土力学与地基基础-第8章 浅基础设计.ppt

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1、8.1 概述 8.2 基础埋置深度8.3 地基承载力和基础尺寸初步确定8.4 地基承载力验算和变形验算,本章目录,第八章 浅基础设计,8.1 概述,几个概念：,第八章 浅基础设计,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：,持力层基础直接接触的土层，天然地基或者桩基础。持力层具有较高的强度（满足承载力需要），相对较高的压缩模量。深度满足基础埋深的要求 下卧层主要受力层范围，持力层以下各个土层。当土层强度低于持力层时称“软弱下卧层”,基础类型：,天然地基上的浅基础,桩基础,人工地基上的浅基础,深基础,换土垫层，水泥土桩

2、、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。,浅基础的类型,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）,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 材料抗压性能好，抗拉、抗 剪强度很低要求基础台阶宽高比（刚性角）符合一定条件（表8.1）,钢筋混凝土要满足抗弯

3、、抗剪和抗冲切等结构要求基础不受刚性角限制，其剖面可做成扁平形状，用较小的基础高度把上部荷载传到较大的基础地面以适应承载力的需要。,按基础结构形式分,1 单独基础,2 条形基础,柱下或者墙下设置类似梁的条形的基础，基础长度远远大于其宽度，是在独立基础不能满足的情况下用的,提高基础的整体性,独立基础一般用于小型的框架结构,直接设立在柱下,每个独立基础没有联系,3 十字交叉基础,条形基础的变种,十字交叉钢筋混凝土条形基础。当单向条形基础的底面积仍不能承受上部结构荷载的作用时，可把纵横柱的基础均连在一起，从而成为十字交叉条形基础，以增大承载力，并减小不均匀沉降。十字交叉条形基础可承担10层以下的民用

4、住宅。,4 筏形（筏板）基础,当地基承载力低，而上部结构的荷载又较大，以致十字交叉条形基础仍不能提供足够的底面积来满足地基承载力的要求时，可采用钢筋混凝土满堂基础，这种满堂基础称为筏板基础。它类似一块倒置的楼盖，比十字交叉条形基础具有更大的整体刚度，有利于调整地基的不均匀沉降，能够较好的适应上部结构荷载分布的变化。特别对于有地下室的房屋或大型贮液结构，如水池、油库等，筏板基础是一种比较理想的基础结构。,筏板基础可分为平板式和梁板式两种类型。平板式筏板基础是一块等厚度的钢筋混凝土平板;若柱距较大，柱荷载相差也较大时，板内也会产生较大的弯矩，此时宜在板上沿柱轴纵横向设置基础梁即形成梁板式筏板基础,

5、5 箱形基础,由底板、墙和顶板形成箱，整体性更好刚性大，并且挖去了很多土，减少了基础底面的附加压力，使建筑物沉降量大大减少，因此又称“补偿性基础”,当地基承载力较低，上部结构荷载较大，采用十字交叉条形基础无法满足承载力要求，又不允许采用桩基时，可考虑采用箱形基础。,6 壳体基础,高耸建筑物,为了充分发挥钢筋和混凝土材料的受力特点，可以使用结构内力主要是轴向压力的壳体结构作为筒形构筑物（如烟囱、水塔、粮仓、中小型高炉等）的基础。,壳体基础具有材料省和造价低等优点。可比一般梁、板式的钢筋混凝土基础节约混凝土50%左右，节省钢筋30%以上。此外，施工时一般情况下可不必支模，土方挖运量也较少。但对施工

6、技术的要求较高，目前主要用于筒形构筑物的基础。,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 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）,设计等级(p74表4.2）,02规范：,设计等级,甲级,乙级,丙级,设计方法,允许（容许）承载力设计方法,由于岩土性质的变异性很大，在岩土工程中，普遍还没有达到采用可靠度设计的水平。因此，我国的国家标准建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)与大多数国家一样，仍然是采用总安全系数的方法来体现岩土工程的安全性，

7、属于容许承载力方法的范畴，这是由岩土工程技术水平的发展现状所决定的。,8.2 基础埋置深度,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,埋深：基础底面到天然地面垂直距离。一般自室外地面标高算起。,1 建筑物的用途、结构类型及荷载性质与大小,基础埋深的选择首先需建筑物的用途、有无地下室、设备基础和地下设施、基础的类型和构造条件等。如果有地下室、设备基础和地下设施，基础的埋深则要结合建筑设计标高的要求确定。基础的埋深还取决于基础的构造高度，例如用砖石等脆性材料砌筑的无筋

