天然地基上的浅基础,天然地基上的浅基础设计 Shallow foundation on natural ground GB50007-2002,1 浅基础的设计方法 2 基础分类 3基础埋深确定 4 地基计算承载力、变形、稳定 5 刚性基础设计 6 扩展基础设计 7 基础的结构设计,几个基本概念： 天然地基：天然土层，不对地基土做处理 浅基础： (1)埋深小于5m的柱基或墙基， (2)埋深小于基础宽度的筏基、箱基，埋深大于5m， (3)不考虑侧面摩擦力,下卧层,地基与基础,持力层（受力层）,人工地基：加固上部土层，提高承载力。经过地基处理,桩基础和深基础 新加坡发展银行,四墩, 每墩直径7.3m 将荷载传递到下部好土层,承载力高,大直径钻孔桩,风化砂岩及粉砂岩,部分风化及不风化泥岩,第一节 浅基础的设计方法和步骤,一、地基基础的设计方法 (一) 容许承载力设计方法 地基的容许承载力: (1)基底压力不能超过地基的极限承载力，并且有足够的安全度。 (2) 地基变形不能超过允许变形值,(二)可靠度设计方法 以概率理论为基础的极限状态设计方法: 荷载S和抗力R的关系 ZRS Z0 结构处于失效状态, Z0 结构处于极限状态。,采用可靠指标评价安全性,地基基础的设计方法,安全系数Fs相同，可靠指标 不同,f(R) f(S),S ,R,Sm,Rm,f(R) f(S),S ,R,Sm,Rm,地基基础的设计方法,结构物在规定条件下和时间内(50年)完成预定功能的概率称为结构可靠度. 上部结构已经采用这种设计方法 地基基础比较难 目前采用考虑一定变异性的分项系数的实用方法,地基基础的设计方法,二、荷载计算,1、荷载种类 永久(恒)荷载: (1)不随时间变化, (2)变化与均值比可以忽略, (3)单调变化并趋于极值。 可变(活)荷载：变化与均值比不可以忽略 偶然(特殊)荷载：在结构使用期间不一定出现，一旦出现其值很大，持续时间很短。,荷载计算,2、荷载效应 上部结构F：结构自重 屋面楼面荷载 活荷载 基础自重G：设计地面高程（内外地面平均值）,一般为前两种情况，横向力不大，只做校核。,荷载计算,3、荷载组合极限状态设计时 基本组合：承载能力极限状态设计时，永久作用与可变作用的组合（分项系数），抗弯、抗剪、冲切验算 标准组合：正常使用极限状态设计时，采用标准值（或组合值）为荷载代表的组合，承载力验算 准永久组合：正常使用极限状态设计时，对于可变荷载采用准永久值为荷载代表的组合,沉降验算,荷载计算,三 浅基础设计步骤,No,结构、地质和环境资料,基础结构类型、建筑材料,地基承载力、荷载和基础初步尺寸,基础的结构和构造设计,基础设计图、施工图、预算书,确定持力层、基础埋深,基坑设计,一 、浅基础的分类 1、按基础埋深分类：浅基础和深基础 2、按基础的结构形式分类 3、按基础刚度分类 无筋扩展(刚性)基础 扩展基础 4、按基础材料分类,浅基础分类,第二节 浅基础的类型,2 按基础的结构形式分类,1) 单独基础: 柱下或墙下,土质较好,Individual footing, pad foundation,独立基础的 主要受力层深度 1.5b,浅基础分类,2) 条型基础,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,条形基础的 主要受力层深度 3.0b,浅基础分类,3) 十字交叉基础,柱下:土质更差,或荷载很大,四面基础相连,浅基础分类,Cross Strip footing,4) 片筏基础,土质更差,单独基础联成整体,游泳馆,筏下有肋,板下处理,浅基础分类,5) 箱形基础,有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好,浅基础分类,6) 壳体基础,浅基础分类,按基础的结构形式分类小结： 单独基础 Individual footing pad foundation 