《浅基础设计》PPT课件.ppt

第九章,浅基础设计,Design of Shallow Foundation,9.1 概述 9.2 浅基础的类型9.3 基础埋置深度的选择9.4 地基承载力特征值9.5 基础底面尺寸的确定9.6 地基变形验算9.7 常规浅基础设计9.8 柱下钢筋混凝土条形基础设计9.9 筏板基础与箱形基础设计9.10 减轻不均匀沉降损害的措施,本章目录,9.1 概述,几个概念：,天然地基,人工地基,未经处理直接建造基础的地基,人工处理后在建造基础的地基,天然地基上的浅基础,人工地基上的浅基础,深基础,换土垫层，水泥土桩、碎石桩复合地基等,人工地基：,埋深5m,特殊方法施工,考虑侧壁阻力作用,沉井基础沉箱基础,桩基础也属深基础,浅基础：埋深小于5m，或者埋深大于5m，但是小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽略不计。所以不是简单的深浅概念。,9.1 概述,9.1 概述,主要受力层,持力层（受力层）,下卧层,条形基础 3b独立基础 1.5b且 5m（二层以下民用建筑除外）,主要受力层深度,一、地基基础设计的基本原则,设计依据建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）公路桥涵地基基础设计规范（JTGD63-2007）地基基础设计等级 1.甲级 2.乙级 3.丙级（表9-1）,满足地基承载力计算的有关规定；设计等级为甲级、乙级的建筑物均应按变形设计；表9-2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不做变形验算，如有p150所列五种情况之一时，仍应作变形验算；对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，尚应验算其稳定性；基坑工程应进行稳定性验算；当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。,一、地基基础设计的基本原则,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法 地基基础设计必须满足两个要求：（1）承载力要求（2）正常使用要求（变形要求）,二、地基基础的设计方法,分析拟建场地地质勘察资料，掌握其工程地质条件和水文地质条件；根据上部结构的类型，荷载的性质、大小，建筑布置和使用要求以及施工条件、材料供应等条件，选择基础类型和平面布置方案；确定地基持力层和基础埋置深度；确定修正的地基承载力特征值；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；进行必要的地基稳定性和特征变形验算；进行基础的结构设计和构造设计；绘制基础施工图，并提出工程设计技术说明。,三、地基基础设计的一般步骤,按基础刚度分,无筋扩展基础（刚性基础）,单独基础（独立基础）、条形基础、筏型基础、箱型基础、壳型基础,按结构形式分,扩展基础（柔性基础）,9.2 浅基础的类型,按基础刚度分,无筋扩展基础,扩展基础(柔性基础),1:1.0 1:2.0与材料和荷载有关,砖、石、灰土，素混凝土 材料抗拉强度很低要求基础台阶宽高比（刚性角）符合一定条件,钢筋混凝土要满足抗弯、抗剪和抗冲切等结构要求,“二皮一收”砌法,“二、一间隔收”砌法,砖基础,按基础结构形式分,1 单独基础,2 条形基础,3 十字交叉基础,条形基础的变种,4 筏形（筏板）基础,5 箱形基础,由底板、墙和顶板形成箱，整体性更好,6 壳体基础,高耸建筑物,6 墩台基础,小 结,设计要求,满足：承载力、变形要求,设计内容,确定：埋深、型式、结构尺寸（长 宽 高）、材料,验算：承载力、变形、结构本身强度,设计规范,1 公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）,2 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）,9.3 基础埋置深度的选择,原则：,在满足承载力的条件下尽量浅埋,基本要求：,除岩石以外，d大于50cm（表土扰动，植物，冻融，冲蚀）基础顶距离表土大于10cm，保护桥要求在冲刷深度以下,其它控制因素,1 建筑物的用途、结构类型及荷载性质与大小,地震区，除岩石地基外，天然地基的筏形和箱形基础埋深不宜小于建筑物高度的1/15,地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修,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,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。,2 工程地质和水文地质条件,尽量在地下水位以上,否则开挖降水,费用大,有承压水时，防止承压水顶破基底,根据土层分布情况确定,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,h1 5m桩基或处理；,当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有的建筑物基础；当埋深大于原有建筑物基础时，两基础间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑荷载大小、基础形式和土质情况确定；当上述条件不能满足时，应分段施工，设置临时加固支撑等或加固原有建筑物基础。