天然地基浅基础设计.ppt

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1、第9章 浅基础设计（第一次课）,第9章 浅基础设计（第一次课）,第一节概述,地基：分天然地基和人工地基；基础：分浅基础和深基础,优先使用天然地基浅基础的原因：施工简单、造价低,在天然地基上，埋置深度d5米的一般基础（独立基础或墙下条形基础）以及埋置深度虽超过5米，但埋深d基础宽度b的大尺寸基础（如箱形基础），统称为天然地基浅基础。,地基基础的方案类型,a.天然地基浅基础,b.人工地基浅基础,c.桩基础,d.深基础,地基基础设计的等级,一、地基基础设计的原则,1.所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；2 设计等级为甲级、乙级的建筑物均应按地基变形设计；3.表9-2所列范围内设计等级为

2、丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：1)地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；2)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；3)软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；4)相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；5)地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。4 对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，应验算其稳定性；5 基坑工程应进行稳定性验算；6 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,表9-2 可不做地基变形计算设计

3、等级为丙级的建筑物范围,表9-2注释,1 地基主要受力层厚度:1.5b3b.系指条形基础底面下深度为3b(b为基础底面宽度)，独立基础下为1.5b，且厚度均不小于5m的范围(二层以下一般的民用建筑除外)；2 地基主要受力层中如有承载力特征值小于130kPa的土层时，表中砌体承重结构的设计，应符合规范第7章的有关要求，以增强整体刚度和强度：（1）.限制三层以上房屋的长高比L/Hf宜小于或等于2.5；当房屋的长高比为2.5f3.0时，宜做到纵墙不转折或少转折，其内横墙间距不宜过大，必要时可适当增强基础刚度和强度。当预估最大沉降量小于或等于120mm时，其长高比可不受限制（2）墙内宜设置钢筋混凝土圈

4、梁或钢筋砖圈梁；（3）在墙体上开洞过大时，宜在开洞部位适当配筋或采用构造柱及圈梁加强 3 表中砌体承重结构和框架结构均指民用建筑，对于工业建筑可按厂房高度、荷载情况折合成与其相当的民用建筑层数；4 表中吊车额定起重量、烟囱高度和水塔容积的数值系指最大值。,二、地基基础设计方法,方法：采用以概率理论的极限状态设计方法。荷载取值：计算基底面积取荷载效应标准组合值（Fk、Gk、Pk），相应的抗力应采用地基承载力特征fa；满足下列要求：,地基承载力,地基变形,三、浅基础设计一般步骤内容 分析掌握拟建场地工程和水文地质条件 合理选择地基持力层、埋深、基础类型及平面布置 修正地基承载力fak得fa 按地基

5、承载力fa确定基础底面尺寸进行地基稳定性和变形验算；基础结构的内力分析和截面细部构造设计 并绘制施工图。,计算基础内力或结构抗力采用永久荷载效应控制的基本组合值：F、G等，且F=1.35Fk，G=1.35Gk,第二节浅基础类型,材料类型,无筋扩展基础（刚性基础）：用砖、石、素砼、灰土、三合土等材料建造的基础,钢筋混凝土基础（柔性基础）,构造类型,条形基础,箱形基础,独立基础,筏板基础,十字交叉梁基础,壳体基础,概述,一、无筋扩展基础(刚性基础）：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墙下条形基础或柱下独立基础。,适用于多层民用建筑和轻型厂房,据建筑地基基础设计规范（GB500

6、07-2002）分类：,柱下独立基础,墙下条形基础,1）受力特点：抗压性能好，抗拉、抗剪能力差2）结构特点：优点稳定性好，施工方便，能承受较大荷载缺点自重大，抗拉、抗剪能力差，当地基承载力小时，难以通过增大基底尺寸满足设计要求,3）设计要求：规定基础材料强度及质量、限制台阶宽高比 不超过允许值（材料刚性角的正切值）,墙下钢筋混凝土条形基础,柱下钢筋混凝土独立基础,二、扩展基础 指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础,分为,这种基础不仅抗压，且抗弯和抗剪性能好；可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用；基础外伸尺寸大于高度，这类基础的高度不受台阶宽高比的限制

7、。,不带肋,带肋,十字交叉钢筋砼条形基础,三、柱下条形基础 此类基础由钢筋混凝土材料组成，又称柱下钢筋混凝土条形基础，“柱下条形基础”这一称谓是规范（GB50007-2002）给定的。柱下条形基础可分为单向的和双向的两种,单向柱下条形基础,双向柱下条形基础又称十字交叉钢筋砼条形基础、双向交梁基础,筏形基础(平板式),筏形基础(梁板式),四、筏形基础,五、箱形基础目前在高层建筑中多采用箱形基础,六、壳体基础 适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑 物的基础。,七、岩石锚杆基础以细石混凝土和锚杆灌注于钻凿成型的岩孔内的基础。,适用于直接建在基岩上的柱基，以及承受拉力或水平较大的建筑物基础。

