第八章第八章 天然地基上天然地基上浅基础设计浅基础设计Carl Terzaghi内容提要与学习目的内容提要与学习目的 n本章主要介绍根据基础的受力特性及本章主要介绍根据基础的受力特性及构造特点划分的浅基础的类型、浅基构造特点划分的浅基础的类型、浅基础的设计计算、浅基础的设计方法及础的设计计算、浅基础的设计方法及减小地基不均匀沉降危害的主要措施减小地基不均匀沉降危害的主要措施n掌握浅基础设计计算方法；掌握浅基础设计计算方法；n了解减小地基沉降危害的主要措施。了解减小地基沉降危害的主要措施。天然地基上的浅基础设计天然地基上的浅基础设计第一节第一节 浅基础的类型浅基础的类型第二节第二节 浅基础的计算浅基础的计算第三节第三节 浅基础设计浅基础设计第四节第四节 减小地基不均匀沉降危害减小地基不均匀沉降危害的措施的措施n地基基础设计的原则地基基础设计的原则安全可靠安全可靠 经济合理经济合理 技术先进技术先进 便于施工便于施工n地基基础设计的一般要求地基基础设计的一般要求基础要有足够的强度、刚度和耐久性基础要有足够的强度、刚度和耐久性地基要有足够的承载力、不产生过大变形地基要有足够的承载力、不产生过大变形和足够的稳定性和足够的稳定性a.承载力：承载力：b.变形：变形：c.稳定性：稳定性：n可选择的方案有三种可选择的方案有三种 天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础 人工地基上的浅基础人工地基上的浅基础 天然地基上的深基础天然地基上的深基础 宜优先选用宜优先选用天然地基：天然土层，不对地基土做处理天然地基：天然土层，不对地基土做处理浅基础浅基础： (1)埋深小于埋深小于5m的柱基或墙基的柱基或墙基 (2)埋深小于基础宽度的筏基、箱基埋深小于基础宽度的筏基、箱基 (3)不考虑侧面摩擦力不考虑侧面摩擦力D D下卧层下卧层地基与基础地基与基础D埋深埋深D q = D q = D D均布荷载均布荷载持力层（受力层）持力层（受力层）地地基基基础FG主要受力层人工地基：经过地基处理，加固上部土层，人工地基：经过地基处理，加固上部土层，提高承载力。提高承载力。软土软土桩基础和深基础桩基础和深基础新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩, 每墩直径每墩直径7.3m将荷载传递到下部好土层将荷载传递到下部好土层,承载力高承载力高大直径钻孔桩大直径钻孔桩风化砂岩及粉砂岩风化砂岩及粉砂岩部分风化及部分风化及不风化泥岩不风化泥岩桩基础桩基础n可选择的方案有三种可选择的方案有三种 天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础 人工地基上的浅基础人工地基上的浅基础 天然地基上的深基础天然地基上的深基础 宜优先选用宜优先选用 根据天然地基上浅基础的受力特点和根据天然地基上浅基础的受力特点和构造特点可将浅基础分为两大类：构造特点可将浅基础分为两大类： 浅基础分类浅基础分类第一节第一节 浅基础的类型浅基础的类型 刚性基础：刚性基础：材料具有较好的抗压性能，但抗材料具有较好的抗压性能，但抗 拉、抗剪强度却不高拉、抗剪强度却不高 柔性基础：柔性基础：钢筋混凝土基础，其抗弯和抗剪钢筋混凝土基础，其抗弯和抗剪 性能良好性能良好刚性基础刚性基础(无筋扩展基础无筋扩展基础)有基础台阶宽高比有基础台阶宽高比(刚性角刚性角)要求要求柔性基础柔性基础（扩展基础扩展基础)钢筋混凝土钢筋混凝土要满足抗弯要满足抗弯,抗剪和抗剪和抗冲切等结构要求抗冲切等结构要求F bth0F浅基础分类浅基础分类第一节第一节 浅基础的类型浅基础的类型2 按基础材料分类按基础材料分类砖砖石料石料混凝土混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土灰土灰土三合土三合土浅基础分类浅基础分类2 柔性基础的结构形式分类柔性基础的结构形式分类1) 钢筋混凝土独立基础钢筋混凝土独立基础: 柱下或墙下柱下或墙下,土质较好土质较好柱下单独基础最经济，适用于荷载不大，场地柱下单独基础最经济，适用于荷载不大，场地均匀的地基土。均匀的地基土。独立基础的独立基础的主要受力层深度主要受力层深度 1.5b上部结构的荷载小，地基承载力大，上部结构的荷载小，地基承载力大，可采用墙下独立基础节约材料。可采用墙下独立基础节约材料。2) 2) 钢筋混凝土条型基础钢筋混凝土条型基础墙下或墙下或柱下条形基础柱下条形基础, , 条型基础是墙基础的主要形式条型基础是墙基础的主要形式Strip foundation条形基础的条形基础的主要受力层深度主要受力层深度 3.0b浅基础分类浅基础分类柱下柱下: :一般是土质差一般是土质差, ,两侧单独基础相连两侧单独基础相连 交叉钢筋混凝土条形基础交叉钢筋混凝土条形基础柱柱下下: :土质更差土质更差, ,或荷载很大或荷载很大, ,四面基础相连四面基础相连纵向条形基础纵向条形基础横向条形基础横向条形基础浅基础分类浅基础分类Cross Strip footing3) 筏板基础筏板基础土质更差土质更差, ,单独基础联成整体单独基础联成整体, ,游泳馆游泳馆, ,筏下筏下有肋有肋, ,板下处理板下处理浅基础分类浅基础分类Mat