【土力学与地基基础】第七章-浅基础设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 浅基础的常规设计,1,概述,一,.,几个概念,上部结构,:,指地表以上的建筑物,基础,:,指地表以下的结构,地基,:,受到上部结构和基础荷载影响的土,(,岩,),层,地基分类,:,天然地基,:,未经加工处理的地层,人工地基,:,经过加工处理的地层,基础分类,:,浅基础,:,基础的埋置深度小于基础宽度,深基础,:,基础的埋置深度大于基础宽度,地基基础方案,:,1.,天然地基,(,人工地基,),上的浅基础,2.,深基础,(,天然地基,):,主要介绍桩基础,3.,深浅结合基础,:,桩,-,筏基础,桩,箱基础,1,浅基础的特点,:,1.,施工角度,:,开挖基坑过程中,降低地下水位和维护坑壁稳定的问题,易于解决,2.,设计角度,:,设计过程中,只考虑基础底面以下土层的承载能力,而,忽略基础侧面土的竖向承载能力,3.,经济角度,:,基础埋深小,工程量小,易于施工,最为经济,.,如满足要,求,宜优先考虑,二,.,地基基础设计的内容与步骤,1.,选择基础的材料、类型,进行基础平面布置,2.,选择基础持力层和基础埋置深度,3.,确定地基承载力特征值,4.,按地基承载力确定基础底面尺寸,5.,必要时进行地基变形与稳定性验算,6.,进行基础结构和构造设计,7.,绘制基础施工图,提出施工说明,2,三,.,地基基础设计方法,作为简化的常规设计法,在工程设计中,通常把上部结构、基础和,地基三者分离开来,分别对三者进行计算,:,视上部结构底端为固定支,座或固定铰支座,作用在基础顶面,不考虑荷载作用下各墙、柱端部,的相对位移,基础底部的地基反力呈直线分布,并按此进行基础内力,分析,;,地基土上部作用线性分布的基底压力,按此进行地基土承载力,和沉降验算,四,.,地基基础设计基本规定,(,原则,),我国现行,建筑地基基础设计规范,中,根据地基复杂程度、建,筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响,正常使用的程度,将地基基础设计分为三个等级,:,见,p154,表,7.1,3,基本规定：,1.,各级建筑物均应满足地基承载力计算要求,;,满足对基础结构的强,度、刚度和耐久性的要求,4,2.,设计等级为甲级、乙级的建筑物,均应进行地基变形设计验算,3.p154,表,7.2,所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算,如有下列情况之一,仍应作变形验算,:,(1),地基承载力特征值小于,130kpa,且体型复杂的建筑物,(2),在地基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,(3),软弱地基上的建筑物存在偏心荷载,(4),相邻建筑距离过近,可能发生倾斜引起地基产生过大变形,(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,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,边坡附近的建筑物和构造物,尚应验算其稳定性,5.,基坑工程应进行稳定性验算,6.,当地下水埋藏较浅,建筑地下室内或地下构造物存在上浮问题时,应进行抗浮验算,5,6,为保证建筑物的安全,地基基础必须满足下列要求,:,1.,承载力要求,:P,k,f,a,P,k,:,基础底面的平均压力值,计算时采用荷载效应标准组合,f,a,:,修正后的地基承载力特征值,2.,正