8、要求：（1）锚杆孔直径，宜取3倍锚杆直径，但不应小于一倍锚杆直径加250mm，锚杆基础的构造要求，可按图99采用；（2）锚杆插入上部结构的长度，必须符合钢筋的锚固长度要求；（3）锚杆宜采用热轧带钢筋，水泥砂浆强度不宜低于30Mpa，细石混凝土强度不宜低于C30。灌浆前应将锚杆孔清理干净。,第三节 基础埋置深度的选择,一、概念：,1、基础埋置深度：是指基础底面至地面（一般指设计地面）的距离。,2、基础埋深选择的意义：,影响：建筑物的安全和正常使用；基础施工技术措施；施工工期；工程造价。安全方面：对高层稳定、滑移的影响；地基强度、变形的影响；基础由于冻胀或水影响下的耐久性。,3、基础埋深选择的原则

9、：,(1)在保证建筑物安全、稳定、耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。(2)除基岩地基外，最小埋深不小于0.5米。另外，基础顶面应底于设计外地面0.1m以上，以避免基础外露。,二、影响基础埋深的因素：,1、建筑物用途与类型、结构形式、荷载性质及大小,用途、结构形式指是否设地下室、高层与非高层及何种结构等。,荷载大小与地基承载力间的关系导致持力层选择发生变化。建筑物类型不同，其所受荷载性质发生变化，从而对基础埋深产生影响。；例如高层建筑：水平力作用；输电塔：上拔力作用；砖窑：高温作用；冷库：低温作用；受动力荷载基础：对持力层土要求，不宜为饱和疏松的粉细砂（振动液化）。,（1）对

10、高层建筑的筏形基础和箱形基础的埋深应满足地基承载力fa、变形s和稳定性Kt、Ks的要求：高层的土层地基上的箱型、筏形基础不小于建筑物高度的Hg的十五分之一，即：d Hg 1/15;桩箱或桩筏基础的不计桩长埋深d Hg 1/201/18(2)消除对地下设施的不利：基础顶板低于管道等设施的底面,2工程地质条件和水文地质条件A、工程地质条件不同，基础的埋深有较大差别，要合理选择持力层以保证建筑物的安全和经济性。B、土层不均匀时可分段采用不同埋深。对建于边坡上的基础（如上图），其埋深应满足下式：,X取3.5m（条形基础)或2.5m（距形或圆形基础）,水文地质条件.尽量将基础置于地下水位以上。.防止流砂

11、；防止地基因挖土减压而隆起开裂；应控制承压含水层顶面的有效应力大于0，开挖基槽槽底土层的有效厚度(h0)满足:,h0,平均重度r,3、相邻建筑物的影响埋深不超过相邻建筑基础的底面，否则，与相邻基础的净距应大于该相邻基础底面高差的12倍。,4、地基土冻胀和融陷条件对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深应由下式确定：,z,(GB50007-2002）,设计冻深；当有多年实测资料时，基底下允许残留冻土层的最大厚度。,实测冻土厚度,地表冻胀量,当无多年实测资料时，可先查规范GB50007-2002 的标准冻深图得到该地区的标准冻深Z0;通过计算求得Zd,查表7.7获得,第四节 地基承载力特征值的确定,

12、地基承载力概念：,地基在保证其稳定的前提下，满足建筑物各类变形要求时的承载能力。分未修正的地基承载力特征值fak和修正后的地基承载力特征值fa,地基承载力的确定方法：a、按静载荷试验方法确定fak；b、根据土的抗剪强度指标、C或强度理论公式计算确定fa；c、根据原位试、室内实验成果及工程实践经验确定fak；d、根据相邻条件相似的建筑物经验确定fa。,一、依据地基土的强度理论公式计算确定fa,理论计算公式：适用于e 0.033b,由P1/4公式导得,据内摩擦角标准值k、粘聚力标准值Ck查表得到的三个承载力系数,二、按地基载荷试验确定地基的承载力特值,p,s,0,极限荷载Pu,比例界限点对应的荷载

13、P0=Pcr,p0,pu,S=0.015b,P0.015,按静载荷试验成果P-S曲线确定地基承载力特征值fak：1.当ps曲线上有比例界限荷载值时，取比例界限荷载值P0作为fak 2.当极限荷载小于比例界限荷载的2倍时，取极限荷载值Pu的一半作为fak 3.当不能按上述二点确定时，如压板面积为0.250.50m2，可取s/b=0.010.015所对应的荷载作为fak，但其值不应大于最大加载量的一半 对同一层土，选取三个以上的试验点，如所得的实测值的极差不超过平均值的30%，则取平均值作为地基承载力特征值,有明确的P0、Pu值（低压缩性土）,无明确的P0、Pu值（高压缩性）,式中 fa修正后的地

14、基承载力特征值；fak地基承载力特征值；b、d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，据地基土特征查表7.8；基础底面以下土的重度m基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；d基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起。b基础底面宽度（m），当基宽小于3m按3m考虑，大于6m按6m考虑；,承载力特征值的修正：,（1）浅层平板载荷试验,（2）深层平板载荷试验：若试验装置体现了埋深影响,（3）基岩风化带的中风化及微风化土载荷试验：,【例1】某建筑工程场地，第一层土为杂填土，厚度1.0m，r118KN/m3；第一层土之下为粉质粘土，厚度很大，r218.5KN/m3，IL=0.919，e=0.9

