土力学及砌体结构 第9章 天然地基上浅基础设计

,第 九 章 浅基础设计,1、概述 2、浅基础类型 3、基础埋置深度的选择 4、地基承载力 5、基础底面尺寸的确定 6、地基变形验算 7、无筋扩展基础设计 8、扩展基础设计 9、地基、基础与上部结构的相互作用 10、柱下条形基础设计 11、减轻不均匀沉降危害的措施,本章内容简介,第 九 章 浅基础设计,本章主要使学生熟悉天然地基上浅基础的设计原则和基本规定，掌握天然地基上浅基础设计步骤和相应的内容，包括基础选型、基础埋置深度的选择、地基承载力特征值的确定、基础底面积的确定、地基承载力（包括持力层和软弱下卧层）和变形验算、扩展基础高度验算和结构设计等。了解地基与基础的共同作用概念和地基模型，熟悉柱下条形基础的简化设计方法和步骤，了解筏板基础的设计方法，掌握减轻不均匀沉降危害的建筑、结构和施工措施。,学习目的和要求,§9.1 概述,整个结构或结构的一部分(构件)超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，这一特定状态称为该功能的极限状态。 （1）承载能力极限状态 这种极限状态对应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。 （2）正常使用极限状态 这种极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。,一、概率极限设计方法与极限状态设计原则,二、地基基础设计基本规定,地基基础设计等级,计算要求,荷载取值,三、浅基础的设计内容和步骤,(1) 充分掌握拟建场地的工程地质条件和地质勘察资料； （2）综合考虑选择基础类型和平面布置方案； （3）选择地基持力层和基础埋置深度； （4）确定地基土的承载力； （5）确定基础底面尺寸，必要时应验算地基软弱下卧层的强度。 （6）进行必要的地基变形验算，使地基的沉降不致引起结构损 坏、 建筑倾斜与开裂； （7）进行基础结构和构造设计； （8）绘制基础施工图，并提出必要的技术说明。,§9.2 浅基础类型,浅基础的分类方法,按基础材料,无筋基础,钢筋混凝土基础,按基础结构类型,扩展基础,柱下条形基础,柱下交叉条形基础,筏形基础,箱形基础,岩层锚杆基础,无筋扩展基础,砖基础,毛石基础,灰土基础,素混凝土基础,指由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。,钢筋混凝土扩展基础,独立柱基,墙下条基,指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。,钢筋混凝土扩展基础,阶梯形,杯口形,锥台形,柱下条形基础,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。,单向条形基础: 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。,筏 板 基 础,筏板基础,箱形基础,岩石锚杆基础,§9.3 基础埋置深度的选择,1、基础埋深的相关知识,埋深定义,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 尽量浅埋；当上层地基土的承载力大于下层土时，宜利用上层土作持力层； 2）除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。,浅埋可节约材料，方便施工，缩短工期，降低造价,2、选择基础埋深的影响因素,1）上部结构条件,在考虑建筑物用途、类型、规模、荷载大小与性质的基础上，以满足地基稳定和变形的要求为前提，基础可以浅埋。 但对高层建筑而言尚应考虑下述要求： （1）对一般天然地基，不宜小于H /15（H建筑物室外地坪至檐口的高度），且不宜小于3m ； （2）对桩基，不宜小于H /18（埋深指室外地坪至承台底）； （3）对岩石地基，埋深不受第（1）款限值，但当建筑物高宽比大于4时，应验算倾覆，必要时可设置基础锚杆。,只有轻型建筑可用，否则采用连续基础、人工处理或深基础比较确定,上硬下软 尽量浅埋（宽基浅埋），但是如h1太小就按情况考虑,上软下硬 h14 m 桩基或人工处理,好土,基础条件由其它条件确定时，基础尽可能浅埋,2）工程地质条件和水文地质,地基中有地下水时,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）有承压水时，由避免基坑被承压水冲破的条件确定。,3）地基冻融条件,在季节性冻土地区，冬季因温度下降，地面下一定厚度范围内的地下水会发生冻结，体积膨胀，产生冻胀力，可使基础与墙体上抬而开裂；春季气温回升解冻，冻土层不但体积缩小而且含水量显著增加；强度大幅度下降而产生融陷。多次冻融会使建筑物遭致严重的破坏。 根据地基土的的种类（土的粒径大小），土中含水量的多少以及地下水补给的可能性，地基土的冻胀性根据冻土层的平均冻胀率的大小，划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。,考虑地基土的冻胀性， 确定基础埋深的时应： （1）在季节性冻土地区 ，基础应埋在冻结深度以 下。 （2）对于弱冻胀、冻胀 和强冻胀土的基础最小埋 深，按下式计算：,dmin = zd hmax,4）场地环境条件,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。,当土层分布明显不均匀，或建筑物各部分荷载差别较大时，同一建筑物可采用不同的埋深来调整不均匀沉降。对于持力层顶面倾斜的墙下条形基础可做成台阶状。