第九章 天然地基 基础设计第一节 概述v地基基础设计方案有：天然地基或人工地基上的浅基础和深基础。（见下张图片）v浅基础：基础的埋置深度小于基础底面最小宽度的基础。大多数建筑物基础的埋深不会很大(如不大于35米)。v可以用普通开挖基坑和敞坑排水的方法修建,这类基础称为浅基础。它可分为刚性基础、扩展基础、柱下条形基础、筏板基础、箱形基础。v基础类型和做法可根据实际情况加以选择。v地基基础设计是建筑物结构设计的重要组成部分。基础的型式和布置，要合理的配合上部结构的设计，满足建筑物整体的要求，同时要做到便于施工、降低造价。天然地基上结构比较简单的浅基础最为经济，如能满足要求，宜优先选用。天然地基上浅基础的设计，包括下述各项内容：v1. 选择基础的材料、类型，进行基础平面布置。v2. 选择基础的埋置深度。v3. 确定地基承载力设计值。v4. 确定基础的底面尺寸。v5. 必要时进行地基变形与稳定性验算。v6. 进行基础结构设计（按基础布置进行内力分析、截面计算和满足构造要求）。v7. 绘制基础施工图，提出施工说明。v基础施工图应清楚表明基础的布置、各部分的平面尺寸和剖面。注明设计地面或基础底面的标高。如果基础的中线与建筑物的轴线不一致，应加以标明。如建筑物在地下有暖气沟等设施，也应标示清楚。至于所用材料及其强度等级等方面的要求和规定，应在施工说明中提出。v上述浅基础设计的各项内容是互相关联的。设计时可按上列顺序，首先选择基础材料、类型和埋深，然后逐步进行计算。如发现前面的选择不妥，则须修改设计，直至各项计算均符合要求且各数据前后一致为止。v如果地基软弱，为了减轻不均匀沉降的危害，在进行基础设计的同时，尚需从整体上对建筑设计和结构设计采取相应的措施，并对施工提出具体要求。第二节 浅基础的类型v一、刚性基础v刚性基础常用的材料有砖、毛石、灰土、三合土、素混凝土 等材料建造的基础。v这些材料的抗拉强度远小于其抗压强度，所以刚性基础不能承受拉力，设计时要求基础的外伸宽度和基础高度的比值在一定的基础内，否则基础会产生破坏。v刚性基础适用于6层和6层以下一般民用建筑和墙承重的厂房。 bb0biHc Hcbb0bi刚性基础类型墙下刚性条形基础 柱下刚性独立基础b1h1=b1 且=300 且=20d d为柱中 纵向钢筋 直径v二、柔性基础（钢筋混凝土基础）v柔性基础具有较好的抗弯和抗剪能力。v当外荷载较大，且存在弯矩和水平荷载，地基承载力又较低的情况下采用。.钢筋混凝土独立基础柱下独立基础墙下独立基础台阶形基础锥形基础杯口形基础v.钢筋混凝土条形基础：长度远大于宽度的基础墙下钢筋混凝土条形基础柱下钢筋混凝土条形基础肋梁v当地基承载力较低且柱下钢筋混凝土独立基础的底面积不能承受上部结构荷载的作用，常把若干柱子的基础连成一条构成柱下独立基础。柱下钢筋混凝土条形基础设置的目的：将承受的集中柱荷载较均匀地分布到扩展的条基基底面积上，减小地基反力，并通过形成的整体刚度来调整可能产生的不均匀沉降。柱下钢筋混凝土条形基础单向条形基础（单列柱基连在一起）十字交叉条形基础（纵横柱基础均连在一 起）.筏板基础当地基特别软弱,荷载较大,柱下十字交叉基础宽度较大而又相互接近时,或有地下室时,可将基础底板连成一片而成为筏板基础。筏板基础的整体性好,故能调整基础各部分的不均匀沉降。柱荷载较大，柱下设墩基防冲剪柱距较大， 荷载相差 较大，导致 板内弯矩较大箱形基础.箱形基础 目前在高层建筑中多采用箱形基础外墙顶板底板内横墙柱子v箱形基础具有比筏板基础更大的抗弯刚度，可视作绝对的刚性基础。v箱形基础埋深较深，基础空腹，从而卸除了基底处原有地基的自重压力，因此就大大地减小了作用于基础底面的附加应力，减少建筑物的沉降，这种基础又称之为补偿性基础。际机场第三节 地基基础设计原则 极限状态设计原则一、安全等级GB50007-2002将地基基础设计分为甲级、乙 级和丙级三个设计等级（表91）（）各级建筑物均应进行地基承载力验算；（）一级建筑物及表所列范围以外的二级建筑物，除应进行地基承载力验算外，还需进行变形验算。