第七章浅基础设计,7.1 概 述,地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、建筑布置和仁部结构类型，充分考虑建筑场地和地基岩土条件，结合施工条件以及工期、造价等各方面要求，合理选择地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证建筑物的安全和正常使用。地基基础的设计和计算应该满足下列三项基本原则：1对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度，2应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地墓变形允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观，3基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要，满足地基承载力 (稳定性)和变形要求外，还应满足对基础结构的强度，刚度和耐久性的要求。,设计浅基础一般要妥善处理下列几方面问题：1充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察资料2了解当地的建筑经验，施工条件和就地取材的可能性，并结合实际考虑采用先进的施工技术和经济、可行的地基处理方法。3选择基础类型和平面布置方案，并确定地基持力层和基础埋置深度4按地基承载力确定基础底面尺寸，进行必要的地基稳定性和变形验算5以简化的、或考虑相互作用的计算方法进行基础结构的内力分析和截面设汁,下卧层,地基与基础,持力层（受力层）,主要受力层（表302）,条形基础3b独立基础1.5b且5m（二层以下民用建筑除外）,天然地基,浅基础的分类1 按基础埋深分2 按基础刚度分无筋扩展(刚性)基础扩展基础3 按基础的结构形式分,地基基础分类,1 按基础刚度分类,无筋扩展基础(刚性基础) 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,2 按基础构造分类,一、单独基础: 柱下或墙下,土质较好,Individual footing, pad foundation,二、条型基础,1、2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,3 交叉条形基础,柱下:土质更差,或荷载很大,四面基础相连,三 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,Mat foundation,四、箱形基础,有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好,五、壳体基础,7.3基础埋置深度的选择,基础埋深,一 基础埋深确定 (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： D大于50cm,表土扰动，植物，冻融，冲蚀 基础顶距离表土大于10cm，保护 桥要求在冲刷深度以下还有三项控制因素,（二） 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,作用:承载力变形 补偿基础,F,基础埋深,2.新旧相邻建筑物有一定距离否则要求支护并且要严格限制支护的水平位移L/H=12,（二） 结构要求,基础埋深,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,（二） 结构要求,(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,台北国际金融中心,4.场地环境条件,基础埋深应大于因气候变化或树木生长导致地基土胀缩、以及其他生物活动形成孔洞等可能到达的深度，对靠近原有建筑物基础修建的新基础，其埋深不宜超过原有基础的底面，否则新、旧基础间应保留一定的净距，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。濒临河、湖等水涔修建的建筑物基础，如受到流水或波浪冲刷的影响，其底面应位于冲刷线之下。,基础埋深,三、工程地质条件,直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层称为下卧层。为了保证建筑物的安全，必须根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层。在按地基条件选择埋深时，还经常要求从减少不均匀沉降的角度来考虑。同一建筑物的基础可采用不同的埋深来调整不均匀沉降量对墙基础，如地基持力层顶面倾斜，必要时可沿墙长将基础底面分段做成高低不同的台阶状，以保证基础各段都具有足够的埋深。对修建于坡高和坡角不太大的稳定土坡坡顶的基础,基础埋深,（四）地基及地质水文条件,1 地下水位以上,否则开挖降水,费用大扰动2 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) 如果是天然地基,基础埋深的确定 根据土层分布,基础埋深,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太小就为II,h14 m 桩基或处理,（四） 地基及地质水文条件,软土(很深),好土,软土,软土,好土,I II III IV,h1,基础埋深,h1,（四） 冻结深度,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,冰椎,基础埋深,基础埋深,基础埋深,（五） 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,1 冻胀危害及机理,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13cm,=8%12%, 60%110%, 冰透镜达13cm,冻结区,基础埋深,(2) 机理复杂,开始认为是水变成冰的体胀.