基础工程——浅基础.pptx

第第2 2章章 浅基础浅基础本章主要内容本章主要内容 浅基础类型、基础埋深的确定、地基承载力确定、基底尺寸确定、减轻不均匀沉降的措施要求要求1、掌握基础设计原则2、无筋扩展基础设计及扩展基础设计方法3、基础埋深及地基承载力确定4、减轻不均匀沉降危害的措施2.1 2.1 概述概述2.1.1浅基础的设计内容与步骤2.1.2浅基础设计方法2.1.3地基基础设计的原则优先选用：天然地基上浅基础强强度度问问题题变变形形问问题题地基中的应力状态地基中的应力状态上部结构荷载上部结构荷载（自重应力（自重应力 附加应力）附加应力）地基基础示意图地基基础示意图2.1.1地基基础设计的基本内容与步骤地基基础设计的基本内容与步骤地基基础设计地基计算 基础设计 控制地基的变形：正常使用极限状态 地基的稳定性验算：斜坡，高耸结构基础结构的强度刚度耐久性防止地基强度破坏：承载力极限状态基础选型基础埋深和形状尺寸建筑物的型式与功能上部结构荷载资料场地勘察与室内试验资料场地施工技术条件基础型式方案比较拟定基础型式及平面布置确定基础埋深必要时的验算（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基底平面尺寸计算地基承受荷载基础结构设计（基础剖面尺寸、配筋）编制施工说明、绘施工图计算地基净反力不满足设设计计步步骤骤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建筑物设计建筑物设计2.1.2浅基础设计方法浅基础设计方法 常规设计法常规设计法将地基、基础、上部结构三者分离，分别对三者进行计算。优缺点：计算简单（不考虑三者共同作用）；满足静力平衡条件；忽略三者受荷后变形的连续性；不经济、不合理。适用条件：沉降较小或较均匀；基础刚度大。1.地基基础设计等级地基基础设计等级设计等级分为甲、乙、丙甲、乙、丙三个等级；设计等级划分原则：1）地基复杂程度 2）建筑物规模和功能特征 3）由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响建筑物正常使用的程度。2.1.3 地基基础设计原则地基基础设计原则地基基础设计等级地基基础设计等级 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2002 2.地基计算的要求地基计算的要求 地基计算内容地基计算内容 建筑物类型建筑物类型 地基承载力计算所有建筑物（甲、乙、丙级）地基变形计算设计等级为甲、乙及部分丙级建筑物 地基稳定性计算经常受水平荷载的高层建筑物；高耸结构、挡土墙；建造在斜坡上或边坡附近的建筑物或构筑物；基坑工程 抗浮验算当地下水埋藏较浅，建筑物地下室或地下构筑物存在上浮问题3.荷载取值的规定荷载取值的规定荷载取值原则遵循以概率理论为指导的极限状态极限状态设计方法设计方法该原则特点：（1）建立结构可靠度与结构极限状态方程；（2）充分考虑各有关影响因素的客观差异性；（3）设计计算工作量大，地基基础设计有些参数因统计资料不足，很大程度凭经验确定。正常使用极限状态对于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定值，如影响建筑物正常使用或外观的地基变形承载能力极限状态对于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载大变形，如地基失稳而破坏。02地基基础规范的设计原则从已有的大量地基事故分析，绝大多数事故都由地基变形过大且从已有的大量地基事故分析，绝大多数事故都由地基变形过大且不均匀所造成。不均匀所造成。土为大变形材料，荷载增加，变形增加，承载力也随之增大，很土为大变形材料，荷载增加，变形增加，承载力也随之增大，很难界定难界定“极限值极限值”。地基承载力还有潜力时，变形已超限。地基承载力还有潜力时，变形已超限。地基设计：地基设计：采用正常使用极限状态，所选定的地基承采用正常使用极限状态，所选定的地基承载力是一种允许承载力（承载力特征值）载力是一种允许承载力（承载力特征值）,相应的荷相应的荷载组合采用标准组合。载组合采用标准组合。按变形设计的原则按变形设计的原则!