,对修建于坡高（ H ）和坡角（）不太大的稳定土坡坡顶的基础，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长 b 3m 时，则基础埋深符合下式要求：,条形基础：,矩形基础：,当存在相邻建筑物时，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：,§3.4 地基承载力,1. 地基承载力的概念 地基承受荷载的能力。,极限承载力:地基即将丧失稳定性时的 承载力;,地基承载力特征值: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。,2. 地基承载力特征值确定的方法,根据地基载荷试验的曲线或其他原位试验结果确定;,根据地基土的抗剪强度指标以理论公式计算;,根据当地工程实践经验确定。,方法,（1）按地基土的抗剪强度指标确定地基承载力,当偏心距 时，建筑地基基础设计规范推荐以界限荷载 为基础的理论公式结合经验给出计算地基承载力设计值的公式：,承载力系数，按 查表确定。,（1）土的抗剪强度指标 、ck的取值 原状土样，三轴试验，每层土的试验数量6组； （2）地下水对地基承载力的影响 基底上下土的重度m、，在地下水位以下采用有效重度; （3）基础宽度和埋深对地基承载力的影响 对 0的土，增大基础宽度，地基承载力随之增大；但b 6m时，取b = 6m；对砂土地基b 3m时，取b = 3m。 （4）按此式确定fa时，尚应进行地基的变形验算。,几点说明：,(2)按地基载荷试验确定地基承载力,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。,由载荷试验确定地基承载力特征值,堆 载,千斤顶,承压板,地基,主梁,百分表,堆载平台,“陡降型” p s曲线,地基承载力特征值取值： 取pb对应的荷载值为地基承载力特征值。,由载荷试验确定地基承载力特征值,当 pb pu/2 时，取 pu/2 为地基承载力特征值。,密实砂土、硬塑粘土等低压缩性土,地基承载力特征值的确定： 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。,（0.010.015）b,0,最大加载量,由载荷试验确定地基承载力特征值,“缓变型” p s曲线,松砂、填土、可塑粘土等中、高压缩性土,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,3.地基承载力特征值的深、宽修正,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。,适用条件:,当基础宽度大于 3m或埋置深度大于0.5m时，从现场载荷试验或其他原位测试等方法确定的地基承载力特征值应进行修正。,修正公式:,fa = fak + b (b 3) + d m (d 0.5),1、可按载荷试验确定。 2、根据室内单轴抗压试验强度计算： fa= r ·frk,4.岩石地基承载力特征值的确定方法,§9.5 基础底面尺寸的确定,A,1. 按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: 基底压力均匀分布 荷载组合：标准组合,基底平均压力标准值pk不超过持力层经修正后的地基承载力特征值fa，即： pk fa,计算要求,第 3章 天然地基上浅基础的设计,Gk,Fk,计算公式,d,l,b,（a）外墙、外柱基础； （b）内墙、内柱基础,第 3章 天然地基上浅基础的设计,外墙、外柱基础,内墙、内柱基础,上式中有两个未知数 和 ，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 值； 然后按计算所得的 ，考虑是否需要进行宽度修正， 使得 、 间相互协调一致。, 矩形基础,A = l b （一般l / b 2）, 方形基础,A = b2, 条形基础,A = 1×b = b,沿基础长度方向取1m的计算单元（l = 1m）,第 3章 天然地基上浅基础的设计,【例题】某住宅承重墙厚240mm，采用墙下条形基础；地基土表层为杂填土，厚度0.80m，重度17.5kN/m3，其下为粘土层，重度18.5 kN/m，承载力特征值 fak为 170kPa，孔隙比0.86。地下水位在地表下 1.0m 处。若已知上部墙体传来的竖 向荷载标准值为195kN/m。试 确定基础底面尺寸。,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。,第 3章 天然地基上浅基础的设计,3.取 1m 长的条基作计算单元,基础宽度：,埋深范围内土的加权平均重度：,2.对持力层土进行深度修正:,第3 章 天然地基上浅基础的设计,取该承重墙下条形基础宽度 b 1.25m。,4.验算:,满足要求。,（2）偏心荷载作用下的基础,计算假定: 基底压力按直线分布 荷载组合：标准组合,pk fa pkmax 1.2fa,计算要求,基底压力计算,基础底面的抵抗矩,矩形基础,Mk = ( Fk + Gk ) e,el/6,pkmin 0时,计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸逐次渐近试算法,计算步骤,1) 按中心受压初步计算基底尺寸：,2) 据偏心大小，增加基 底尺寸1040%，即：,A1 =（1.11.4）A0,3) 初选 l 和 b，一般取l / b=1.22，得实际基底尺寸：,A A1,承载力特征 值只进行 深度修正,其中：,Mk = M0k + VkH0,上部结构传来的基底力矩标准值,pk pkmax,4) 计算基底应力：,注意：1）应满足 e l (即pkmin0) 2）对重要建筑物：pkminpkmax不宜过大， 以避免产生过大的不均匀沉降； 3）对个别情况可：e l6 (即pkmin 0） 此时：,