常使用要求,:S,s,S:,建筑物地基的变形值,s,:,建筑物地基的允许变形值,五,.,地基基础实际所需资料,1.,建筑场地的地形图,2.,岩土工程勘察成果报告,3.,建筑物平面图、立面图、荷载、特殊结构物布置与标高,4.,建筑场地环境、相邻建筑物基础类型与埋深、地下管线分布,5.,工程总投资与当地建筑材料供应情况,6.,施工队伍技术力量与工期的要求,六,.,荷载规定,7,作用在基础顶面上的荷载,中心竖向荷载,;,偏心竖向荷载,;,中心竖向及水平向荷载,;,偏心竖向荷载和水平荷载,荷载类型,:,(,一,),静荷载,:,长期作用在基础上,是引起基础沉降的主要因素,1.,建筑物和基础自重,2.,固定设备重量,3.,土压力,4.,水压力,(,二,),活荷载,1.,普通活荷载,:,只影响沉降,常见动力荷载、车辆荷载,2.,特殊活载,:,影响地基稳定性,常见有地震、风载,8,2,浅基础的类型,一,按基础材料分类,(,一,),刚性基础,特点：抗拉抗剪强度不高,为了使基础内产生的拉应力、剪应力不大,需要限制基础沿柱或,墙边挑出的宽度,无筋扩展基础台阶宽高比的允许值，见,p156,表,7.3,9,10,1.,砖基础,砖砌体具有一定的抗压强度,但抗拉抗剪强度低,一般基础底面,以下先做,10cm,厚的混凝土垫层,.,一般可用作六层及六层以下的民用,建筑和墙承重的厂房,2.,毛石基础,毛石指未经加工凿平的未风化石料,.,由于毛石之间间隙较大,如果,砂浆粘结的性能较差,则不能用于多层建筑物,且不宜用于地下水位,以下,但毛石抗冻性较好,北方地区可用于七层以下的建筑物基础,3.,灰土基础,灰土是用石灰和土料配制而成的,(,体积比,3:7,或,2:8),在槽坑内分,层夯实,灰土基础宜在计较干燥的土层中使用,其本身具有一定的抗,冻性,在我国华北和西北地区,广泛用于五层及以下的民用房屋,11,12,4.,三合土基础,三合土是由石灰、砂骨料,(,矿渣,碎砖,碎石,),加水混合而成,(,体积,比,1:2:4,或,1:3:6),均匀铺入坑槽内,分层夯实,三合土强度较低,一,般只用于四层及以下的民用建筑,5.,混凝土基础,混凝土基础抗压强度,耐久性和抗冻性比较好,常用于荷载较大的,墙柱处,.,如在混凝土基础中埋入体积占,25-30%,的毛石,.,即成毛石混凝土结,构,可节省水泥用量,(,二,),柔性基础,特点：承受力矩和剪力的能力较好,常在荷载较大或地基较差的情况下使用,钢筋混凝土基础,:,是良好的材料,其强度,耐久性和抗冻性都较好,以,钢筋受拉,混凝土受压为特点,13,二,.,按结构形式分类,1.,独立基础,(1),柱下独立基础,所用材料,:,刚性材料,钢筋混凝土,剖面形状,:,矩形,台阶状,锥形,杯口形,平面形状,:,正方形,矩形,(2),墙下独立基础,相邻独立基础,用过梁连接,过梁承受上部墙荷载,2.,条形基础,指基础的长度远大于宽度的基础形式,(1),墙下条基,所用材料,:,刚性材料,钢筋混凝土,横剖面形状,:,矩形,台阶状,锥形,14,15,(2),柱下条基,柱下独立基础联成一条形成,(3),十字交叉基础,纵横柱下独立基础连在一起形成,3.,筏板基础,当柱下十字交叉基础底面积占建筑物平面面积的比例较大时,或,建筑物在使用上有要求,可在建筑物的柱,墙下方做成一块满堂板基,础,.,筏板基础由于其底面积大,故可减小地基上单位面积的压力,提,高地基承载力,并能更有效地增强基础的整体性,调整不均匀沉降,4.,箱型基础,(,补偿基础,),由钢筋混凝土底板、顶板和纵横内外隔墙组成,形成一只刚度极,大的箱体,三,.,浅基础型式的选择,1.,地基承载力要求,尽可能选择简单的基础型式,