承载力极限状态承载力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态基本组合基本组合简化基本组合简化基本组合标准组合标准组合准永久组合准永久组合 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力及限相应的抗力及限值值按地基承载力确定基底面积及基础埋深正常使用极限状态下荷载效应的标准组合标准组合地基承载力特征值fa计算地基变形正常使用极限状态下荷在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用）不计入风荷载和地震作用）地基变形允许值 S计算挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定、滑坡推力承载力极限状态下荷载效应的基基本组合本组合，但分项系数均为分项系数均为1；确定基础高度、支挡结构截面；计算基础或支挡结构内力；确定配筋或验算材料强度承载力极限状态下荷载效应的基基本组合本组合，采用相应的分项系数；相应的分项系数；验算基础裂缝宽度正常使用极限状态下荷载效应的标准组合标准组合永久荷载效应控制的基本组合值取标准组合值的1.35倍S=1.35SK按按组成基础的材料分类组成基础的材料分类 砖基础;毛石基础;混凝土基础;毛石混凝土基础;灰土基础;三合土基础;钢筋混凝土基础。其中砖基础，毛石基础，混凝土基础，毛石混凝土基础，灰土基础，三合土基础，都只适合于建造无筋扩展基础。钢筋混凝土基础适合扩展基础等更多的型式。2.2 浅基础的类型按基础外形和按基础外形和结构型式分类结构型式分类 按基础结构和受力特点分类（规范分类法按基础结构和受力特点分类（规范分类法）按基础外形和按基础外形和结构型式分类结构型式分类 单独基础（独立基础）柱下单独基础（柱基础 的最经济型式：有无筋和配筋两种）条形基础 墙下条形基础（墙基础的最经济型式：有无筋和配筋两种，设于砖墙或剪力墙下）柱下条形基础(钢筋混凝土基础)十字交叉条形基础(钢筋混凝土基础)筏板基础(钢筋混凝土基础)箱形基础(钢筋混凝土基础)1.无筋扩展基础(刚性基础）特点：特点：（1）砖、石、灰土、素混凝土等材料抗拉强度很低（2）有基础台阶宽高比(刚性角)要求适用条件适用条件：多层民用建筑和轻型厂房按基础结构和受力特点分类（规范分类法按基础结构和受力特点分类（规范分类法）柱下单独基础墙下条形基础2.扩展基础(柔性基础)特点（特点（1）钢筋混凝土材料 （2）要满足抗弯、抗剪和抗冲切等结构要求适用条件适用条件：宽基浅埋F支模板支模板2mx2m2mx2m某工程柱下独立基础某工程柱下独立基础矩形联合基础梯形联合基础连梁式联合基础特点特点：调整相邻两柱沉降差、防止两柱相向倾斜适用条件适用条件：两柱设立独立基础时，其中一柱受限；两柱间距较小而基底面积不足或荷载偏心过大等。3.3.联合基础联合基础4.4.柱下条形基础柱下条形基础（1）单向条形基础：在同一轴线（或同一方向）上若干个单独基础联合组成的长条形连续基础。（2）十字交叉条形基础：在柱网下纵横两个方向用条形基础连接组合而成。特点：抗弯刚度大，具有调整不均匀沉降的能力。适用条件：地基较软，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相碰时。某工程柱下条形基础某工程柱下条形基础5.5.筏形基础筏形基础 筏形基础是指在建筑物的所有柱墙下面用钢筋混凝土做一块连续的整片基础，也称筏板基础，俗称“满堂红基础”。平板式 梁板式特点特点：基底面积大。整体性好，调整不均匀沉降能力强，抗震性好适用条件适用条件：“硬壳层持力层，较均匀软弱地基上6层及其以下承重横墙密集的民用建筑。某工程现场筏板基础钢筋网某工程现场筏板基础钢筋网6.6.箱形基础箱形基础 箱形基础是筏形基础的进一步发展，它是由顶板、若干纵横墙和底板所组成的整体结构，如同一只埋在土中的刚性密闭的箱子。特点：特点：显著减少基底压力，降低基础沉降，抗震性能好 钢筋水泥用量较大，工期长，造价高，基坑施工及护壁，对周围环境影响适用条件适用条件：高层建筑7.特种基础特种基础(1)壳体基础壳体基础由正圆锥形及其组织形式构成的壳体基础，一般用于筒形的独立构筑物（如烟囱、水塔、料仓、中小型高炉等）的基础。(2)岩层锚杆基础岩层锚杆基础岩层锚杆基础适用于直接建在基岩上的柱基，以及承受拉力或水平力较大的建筑物、构筑物基础。