,3 相邻建筑物的基础埋深,4 地基冻融条件,冻土,多年冻土（冻结时间3年）,季节性冻土,发生冻胀的条件,（1）土的条件 一般是细颗粒土,（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,外因,内因,土的冻胀性,4 地基冻融条件,土的冻胀性,衡量指标,冻胀性分类,平均冻胀率：,不冻胀 1%弱冻胀 1%12%,注意：碎石、砂等中粒径小于0.075mm的颗粒含量太高也会导致冻胀,规范附录G,考虑冻胀的基础埋深,按02规范,dmin zd-hmax,zd:设计冻深hmax：基底下容许残留冻土层最大厚度（查表）,zd=z0 zs zw ze,标准冻深,土类别,冻胀性,环境,影响系数,Z0 标准冻深：北 京 0.81.0m哈尔滨 2.0m满洲里 2.8m,10年的实测最大冻深平均值,标准冻深,公路桥涵地基规范基础埋深基本规定：,公路桥涵地基规范基础埋深基本规定：,公路桥涵地基规范基础埋深基本规定：,9.4 地基承载力特征值,极限承载力,承载力,容许承载力：设计承载力,通常所说的承载力指容许承载力即地基承载力特征值,根据地基土强度理论确定；根据现场载荷试验的曲线或其它原位试验结果确定；根据当地工程实践经验确定。以上三类方法各有所长，互为补充，必要时可按多种方法综合确定，确定的精度宜按建筑物安全等级以及地质条件并结合当地经验适当选择。,地基承载力特征值的确定方法,理论公式计算承载力（总结）：,临界荷载 P1/4、P1/3,临塑荷载 Pcr,极限荷载Pu（极限承载力）,普朗特尔-雷斯诺公式,太沙基公式,斯凯普顿公式,汉森公式,我国规范规定：,fa=Mbb+Md md+Mcck,以临界荷载P1/4为理论基础,1 通过公式计算,2 通过载荷试验确定,3 通过经验确定,GBJ7-89 规范：,推荐查表方法,GB50007-2002 规范：,取消了相关表格,承载力 f 的确定办法：,1 通过公式计算,要求较高：,f=Pcr,一般情况下：,f=P1/4 或 P1/3,在中国取P1/4,或者：,用极限荷载计算：,f=Pu/K,K-安全系数,太沙基：K3.0,斯凯普顿：K=1.11.5,汉森公式：K 2.0,K=,我国规范中取：,fa=Mbb+Md md+Mcck,1 建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）2 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）,fa：承载力特征值（设计值）,以临界荷载P1/4为理论基础,Mb、Md、Mc：承载力系数，与内摩擦角k 有关,b：基底宽度，大于6m按6m取值，对于砂土小于3m按3m取值,ck：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值,k：基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值,承载力 f 的确定办法：,2 通过载荷试验确定,有明显直线段：,fak=Pcr,加载到破坏且 Pu/2 Pcr：,不能满足上述要求时：,fak=Pu/2,取某一沉降量对应的荷载，但其值不能大于最大加载量的一半,承载力 f 的确定办法：,fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5),进行深度和宽度修正：,fak：公式计算或载荷试验等确定的承载力特征值（标准值）,fa：深宽修正后的承载力特征值（设计值）,b、d：宽度和深度修正系数,：基底下土的重度，地下水位以下取浮重度,m：基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度,b：基底宽度(m)，大于6m按6m取值，小于3m按3m取值,d：基础埋深(m),3 通过经验确定,GBJ7-89 规范：,推荐查表方法,GB50007-2002 规范：,从其他原位测试、经验值等方法确定,注意：经验方法得到的承载力特征值也要进行深度和宽度修正,承载力 f 的确定办法：,公路桥涵地基规范承载力 f 的确定办法：,公路桥涵地基规范承载力 f 的确定办法：,公路桥涵地基规范承载力 f 的确定办法：,作业：9-1,9 浅基础设计,9.5 基础底面尺寸的确定,基础尺寸初步确定：,F 作用在顶面的荷载，kN,G 基础及台阶上填土总重，kN,A 基底面积，m2；Alb，一般l/b=1.02.0；条基取 l=1m,G 平均重度，一般取 20 kN/m3,d 基础埋深，m,fa=fak+dm(d-0.5),暂不做宽度修正,单独基础，中心荷载,9.5 基础底面尺寸的确定,条形基础，中心荷载,偏心荷载时：,将上面计算的 A 或 b 扩大至 1.11.4 倍,根据 A 可初步确定 b 和 l，一般l/b=1.22.0,地基承载力验算,1 持力层承载力验算：,根据初步确定的埋深d与b，确定f,承载力验算,中心荷载时：,偏心荷载时：,pmax1.2fa（桥涵为1.25fa）高层建筑(筏,箱基)：pmin0（或e