条形基础 Strip footing 十字交叉基础 Cross strip footing 筏板基础 Mat foundation 箱形基础 Box foundation 壳体基础,浅基础分类,3 按基础刚度分类,无筋扩展基础 Rigid foundation 砖、石、灰土，素混凝土 材料抗拉强度很低 有基础台阶宽高比(刚性角)要求,扩展基础(柔性基础) Spread foundation 钢筋混凝土 要满足抗弯,抗剪和抗冲切等结构要求,与材料和荷载有关,浅基础分类,4 按基础材料分类 砖 石料 混凝土 钢筋混凝土 灰土 三合土,浅基础分类,二、基础的材料,1、无筋扩展基础 2、扩展基础 3、对基础材料的要求,第三节 基础的埋置深度,独立基础主要受力层 1.5b 条形基础主要受力层 3.0b,基础埋深和尺寸,一、基础埋深确定的基本原则 在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省料，但是有如下基本要求： 1、D大于50cm,表土扰动，植物，冻融，冲蚀 2、基础顶距离表土大于10cm，保护 3、桥要求在冲刷深度以下 二、四项控制因素 确定基础埋深应综合考虑下述四项控制因素:,(一) 结构要求,1 、地下室，地下管道(上下水，煤气电缆)应在基底以上，便于维修，要求地下室等。 地下室的作用: 承载力 变形 补偿基础,基础埋深和尺寸,美国世贸大厦地下7层,2、基础埋深不同时 (1) 主楼与裙房 高度不同,分期施工,(2) 台阶式相连, 如山坡上的房屋 或者验算边坡稳定性,基础埋深和尺寸,台北国际金融中心,1、 新建筑物基础埋深浅 2 、新旧相邻建筑物有一定距离 L/ H=12 否则要求支护 严格限制支护水平位移,(二) 建筑场地环境要求,基础埋深和尺寸,新,旧,L,H,(三) 水文地质和工程地质条件,1、水文地质条件 基础应埋置在地下水位以上，否则，开挖降水、费用大、扰动，地基中有承压水层时，应防止基坑地土被承压水冲破。 2、工程地质条件（土层分布情况） (1) 浅基础还是深基础(桩基础) (2) 天然还是人工地基 (3) 天然地基, 埋深根据土层分布定,基础埋深和尺寸,珠海祖国广场,在满足其他要求下尽量浅埋,只有低层房屋可用,否则处理,尽量浅埋，但是如h1太小就成为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,(四) 地基冻融条件（冻结深度）,1、冻胀危害及机理 (1) 冻胀及冻拔 地面隆起(不均匀) 翻浆,融陷,强度降低 如果冻结深度大于 融沉，称为永冻土,基础埋深和尺寸,地下冰,基础埋深和尺寸,冻胀丘Pingo,基础埋深和尺寸,基础埋深和尺寸,冻深,毛细区,地下水,1928-1929 Casagrande做了较深入的研究, 美国北部: 冰深45cm, 冻胀量13cm, =8%12%, 60%110%, 冰透镜达13cm,冻结区,考虑冻胀的基础埋深,(2) 机理 复杂 自由水冻结温度0oc,结合水冻结温度-0.5-30oc,考虑冻胀的基础埋深,总结:开敞式水源, 冻结慢,形成透镜体,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,考虑冻胀的基础埋深,2、发生冻胀的条件,(1) 土的条件： 一般是细颗粒土。 砂土的毛细高度小，发生冰冻时体积膨胀，孔隙水容易排走，骨架不变。太细的土，水分供应不及时，冻胀也不明显。 (2) 温度条件：低于冻结温度 (3) 水文条件： 含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重,考虑冻胀的基础埋深,3、按冻胀的地基土分类 不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻胀，特强冻胀,土的冻胀性分类 冻胀率=冻胀量/冻前厚度 土类，含水量，地下水位 Z0标准冻深多年实测最大冻结深度的平均值, 夏季地面开始往下算。 