壳体基础岩层锚杆基础 常见浅基础特点总结常见浅基础特点总结单独基础 条形基础 筏形和箱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 2.3 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择持力层选择持力层选择1.基础埋深的概念基础埋深的概念 基础埋置深度是指基础底面至设计地面的距离。2.确定基础埋深的意义：选择了基础埋置深度就选择了地基持力层，反之亦然。3.确定基础埋深的原则：1)在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础尽量浅埋 2)当上层土强度大于下层土时，宜采用上层为持力层。3)高层建筑应有足够的埋深来保持其稳定性。4)除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸4.4.基础埋深基础埋深基本要求基本要求：1)1)D大于大于50cm：表土扰动，植物，冻融，冲蚀：表土扰动，植物，冻融，冲蚀2)基础顶面距离表土大于基础顶面距离表土大于10cm：保护作用：保护作用3)桥基要求在冲刷深度以下桥基要求在冲刷深度以下d大于大于10cm5.基础埋深d的取值1）一般至室外标高算起；2）在填方整平地区，可至填土地面标高算起。3）对于地下室，如采用箱形或筏形基础时，至室外标 高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地 面标高算起。2.3.1建筑结构条件与场地环境条件建筑结构条件与场地环境条件(一一)考虑建筑物地下空间的使用功能要求考虑建筑物地下空间的使用功能要求基础埋深的影响因素基础埋深的影响因素2、电梯缓冲坑：自地面向下至少1.4m1 1、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。地下管道应在基底以上，便于维修。F(二二)考虑建筑物的高度和荷载大小的影响考虑建筑物的高度和荷载大小的影响承载力变形高层建筑基础筏形基础和箱形基础1/151/181/20桩箱或桩筏基础（不计桩长）（不计桩长）输电塔基础 要求较大的埋深 提供足够的抗拔阻力 以上规定不包括岩石地基，岩石地基上的高层以上规定不包括岩石地基，岩石地基上的高层主要考虑抗滑要求主要考虑抗滑要求(三三)考虑相邻建筑物的影响考虑相邻建筑物的影响1.新建筑物基础埋深不宜大于不宜大于原有建筑物基础。2.当埋深大于原有建筑物基础时，两基础间应保持一定净距3.否则要求支护并且严格限制支护的水平位移分段施工，设置临时加固支撑、打板桩、地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物地基。(四四)基础埋深不同时基础埋深不同时(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 重要设备的基础需加大埋深 地下室与非地下室交界处的基础 山坡上的房屋L/H=12三三 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸台北国际金融中心台北国际金融中心只有低层房屋可用,否则处理尽量浅埋若h1太小就为IIh14 m 桩基或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 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸h1基础条件由其它条件确定时，尽可能浅埋2.3.2工程地质条件工程地质条件1)根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层2.3.2工程地质条件工程地质条件2)置于边坡上的基础置于边坡上的基础=3.5 条形基础 =2.5 矩形基础 2.3.3水文地质条件水文地质条件地下水的埋藏条件地下水的埋藏条件1)尽量考虑将基础置于地下水位以上。2)埋在地下水位以下时，考虑:基坑排水、坑壁围护、保护地基土不受扰动出现涌土、流砂的可能性；地下室防渗；轻型结构物 上浮托力；地下水浮托力 基础底板的内力 3)承压含水层的地基，控制基坑开挖深度，防止基坑隆起开裂向下的土压力 向上的承压水压力 一般取0.70.9。