基础工程第二章_浅基础

第二章 浅基础设计,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 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 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,强度问题,变形问题,地基中的应力状态,上部结构荷载,（自重应力 附加应力）,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,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,选择地基基础类型时要考虑的因素：,建筑物的性质,地基的工程地质 和水文地质条件,用途 重要性 结构形式 荷载形式 荷载大小,岩土层的分布 岩土的性质 地下水,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,设计步骤,二、浅基础设计方法,常规设计法,考虑地基基础上部结构相互作用的方法,三、地基基础设计原则,1、对地基计算的要求,地基复杂程度,建筑物规模,功能特征,建筑物破坏或影响 正常使用的程度,三级,甲级,乙级,丙级,分级 依据,地基基础设计等级 P9表2-1,2. 地基计算的要求,可不做地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围 P10表2-2,2.荷载取值规定 GB50007-2002,（1）按地基承载力确定基础底面面积或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下的标准组合。相应的抗力应取地基承载力特征值或单桩承载力特征值。 （2）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限状态下的荷载效应的准永久组合，不计入风荷载和地震作用。相应的限值为地基变形允许值。 （3）计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0。,（4）在设计基础或承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定各配筋和验算材料强度时，荷载效应应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。验算基础的裂缝宽度时，应按正常使用极限状态下的标准组合。 （5）由永久荷载效应控制的基本组合值可取标准组合值的1.35倍。 （6）基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数0不应小于1.0。,第二节 浅基础的类型,扩展基础 联合基础 柱下条形基础 柱下十字交叉基础 筏形基础 箱形基础 壳体基础,扩 展 基 础,无筋扩展基础,钢筋混凝土扩展基础,墙下钢筋混凝土条形基础,柱下钢筋混凝土独立基础,一、扩展基础,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：多层民用建筑和轻型厂房,1、无筋扩展基础(刚性基础),定义：由砖、毛石、混凝土等材料组成的无需配筋的墙下条形基础或柱下独立基础。,砖基础,毛石基础,混凝土基础,柱下单独基础墙下条形基础,2.扩展基础(柔性基础) 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：宽基浅埋,Individual footing, pad foundation,单独基础,支模板2mx2m,某工程柱下独立基础,墙下或柱下条形基础, 柱下:一般是土质差,两侧单独基础相连,Strip foundation,条形基础,二、联合基础,墙下联合基础柱下联合基础,类 型,三、柱下条形基础,某工程柱下条形基础,四、柱下十字交叉基础,具有良好的调整不均匀沉降的能力,五、筏形基础（又称筏板基础、片筏基础、 满堂基础）,土质更差,防水要求，十字交叉基础底面联成整体, 如游泳馆,筏下有肋,板下处理,某工程现场筏板基础钢筋网,六、箱形基础,由底板、墙和顶板形成箱，整体性更好,七、壳体基础,壳体基础 定义：由正圆锥形及其组合形成的壳体基础。 适用：一般工业与民用建筑柱基和筒形的构筑物（如烟囱、水塔、料仓、中小高炉等）。 种类：M型组合壳、正圆锥壳、内球外锥组合壳,由于荷载在壳体内主要引起轴向压力，故对于抗压性能较好的砖、石和混凝土等材料而言，采用壳体结构更能适应材料的特性。,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、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，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,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,第三节 基础埋置深度的选择,一、确定原则,在保证安全可靠的前提下，尽量浅埋。 注意： 1.基础埋深不小于0.5m（表土一般松软，易受雨水及外界影响）；随建筑物高度适当增大。 2.基础顶面低于设计地面0.1m以上，避免基础外露，受外界破坏。 3.桥要求在冲刷深度以下。 4.当上层土强度大于下层土时，宜采用上层为持力层。,2.3.1建筑结构条件与场地环境条件,(一)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,2、电梯缓冲坑：自地面向下至少1.4m,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)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,1/15,1/181/20,桩箱或桩筏基础,（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，岩石地基上的高层主要考虑抗滑要求,(三)考虑相邻建筑物的影响 1.新建筑物基础埋深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)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,三 基础埋深和尺寸,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II,h14 m 桩基或处理,软土 (很深),好土,软土,软土,好土,I II III IV,h1,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,1)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,2)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,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,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,冻胀：冻胀力，地面隆起融陷：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,地下水,冻结区,2.冻胀机理,水变成冰的体胀 自由水冻结温度0oc，结合水冻结温度-0.5-30oc,基础埋深和尺寸,吸引毛细水,自由水+外层(弱)结合水冻结,形成冰针,冰透镜,结合水膜变薄,离子浓度加大,吸力增加,吸引地下水,粗粒土：无冻胀坚硬粘性土：冻胀微弱粉土：冻胀最严重,基础埋深和尺寸,3.影响冻胀的因素：土性(土的粒径大小)，含水量的多少，地下水位高低,4.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、强冻胀和特强冻胀五类。 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dmin zd hmaxZd 设计冻深； Z0 标准冻深；hmax允许残留冻土最大厚度,冻胀丘Pingo 随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时，地表就发生隆起，便形成冻胀丘。,基础埋深,基础埋深,基础埋深,第四节 浅基础的地基承载力,一、基本概念,定义：地基承受荷载的最大能力。,地基的强度满足上部荷载的要求变形不超过允许值,变形条件：,包括,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规定的变形所对应的压力值。,s,p s,pu,fa,sa,p,二、地基承载力特征值的确定,1.按土的抗剪强度指标确定,2.按地基载荷试验确定,3.按地基规范承载力表确定,4.参照相邻建筑物经验确定,1.按土的抗剪强度指标确定,（1）建筑地基基础设计规范推荐的理论公式,条件：荷载的偏心矩e0.033b（b为偏心方向基础边长）,公式：,承载力系数，按表2-3查取,大于6m按6m取值，对于砂土，小于3m时按3m取值.,基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度（浮重度）,基础埋深范围内各层土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度。,基底下一倍短边宽度的深度范围内土的粘聚力标准值；,说明：,取值:采用原状土以三轴剪切试验测定，一般要求在建筑场地范围内布置6个以上的取土钻孔，各孔中同一层土的试验不少于三组。 确定抗剪强度指标 的试验方法必须与地基土工作状态相适应。如：饱和软土，不固结不排水剪的内摩擦角 =0，由表知：Mb=0、Md=1、Mc=3.14将上式中的ck相应改为cu则地基承载力设计值：fa= 这时，增加基础底面尺寸不可能提高地基承载力。但是对于 >0的土，增加基底宽度，承载力将随着 的提高而逐渐增大。,系数Md1，故承载力随埋深d线性增加。但对设置后回填土的实体基础，因埋深增大而提高的那一部分承载力将被基础和回填土G的相应增加而有所抵偿；尤其是对 的软土，Md=1，由于 ，这两方面几乎相抵而收不到明显的效果。按土的抗剪强度确定地基承载力时，要进行地基承载力的变形验算。,（2）地基极限承载力理论公式 魏锡克公式（或汉森公式、太沙基公式等）,适用范围：路桥、港口等 公式：,地基土极限承载力；按教材土力学公式计算,安全系数，K=23,2.按地基载荷试验确定,（1）确定地基土承载力特征值,载荷试验数据整理：由载荷试验可得到P-S曲线， 再由P-S曲线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”,