极限平衡理论与浅基础.pptx

第第 3 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础1 1、天然地基上浅基础的设计原则、天然地基上浅基础的设计原则识记：建筑物安全等级的概念。识记：建筑物安全等级的概念。领会：对地基计算的要求领会：对地基计算的要求2 2、浅基础类型、浅基础类型识记：浅基础的类型与适用条件识记：浅基础的类型与适用条件 3 3、基础埋置深度的选择、基础埋置深度的选择识记：有关基础埋置深度的确定的原则。识记：有关基础埋置深度的确定的原则。领会：影响基础埋置深度选择的因素。领会：影响基础埋置深度选择的因素。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础5 5、浅基础的设计与计算、浅基础的设计与计算识记：刚性基础台阶宽高比的概念。识记：刚性基础台阶宽高比的概念。领会：各类建筑物对地基变形验算的要求。领会：各类建筑物对地基变形验算的要求。综合应用：按地基持力层承载力，确定墙下条形基础综合应用：按地基持力层承载力，确定墙下条形基础 和柱下单独基础的底面尺寸；进行基础结构设计；和柱下单独基础的底面尺寸；进行基础结构设计；软弱下卧层承载力的验算。软弱下卧层承载力的验算。6 6、减轻不均匀沉降危害的措施。、减轻不均匀沉降危害的措施。领会：减轻不均匀沉降危害的建筑措施、结构措施和施工措施。领会：减轻不均匀沉降危害的建筑措施、结构措施和施工措施。4 4、地基承载力的确定、地基承载力的确定 识记：各级建筑物确定地基承载力的方法；识记：各级建筑物确定地基承载力的方法；影响地基承载力的主要因素。影响地基承载力的主要因素。地基承载力特征值的深度、宽度修正方法。地基承载力特征值的深度、宽度修正方法。领会：根据规范表格确定各类地基土承载力特征值的方法。领会：根据规范表格确定各类地基土承载力特征值的方法。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础学习目的和要求学习目的和要求 通过本章的学习，了解浅基础的类型及其适用条件，通过本章的学习，了解浅基础的类型及其适用条件，熟悉基础埋置深度的确定原则，掌握地基承载力特征值熟悉基础埋置深度的确定原则，掌握地基承载力特征值的确定方法，熟练掌握按地基持力层承载力计算墙下的确定方法，熟练掌握按地基持力层承载力计算墙下条形基础和柱下单独基础的底面尺寸，掌握软弱下卧层条形基础和柱下单独基础的底面尺寸，掌握软弱下卧层承载力的验算方法，理解地基变形验算要求和减轻不均匀承载力的验算方法，理解地基变形验算要求和减轻不均匀沉降危害的措施。沉降危害的措施。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础3.1 3.1 地基基础设计原则地基基础设计原则 地基基础设计是土木工程结构设计的重要地基基础设计是土木工程结构设计的重要组成部分。结构设计包含基础设计。在某种地组成部分。结构设计包含基础设计。在某种地质条件下，基础设计的意义和要求，比上部结质条件下，基础设计的意义和要求，比上部结构设计更重要、更难。构设计更重要、更难。1 1、概述、概述第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础地基基础分类：地基基础分类：地基地基天然地基天然地基 是不经过对地基土的处理是不经过对地基土的处理人工地基人工地基 经过地基处理经过地基处理第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础浅基础浅基础 埋深小于埋深小于5m5m，或者埋深大于，或者埋深大于5m5m，但是，但是小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽略不计。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。所以不是简单的深浅概念。基础基础深基础深基础：当基础埋置深度较大（一般大于：当基础埋置深度较大（一般大于5m5m或或 大于基础最小宽度），须借助特殊的施工方法大于基础最小宽度），须借助特殊的施工方法和装备建造的基础。和装备建造的基础。