2.3.4地基冻融条件地基冻融条件 季节性冻土：是冬季冻结、天暖解冻，每年冻融交替一次的土层，在我国北方地区分布广泛。多年性冻土：指连续保持冻结状态三年以上的土层，其性质较复杂，属特殊土地基，另见专著。1.冻土分类冻土分类冻胀：冻胀：冻胀力，地面隆起 融陷融陷：强度降低，建筑物下陷建筑物开裂损坏不均匀沉降冻深毛细区毛细区地下水地下水冻结区冻结区2.2.冻胀机理冻胀机理毛细水毛细水土颗粒土颗粒结合水结合水冰冰水变成冰的体胀水变成冰的体胀自由水冻结温度自由水冻结温度0oc，结合水冻结温度，结合水冻结温度-0.5-30oc基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸吸引毛细水吸引毛细水自由水自由水+外层外层(弱弱)结合水冻结结合水冻结,形成冰针形成冰针,冰透镜冰透镜结合水膜变薄结合水膜变薄,离子浓度加大离子浓度加大,吸力增加吸力增加吸引地下水吸引地下水 粗粒土：无冻胀粗粒土：无冻胀 坚硬粘性土：冻胀微弱坚硬粘性土：冻胀微弱 粉土：冻胀最严重粉土：冻胀最严重 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸3.3.影响冻胀的因素：影响冻胀的因素：土性(土的粒径大小土的粒径大小)，含水量的多少，地下水位高低4.冻胀性划分冻胀性划分：建筑地基规范根据冻土层的平均冻胀率的大小，将地基土划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。注：注：冻胀区的基础，应保证有足够的埋深，使基底达到或基本达到冻胀影响深度以下，从而避免冻害。5、冻胀土中基础埋深的要求冻胀土中基础埋深的要求 dmin zd hmax Zd 设计冻深；Z0 标准冻深；hmax允许残留冻土最大厚度ZdZ0dmin室内地面hmax2.4 2.4 地基承载力地基承载力 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承载力。2.4.12.4.1地基承载力的概念及设计理论地基承载力的概念及设计理论1.1.地基承载力的概念地基承载力的概念 地基承载力特征值地基承载力特征值fa：指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内线性变形段内规定的变变形形所对应的压力值压力值。sp spcr pufasa p地基承载力特征值特点：地基承载力特征值特点：1.地基承载力特征值实质就是容许承载力容许承载力2.按正常使用正常使用 极限状态极限状态原则确定3.以地基的变形地基的变形作为控制标准 重要性系数分项系数分项系数1）容许承载力理论2）极限承载力理论安全系数法3）极限承载力理论分项系数法2.2.地地基基承承载载力力设设计计理理论论1)容许承载力理论承载力：塑性区开展范围：Pcr，P1/4，s/b=0.01-0.02（载荷试验）、计算公式荷载：标准值（组合）F塑性区容许承载力容许承载力:确保地基不发生剪切破坏而失稳，同时又保证建筑物的沉降不超过允许值的最大荷载。1)容许承载力理论在载荷试验中可以由其比例界限确定；按一定沉降比人为规定，例如s/b0.002在理论计算中可以由塑性区发展理论中的临塑荷载pcrp1/4、p1/3确定。按容许承载力理论确定的承载力，其沉降一般也会满足要求，常常不需进行沉降验算。在这种设计中，工程的安全性和可靠性是无定量的概念。因而是一种经验的设计方法。其设计荷载可取为标准值或标准组合。2)极限承载力理论安全系数法承载力：极限承载力理论公式、平板载荷试验极限值/安全系数（23）荷载：采用标准值（组合）在这一理论方法中，其安全程度用单一的安全系数K表示，但这一安全系数反映多大的失事概率是不得而知的。对于地基承载力问题，单一安全系数法的一般表达式为：3)极限承载力理论分项系数承载力：采用标准值除以承载力分项系数荷载：荷载效应组合的代表值分项系数 设计值S（基本组合）基于可靠度理论的分项系数设计方法也是一种极限状态设计方法。由于工程中的荷载和抗力都是随机变量，有多少可能使荷载大于抗力而失事是一个随机事件。破坏的概率（可能性）决定于两个随机变量的均值（众值，中值及某个分位值）及其分布。