是沉降控制设计？案例分析1 在北京在北京拟建一建一20层高楼高楼,筏基筏基计划放置在砂划放置在砂砾石地基上，其承石地基上，其承载力力270kPa, 但是开挖到但是开挖到设计基底高程基底高程时，发现尚有尚有12m的的软弱土弱土层，承承载力力为160kPa。施工技。施工技术人人员在在软弱土弱土层上用水泥上用水泥掺土夯土夯实作了一作了一层70cm厚的厚的垫层，经1m 1m承承压板的板的载荷荷试验，结果达到果达到270kPa，问此地基可否直接用于建上述高此地基可否直接用于建上述高层建筑的筏板基建筑的筏板基础。小小 结浅基浅基础分分类基基础设计应力力计算算地基承地基承载力力埋深的确定埋深的确定底面尺寸底面尺寸高度和配筋高度和配筋构造要求构造要求减减轻不均匀沉降的措施不均匀沉降的措施可靠度可靠度设计思想思想小结基础底面面积确定持力层承载力验算软弱下卧层承载力验算沉降验算高度确定刚性基础：刚性角扩展基础：冲切验算结构设计构造要求扩展基础：弯矩配筋