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础地基基础设计包括两方面的内容：地基基础设计包括两方面的内容：地基、基础地基、基础对基础的要求：对基础的要求：结构强度、刚度和耐久性结构强度、刚度和耐久性 与上部结构相适应与上部结构相适应对地基的要求：对地基的要求：承载力（强度）承载力（强度）沉降沉降(变形）变形）地基及基础示意图地基及基础示意图第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础D D地基与基地基与基础的关系础的关系地基与基础密切地基与基础密切相关，彼此制约相关，彼此制约 地基与基础设计地基与基础设计 不能单方面考虑不能单方面考虑第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础地基基础地基基础方案选择方案选择建筑物的性质建筑物的性质工程地质条件工程地质条件施工条件施工条件包括建筑物的用途、结构布置、包括建筑物的用途、结构布置、结构类型、荷载性质及大小等结构类型、荷载性质及大小等包括场地土层分包括场地土层分布、组成、土性布、组成、土性及地下水等及地下水等包括当地施工技术力量、施工包括当地施工技术力量、施工设备、材料价格、工期等设备、材料价格、工期等优优选选 天然地基天然地基上的浅基础上的浅基础第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础地基基础设计等级地基基础设计等级甲级甲级乙级乙级丙级丙级1）地基复杂程度）地基复杂程度2）建筑物规模和功能特征）建筑物规模和功能特征3）地基问题可能造成建筑物）地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用程度破坏或影响正常使用程度划分原则划分原则第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础计算要求计算要求 地基计算内容地基计算内容 建筑物类型建筑物类型 地基承载力计算地基承载力计算设计等级为甲、乙、丙级的建筑物设计等级为甲、乙、丙级的建筑物 地基变形计算地基变形计算设计等级为甲、乙及部分丙级建筑设计等级为甲、乙及部分丙级建筑物物 地基稳定性计算地基稳定性计算经常受水平荷载的高层建筑物；高经常受水平荷载的高层建筑物；高耸结构、挡土墙；建造在斜坡上或耸结构、挡土墙；建造在斜坡上或边坡附近的建筑物或构筑物；基坑边坡附近的建筑物或构筑物；基坑工程工程 抗浮验算抗浮验算当地下水埋藏较浅，建筑物地下室当地下水埋藏较浅，建筑物地下室或地下构筑物存在上浮问题或地下构筑物存在上浮问题第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 计算内容计算内容 荷载效应最不利组合荷载效应最不利组合相应的抗相应的抗力及限值力及限值 图示图示按地基承载力确定基底按地基承载力确定基底面积及基础埋深面积及基础埋深正常使用极限状态下荷载正常使用极限状态下荷载效应的效应的标准组合标准组合地基承载地基承载力特征值力特征值 fa(kpa)计算地基变形计算地基变形正常使用极限状态下荷载正常使用极限状态下荷载效应的效应的准永久值组合准永久值组合（不计入风荷载和地震作（不计入风荷载和地震作用）用）地基变形值地基变形值 S计算挡土墙土压力、地计算挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定、滑坡基和斜坡的稳定、滑坡推力推力承载力极限状态下荷载效承载力极限状态下荷载效应的应的基本组合基本组合，但，但分项系分项系数均为数均为1；确定基础高度、支挡结确定基础高度、支挡结构截面；计算基础或支构截面；计算基础或支挡结构内力；确定配筋挡结构内力；确定配筋或验算材料强度或验算材料强度承载力极限状态下荷载效承载力极限状态下荷载效应的应的基本组合基本组合，采用，采用相应相应的分项系数；的分项系数；荷载取值荷载取值F Me F+G第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础建筑物的型式与功能建筑物的型式与功能上部结构荷载资料上部结构荷载资料场地勘察与室内试验资料场地勘察与室内试验资料场地施工技术条件场地施工技术条件基础型式方案比较基础型式方案比较拟定基础型式及平面布置拟定基础型式及平面布置确定基础埋深确定基础埋深必要时的验算必要时的验算（软弱下卧层强度、变形稳定、抗滑验算等）（软弱下卧层强度、变形稳定、抗滑验算等）确定地基承载力确定地基承载力确定基底平面尺确定基底平面尺 寸寸计算地基承受荷计算地基承受荷 载载基础结构设计（基础剖面尺寸、配筋）基础结构设计（基础剖面尺寸、配筋）编制施工说明、绘施工编制施工说明、绘施工 图图计算地基净反力计算地基净反力 不不满满足足设设计计内内容容和和步步骤骤第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础浅基础的设计方法浅基础的设计方法建筑物设计建筑物设计上部结构的自重及各上部结构的自重及各种荷载都是通过基础种荷载都是通过基础传到地基中的。传到地基中的。