16,17,2.,变形要求,3.,建筑物使用要求,18,3,基础埋置深度的选择,埋置深度,:,基础底面至设计地面的垂直距离,浅基础埋深的原则,:,凡能浅埋的尽量浅埋,.,除岩石地基外,基础最小,埋深不宜小于,0.5m,19,影响基础埋深的因素,:,一,.,建筑物的用途、基础的形式和构造,1.,具有地下室或半地下室的建筑物,其基础埋深必须结合建筑物地,下部分的设计标高来选定,2.,在基础影响范围内有地下管线分布时,基础埋深应低于这些设施,的底面,3.,为保护基础不受人类和生物活动的影响,基础应埋置在地表以下,一般基础顶面应低于设计地面,0.1m,同时又要便于建筑物周围排,水沟的布置,二,.,作用在基础上的荷载特征,1.,荷载大,埋深加大,2.,长期作用有较大水平荷载和位于坡顶,坡面的基础,应有一定的埋深,以确保,基础的稳定性,d,min,(b-a)tan,3.,承受上拔力的结构,要求有一定的埋深,以提供足够的抗拔阻力,20,三,.,工程地质水文地质条件,(,一,),工程地质条件,基础应尽可能埋置在良好的持力层上,以满足建筑物对地基承载,力和地基允许变形值的要求,当地基受力层范围内存在软弱下卧层,时,软弱下卧层的承载力和地基变形也应满足要求,在工程地质勘察报告中,已经说明了建筑场地的岩土体分布规律、,性质,为持力层选择提供了依据,:,1.,在建筑物影响范围内,自上而下均为良好土层,尽量浅埋,2.,自上而下都是软弱土层,基础难以找到良好的持力层,这时考虑人,工地基或深基础,3.,上部为软弱土层,下部为良好土层,一般情况,软弱土层厚度小于,2m,应选取下部土层,;,软弱土层厚度大,宜考虑人工地基或深基础,4.,上部为良好土层,下部为软弱土层,此时基础应尽量浅埋,(,二,),水文地质条件,21,1.,基础尽量埋置地下水位以上,以避免地下水对基坑开挖、基础施,工和使用期间的影响,2.,基础埋深低于地下水位,则应考虑施工期间的降水、坑壁的支护,以及是否可能产生流砂,涌土等问题,对于具有侵蚀性的地下水,应采用抗侵蚀的水泥品种和相应的措施,四,.,相邻建筑物基础埋深的影响,1.,靠近原有建筑物修建新基础,为了不影响原有基础的安全,新基础,埋深最好不低于原有的基础,2.,如必须超过时,设计时应与原基础保持一定净距,L(1-2)h,3.,如不能满足,L,则施工期间应采取措施,如分段施工,设临时支撑等,五,.,地基土冻胀和融陷的影响,最小埋置深度,:,d,min,=z,d,-h,max,Z,d,:,设计冻深,h,max,:,基础下允许残留冻土的最大深度,22,4,地基承载力特征值,确定地基承载力特征值的方法,:,一,.,静载荷试验法确定地基承载力,(,一,),某点上地基承载力特征值,由现场载荷试验得到荷载,p,与沉降,s,的关系曲线,由此来确定地基,承载力特征值,:,1.,对于密实砂土、硬塑粘土等低压缩性土,(1),取,p-s,曲线上的比例界限荷载,作为承载力特征值,(2),当极限荷载小于对应比例荷载值的,2,倍时,取极限荷载的一半作,为承载力的特征值,2.,对于有一定强度的中,高压缩性土,取,s/b=1.01-0.015,所对应的荷载,作为承载力特征值,(,二,),地基承载力特征值,同一土层参加统计的试验点数不应少于,3,当试验实测值的最大值与,最小值的极差不超过平均值的,30%,取平均值作为地基承载力特征值,23,24,二,.,理论公式法确定地基承载力,(,一,),规范推荐公式,规范规定,当荷载偏心距小于或等于,0.033,倍基础宽度时,根据浅,基础地基的临界荷载公式,确定地基承载力,:,f,a,=M,b,rb+M,d,r,m,d+M,c,C,k,fa:,由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值,M,b,M,d,M,c,:,承载力系数,均为土的内摩擦角的函数,查表,b:,基础宽度,当基础宽度大于,6m,时按,6m,取值,对于砂土,小于,3m,时按,3m,取值,d:,基础埋置深度,r:,基础底面以下土的重度,地下水位以下取有效重度,r,m,:,基础底面以上土的加权平均重度,C,k,:,基底下一倍宽深度内土的粘聚力标准值,(,二,),极限承载力公式,25,三,.,按地基规范承载力表确定,f,ak,=f,o,四,.,当地经验法确定地基承载力,根据当地经验,进行类比判断承载力的方法,五,.,修正后的地基承载力特征值,从载荷试验或其它现场试验、经验值等方法确定的地基承载力特,征值,应根据基础的埋深和基础宽度进行修正,:,f,a,=f,ak,+,b,r(b-3)+,d,r,o,(d-0.5),f,a,:,修正后的地基承载力特征值,f,ak,:,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,查,p167,表,7.10,b:,基础宽度,当基础宽度大于,6m,时按,6m,取值,小于,3m,时按,3m,取值,d:,基础埋置深度,r:,基础底面以下土的重度,地下水位以下取有效重度,r,o,:,基础底面以上土的加权平均重度,26,27,28,29,30,31,5,基础地面尺寸的确定,一,.,按地基持力层的承载力计算基底尺寸,(,一,),中心受荷基础根据规范要求,:pf,a,基底压力,:,得到,:,对于方形基础,:,A=bL=b,2,对于矩形基础,:,A=bL=nb,2,(n=L/b),对于条基,:,A=b*1,32,(,二,),偏心受荷基础,1.,先按照中心荷载作用,计算基底初步尺寸,A,o,2.,根据偏心距的大小,扩大,A,o,至,A=(1.1-1.4)A,o,二,.,地基承载力验算,(,一,),持力层承载力验算,1.,中心荷载作用下,Pf,a,2.,偏心荷载作用下,Pf,a,P,max,1.2f,a,P,min,0,(,二,),软弱下卧层承载力验算,规范要求,软弱下卧层顶面处,:,自重应力,cz,+,附加应力,z,软弱下卧层承载力特征值,f,a,下,1.,软弱下卧层顶面自重应力,cz,33,cz,=r,o,d+rz,2.,软弱下卧层顶面附加应力,z,按应力扩散原理进行计算,:,z,A,=p,o,A,z,=(p-r,o,d)A/A,(1),对于矩形基础,(2),对于条形基础（,L=1m),3.,软弱下卧层承载力特征值,f,a,下,f,a,下,=f,ak,下,+,d,r,o,(d+z-0.5),r,o,:,软弱下卧层顶以上土层加权平均重度,34,例：某土层分布及物理性质指标如图示，现修一框架结构外柱基,础，柱截面为,300*400mm,2,，作用在基础顶面处的荷载设计值为：轴,心荷载,700kn,，力矩,80kn.m,，水平荷载,13kn,，基础埋深,1.0m,（自室,外地面起算），室内地面高于室外,0.3m,，试确定基础底面尺寸,解：,1.,确定持力层承载力,根据规范查表，,f,o,=240kpa,b,=0.3,，,d,=1.6,f,ak,0.91,240,218kpa,f,a,=218+1.6,17.5,(1-0.5)=232kpa,f,a,1.1,218,240kpa,取,f=240kpa,2.,确定基底尺寸,1,）按轴心荷载确定基底初始尺寸,1.8m,2,）扩大基底尺寸,10%,淤泥质粘土,w=40%s=0.89 Es,2,=3.2Mpa,-1,Es,1,=9.6Mpa,-1,35,取,L/b=1.5 