3)极限承载力理论分项系数R，SR，Sf(S)f(R)RSRS岩土工程的不确定性土层剖面与边界的不确定性现场与实验室岩土指标的不确定性现场应力与孔隙水压力的不确定性外加荷载及其分布的不确定性计算理论和方法的不确定性应力变形的机理不清楚。可靠度设计：有待于科技发展和资料的积累2.4.2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按土的抗剪强度指标以理论公式计算按土的抗剪强度指标以理论公式计算载荷试验载荷试验按规范提供的承载力表确定（地方规范）按规范提供的承载力表确定（地方规范）经验方法经验方法 1）理论公式P20 fa=Mb b+Md md+Mcck 注：注：以 p1/4=NB/2+Nq d+Ncc为理论依据1、按土的抗剪强度指标确定、按土的抗剪强度指标确定2）规范推荐的公式24时，Mb实际比理论大3）公式运用的注意问题公式运用的注意问题 （1）取值（2）对b的限制。（3）应进行地基变形验算。2.载荷试验法载荷试验法 载荷板的测试范围：在现场通过0.250.50m2的载荷板对扰动较少的地基土体直接施荷，所测得的成果一般能反映相当于12倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。规范要求:对地基基础设计等级为甲甲级级的建筑物采用载荷试验、理论公式计算及其他原位试验等方法综合确定。千千斤斤顶顶荷载板荷载板载荷板试验的主要优缺点：载荷试验可靠性高；费时、耗资；试验只能反映浅层地基的承载力。图 载荷板与实际基础对地基的影响深度比较 (a)载荷试验 (b)实际基础 确定地基承载力特征值确定地基承载力特征值(一)p-s曲线“陡降型”取值主要由地基强度控制（二）p-s曲线“缓变型”取值主要由地基允许变形控制常出现于低压缩性土常出现于中、高压缩性土(一)p-s曲线“陡降型”取图中的比例界限荷载作为承载力特征值对于少数呈对于少数呈“脆性脆性”破坏的土，破坏的土，P Pb b与极限载荷很接近，与极限载荷很接近，当当P Pu u2P2Pb b时，取时，取P Pu u/2/2作为承载力特征值。作为承载力特征值。（二）p-s曲线“缓变型”当压板面积为0.250.50m2时，规定取s/b=0.010.015所对应的荷载作为承载力特征值 ，但其值不应大于最大加载量的一半。确定地基承载力特征值确定地基承载力特征值 同一层土，应选择三个以上试验点，得到 则 取（一）根据现场载荷试验确定 (二)根据室内饱和单轴抗压强度试验计算确定 静力触探；动力触探；标准贯入试验等当地基基础设计等级为甲级和乙级时，应结合室内试验成果综合分析，不宜单独应用。地基承载力的修正计算地基承载力的修正计算 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础宽度和埋置深度进行修正，才能供设计使用。修正原因:修正公式b基础底面宽度（m）；b取值范围36 md基础埋置深度（m）；2.4.3地基变形验算地基变形验算地基变形验算目的地基变形验算目的保证建筑物安全、正常使用和外观。变形验算的要求变形验算的要求：建筑物的地基特征变形计算值，不应大于地基特征变形允许值，即 地基特征变形计算值 变形特征允许值。注：传至基础上的荷载应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合准永久组合（不应计入风荷载和地震作用）。沉降量沉降差倾斜局部倾斜地基变形特征：地基变形特征：对各种建筑物产生危害的不利沉降形式。对各种建筑物产生危害的不利沉降形式。地基变形特征地基变形特征的四种类型的四种类型(1)沉降量沉降量指基础某点的沉降值。控制对象：控制对象：对于单层排架结构，体型简单的高层建筑基础，高耸结构基础的沉降量应注意验算。(2)沉降差沉降差 一般指相邻柱基中点的沉降量之差。控制对象：控制对象：是不均匀沉降的一种，框架结构容易出现这种情况的破坏。（3）倾斜）倾斜 指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。控制对象：控制对象：高耸结构、长高比很小的高层建筑（4）局部倾斜）局部倾斜 指砌体承重结构沿纵向610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。