上部结构上部结构基础基础地基地基基底压力基底压力附加应力附加应力地基沉降变形地基沉降变形基底反力基底反力基础结构的外荷载基础结构的外荷载基底压力接近直线基底压力接近直线“刚性设计刚性设计”第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础3.2 3.2 浅基础的类型浅基础的类型浅基础的浅基础的分类方法分类方法按基础材料按基础材料u无筋基础无筋基础u钢筋混凝土基础钢筋混凝土基础按基础结构类型按基础结构类型u扩展基础扩展基础u柱下条形基础柱下条形基础u柱下交叉条形基础柱下交叉条形基础u筏形基础筏形基础u箱形基础箱形基础u壳体基础壳体基础按基础受力特点按基础受力特点u柔性基础柔性基础u刚性基础刚性基础第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础1)扩展基础基础材料基础材料u无筋扩展基础无筋扩展基础(刚性基础刚性基础)u钢筋混凝土基础钢筋混凝土基础(柔性基础柔性基础)结构型式结构型式u柱下独立柱下独立基础基础(单独基础单独基础)u墙下条形基础墙下条形基础第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础无筋扩展基础(刚性基础）材料：材料：砖、石、灰土、三合土及混凝土砖、石、灰土、三合土及混凝土工作条件：工作条件：犹如一倒置的承受地基反力犹如一倒置的承受地基反力 的两端外伸的悬臂梁的两端外伸的悬臂梁特点：特点：砖、石、灰土，素混凝土材料 抗压强度较高，抗拉和抗剪强 度很低，受弯后易剪切破坏。设计设计 采用限制基础外伸宽度与高采用限制基础外伸宽度与高方法：方法：度之比（台阶宽高比）不超度之比（台阶宽高比）不超 过允许值的构造措施。过允许值的构造措施。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础定义定义刚性基础刚性基础：用砖、石抗拉和抗剪强度较低的材料用砖、石抗拉和抗剪强度较低的材料 建造，在构造上受刚性角限制，受力建造，在构造上受刚性角限制，受力 后不发生挠曲变形的基础。后不发生挠曲变形的基础。应用范围应用范围：一般用于六层及一般用于六层及六层以下（三合土不超过四层）六层以下（三合土不超过四层）的民用建筑和轻型厂房。的民用建筑和轻型厂房。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础钢筋混凝土扩展基础(柔性基础)材料材料:钢筋混凝土工作条件：工作条件：倒置悬臂梁特点：特点：基础配置一定数量的钢筋，可 以承受拉应力，故不受刚性角 的限制，但要满足抗弯,抗剪 和抗冲切等结构要求。定义：柔性基础定义：柔性基础-用钢筋混用钢筋混凝土建造，构造上不受刚性角凝土建造，构造上不受刚性角限制，受力后允许产生一定挠限制，受力后允许产生一定挠曲变形的基础。曲变形的基础。适用条件适用条件：宽基浅埋第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础2)柱下条形基础基础材料基础材料:钢筋混凝土钢筋混凝土结构型式结构型式u单向条形单向条形基础基础:同一轴线（或同一方向）上若干 柱下相连的钢筋混凝土条形基础。u十字交叉条形基础十字交叉条形基础:柱网下沿纵横两向分别设置 的钢筋混凝土条形基础。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础特点：特点：1）抗弯刚度大，具有调 整不均匀沉降的能力。2）能将集中柱荷载较均 匀地分布到整个基底。工作条件工作条件：有别于钢筋混凝土：有别于钢筋混凝土扩展基础，不仅在横截面方向扩展基础，不仅在横截面方向如倒置的悬臂梁，在纵向则如如倒置的悬臂梁，在纵向则如倒置的以各柱为铰支的多跨连倒置的以各柱为铰支的多跨连续梁。续梁。适用条件适用条件：地基土较软弱，分布不均；基底面积受相邻建筑物或设备基础的限制无法扩展时；柱荷载差异大，以致基底面积扩大使其彼此接近或象相碰时。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础3)筏形基础覆盖于建筑物地基上的整体钢筋混凝土板状基础。基础材料基础材料:钢筋混凝土钢筋混凝土工作条件工作条件:犹如倒置的楼盖结构犹如倒置的楼盖结构结结构构型型式式u墙下筏墙下筏基基 -平板平板式式 u柱下筏基柱下筏基平板式平板式梁板式梁板式第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础3)筏形基础第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 1）有较大基底面积，不仅易于满足软弱地基承载力的要求，而且减少了地基的附加压力，并在与上部结构共同工作的 条件下使沉降比较均匀；2）对上部结构刚度较好的多层房屋，能增加整体性能，减少 相对沉降，增强抗震性能；3）可跨越土中浅层小洞穴和局部软弱层，防止因局部下沉造 成的房屋损坏；4）可作为水池、油库等的防渗底板；5）有地下室时，可提供较宽敞的使用空间；6）有地下室或架空地板时，具有一定的补偿性效应。筏基的功能不足之处不足之处1)无力调整过大的差异沉降2)上下配筋，经济指标较高第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础4)箱形基础由钢筋混凝土底板、顶板和内外墙体组成的整体空间结构基础。