第1章 地基基础的设计原则 Chapter 1 Design Principles of Subgrade and Foundation,本章学习目标 Study Goal of the Chapter,掌握基础工程设计的目的、任务、设计原则、基本规定。 了解承受结构全部荷载的地基类别及其受荷后的力学特性。 熟悉各种类型的浅基础与深基础及其适用范围。 了解地基基础上部结构共同工作概念。,111 基础工程设计目的 Design Purposes of Foundation Engineering,建筑工程结构安全等级：三等 公路工程结构三个设计安全等级 建筑地基基础设计规范（GB500072002）第3.01.条文：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设计等级设计时应根据具体情况按表3.0.1 选用。,112 基础工程设计任务 Design Tasks of Foundation Engineering,三种工况 持久工况：在结构使用过程中一定出现，持续时间很长的状况，如：结构自重、车辆荷载。持续期一般与设计使用年限魏同一数量级 短暂工况：在结构施工和使用过程出现概率较大，而与设计使用年限相比，持续时间很短的状况，如施工和维修等。 偶然工况：在结构使用过程中出现概率很小，且持续时间很短状况，如：火灾、爆炸、撞击等。 承载能力极限状态：三种工况 正常使用极限状态：持久工况（必须） 短暂工况（视需要而定） 偶然工况（不必）,1-2 地基基础设计原则 Design Principles of Subgrade and Foundation,1-2-1概率极限状态设计法与极限状态设计原则 Probability Limit Design Method and Limit State Design Principles 结构可靠度概念：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。对于普通房屋，“规定时间”一般取为50年。 结构功能函数Z=RS 结构可靠度： f(Z)功能函数Z的分布密度函数,1-2 地基基础设计原则 Design Principles of Subgrade and Foundation,1-2-1概率极限状态设计法与极限状态设计原则 Probability Limit Design Method and Limit State Design Principles 极限状态分类：承载能力极限状态 正常使用极限状态 承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力或不适合于继续承载的变形或变位。 正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。,1、上部结构资料 设计时所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力或限值应符合相应规范的有关规定。基础工程设计的第一份资料就是按照相关规范计算的传递至基础顶面和底面的荷载。 结构分析步骤：上部结构、地基与地基三者分开独立进行。,1-2-2地基基础设计资料 Basic Design Information of Subgrade and Foundation,2、岩土工程勘察资料 基础工程设计的第2份资料是反映有关地基抗力性能的岩土工程勘察报告。 岩土工程勘察报告提供资料内容： P.10 建筑地基基础设计规范GB50007-2002）第3.0.3条文：,1-2-2地基基础设计资料 Basic Design Information of Subgrade and Foundation,1-2-2地基基础设计资料 Basic Design Information of Subgrade and Foundation,设计者应通过阅读岩土工程勘察报告书，熟悉建筑物场地的地层分布情况，每层土的厚度、均匀程度、物理力学性质指标，从而根据上部结构力系的特点（中心受压、偏心受压）和使用要求合理选择基础持力层（基础底面直接受力土层）。确定持力层的地基承载力时，大部分情况下可直接使用勘察报告书的结果。对于甲级建筑物并缺乏当地建筑经验物资料时，承载力值应以现场荷载试验为依据，以避免造成设计失误。 对于地质条件复杂的地区，要全面细致地阅读报告及附件内容。例如场地的地质构造（断层、褶皱等），不良地质现象（泥石流、滑坡、崩踏、岩溶、塌陷等），避开不稳定的区域，查清分布规律、危害程度，在确保场地稳定性的条件下进行结构设计。如不能改变场地区域，必须预先采取有力措施，防患于未然。对报告书中的结论和建议，应结合具体工程，判断其适用性，发现问题应及时与勘察部门联系解决。基础工程施工过程中，地基持力层、桩周土层均可肉眼直接观察或用简单仪器测试，此时是校核报告书成果可靠性的最佳时机，可以及时发现地基勘察中失真的数据与未发现的问题。,2、岩土工程勘察资料 基础工程设计的第2份资料是反映有关地基抗力性能的岩土工程勘察报告。 岩土工程勘察报告提供资料内容： P.10 地基评价宜采用钻探取样、室内土工试验、触探、结合其他原位试验进行。 各级建筑物应进行施工验槽。 3、原位测试资料 基础工程设计的第3份资料是地基承载力、单桩竖向承载力以及地基压缩模量和变形模量的原位测试报告等,1-2-2地基基础设计资料 Basic Design Information of Subgrade and Foundation,1-2-3 地基基础设计基本规定 Basic Design Regulations of Subgrade and Foundation,基本规定（建筑地基基础设计规范GB50007-2002）第3 .0.2条文：,1-3 地基类型 Types of Subgrade,1-3-1 天然地基 Natural Subgrade 1、土质地基 土按颗粒级配或塑性指数可以划分为:碎石土、砂土、粉土和粘性土。 碎石土和粘性土的划分符合下表规定(规范4.1.5条文),目前作为国家标准和应用较广的土的工程分类主要有建筑地基基础设计规范和岩土工程勘察规范的分类。