控制对象：控制对象：一般砌体承重结构房屋的长高比不太大，易出现这种不均匀沉降。它是砌体承重结构的主要变形特征。变形验算的规定变形验算的规定1、根据建筑物的情况，按表2-6进行相应的验算。2、对于重要的或体型复杂的、或对不均匀沉降有严格要求的建筑物，应作变形观测。3、必要时，需预估建筑物施工期间和使用期间地基的变形值，以便预留建筑物有关部位之间的净空，选择连接方法和施工顺序。2.5 基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定基本原则基本原则:所有建筑物的地基计算均应满足承载力要求所有建筑物的地基计算均应满足承载力要求基本条件基本条件:基底压力的标准值标准值不大于承载力的特征值特征值 pk fa2.5.1按地基持力层的承载力计算基底尺寸按地基持力层的承载力计算基底尺寸1、中心荷载作用下的基础、中心荷载作用下的基础 要求要求 pk fa中心荷载作用下的基础 例1 例图7.2解:1.确定基础埋深:为了便于施工，基础宜建在地下水位以上，故选择粘土层作为持力层，初步选择基础埋深d=1m。2.对持力层土进行深度修正:埋深范围内土的加权平均重度：持力层土的承载力特征值 3.取1m长的条基作计算单元基础宽度 取该承重墙下条形基础宽度b1.25m。4.验算:满足要求。2 2、偏心荷载作用下的基础、偏心荷载作用下的基础 单向偏心荷载作用下的基础要求要求 pk fa ae3ae不对称布置不对称布置由于基底与土之间不能传递拉应力，基底压力重新分布如图。要求3a 0.75l即脱开面积小于25%四四 基础的验算基础的验算不满足时：1）增加A2）增加l,减少b,A不变3）基础不对称布置抗震设计抗震设计:高宽比大高宽比大于于4 4的高层建筑的高层建筑,不不宜有拉应力宜有拉应力;其它建其它建筑脱开面积不应超筑脱开面积不应超过过15%15%。计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸逐次渐近试算法（1）先仅考虑中心荷载，对地基承载力仅进行深度修正，并按中心荷载作用下的公式（2-18），计算基础底面积A0;（2）考虑偏心影响，加大A0。一般按经验可根据偏心距的大小增大10%40%，使A（1.11.4）A0。对矩形底面的基础，按A初步选择相应的基础底面长度l和宽度b，一般：l/b1.22.0；（3）计算偏心荷载作用下的pkmax、pkmin，并对地基承载力进行深宽修正，再验算是否满足公式（2.16）和（2.21）的要求；如果不适合（太小或过大），可调整基础底面长度l和宽度b，再验算；如此反复一、二次，便能定出合适的基础底面尺寸。注意：基底压力pkmax、pkmin相差过大则容易引起基础 倾斜，高、中压缩性地基土上的基础 低压缩性地基土上的基础(短暂作用）2.5.2软弱下卧层验算软弱下卧层验算 软弱下卧层软弱下卧层是指在基础持力层以下，成层地基的受力范围以内，承载力明显低于持力层的高压缩性土层。F p-pc0dzpc0pcz软土软土Es1Es2基础的验算基础的验算2、验算要求、验算要求其埋深应取从地面到软弱下卧层顶面的距离。传递到软弱下卧层顶面处的附加应力与土的自重应力之和传递到软弱下卧层顶面处的附加应力与土的自重应力之和不超过下卧层的承载力不超过下卧层的承载力 3、附加应力按简化的、附加应力按简化的“压力扩散角法压力扩散角法”根据基底处总附加应力等于扩散后面积上的总应力求出，则软弱下卧层顶面处附加应力软弱下卧层顶面处附加应力=基底处总附加压力基底处总附加压力/扩散后面积扩散后面积矩形基础矩形基础 条形基础条形基础 注意注意:扩散角 与Es1/Es2及z/b有关 持力层太薄，不起作用4、软弱下卧层强度不足应采取的措施、软弱下卧层强度不足应采取的措施 1）增大基础底面积；2）减小基础埋深；3）对软弱下卧层进行地基处理，用人工方法提高其承载力；4）变换地基持力层，或采用深基础避开软弱下卧层【例2】解：解：条形基础条形基础 水下土的有效重度 软弱下卧层顶面处土的自重应力值查表得 软弱下卧层顶面处的附加应力值 软弱下卧层顶面以上土的加权平均重度 不满足要求。考虑增大基底面积。设条形基础宽3.37m，由题意，加大基底面积后，持力层承载力也肯定满足要求，不用再验算。