（）对经常承受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构，以及建造在斜坡上的建筑物和构筑物，均应进行稳定性验算。v在地基基础设计时，对不同的荷载应采用不同的代表值：v对静荷载，应采用标准值作为代表值；v对活荷载，应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值；v对特殊荷载应根据试验资料，结合工程经验确定其代表值。v对于承载能力极限状态，应采用荷载效应的基本组合和偶然组合进行设计，采用下列设计表达式：r0结构重要性系数一级、二级、三级分别为.、.、.；荷载效应组合的设计值；结构构件抗力的设计值。二、地基基础设计的技术要求v（1）地基土抵抗剪切破坏和防止丧失稳定，应具有足够的安全度，其设计通式为：P-作用于地基土上的平均总压力（指标准 值）； f-地基承载力（设计值）。（2）基础的沉降量s应小于地基的允许变形值s:（3）基础结构应有足够的强度、刚度及耐久性。第四节 基础埋置深度v基础埋置深度d：基础底面到天然地面（一般室内高于室外）的距离。v确定浅基础埋深的原则：凡能浅埋的尽量浅埋。v除岩石地基外，基础最小埋深不宜小于.m 。一、建筑物的用途类型及荷载大小性质v基础埋深的选择取决于建筑物的用途。v为了保护基础，基础顶面一般不露出地面，要求基础顶面低 于地面至少. m 。v高层建筑，在地震区埋深不宜小于建筑物高度的, 以防止倾覆及滑移。v如果基础邻近有管道或沟、坑等设施时，基础底面一般应低 于这些设施的底面。二、工程地质和水文地质条件v根据工程地质条件选择合适的土层作为基础的持力层是确定基础埋深的重要因素。直接支承基础的土层称为持力层，在持力层下方的土层称为下卧层。为了满足建筑物对地基承载力和地基允许变形值的要求，基础应尽可能埋置在良好的持力层上。 对拟建场区的土层，可自上而下选择合适的地基持力层 和基础埋深。在选择中，大致可遇到如下几种情况：v1.在建筑物影响范围内，自上而下都是良好土层，那么基础埋深按其它条件或最小埋深确定。v2.自上而下都是软弱土层，基础难以找到良好的持力层，这时宜考虑采用人工地基或深基础等方案。v3.上部为软弱土层而下部为良好土层。这时，持力层的选择取决于上部软弱土层的厚度。一般来说，软弱土层厚度小于2m者，应选取下部良好土层作为持力层；软弱土层厚度较大时，宜考虑采用人工地基或深基础等方案。v4.上部为良好土层而下部为软弱土层。此时基础应尽量浅埋。例如，我国沿海地区，地表普遍存在一层厚度为2m3m的所谓“硬壳层”，硬壳层以下为较厚的软弱土层。对一般中小型建筑物来说，硬壳层属良好的持力层，应当充分利用。这时，最好采用钢筋混凝土基础，并尽量按基础最小埋深考虑，即采用“宽基浅埋”方案。同时在确定基础底面尺寸时，应对地基受力范围内的软弱下卧层进行验算。v5.有地下水存在时，基础底面应尽量埋在地下水位以上，以 免地下水对基坑开挖施工质量的影响。v6.如当基础埋在易风化的软质岩层上，施工时应在基坑挖好 后立即铺筑垫层，以免岩层表面暴露后风化软化。v如持力层下埋藏有承压含水层时，选择基础埋深，必须考虑承压水的作用。水文地质条件与基础埋深关系三、相邻建筑物基础埋深的影响v靠近原有建筑物修建新基础时，为了不影响原有基础的安全，新基础最好不深于原有的基础埋深。如必须超过时，则两基础间净距应不小于其底面高差的12倍。如不能满足这一要求，施工期间应采取措施。此外，在使用期间，还要注意新基础的荷载是否将引起原有建筑物产生不均匀沉降。相邻建筑物间的基础埋深v季节性冻土是冬季冻结，天暖解冻的土层，在我国分布很广。细粒土(粉砂、粉土和粘性土)冻结前的含水量如果较高、而且冰结期间的地下水位低于冻结深度不足1.52.0m，则有可能发生冻胀。位于冻胀区内的基础受到的冻胀力如大于基底以上的荷重，基础就有被抬起的可能，土层解冻融陷，建筑物就随之下沉。地基土的冻胀与融陷一般是不均匀的，容易导致建筑物开裂损坏。