该分类体系源于前苏联天然地基设计规范，结合我国土质条件和50多年来实践经验，经改进补充而成。其主要特点是：在考虑划分标准时，注重土的天然结构连结的性质和强度，始终与土的主要工程性质变形和强度特征紧密联系。 首先考虑了按堆积年代和地质成因的划分，同时将某些特殊形成条件和特殊工程性质的区域性特殊土与普通土区别开来。在以上基础上，总体再按照颗粒级配或塑性指数分为碎石土、砂土、粉土和粘性土四大类，并结合堆积年代、成因和某种特殊性质综合定名。 土的地质成因：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、冰积土、冰水沉积土和风积土。,（一）残积土,岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑物质所组成的土体，它处于岩石风化壳的上部。,第4章 地貌及第四纪地质,坡面片流,短距离搬运松散堆积,坡积层,1.坡积土,片流将山坡高处的风化碎屑物顺坡冲洗，堆积在较平缓的山坡脚处而形成。,第4章 地貌及第四纪地质,工程地质特征,工程地质评价,第4章 地貌及第四纪地质,残坡积土,大学城,残 坡积层堆积物,第4章 地貌及第四纪地质,大学城残坡积层小滑坡,大学城残坡积层小滑坡,第4章 地貌及第四纪地质,大学城残坡积层滑坡 06级杜江同学拍,第4章 地貌及第四纪地质,贵州省三穗县台烈镇宏头村2003.5.11山体滑坡,35人,16间工棚,山洪急流,冲刷搬运,冲沟,洪积层,洪积扇 洪积锥,洪积裙或 洪冲积平原,堆积 地貌,2.洪积土,由暴雨形成的暂时性山洪急流带来的碎屑物质在山沟出口处堆积而成。,洪积扇 洪积锥,喜马拉雅山前洪积扇图为藏南,第4章 地貌及第四纪地质,沉积,冲积土,河流搬运,3.冲积土,明显的分选现象 磨圆度较好 产状：多具层理，并有尖灭、透镜体,1）冲积土的特征,2）类型：,第4章 地貌及第四纪地质,河床相冲积土： 在河流上游多是粗大的石块、砾石和粗砂，中下游或平原地区沉积物变细，磨圆度好，厚度很大。 古河床相土的压缩性低，强度高。 现代河床堆积物的密实度差，透水性强，若作为水工建筑物的地基将引起坝下渗漏。饱水砂土还可能由于振动而引起液化。,河漫滩相冲积土： 是在洪水期河水漫溢河床两侧，携带碎屑物质堆积而成。土粒较细，可以是粉土、粉质黏土或黏土，并夹有淤泥或泥炭等软弱土层，覆盖于河床相冲积土之上，形成上细下粗的“二元结构”。,河漫滩沉积,第4章 地貌及第四纪地质,牛轭湖相冲积土： 是在废河道形成的牛轭湖中沉积的松软土，颗粒很细，常含大量有机质，有时形成泥炭。压缩性很高，承载力很低，不宜作为建筑物的天然地基。,第4章 地貌及第四纪地质,43/78,河口（海口）三角洲相冲积土：,通常是淤泥质土或典型淤泥。面积宽广而厚度极大。不宜作为建筑物的天然地基。但表层硬壳层，有时可用作低层建筑物的地基,第4章 地貌及第四纪地质,湖积土湖边沉积物是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边沉积而形成的。近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带则是细颗粒的砂土和黏性土。 湖心沉积物是由河流携带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成，主要是黏土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度低。 沼泽土主要由半腐烂的植物残体泥炭组成，含水量极高，承载力极低，不宜作天然地基。,（三）其他类型的松散堆积物,第4章 地貌及第四纪地质,滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂组成，承载力较高。 浅海沉积物主要由细粒砂土、黏性土、淤泥和生物化学沉积物组成，有层理构造，较疏松，含水量高，压缩性大而强度低。 深海沉积物主要是有机质软泥。,海积土,第4章 地貌及第四纪地质,在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一类土，最常见的是风成砂和风成黄土。,风积土,第4章 地貌及第四纪地质,47/78,由冰川或冰水挟带搬运所形成的沉积物。分选性极差,石料占多数,冰水沉积物可有一定成层性、分选性。,冰积土,第4章 地貌及第四纪地质,1-3 地基类型 Types of Subgrade,碎石土为粒径大于2mm 的颗粒含量超过全重50%的土。 砂土为粒径大于2mm 的颗粒含量不超过全重50% 粒径大于0.075mm 的颗粒超过全重50%的土。,1-3 地基类型 Types of Subgrade,1-3 地基类型 Types of Subgrade,土的工程特性指标 Engineering Index of Soil,1-3 地基类型 Types of Subgrade,1-3 地基类型 Types of Subgrade,2 岩石地基 岩石按成因不同，分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩 按风化程度不同，分为：未风化、微风化、中等风化、强风化,风化作用,风化环境,节理裂隙 应力释放,Physical Weathering物理风化,是指岩石、矿物在地表自然环境中原地产生单纯的机械破碎，又称机械风化作用,剥离作用,结晶胀裂,冰劈作用,Chemical Weathering化学风化,化学风化作用：由于岩石暴露于水和大气（二氧化碳和水蒸汽）中，岩石发生分解并形成新的化合物的作用。,砂岩和页岩中的铁镁矿物经化学风化作用形成褐铁矿（氧化）,正长石经与含CO2水的作用形成粘土（碳酸化）,Biological Weathering 生物风化作用,由于动物和植物的介入，导致的物理风化作用和化学风化作用。,岩石的风化一般是由表及里，从地表往地下逐渐减弱； 风化剖面自下而上分成四个风化带：微风化带、弱风化带、强风化带和全风化带。,（2）风化带,岩石风化带的界线，是一项重要的工程地质资料，也是确定岩基持力层、基坑开挖、挖方边坡坡度以及采取加固措施的依据之一。,风化带,第4章 地貌及第四纪地质,河流冲积