整体性更好整体性更好基础材料基础材料:钢筋混凝土钢筋混凝土适用条件适用条件：软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降要求严格的建筑物第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础底板底板外外墙墙内内墙墙4)箱形基础第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 特点特点 1 1）基础埋深大、中空形式，使开挖卸去的土重部分抵偿 了上部结构传来的荷载，能显著减小基底压力、降低 基础沉降量；2）整体刚度大，只能产生大致的均匀沉降或整体倾斜，抗震性能好；3 3）具有较大地下空间可供各种使用功能，但因内墙分隔 而使使用受限；4 4）经济指标高，施工技术复杂，对防水通风要求较高。4)箱形基础第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础5)壳体基础基础材料：基础材料：钢筋混凝土钢筋混凝土结构型式结构型式u正圆锥壳体正圆锥壳体uMM形组合壳体形组合壳体u内球外锥组合壳内球外锥组合壳体体特点：特点：1 1）材料省、造价低，2 2）施工技术要求高。适用条件适用条件：可用作柱基础和筒形构筑物基础第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础单独基础 柱下条形基础 箱形和筏形基础基底面积越来越大基底面积越来越大、对上部结构荷载的扩散作用越来越强、对上部结构荷载的扩散作用越来越强 在相同的上部结构荷载作用下，在相同的上部结构荷载作用下，基底压力和基底附加压力越来越小，基底压力和基底附加压力越来越小，刚度越来越大，可以适应更软弱的地基，可以减小地基的沉降变形刚度越来越大，可以适应更软弱的地基，可以减小地基的沉降变形 在相同的地基条件下，可以承受更大的上部结构荷载作用在相同的地基条件下，可以承受更大的上部结构荷载作用 设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高 浅基础的特点：浅基础的特点：小结小结第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础3.3 3.3 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择1 1、确定基础埋深的意义和原则、确定基础埋深的意义和原则埋深定义埋深定义下卧层持力层（受力层）持力层（受力层）FGd设计地面设计地面基础底面基础底面基础埋深基础埋深第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础选择埋深的意义选择埋深的意义实质实质选择合适的持力层保证保证 1 1）地基的可靠性（强度、变形要求）2 2）基础的稳定性（抗倾覆、滑动和侵蚀要求）3 3）施工的难易性（埋深大施工难，反之则易）4 4）造价的经济性（埋深大造价高，反之则低）第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础选择埋深的原则选择埋深的原则1）在满足地基强度、稳定和变形要求的前提下，基础应在满足地基强度、稳定和变形要求的前提下，基础应 尽量浅埋；尽量浅埋；2）除岩石地基外，除岩石地基外，基础埋深不宜小于基础埋深不宜小于0.5m0.5m。基础顶面一。基础顶面一般不露出地面，要求基础顶面低于地面不小于般不露出地面，要求基础顶面低于地面不小于0.1m 0.1m。浅埋可节约材料，方便施工，缩短工期，降低造价第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础1 1）与建筑物有关的条件与建筑物有关的条件2 2、选择基础埋深的影响因素、选择基础埋深的影响因素建建筑筑物物的的功功能能用用途途1、考虑建筑物结构类型、使用功能和用途要求；2、土质地基上高层建筑，应满足稳定性要求；3、岩石地基上高层建筑，应满足抗滑要求；4、受上拔力的基础，满足抗拔要求；5、高耸构筑物，满足抗倾覆稳定性要求。抗震区筏板、箱形基础不不宜小于宜小于建筑物高度1/151/15；桩箱、桩筏基础 不宜小于不宜小于建筑物高度1/181/201/181/20第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础只有轻型建筑只有轻型建筑可用，否则采可用，否则采用连续基础、用连续基础、人工处理或深人工处理或深基础比较确定基础比较确定 上硬下软上硬下软尽量浅埋（宽尽量浅埋（宽基浅埋），但基浅埋），但是如是如h h1 1太小就太小就按情况按情况考虑考虑 上软下硬上软下硬 h14 m 桩基或桩基或人工处理人工处理好土好土软土软土(很深很深)好土好土软土软土软土软土好土好土 I II III IVh1基础条件基础条件由其它条由其它条件确定时，件确定时，基础尽可基础尽可能浅埋能浅埋2 2）工程地质条件工程地质条件h1第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础3 3）水文地质条件水文地质条件地基中有地下水时地基中有地下水时 1 1）基础应尽量置于地下水位以上；2）当基础必须置于地下水位以下时，应考虑排水、围护 及扰动，地下水有无侵蚀性，设计时还应考虑地下室 防渗、抗浮等问题；3 3）有承压水时，由避免基坑被承压水冲破的条件确定。