L=1.5b,A=1.5b,2,=1.1Ao=1.1,3.23=3.55m,2,b=1.54m,取,b=1.6m,L=1.5,1.6,2,=2.4m A=1.6,2.4=3.84m,2,3.,承载力验算,1,）持力层承载力验算,持力层承载力满足要求,36,2,）下卧软层承载力验算,根据规范查表，,f,o,=90kpa,b,=0,，,d,=1.1,f,k,0.89,90,80kpa,f=80+1.1,17.5,(1.8+1.0-0.5)=124.2kpa,cz,=17.5,(1.8+1.0)=49kpa,E,s1,/E,s2,=9.6/3.2=3.0 z=1.8m,0.5b=0.8m,取,=23cz,+,z,=49+58.7=107.7kpa,f=124.2kpa,下卧软层承载力满足要求,37,6,地基变形验算与稳定性验算,一,.,地基变形的特征值,1.,沉降量,:,一般指基础中点的沉降量,2.,沉降差,:,指相邻两基础的沉降量之差,3.,倾斜,:,指基础倾斜方向两端的沉降差与其距离之比,4.,局部倾斜,:,承重砌体沿纵墙,6-10m,内基础两点的沉降差与其距离之,比,二,.,地基变形验算,规范要求,:S,s,S:,地基变形特征值,不同的建筑物对不同的地基变形特征值的敏感程度不同,因此,设,计中针对上部结构特点、整体刚度和使用要求的不同,计算地基沉,降的某一特征值,进行验算,控制各类建筑物地基变形的变形特征值及地基变形允许值,s,见,p178,表,7.20,38,39,40,三,.,防止有害地基变形的措施,（一）减小建筑物的沉降,1.,外因方面,减小基底压力：增大基底面积；采用轻型材料,减小基底附加压力：增大基础埋深,;,采用补偿基础,2.,内因方面：通过地基处理，减小地基的压缩性能,（二）增强上部结构对地基变形的适应能力,1.,建筑措施（布局）,尽量使上部荷载均匀分布，即建筑平面布置要简单，高差不要太,大；相邻建筑要有合适的净距,2.,结构措施,增加均衡作用，即降低建筑物长高比，可把建筑分成几个独立体，,在适当的位置设置沉降缝；加强上部结构的刚度，增加对沉降差的,适应程度；加强上部结构的整体性,3.,施工措施,调整施工顺序；加强基坑开挖时基底的保护；对基底土进行处理,41,四,.,地基稳定性验算,1.,抗倾覆稳定性验算,2.,抗滑移稳定性验算,3.,地基稳定性验算,按边坡稳定性分析方法验算,42,7,无筋扩展基础设计,无筋扩展基础,(,刚性基础,):,指由砖、毛石、混凝土,灰土、三合土等,材料组成的墙下条基或柱下独立基础,特点,:,抗压强度高,抗拉强度和抗剪强度较低,因此必须控制基础内,的拉应力和剪应力,使其不超过材料强度,:,:,基础台阶宽高比允许值,查表,p156,表,7.3,8,扩展基础设计,扩展基础,(,柔性基础,):,指由钢筋混凝土材料构成的墙下条基或柱下,独立基础,特点,:,材料强度高,能够承受弯矩和剪力,一,.,扩展基础构造要求,43,1.,基础断面一般采用台阶形、锥形和矩形,基础高度大于,900mm,分,三阶,;,高度在,300-900mm,分二阶,.,锥形基础边缘高度一般不小于,200mm,2.,基础混凝土等级不宜低于,C15,3.,基础受力钢筋的最小直径不宜小于,10,100200;,分布钢筋,最小直径不宜小于,8,300,4.,基础下通常铺设低标号,(C5-C10),混凝土垫层,垫层厚度为,100mm,44,二,.,扩展基础计算,(,一,),柱下独立基础,1.,中心荷载作用,（,1,）确定柱下独立基础的高度,冲切验算,当基础高度不足时,将沿着柱周围或变阶处,产生冲切破坏,形成