四、地基土冻胀和融陷的影响v对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深应由下式确定：v式中(标准冻深)，(采暖对冻深的影响系数)和(基底下允许 残留冻土层的厚度)可按建筑地基基础设计规范的有关 规定确定。对于冻胀性地基上的建筑物，规范还指明所宜采 取的防冻害措施。第五节 地基承载力和变形验算v软弱下卧层：地基受力层范围内存在承载力低于持力层的土层。v必须对软弱下卧层的承载力进行验算。v一、地基承载力验算v（一）持力层承载力验算a、根据规范表格确定；b、按静载荷试验方法确定；c、根据土的强度理论计算确定；d、根据相邻条件相似的建筑物经验确定。地基承载力的确定方法地基承载力的确定方法v1.地基承载力设计值的确定v（1）用承载力公式确定式中fa由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值kPa ； Mb、Md、Mc承载力系数，按表确定； b基础底面宽度，b6m时按6m计，对于砂土b3m,d0.5m。vv地基承载力设计值的确定地基承载力设计值的确定（922）(二)软弱下卧层的强度验算软弱下卧层顶面处的 附加应力设计值软弱下卧层顶面处的 自重应力设计值地基承载力设计值软弱下卧层强度验算附加压力简化计算图矩形基础条形基础PZ=b(Pkrd)/(b+2Ztan)rd) +2Ztan)二、基础底面尺寸确定v用持力层的承载力设计基础底面尺寸v（一）刚性基础刚性基础台阶宽高比的允许值 查表基础的刚性角b0台阶宽高比的允许值(tan)基础材料质量要求PK=h+0.5,若不满足，可选用刚性角大的材料做基础， 仍不满足，则采用柔性基础。bb,b,v（二）柔性基础v轴心荷载作用，基础底面尺寸的确定（934）矩形基础条形基础（935）对于条形基础，可沿基础长方向取单位长度1m进行计算，荷载也同样按单位长度计算。v在利用式（9-34）和式（9-35）计算时，由于基础底面尺寸还没有确定，可先按埋深对地基承载力标准值进行修正。v2.偏心荷载作用，基础底面尺寸的确定v（1）按轴心荷载作用条件，利用式（934）初步估算所需的基础底面积A；v（2）根据偏心矩的大小，将基础底面积A（10%30%）；v（3）按（925）计算基底最大压力和最小压力，并使其满足（923）和式（927）的要求。（923）（927）（925a）当偏心荷载作用时，eb/6（925b）v例题某厂房墙基，上部轴心荷载m,埋深. m,地基为粉质黏土，r=20KN/m3,e=0.80,IL=0.75。地面以下砖台墙厚vcm,基础用砖砌体，试确定所需基础宽度和高度，并绘出基础剖面图。v问题:(1) f未做修正;(2)上部荷载值不明确。v例题6问题:(1) f未做修正;(2)上部荷载值不明确。v三、地基变形验算v地基的特征变形：v沉降量刚性特别大的基础v沉降差框架结构v倾斜高耸结构v局部倾斜砖石结构房屋v四、地基稳定验算ba位于稳定土坡坡顶上的建筑物,当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长l/6时FckVckMckFk+GkMkkpmax=3abGk)2(Fk+afW2 . 1MK+kpmax= AGkFk+由：得：若：上式表示在基础长边方向偏心a=l/2e,e=MK/(FK+GK)二、确定基础高度v试验结果表明，当基础高度（或变阶处高度）不够时，柱传给基础的荷载将使基础沿柱边发生450的冲切破坏。短边一侧比长边一侧更容易破坏。v为防止基础发生冲切破坏，必须使冲切面外的地基反力所产生的冲切力Fl小于等于冲切面处混凝土的受冲切承载力。即vFl相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基净反力设 计值（kN）；vh受冲切承载力截面高度影响系数，当h=2000mm时，h取0.9，其间按线性内插法取用；v ft混凝土轴心抗拉强度设计值（kPa）；vAm冲切破坏面在基础底面 上