这时，基底压力：重新验算软弱下卧层承载力：满足要求。方形基础方形基础 查表得 满足要求。2.5.4地基稳定性验算地基稳定性验算 承受水平荷载的高耸、高层建筑物、边坡上的建筑物承受水平荷载的高耸、高层建筑物、边坡上的建筑物 1、在水平和竖向荷载共同作用下，基础和深层土层一起发生整体滑动时，采用圆弧滑动面法进行验算。2、满足下式条件的边坡上建筑物，可不进行验算；若不满足，则进行土坡稳定性验算。=3.5 条形基础 =2.5 矩形基础 扩展基础破坏形式扩展基础破坏形式剪切冲切弯曲四四 基础的验算基础的验算2.6扩展基础设计扩展基础设计一、无筋扩展基础结构计算一、无筋扩展基础结构计算受力特点：脆性材料（抗拉、抗剪差）；必须控制基础内拉应力和剪应力；设计要求：按持力层承载力按持力层承载力确定基底尺寸基底尺寸，按满足刚性角（控制台阶宽高比）刚性角（控制台阶宽高比）确定截面尺寸截面尺寸构造要求：基顶埋深、基顶宽度、台阶高度、基础高度、垫层2.6.1无筋扩展基础设计无筋扩展基础设计计算公式:（一）无筋扩展基础的宽高比限值无筋扩展基础构造示意刚性角，大小取决于基础材料和pk (荷载效应标准组合时基底处的平均压力)：(二)抗剪验算当混凝土基础的基础底面的平均压力值pk超过300kPa时，还应按下式验算墙（柱）边缘或变阶处的受剪承载力：无筋扩展基础的设计步骤1.根据已知的d，进行地基承载力特征值的深度修正。2.按持力层承载力确定基底尺寸b。3.按台阶宽高比允许值初选基础高度H0。4.确定每一级台阶的宽度bi，高度hi。注：为保证传力路线流畅，节省材料，施工方便，每一级台阶都宜符合宽高比要求。5.满足构造要求。如砖模等。2.6.2扩展基础设计类型：独立基础和墙下条形基础受力模型：倒置的悬臂梁。弯曲，剪切，冲切问题。一、设计荷载取值：一、设计荷载取值：1、确定基础配筋和验算材料强度，上部结构传来的荷载效应组合应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合；相应的基底反力为净反力净反力（不包括基础自重和基础台阶上回填土重所引起的反力）。2、验算基础裂缝宽度，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。二、墙下钢筋混凝土条形基础的结构计算二、墙下钢筋混凝土条形基础的结构计算1.中心荷载：基底的净反力 一般取沿墙长度方向的基础进行分析 在基础底板内产生弯矩M和剪力V。-截面为结构控制截面，此截面上的弯矩M和剪力V为结构的控制内力。基础高度高度由混凝土受剪承载力受剪承载力确定2.偏心荷载计算基底净反力的偏心距 基础边缘处的最大和最小净反力为：基础结构抗剪和抗弯计算得出控制截面和相应的内力三、柱下钢筋混凝土独立基础结构计算柱下钢筋混凝土独立基础结构计算1 1、单独基础冲切破坏验算、单独基础冲切破坏验算确定基础高度确定基础高度45o要求要求 Fl VFl=Alpj V=0.7 hpftamh0Al为阴影面积为阴影面积 am冲切梯形的中线冲切梯形的中线计算要点：冲切力的作用面积计算要点：冲切力的作用面积冲切力作用面积冲切力作用面积A Al的计算的计算 a+2h0 l l2、单独基础弯矩计算、单独基础弯矩计算基基础底板配筋础底板配筋b0(b-b0)/2b(b-b0)/2(-0)/2 0(-0)/2III四块固定在柱边的悬臂板四块固定在柱边的悬臂板不均匀沉降产生的原因（1）地基条件，土层极软或不均匀；（2）上部结构荷载不均匀；（3）相邻建筑物影响；（4）其它原因：如堆载、开挖深基坑等2.8 减轻不均匀沉降损害的措施中、小建筑物破坏的一般规律1、砌体承重结构：主要是墙体开裂 斜裂缝、八字形裂缝、倒八字形裂缝2、框架等超静定结构：沉降差引起构件附加内力，梁、板等产生裂缝、柱倾斜建筑物开裂、倾斜、甚至破坏 如何解决不均匀沉降的问题？均匀沉降影响建筑物的功能和正常使用不均匀沉降1)选用条形基础、筏形基础、箱形基础2)采用桩基础或其它深基础；3）地基处理方法（采用人工地基）；4)从地基、基础和上部结构共同工作的观点为出发，在建筑、结构和施工方面采取某些措施。