北京 1.0m，哈尔滨 2.0m，满洲里 2.5m,考虑冻胀的基础埋深,4、考虑冻胀的基础埋深,设计冻结深度： zd z0 zs zw ze Z0 标准冻深.,考虑冻胀的基础埋深,考虑冻胀性，基础最小埋置深度： dmin zd - hmax Zd 设计冻深，hmax允许残留冻土最大厚度。,考虑冻胀的基础埋深,思考题： 在辽宁某地修建一6层宿舍楼，9月底开工挖地基，3月份建成第一层时发现基础和墙面由于冻胀而开裂。设计的基础埋深完全满足冻深的要求，解释为什么发生冻胀破坏？,考虑冻胀的基础埋深,埋深控制因素： 结构要求 地下室 新旧建筑 主楼群房 建筑场地环境要求 地质和水文条件 考虑冻胀的基础埋深,dmin = zd hmax Zd 设计冻深； hmax允许残留冻土最大厚度,小结：基础埋深,1、天然地基 浅基础 2、容许承载力设计方法 3、按基础的结构形式 单独基础 条形基础 十字交叉基础 筏板基础 箱形基础 壳体基础 4、基础埋深确定 3个基本要求 3个控制因素,小结,沈珠江院士科学研究重在深入,沈珠江：宁波人 土力学专家 土的本构关系研究，土石坝分析专家 经验感知世界是什么 哲学解释世界为什么,一、地基承载力计算和基础底面积的确定,(一) 地基承载力概念 地基承载力指地基承受荷载的能力。在保证建筑物沉降量不超过允许值的地基承载力称为地基承载力特征值，用fa表示。 fa的确定取决于两个条件： （1）有一定的安全储备， （2）地基变形不大于允许值 地基承载力特征值fa表示不是一个定值，在许多情况下，其大小由地基变形允许值控制。,第四节 地基计算,地基计算,(二) 地基承载力特征值的确定 1、荷载板试验 2、规范规定的公式 3、经验方法,地基计算,1、现场载荷试验确定承载力特征值fak 经验方法确定确定承载力特征值fak,当基础宽度大于3m或埋深大于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试、规范表格等方法确定的地基承载力特征值，应按下式修正，得到深度宽度修正后的特征值：,地基承载力计算,b 、d 为宽度深度修正系数，按持力层土查,2 、按土的抗剪强度指标的确定,（1）地基承载力理论公式 地基承载力特征值： fa = pu/K pu为地基极限承载力，有多种公式计算。 K为安全系数，对长期承载力一般取23。 （2）规范推荐的理论公式 当荷载偏心距el/30（l为偏心方向基础长）时，采用： fa = Mbb + Md md + Mcck fa :承载力特征值（设计值） 相当与 p1/4=NB /2+Nq d+Ncc 基础宽度b大于6m按6m计算，砂土小于3m按3m计算， 先初步估计b, b为基础短边,地基承载力计算,b,l,基本条件：基底平均压力p不大于持力层承载力的特征值fa pk fa,(三) 根据持力层承载力确定基础面积,1) 确定基础尺寸 2) 验算持力层承载力,持力层承载力,fa,1、中心荷载,（1）柱独立基础： 1）基底面积A的确定 荷载Fk+Gk ，Gk=A d, 是基础加土的容重 20kN/m3 承载力特征值 fa (暂不做宽度修正):,Fk+Gk =Afa 基底面积,基础底面积,2）无筋扩展基础长和宽、高度的确定,单独无筋扩展基础 b l A b b0+2h tg l l 0 +2h tg 满足d h+0.1m,确定b, l 和h,=45o (1:1) 30o (1:2),基础底面积,（2）条形基础单位长度，确定基础宽度,条形无筋扩展基础：bb0+2htg 确定h 砖墙:承重墙b 6070cm, b0为24,37,48cm 非承重墙b 50cm,持力层承载力和基础底面积,2、 偏心荷载,以柱下独立基础为例 (1) 按中心荷载确定底面积A1,(2)考虑偏心 A=(1.11.4) A