自由水冻结温度0oc,结合水冻结温度-0.5-30oc,基础埋深,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,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） 水力条件含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重,基础埋深,3 按冻胀的地基土分类 老规范不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻胀,土的冻胀性分类表7.4 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 0.7m，哈尔滨 1.8m,季节性冻土的设计冻深Zd应按下式计算：Zd设计冻深（m）Z0标准冻深（m）zs土的类别对冻深的影响系数（表7.5）zw土的冻胀性对冻深的影响系数（表7.6）ze环境对冻深的影响系数（表7.7）,当建筑基础地面以下允许有一定厚度的冻土层，可用下式计算基础的最小深度：,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？,7.4地基承载力,地基基础设计首先必须保证在荷载作用下的地基对土体产生剪切破坏而失效方面，应具有足够的安全度。为此，各级建筑物浅基础的地基承载力验算均应满足下列要求：地基竖向承载力(以后都简称承载力)设计值的确定方法可归纳为三类：1)根据土的抗剪强度指标以理论公式计算； 2)按现场载荷试验的P-S曲线确定；3)按规范提供的承载力表确定。,一、按土的抗剪强度指标确定地基承载力,1.抗剪强度指标标准值ck、k,a.根据室内n组三轴试验结果，计算土性指标的平均值、标准差和变异系数,平均值,标准差,变异系数,b.计算内摩擦角和粘聚力的统计修正系数 、c,c.计算内摩擦角和粘聚力的标准值,2.确定地基承载力特征值,当e0.033b，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力,fa土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值Mb、Md、Mc承载力系数（可根据k查表得到)地基土的重度，地下水位以下取浮重度d基础埋置深度(m)，从室外地面标高计算m基础底面以上土的加权重度，地下水位以下取浮重度b基础地面宽度，大于6m时，按6m取值，对于砂土小于 3m时按3m取值ck基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值,二、按荷载试验确定（略）,规范规定：当b3m或d0.5m，地基承载力特征值应该进行修正,fa 修正后的地基承载力特征值，kPa；fak地基承载力特征值，kPa；b,d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，查表7.10基底持力层土的天然重度m基底以上埋深范围内土的加权平均重度b基础底面宽度，b6m时按6m计d基础埋置深度，d0.5m时按0.5m计,三、按建筑地基规范提供的承载力表格确定,7.5 基础底面尺寸的确定,基本条件：基底压力的标准值不大于承载力的特征值pk fapkmax 1.2fa,基础底面尺寸的确定,中心荷载,（1）底面积A的确定*中心荷载Fk+Gk，pk=(Fk+Gk)/A; G=GdA, G是基础及回填土平均重度，一般取20kN/m3代入pk fa为(Fk+GdA)/Afa,基础底面尺寸的确定,Fk 相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值（kN）,(2) 长和宽,高度的确定,单独无筋扩展基础blA, bb0+2htg, l l0+2htg满足d h+0.1m,确定b, l 和h,=45o (1:1) 30o (1:2),F,l,l0,b0,b,bt,h,基础底面尺寸的确定,条基单位长度，确定基础宽度,F,h,bb0+2htg 确定h砖墙:承重墙b 6070cm, b0为24,37,49cm 非承重墙b 50cm,基础底面尺寸的确定,偏心荷载,偏心荷载作用下，除应符合公式pkfa要求外，尚应符合下列要求：,其中，e=M/(F+G)L/6。或当pkmin0,基础底面尺寸的确定,其中，e=M/(F+G) L/6,偏心荷载作用下的承载力计算步骤,1.先按中心荷载作用下的公式，计算基础底面积A02.考虑偏心影响，加大A0。一般取：A=(1.1-1.4)A0。3.计算偏心荷载作用下的pmax，pmin，并进行验算。,基础底面尺寸的确定,(二) 软弱下卧层承载力验算,当持力层下有软土时，可能在此层破坏，需要验算，要求作用在软弱下卧层顶面处的附加应力与自重应力之和不超过它的承载力设计值，即： 软弱下卧层顶面处的附加应力设计值(kPa)； 软弱下卧层顶面处土的自重应力标准值； 软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力设计值。,基础底面尺寸的确定,当持力层下有软土时，可能在此层破坏，需要验算1 基底压力 p=(F+G)/A 中心荷载2 基底原自重应力c0 =0d3 基底附加应力 p0=p-c04 扩散角 与Es1/ Es2及z/b有关，查表7.14 若持力层太薄，不起作用,基础底面尺寸的确定,5 软弱下卧层顶部附加应力矩形基础 条形基础,基础底面尺寸的确定,一、地基变形特征,地基变形特征一般分为：,沉降量基础某点的沉降值(单层排架结构)； 沉降差基础两点或相邻柱基电点的沉降量之差(框架结构) ；倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值(高耸结构)；局部倾斜砌体承重结构沿6-10m内基础两点的沉降差与其距离的比值(砌体承重结构)。 具体建筑物所需验算的地基变形特征取决于建筑物的结构类型、整体刚度和使用要求。以下按柔性、敏感性和刚性三类结构分述与其有关的地基变形特征及其可能招致的损害特点。,