向上的承压水压力向上的承压水压力 向下的土压力向下的土压力 要求 .有承压水时第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础4 4）地基冻融条件地基冻融条件冻土地基冻土地基：地基土的温度低于摄氏零度时，土 中部分孔隙水将冻结而形成冻土。冻土的类冻土的类 型型 季节性冻土季节性冻土-冬季冻结，夏季融化，冬季冻结，夏季融化，每年冻融交替一次。每年冻融交替一次。多年冻土多年冻土-连续冻结三年以上的冻土。连续冻结三年以上的冻土。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 土的冻胀与融陷土的冻胀与融陷毛细水毛细水土颗粒土颗粒结合水结合水冰冰冻胀冻胀 土冻结后体积的膨胀土冻结后体积的膨胀冻胀机理冻胀机理融陷融陷 冻土融化后引起建筑物沉陷的现象。冻土融化后引起建筑物沉陷的现象。结冰时水的膨胀可达结冰时水的膨胀可达10%10%左右，且膨胀力很大，达左右，且膨胀力很大，达2MPa2MPa量级，当膨胀力大于量级，当膨胀力大于基底压力时，基础被抬起基底压力时，基础被抬起第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础冻深毛细区毛细区地下水位地下水位冻结区冻结区 土冻胀的土冻胀的 影响因素影响因素u土质：含弱结合水或有毛细水的细粒土土质：含弱结合水或有毛细水的细粒土u含水量：含水量越大，冻胀性越强含水量：含水量越大，冻胀性越强u地下水位：离冻结区越近，水分补充越地下水位：离冻结区越近，水分补充越快快第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础冻胀的分类冻胀的分类u 不冻胀不冻胀u 特强冻胀特强冻胀u 弱冻胀弱冻胀u 冻胀冻胀u 强冻胀强冻胀冻深对基础埋深的要求冻深对基础埋深的要求Zddmin室内地面hmax dmin=zd hmax式中：式中：zd 设计冻深；设计冻深；hmax 允许残留冻土允许残留冻土 最大厚度。最大厚度。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 有地下室或半地下室的建筑，其埋深必须结合地下部分设计 标高选定。地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，且 应预留孔洞，孔径应大于管径 （1015mm），管道宜选柔材。5 5）场地环境条件场地环境条件 同一建筑物基础可采用不 同的埋深，对土质地基上 的墙下无筋基础，应做成 台阶状，这是为解决基础 不均匀变形的构造措施。L/H=12第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 新旧相邻建筑物新基础的 埋深不宜超过原有建筑物 基础底面，否则应有一定 间距，即：LH=12 若不能满足上述要求，则 应在施工期间对原有建筑 物采取保护措施。LH 为了保护基础不受人 类和其他生物活动等 的影响，基础的顶面 宜低于室外设计地面 0.10m，同时又要便 于周围排水沟的布置。d大于大于10cm第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力3.4 1.1.地基承载力的概念地基承载力的概念 地基承受荷载的能力地基承受荷载的能力 为了满足地基强度和稳定性的要求，设计时必须控制基为了满足地基强度和稳定性的要求，设计时必须控制基础底面最大压力不得大于某一界限值，这一界限值称为础底面最大压力不得大于某一界限值，这一界限值称为地基地基承载力承载力 。u 极限承载力极限承载力:地基即将丧失稳定性时的承载力地基即将丧失稳定性时的承载力;u 允许承载力允许承载力:地基稳定有足够的安全度且变形地基稳定有足够的安全度且变形 在允许范围内时的承载力。在允许范围内时的承载力。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 地基承载力特征值相地基承载力特征值相应于载荷试验时，地基土应于载荷试验时，地基土的压力变形曲线的压力变形曲线线性变形线性变形段内段内不超过比例界限点的不超过比例界限点的地基压力值。地基压力值。sp s曲线曲线pcr pufasa p地基承载力特征值地基承载力特征值fa 在保证地基稳定的条件下在保证地基稳定的条件下,使建筑物的沉降量不超过使建筑物的沉降量不超过 允许值的地基承载力允许值的地基承载力。