b/6，桥涵为e0）考虑地震可能出现 eb/6,此时允许 pmin0，但0应力区不能超过 b/4,要求：,以条形面积为例,eb/6:梯形,eb/6:三角形,偏心荷载时：,偏心荷载时：,增加面积 AA不变，改变 b 和 l，具体看偏心方向,若不满足承载力要求，则考虑：,例题9-2,2 软弱下卧层承载力验算：,注意：,下卧层承载力 f 只做深度修正,条基只有宽度方向的应力扩散,扩散角可查表9-11,计算位置,例题9-4,pz,作业：9-3，9-4,9 浅基础设计,建筑物需满足地基变形要求,计算原理：分层总和法,部分建筑物可不做变形验算,沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜,9.6 地基变形验算,2002规范,计算方法：规范推荐“平均附加应力系数”方法,很多书中将其称为“应力面积法”,Ss,9.6 地基的变形验算,沉降不满足时，需要：,增大尺寸(减少p0)增加埋深(减少p0),尤其增加地下室-补偿基础地基处理调整荷载,自学相关规定,9.7 常规浅基础设计,一、刚性基础,通常由砖石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造；材料具有抗压强度高而抗拉、抗剪强度低的特点；刚性基础设计主要承受压应力，并保证基础内产生的拉应力和剪应力都不超过材料强度；具体设计中主要通过对基础的外伸宽度与基础高度的比值（刚性角）进行验算来实现；基础宽度还应满足地基承载力的要求。,刚性基础（无筋扩展基础）,1:1.0 1:2.0,满足刚性角要求,2002规范,1、初步选定基础高度H,2、确定基础宽度b,砼基础H200mm;,灰土等基础为150mm的倍数;,砖基础符合砖的模数;,安全,不安全,安全,浪费,如何解决,刚性基础（无筋扩展基础）,“二皮一收”砌法,“二、一间隔收”砌法,砖基础,刚性基础（无筋扩展基础）,一层台阶,两层台阶,锥形断面,刚性基础（无筋扩展基础）,二 柔性基础（扩展基础）,墙下条形基础柱下独立基础,二、扩展基础（钢筋砼基础）,1、墙下钢筋砼条形基础设计,主要构造要求：,C20,1、墙下钢筋砼条形基础设计,基础底板厚度和配筋计算,墙下条型基础受中心荷载作用,（1）中心荷载作用,地基净反力,II截面V、M最大,底板厚度抗剪条件,底板配筋,1、墙下钢筋砼条形基础设计,基础底板厚度和配筋计算,（2）偏心荷载作用,偏心距,基础边缘处净反力,I-I截面处净反力,底板厚度和配筋,II截面处V、M最大,例9-6,二、扩展基础（钢筋砼基础）,2、柱下钢筋砼独立基础设计,主要构造要求：,对危险部位进行冲切验算,目的：冲切验算控制扩展基础的高度,M,2、柱下钢筋砼独立基础设计,抗弯验算,抗弯验算控制扩展基础的配筋,2、柱下钢筋砼独立基础设计,抗冲切验算与基础高度确定,h0,h0,ac,l,pj为地基净反力A1为红色阴影面积am冲切锥的中线,Fl V,Fl=pj A1,V=0.7hp ftamh0,其中：,中心荷载,1、中心荷载作用,h0,h0,ac,pj,抗冲切验算与基础高度确定,h0,h0,ac,l,pj为地基净反力A1为红色阴影面积am=(bc+b)/2,Fl V,Fl=pj A1,V=0.7hp ftamh0,其中：,中心荷载,1、中心荷载作用,h0,h0,ac,bc,h0,h0,b,pj,抗冲切验算与基础高度确定,1、中心荷载作用,h01,a1,b1,当基础剖面为阶梯形时：还应验算变台阶处的有效高度h01。验算方法：与上述基本相同，仅需将上述公式中的bc和ac分别换成变形阶处台阶尺寸b1和a1即可。,1、中心荷载作用,基础底板配筋,两个方向都要配受力钢筋钢筋面积按两个方向的最大弯矩分别计算：,-截面,-截面,偏心受荷时：,偏心荷载,原理同中心受压,M,1、基础底板厚度,基底净反力以pjmax代替pj,2、基础底板配筋,基底净反力以（pjmax+pjI)/2或（pjmax+pjII)/2 代替 pj,例题9-7,作业：9-2、9-5,9 浅基础设计,浅基础的设计,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,浅基础的施工,9.9 减轻不均匀沉降危害的措施,建筑措施,体型简单 控制长高比和基础间距,设沉降缝 调整局部标高,结构措施,减轻自重 设置圈梁 减小或调整p0,采用筏基、箱基等整体性好的基础或非敏感结构,施工措施,坑底土保护，坑底 20cm 保护层,适当安排施工顺序,本章小结,9.1 概述 9.2 浅基础的类型9.3 基础埋置深度的选择9.4 地基承载力特征值9.5 基础底面尺寸的确定9.6 地基变形验算9.7 常规浅基础设计9.8 柱下钢筋混凝土条形基础设计9.9 筏板基础与箱形基础设计9.10 减轻不均匀沉降损害的措施,按基础刚度分,无筋扩展基础（刚性基础）,单独（独立）基础、条形基础、筏型基础、箱型基础、壳型基础,按结构形式分,扩展基础（柔性基础）,浅基础的类型,基础设计步骤：,1 计算各土层的承载力,2 确定基础埋深,3 根据承载力初步确定基础尺寸,4 地基承载力验算、稳定验算,5 地基变形验算,6 基础结构设计,冲切验算,抗弯验算,刚性角？,刚性基础,扩展基础,通过公式计算,通过载荷试验确定,通过经验确定,本章结束,