15、4，fak=136kPa。该建筑工程地基持力层为粉质粘土，试求以下基础的持力层修正后地基承载力特征值。（1）当基础底面为2.6m4.0m的独立基础，埋深1m；（2）当基础底面为9.5m36m的箱形基础，埋深 3.5m,【解】据IL=0.919，e=0.94，查表9-10得：（1）d=1m，b=2.6m取3m,rm18KN/m3,（2）d=3.5m，b=9.5m取6m,rm18KN/m3,第五节 基础底面尺寸的确定,一、按地基持力层的承载力计算基底尺寸 设计时，先选定地基的持力层和埋深d，对持力层的地基承载力fak进行埋深修正，求得持力层承载力设计值fa，在按下列条件验算并调整尺寸直至满足设计要

16、求。,Pk fa,1、对于中心受压基础：,Pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值。,fa修正后的地基承载力特征值。,fa,d,fa,Fk,A,G,g,-,d,fa,Fk,b,G,g,-,（矩形基础）,（条形基础）,Fk相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值，kN。,Gk基础自重和基础上的土重,kN。,A,Gk,Fk,pk,+,=,A基础底面面积,m2,Alb，一般l/b=1.02.0；条基取 l=1m。,注意：d为室内外基础平均埋深。,算法：涉及到fa的宽度修正。,1、先假定b3m，不做宽度修正。,2、如果b3m，则再考虑宽度修正。,rG=20kN/m3,fa,

17、设计计算方法和步骤：,1、先按中心受压计算，求出A0。,2、令A=（1.11.3）A0。,3、验证,若不满足，适当调整，再验算，直到适合为止。,Pkmax1.2fa,一般偏心距e不得大于l/6或b/6,对低压缩性土，可适当放宽，但不得大于l/4或b/4,二、软弱下卧层的强度验算,软弱下卧层顶面处的附加应力设计值,软弱下卧层顶面处的自重应力设计值,软弱下卧层顶面处地基承载力设计值,Pz的简化计算:条件Es1/Es2 3,Po,Pz,持力层的Es1,软下卧层Es2,下卧层顶面的承载力特征值faz,原理:Po,Pz,Po=Pk-rod,Pcz+Pz faz,承载力特征值faz,Pco=rod,Pz,

18、计算位置,怎样求faz？,D,fazk已知,r0为D范围内土的加权平均重度,【例2】某柱下矩形单独基础。按荷载效应标准组合传至基础顶面的荷载Fk=700kN,水平力Vk=15KN,MK=80KN.m；地基为粘性土，e=0.7,IL=0.78,其=17.5KN/m3,地基承载力特征值fak=226kPa，基础埋深d=1.3m，试确定基础底面尺寸。,【解】（1）求修正后的地基承载力特征值,假定b3m,据e=0.7,IL=0.78查表9-10得b=0.3,d=1.6,（2）初步按轴心受压基础估算基底面积,考虑偏心荷载的影响，将底面积A0增大20%，则A=1.2.3.27=3.92m2,取4m2.，取

19、l=2.5m,则b=4/2.5=1.6m。因b3m,不再修正fa（3）验算地基承载力,2500,d=1.3m,0.6m,=226+1.6x17.5x(1.3-0.5)=240kPa,=700kN,（3）验算地基承载力基础及其台阶上土重及基地出的力矩偏心矩基底压力,满足要求，故基底尺寸长l=2.5m,b=1.6m合适。,=89/（700+1.4）=0.11ml/6=0.42m,【例3】有一轴心受压基础，上部结构传来轴向力FK=850kN,地质条件如图所示，按持力层承载力求得基础尺寸l=3m,b=2m,基础埋深d=1.5m，下卧层埋深应为d+z=5m。试根据图示，验算软弱下卧层承载力。,【解】（1

20、）计算下卧层修正后的地基承载力特征值下卧层埋深范围内土的加权平均重度为：经深度修正下卧层承载力设计值为,(2)下卧层顶面处的自重应力,faz=,fazk,fazk,17.40,=17.40,（4）计算基底平均压力和土的自重压力,（5）计算下卧层顶面处的附加应力Pz,满足要求。,（6）验算下卧层承载力,（3）确定地基压力扩角按持力层与下卧层压缩模量之比：,fazk,-Pco),9-11,第六节地基变形验算,要求地基沉降变形的某一特征值s不超过允许值S:,沉降变形特征值包括：1.沉降量一般指基础中点的沉降量2.沉降差相邻两基础的沉降量之差3.倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比4.局部倾斜承重砌体沿纵墙610m内基础两点的沉降差与其距离之比具体要求允许值见表9-21沉降观测点的布置：建筑物的四周焦点、转角处、中点、沉降缝处、新老建筑连接处、不同地基或基础交界处。沉降观测次数：民用建筑每增高一层一次，工业建筑按不同荷载阶段分次观测，施工期间不少于4次，竣工后第1年不少于3-5次，第二年不少于2次，以后每年1次,习题9-1、9-4、9-5,