8、扩展基础，为了防止基础本身材料的破坏，基础的构造高度往往很大，因此无筋扩展基础的埋深一般要大于钢筋混凝土扩展基础。对于高层建筑，为了满足稳定性的要求、减少建筑物的整体倾斜以及防止倾覆和滑移、在抗震设防区天然地基上的箱形基础和筏板基础，其埋深不宜小于建筑物高度的1/15。对于作用有较大水平荷载的基础，还应满足稳定要求，当这类基础建筑位于岩石地基上时，基础埋深还应满足抗滑要求。对于受有上拔力的结构（如输电塔等）基础，也要求有较大的埋深以满足抗拔要求。对不均匀沉降较敏感的建筑物，如层数不多而平面形状较复杂的框架结构，应将基础埋置在较坚实和厚度比较均匀的土层上。因地基持力层倾斜或建筑物使用上的要求，基

9、础可做成台阶形，由浅向深逐步过渡，台阶的高宽比一般为1:2,1 建筑物的用途、结构类型及荷载性质与大小,当管道(上下水，煤气电缆)与基础相交时，基础埋深应低于管道，并在基础上面预留有足够间隙的孔洞，以防止基础沉降压坏管道。对于桥墩基础，其基础顶面应位于河流最低水位以下。为防止桥梁墩台基础四周和基底以下土层被水流淘空冲走导致坍塌，其埋置深度还应考虑河床的冲刷深度，基础必须埋置在设计洪水的最大冲刷线以下一定的深度，以保证基础的稳定性。一般情况下，小型桥涵的基础底面应设置在设计洪水冲刷线以下不少于1m。,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 5

10、m桩基或处理；,2 工程地质和水文地质条件,工程地质条件（根据土层分布情况确定埋深）,（加固上层土或用短桩基础 施工是否方便，是否经济）,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,水文地质条件,3 相邻建筑物的基础埋深,为了保证在新建建筑物施工期间，相邻的原有建筑物的安全和正常使用，新建建筑物的基础埋深不宜深于相邻原有建筑物的基础埋深。若新建建筑物荷载很大，楼层高，基础埋深一定要超过原有建筑物的基础埋深时，为避免新建建筑物对原有建筑物的影响，设计时应考虑与原有基础保持有一定的净距。具体数值应根据荷载大小、基础形式和土质条件而定，一般取相邻两基础底面高差的12倍若

11、基础净距不能满足要求，应采用其它措施，如分段施工，设临时加固支撑，如板桩、水泥搅拌桩挡墙或地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物地基，以避免新基坑开挖使原有基础地基松动。,冻土,多年冻土（冻结时间3年）,季节性冻土,作为建筑地基的冻土，根据持续时间可分为季节性冻土和多年冻土两大类。多年冻土是指冻结状态持续三年或三年以上的土；季节性冻土是指冻土地表层冬季冻结、夏季全部融化的土。季节性冻土在我国主要分布于东北、西北、华北地区，季节性冻土层厚度一般在50cm以上，有些地方冻土层厚度可达3m。,若基础埋于冻胀土内，由于土体膨胀在基础周围和基础底部，产生冻胀力使基础上抬，造成门窗不能开启，严重的甚至会引

12、起墙体开裂。当温度升高土体解冻时，又由于土中水分的高度集中，使土质变得十分松软而引起融陷，且建筑物各部分的融陷也是不均匀的。多次冻融会使建筑物遭致严重的破坏。土具有冻胀和融陷的特点，因此，在季节性冻土地区设计建筑物时应考虑地基冻胀和融陷对基础埋深的影响。,4 地基土冻胀和融陷的影响,发生冻胀的条件,（1）土的条件 一般是细颗粒土（结合水含量多）,（2）温度条件 低于冻结温度,（3）水力条件 若地下水位高或通过毛细水能使 水分向冻结区补充，则冻胀较严 重。所以，在季节性冻土地区，基础应埋在冻结深度以下。,外因,内因,土的冻胀性,土的冻胀性,衡量指标,冻胀性分类（根据土的类别、含水量大小、地下水位