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础2.2.地基承载力确定的原则地基承载力确定的原则 1 1）在最不利荷载作用下，地基不出现失稳现象；2 2）在长期荷载作用下，地基变形不造成上部结构损坏。特点：特点：1.1.地基承载力特征值实质就是允许地基承载力特征值实质就是允许 承载力；承载力；2.2.按正常使用按正常使用 极限状态原则确定；极限状态原则确定；3.3.以地基的变形作为控制标准。以地基的变形作为控制标准。荷载增加荷载增加 地基变形增长地基变形增长 地基承载力加大地基承载力加大地基承载力是地基承载力是其变形的函数其变形的函数 第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 3 3.地基承载力特征值确定的方法地基承载力特征值确定的方法u 根据土的抗剪强度指标，按理论公式计算根据土的抗剪强度指标，按理论公式计算u 按地基现场载荷试验确定按地基现场载荷试验确定u 按规范承载力表确定按规范承载力表确定u 根据相邻条件相似的建筑经验确定根据相邻条件相似的建筑经验确定分类分类第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 1)1)按地基载荷试验确定按地基载荷试验确定-适用于浅层地基适用于浅层地基u 浅层平板载荷试验浅层平板载荷试验u 深层平板载荷试验深层平板载荷试验u 螺旋板载荷试验螺旋板载荷试验适用于深层地基适用于深层地基千千斤斤顶顶荷载板荷载板载载荷荷板板的的测测试试范范围围：在在现现场场通通过过0.250.250.50m0.50m2 2的的载载荷荷板板对对扰扰动动较较少少的的地地基基土土体体直直接接施施荷荷，所所测测得得的的成成果果一一般般能能反反映映相相当当于于1 12 2倍倍荷荷载载板板宽宽度度的的深深度度以以内内土土体体的的平平均性质。均性质。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础p s曲线曲线“陡降型陡降型”步骤：步骤：1 1）当p s曲线上有明显的 比例界限 pb时，取pb对 应的荷载值为地基承载 力特征值；2 2）当 pu 2pb时，取 pu/2 为地基承载力特征值。载荷试验结果载荷试验结果 p s 曲线曲线确定确定 地基承载力特征值地基承载力特征值第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础条件：条件：承压板面积为 0.25 0.50m2p s曲线曲线“缓变型缓变型”步骤：步骤：当p s曲线上无明显的比例界限 pb和极限荷载pu时，取沉降 s=(0.010.015)b对应的荷载值为地基承载力特征值；且其值不大于最大加载量的一半。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础载荷试验结果载荷试验结果 p s 曲线曲线确定确定 地基承载力特征值地基承载力特征值方方法法 p-s曲线曲线“陡降型陡降型”取值主要由地基强度控制取值主要由地基强度控制 p-s曲线曲线“缓变型缓变型”取值主要由地基允许变取值主要由地基允许变形形 控制控制 常出现于中、高压缩性土常出现于中、高压缩性土 常出现于低压缩性土常出现于低压缩性土第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 同一层土参加统计试验点不少于三点，所得试验实测值的极差(最大值与最小值之差)不超过平均值的30%时，取此平均值为地基承载力特征值fak。即：满足：f =famax famin 0.3fam 有：fak=fam 要求要求第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 载荷试验的主要优缺点载荷试验的主要优缺点 载荷板与实际基础对地基影响深度比较载荷板与实际基础对地基影响深度比较 (a)(a)载荷试验载荷试验 (b)(b)实际基础实际基础 优点：优点：载荷试验可靠性高，载荷试验可靠性高，对于成分或结构很不均匀的土对于成分或结构很不均匀的土层，如杂填土、裂隙土、风化层，如杂填土、裂隙土、风化岩等，它则显出用别的方法所岩等，它则显出用别的方法所难以代替的作用。难以代替的作用。缺点：缺点：费时、耗资多；载荷板费时、耗资多；载荷板的尺寸一般比实际基础小，影的尺寸一般比实际基础小，影响深度较小，试验只反映这个响深度较小，试验只反映这个范围内土层的承载力。范围内土层的承载力。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础2)2)按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定u 地基极限承载力理论公式地基极限承载力理论公式安全系数，一般取安全系数，一般取23u 地基规范推荐的理论公式地基规范推荐的理论公式fa=Mb b+Md md+Mcck 注：注：此式以p1/4=N b/2+Nq d+Ncc 为理论依据 该公式相应该公式相应的理论模式是的理论模式是基底压力呈基底压力呈条条形均匀分布形均匀分布。