增强上部结构对不均匀沉降的适应能力减少沉降 解决途径具体措施一、减轻不均匀沉降的建筑措施一、减轻不均匀沉降的建筑措施1、建筑物的体型应力求简单、建筑物的体型应力求简单平面：一字形立面：高差最好不超过二层建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大（1）控制建筑物的长高比长高比：建筑物长高比是指它的长度L与其高度（屋顶檐口至基底的距离）Hf之比（2）合理布置纵、横墙：砌体结构 2、加强建筑物的整体刚度、加强建筑物的整体刚度建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:12.53.03、设置沉降缝、设置沉降缝 沉降缝从上部结构檐口到基础底面将建筑物分割成两个或多个独立单元 沉降缝要求：分割出的独立单元（或沉降单元），应满足体形简单、长高比小、结构类型不变和所在处的地基比较均匀等条件的要求。沉降缝作用：调整不均匀沉降。沉降缝设置的位置注意事项：注意事项：沉降缝内填塞杂物、两单元对倾过大、宽度不足，沉降缝失效决定相邻建筑物基础间净距的指标：决定相邻建筑物基础间净距的指标：4、恰当安排相邻建筑物基础间的净距、恰当安排相邻建筑物基础间的净距（1）同期建造的两相邻建筑物，低（或轻）者受高（或重）者的影响；（2）不同期建造的两相邻建筑物，原有建筑物受邻近新建高（或重）的建筑物的影响。相邻基础相邻基础附加应力叠加附加应力叠加不均匀沉降不均匀沉降受影响建筑（被影响者）影响建筑（产生影响者）刚度（长高比）预估平均沉降量 （地基压缩性、建筑规模）由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触对于不同期建造的两相邻建筑物，原有建筑物受邻近新建高（或重）的建筑物的影响。修建新建筑物：引起原有建筑物开裂修建新建筑物：引起原有建筑物开裂5、调整建筑物各部分的标高、调整建筑物各部分的标高原理原理：根据可能产生的不均匀沉降，将预估沉降量大的部分标高提高，待其沉降后达到预定的标高，与沉降小的部分协调一致。（1）室内地坪和地下设施的标高，应根据预估沉降量予以提高；（2）建筑物各部分（或设备之间）有联系时，可将沉降较大者标高提高；（3）建筑物与设备之间，应留有足够的净空；（4）当有管道穿过建筑物时，应预留足够尺寸的孔洞，或采用柔性的管道接头。二、减轻不均匀沉降的结构措施二、减轻不均匀沉降的结构措施1、减轻建筑物自重、减轻建筑物自重减轻墙重量：采用多孔砖，轻质墙等。选用轻型结构：采用预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构及各种轻型空间结构。减少基础和回填土重量：如采用空心基础、壳体基础、以及加空地板代替厚填土等。2、设置圈梁、基础梁（地圈梁）、设置圈梁、基础梁（地圈梁）平面内形成平面内形成闭合闭合的网状系统的网状系统。钢筋混凝土圈梁 钢筋砖圈梁（或钢筋砖带）增强建筑物的抗弯刚度增强建筑物的抗弯刚度 3、减小或调整基底附加压力、减小或调整基底附加压力减小基底附加压力减小基底附加压力：减轻建筑物自重设置地下室（或半地下室、架空层）改变基底尺寸改变基底尺寸：4、采用非敏感性结构采用非敏感性结构排架、三铰拱等铰接结构排架、三铰拱等铰接结构选择和调整基础底面尺寸调整基底压力减少沉降差三、减轻不均匀沉降的施工措施三、减轻不均匀沉降的施工措施1、合理安排施工程序、合理安排施工程序先重后轻（先建重的部分）先高后低（先建高的部分）先主体后附属(先建主体的部分)2、基础周围不宜堆载、防止施工的不利影响、基础周围不宜堆载、防止施工的不利影响 打桩，强夯，井点降水、深基坑开挖3、保护基底的地基土、保护基底的地基土 土的结构性 保持地基土的原状结构 开挖基槽时，保留约200mm；防水 本章小结本章小结1、地基基础设计首先要满足安全和正常使用的要求；按承载力极限状态设计是为保证建筑物的安全，而正常使用的要求是由正常使用极限状态验算来保证；地基基础按以上两个状态设计。2、基础埋深受很多因素的影响，在满足安全可靠的前提下尽可能浅埋，可便于施工和降低造价。3、无筋扩展基础设计要求满足刚性角和材料模数；扩展基础可设计成多种形式，其截面尺寸和配筋需计算确定。4、基底尺寸首先由上部荷载和地基承载力确定，然后经过必要的验算加以修正，以满足两种极限状态的要求。5、地基、基础和上部结构共同工作的原理是减轻不均匀沉降危害的依据，在此基础上，从工程实践中，总结出建筑、结构、施工方面不少行之有效的措施。