13、高低）,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,冻结前土的体积；,冻结后土的体积；,冻结引起的土的体积增量。,P181表8-2,考虑冻胀的基础埋深,按02规范,dmin zd-hmax,zd:设计冻深hmax：容许残留冻土层最大厚度,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,8.3 地基承载力和基础底面尺寸初步确定,极限承载力,承载力,容许承载力：承载力特征值,通常所说的承载力指容许承载力,一

14、、地基承载力,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,我国规范中取：,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,P111(5.28),fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5),进行深度和宽度修正：,fak：按现场载荷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；,fa：深宽修正后的承载力特征值,b、d：宽度和埋深修正系数p113表5.3,：基础底面以下土的重度,m：基础底面以

15、上土的加权平均重度,b：大于6m按6m考虑，小于3m按3m考虑,承载力公式计算：,fa=Mbb+Md md+Mcck,fa：承载力特征值,Mb、Md、Mc：承载力系数，由 k 查表5-2,b：基底宽度，大于6m按6m考虑，对于砂土小于3m按3m考虑,ck：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力,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：,持力层基础直接接触的土层，天然地基或者桩基础。持力层具有较高的强度（满足承载力需要），相对较高的压缩模量。深度满足基础埋深的要求 下卧层主要受力层范围，持力层以下各个土层。当土层强度低于持

16、力层时称“软弱下卧层”,确定基础类型和埋深后，已知基础底面尺寸，即可进行地基土持力层承载力验算。若地基受力层范围内存在有承载力低于持力层的土层，称为软弱下卧层，还须验算软弱下卧层的承载力。若基础底面尺寸不知道，可以根据外荷载和地基承载力进行地基基础设计。,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,G 基础及回填土平均重度，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,二、基础底面尺寸初步确定,条形基础，中心荷载,持力层承载力验算：,根据初步确定的埋深d与A(b),确定

17、最终的承载力修正值fa,承载力验算,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,首先根据中心荷载公式加以扩大初选截面尺寸,持力层承载力验算：,根据初步确定的埋深d与A(b),确定最终的承载力修正值fa,承载力验算,pmax1.2fa,e,b,作用于基础底面形心上的力矩M=(F+G)e,基础底面抵抗矩；矩形截面W=lb 2/6,l,讨论：,当 e0，基底压力呈梯形分布;,当e=b/6时，pmax0，pmin=0，基底压力呈三角形分布;,当eb/6时，pmax0，pmin0，基底出现拉应力；,但基底与土之间是不能承受拉应力的，产生拉应力部分的

18、基底将与地基土脱开而不能传递荷载，基底压力重新分布。根据平衡条件求得重分布后的基底最大压应力。,基底压力重分布,偏心荷载作用线应与基底压力的合力作用线重合,l,eb/6,b/2-e,3(b/2-e),b,l,e,b/2-e,3(b/2-e),总结：对于独立基础：,当 eb/6时,当eb/6时，,对于条形基础：,当 eb/6时,当eb/6时，,pmax1.2fa,在软土地区，持力层一般不太厚，在持力层以下受力层范围内存在软土层（即称软弱下卧层），此时只满足持力层的要求是不够的，还须验算软弱下卧层的强度。验算要求：传递到软弱下卧层顶面处的附加应力和土的自重应力之和不超过软弱下卧层的承载能力，即,软

19、弱下卧层顶面处的附加应力，kPa；,软弱下卧层顶面处土的自重应力，kPa；,软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力.,软弱下卧层承载力验算,下卧层承载力特征值仅需进行深度修正,以扩散角 向下传递，均匀地分布在下卧层上。根据扩散后作用在下卧层顶面处的合力与扩散前在基底处的合力相等的条件，即：,在实用上，一般按照简单的应力扩散原理计算软弱下卧层顶面处的附加应力。,如图所示，作用在基底面处的附加压力,p=(F+G)/A,c=md,矩形面积基础：,条形面积基础：,cz=ihi=mz(z+d),下卧层承载力特征值仅需进行深度修正,mz=,z,z,3 其它验算：,水平荷载较大时，稳定验算,建筑在斜坡上时，稳定验算,抗震验算,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、倾斜等,4地基变形验算：,计算方法：规范推荐“应力面积法”方法,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,本章小结,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,