所以仅适用于所以仅适用于e 0.0033b的的情况。情况。承载力系数，按承载力系数，按 查表确定查表确定。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础几点说明：几点说明：（1 1）土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 、c ck k的取值的取值 原状土样，三轴试验，每层土的试验数量原状土样，三轴试验，每层土的试验数量6组；组；（2 2）地下水对地基承载力的影响地下水对地基承载力的影响 基底上下土的重度基底上下土的重度m、，在地下水位以下采用有效重度，在地下水位以下采用有效重度;（3 3）基础宽度和埋深对地基承载力的影响基础宽度和埋深对地基承载力的影响 对对 0 0的土，增大基础宽度，地承力随之增大；但的土，增大基础宽度，地承力随之增大；但b b 6 6 时，取时，取b b=6=6；对砂土地基；对砂土地基b 3 3时，取时，取b b=3=3。（4 4）按此式确定按此式确定fa时，尚应进行地基的变形验算。时，尚应进行地基的变形验算。fa=Mb b+Md md+Mcck第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础3.地基承载力特征值的修正地基承载力特征值的修正修正原因:考虑增加基础宽度和埋置深度时，地基承载力也考虑增加基础宽度和埋置深度时，地基承载力也将随之提高，所以，应将地基承载力对不同的基将随之提高，所以，应将地基承载力对不同的基础宽度和埋置深度进行修正，才能供设计使用。础宽度和埋置深度进行修正，才能供设计使用。适用条件:当基础宽度大于当基础宽度大于 3m或埋置深度大于或埋置深度大于0.5m时，从时，从现场载荷试验或其他原位测试等方法确定的现场载荷试验或其他原位测试等方法确定的地基地基承载力特征值承载力特征值应进行修正。应进行修正。修正公式:fa=fak+b (b 3)+d m(d 0.5)基础宽度和埋深的地承力修正系数，查表基础宽度和埋深的地承力修正系数，查表7.107.10第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 fa 与与 fak 的的 区区 别别fa=Mb b+Md md+Mcckfa=fak+b (b 3)+d m(d 0.5)以界限荷载以界限荷载 为基础的理论公式结合经验给为基础的理论公式结合经验给出计算地基承载力设计值出计算地基承载力设计值未经深宽修正的地基承载力特征值，由土质地基的现场未经深宽修正的地基承载力特征值，由土质地基的现场载荷试验和静力触探、动力触探、标准贯入试验等原位载荷试验和静力触探、动力触探、标准贯入试验等原位测试法取得，经深宽修正后方得到。测试法取得，经深宽修正后方得到。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础3-63-41第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础3-6第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定3.5 建筑物确定了基础类型和埋置深度后，若已知基建筑物确定了基础类型和埋置深度后，若已知基础底面尺寸，可以进行地基土持力层承载力和变形验础底面尺寸，可以进行地基土持力层承载力和变形验算，如果还存在软弱下卧层，还需对软弱下卧层的承算，如果还存在软弱下卧层，还需对软弱下卧层的承载力进行验算。载力进行验算。若底面尺寸不知道，可以根据外荷载和地基承载力进若底面尺寸不知道，可以根据外荷载和地基承载力进行地基基础设计，对于轴心荷载作用，可假定基础底面形行地基基础设计，对于轴心荷载作用，可假定基础底面形状为正方形；对于偏心荷载作用，可假定基础底面形状为状为正方形；对于偏心荷载作用，可假定基础底面形状为长方形，并根据偏心距的大小给出长边和短边的合适比例长方形，并根据偏心距的大小给出长边和短边的合适比例后，再进行设计。后，再进行设计。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 1.1.按按地基持力层承载力特征值确定基底面积地基持力层承载力特征值确定基底面积1）中心荷载下的基础计算假定计算假定:基底压力均匀分布基底压力均匀分布基底平均压力标准值基底平均压力标准值pk不超过持力层不超过持力层经修正后的地基承载力特征值经修正后的地基承载力特征值f fa，即：，即：pk fa 计算要求计算要求GkFk第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础GkFk计算公式计算公式d d lb基础自重及其台阶上的土重基础自重及其台阶上的土重实体实体基础基础Gk=GAd=20Ad 第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础讨讨 论论基础及回填土的平均重度，一般取基础及回填土的平均重度，一般取20 ,20 ,地下水位以下取地下水位以下取10 10 上式中有两个未知数上式中有两个未知数 和和 ，可能要通过反复试算确定。