,45,斜裂面的角锥体,.,冲切,验算是在冲切角锥体以外的地基净反力引起的,冲切荷载,F,l,应小于基础冲切可能破坏面上的混,凝土的抗冲切强度,即有,:,F,l,0.7,hp,f,t,a,m,h,o,a,m,=(a,t,+a,b,)/2,F,l,=p,j,A,l,45,F,l,:,荷载效应基本组合时作用在,A,l,上的地基净反力产生的冲切荷载,hp,:,受冲切承载力截面高度影响系数,当,h800mm,时,取,1.0;,当,h2000mm,时,取,0.9;,其间按线形内插法取用,f,t,:,混凝土轴心抗拉强度设计值,h,o,:,基础冲切破坏角锥体的有效高度,a,m,:,冲切破坏锥体最不利一侧计算长度,a,t,:,冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长,a,b,:,冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长,p,j,:,地基净反力,p,j,=F/A,A,l,:,冲切验算时取用的部分基底面积,当,ba,t,+2h,o,时,:,46,当,b,a,t,+2h,o,时,:,解方程,求得,h,o,则基础高度,h,为,:,有垫层时,:h=h,o,+40mm,无垫层时,:h=h,o,+70mm,（,2,）基础配筋计算,基础抗弯验算,在地基净反力作用下,基础沿柱的四周向上弯曲,一般矩形基础,的长宽比小于,2,为双向板,双向受弯,.,当弯曲应力超过基础抗弯强度,时,就发生弯曲破坏,其破坏特征是裂隙沿柱角至基础角将基础底面,分裂成四块梯形面积,计算时，基础板看成固定在柱边的梯形悬臂,板,最大弯矩作用面在柱边缘处,47,48,2.,单向偏心荷载作用,（,1,）确定柱下独立基础的高度,冲切验算,P,n,用,P,nmax,替代,（,2,）基础配筋计算,基础抗弯验算,P,n,换成偏心受压时柱边基底反力,Pn,与,P,nmax,的平均值,49,柱边最大弯矩,:,p,gmax,p,gmin,:,相应于荷载基本组合时基础底面边缘最大最小地基净反,力,基础底面配筋按,混凝土结构设计规范,有关规定计算,.,基础底,板内受力钢筋面积,A,S,:,f,y,:,钢筋抗拉强度设计值,（二）墙下条形基础,1.,中心荷载作用,（,1,）确定墙下条形基础的高度,抗剪验算,50,V0.7,h,f,t,h,o,或,V0.25,h,f,c,h,o,f,t,:,混凝土轴心抗拉强度设计值,f,c,:,混凝土轴心抗压强度设计值,h,：截面高度影响系数，,当,h,o,800mm,时，取,h,o,=800mm,；,当,h,o,2000mm,时，取,h,o,=2000mm,基础为混凝土材料时：,V=p,g,a,1,基础为砖时：,V=p,g,(a,1,+0.06),p,g,:,基底净反力,a,1,:,上部承重墙边挑出的距离,51,（,2,）基础配筋计算,基础抗弯验算,在地基净反力作用下,基础沿墙边向上发生弯曲,基础为混凝土材料时：,基础为砖时：,2.,单向偏心荷载作用,用,p,nmax,替代,p,n,即可,3.,构造要求,52,53,思考题,1.,简述浅基础的设计内容,2.,以下,、,需要通过基础台阶宽高比确定基础高,度；,、,需要通过基础冲切验算确定基础高度,（,1,）墙下砖基础 （,2,）墙下钢筋混凝土基础,（,3,）柱下混凝土基础 （,4,）柱下钢筋混凝土基础,3.,钢筋混凝土独立基础,当基础厚度较小时,易发生,_,破坏，破,坏位置通常位于,或,处，当发生受弯破坏时，,最大弯矩作用面位置通常位于,或,处,;,钢筋混凝土条基,当基础厚度较小时,易发生,_,破坏,54,