，可能要通过反复试算确定。计算时，可先对地基承载力只进行深度修正，计算计算时，可先对地基承载力只进行深度修正，计算 值；值；然后按计算所得的然后按计算所得的 ，考虑是否需要进行宽度修正，考虑是否需要进行宽度修正，使得使得 、间相互协调一致。间相互协调一致。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 矩形基础矩形基础A=l b（一般（一般l/b 3）方形基础方形基础 A=b2 条形基础条形基础A=1b=b沿基础长度方向取沿基础长度方向取1m的计算单元（的计算单元（l=1m）第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础【例例1 1】某住宅承重墙厚某住宅承重墙厚240mm240mm，采用墙下条形基础；地基，采用墙下条形基础；地基土表层为杂填土，厚度土表层为杂填土，厚度0.80m0.80m，重度，重度17.5kN/m17.5kN/m3 3，其下为粘土，其下为粘土层，重度层，重度18.5 kN/m18.5 kN/m，承载力特征值，承载力特征值 f fa ak k为为 200kPa200kPa，孔隙比，孔隙比0.860.86。地下水位在地表下。地下水位在地表下 1.0m1.0m处。若已知上部墙体传来的竖处。若已知上部墙体传来的竖向荷载标准值为向荷载标准值为195kN/m195kN/m。试。试确定基础底面尺寸。确定基础底面尺寸。解解:1.1.确定基础埋深确定基础埋深:为了便于施工，基础宜建在为了便于施工，基础宜建在地下水位以上，故选择粘土层地下水位以上，故选择粘土层作为持力层，初步选择基础作为持力层，初步选择基础埋深埋深 d d=1m=1m。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础 3.3.取取 1m 1m 长的条基作计算单元长的条基作计算单元基础宽度：基础宽度：埋深范围内土的加权平均重度：埋深范围内土的加权平均重度：2.2.对持力层土进行深度修正对持力层土进行深度修正:3-6第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础取该承重墙下条形基础宽度取该承重墙下条形基础宽度 b b 1.25m1.25m。4.4.验算验算:满足要求。满足要求。第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础（2 2）偏心荷载作用下的基础：）偏心荷载作用下的基础：计算假定计算假定:基底压力按直线分布基底压力按直线分布（梯形或三角形分布）（梯形或三角形分布）pk fa pkmax 1.2fa 计算要求计算要求同时满足下列两式的要求，即：同时满足下列两式的要求，即：eF+GFMlbpkmaxpkminpke第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础计算公式计算公式基础底面的抵抗矩基础底面的抵抗矩矩形基础矩形基础Mk=(Fk+Gk)e第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础矩形基础矩形基础当当pkmin l/6:出现拉应力区出现拉应力区e第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸逐次渐近试算法逐次渐近试算法计算步骤计算步骤1)按中心受压初步计算基底尺寸：按中心受压初步计算基底尺寸：2)据偏心大小，增加基据偏心大小，增加基 底尺寸底尺寸1040%，即：，即：A1=（1.11.4）A0 3)初选初选 l 和和 b，一般取，一般取l/b=12，得实际基底尺寸：，得实际基底尺寸：A A1承载力特征承载力特征值可先进行值可先进行深度修正深度修正若若b3，则对地基承载力进行宽度修正，则对地基承载力进行宽度修正第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础其中：其中：Mk=M0k+VkH0上部结构上部结构传来的力传来的力矩标准值矩标准值pk pkmax 4)4)计算基底应力：计算基底应力：第第 3 章章 极限平衡理论与浅基础极限平衡理论与浅基础要求：要求：1 1）应满足）应满足 e l(即即pkmin0)2 2）对重要建筑物：）对重要建筑物：pkminpkmax1/4 1/3 以避免产生过大的不均匀沉降；以避免产生过大的不均匀沉降；3 3）对个别情况可：）对个别情况可：e l6(即即pkm