foundation图图8-68-6筏板基础筏板基础(a)(a)、(b)(b)平板式；平板式；(c)(c)、(d)(d)梁板式梁板式4) 箱箱形形基础基础有有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好筏、墙和顶板形成箱，整体性更好底板底板外外墙墙内内墙墙浅基础分类浅基础分类2 按基础的按基础的结构形式结构形式 单独基础单独基础 Individual footing pad foundation 条形基础条形基础 Strip footing 筏板基础筏板基础 Mat foundation 箱形基础箱形基础 Box foundation 浅基础分类浅基础分类Mat foundationn在实际情况下，一般遵循刚性基础在实际情况下，一般遵循刚性基础柱柱下独立基础、墙下条形基础下独立基础、墙下条形基础交叉条形交叉条形基础基础筏板基础筏板基础箱形基础的顺序来选箱形基础的顺序来选择基础形式。当然，在选择过程中应尽择基础形式。当然，在选择过程中应尽量做到经济、合理。只有在上述情况下量做到经济、合理。只有在上述情况下不行时，才考虑运用桩基等深基础的形不行时，才考虑运用桩基等深基础的形式，以避免过多的浪费。式，以避免过多的浪费。n总之，究竟采用何种形式的浅基础，应总之，究竟采用何种形式的浅基础，应根据建筑物的工程地质条件、技术经济根据建筑物的工程地质条件、技术经济和施工条件等因素加以综合确定。和施工条件等因素加以综合确定。第二节第二节 浅基础的计算浅基础的计算一一 、地基基础的设计方法、地基基础的设计方法(一一) 容许承载力设计方法容许承载力设计方法 地基的容许承载力地基的容许承载力 (1)基底压力不能超过地基的极限承载力，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。并且有足够的安全度。 (2) 地基变形不能超过允许变形值地基变形不能超过允许变形值( (二二) )概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法极限状态是满足设计规定功能要求的特极限状态是满足设计规定功能要求的特定状态。定状态。极限状态一般分为两类：承载能力极限极限状态一般分为两类：承载能力极限状态和正常使用极限状态状态和正常使用极限状态以概率理论为基础的极限状态设计方法以概率理论为基础的极限状态设计方法荷载作用效应荷载作用效应S和结构抗力和结构抗力R的关系：的关系： RS=Z Z0 结构处于失效状态结构处于失效状态 Z0 结构处于极限状态结构处于极限状态二二 荷载计算荷载计算1、 荷载种类荷载种类永久永久(恒恒)荷载（荷载（G）:(1)不随时间变化不随时间变化,(2)变化与均值比可以忽略变化与均值比可以忽略,(3)单调变化并趋于极单调变化并趋于极值。值。可变可变(活活)荷载荷载(Q):变化与均值比不可以忽略变化与均值比不可以忽略偶然偶然(特殊特殊)荷载荷载：在结构使用期间不一定出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。现，一旦出现其值很大，持续时间很短。荷载计算荷载计算2 荷载效应荷载效应上部结构上部结构F：结构自重结构自重 屋面楼面荷载屋面楼面荷载 活荷载活荷载基础自重基础自重G：设计地面高程（内外地面平均值）设计地面高程（内外地面平均值）F MFF HF MH一般为前两种情况，横向力不大，只做校核一般为前两种情况，横向力不大，只做校核荷载计算荷载计算GGGG3、 荷载组合极限状态设计荷载组合极限状态设计基本组合：基本组合：承载能力极限状态设计时，永久作用承载能力极限状态设计时，永久作用与可变作用的组合，与可变作用的组合，冲切验算冲切验算标准组合：标准组合：正常使用极限状态设计时，采用标准正常使用极限状态设计时，采用标准值为荷载代表的组合，值为荷载代表的组合，承载力验算，确定基础底承载力验算，确定基础底面积及埋深，确定桩数时面积及埋深，确定桩数时准永久组合：准永久组合：正常使用极限状态设计时，对于可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变荷载采用准永久值为荷载代表的组合, ,沉降验算沉降验算三、地基基础设计等级三、地基基础设计等级n建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072002)根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征根据地基复杂程度、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，将地基基础设计等级分响正常使用的程度，将地基基础设计等级分为甲、乙、丙三个设计等级。为甲、乙、丙三个设计等级。设计设计等级等级 建筑和地基类型建筑和地基类型 甲级 重要的工业与民用建筑物重要的工业与民用建筑物30层以上的高层建筑层以上的高层建筑体型复杂体型复杂,层数相差超过层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物层的高低层连成一体建筑物大面积的多层地下建筑物大面积的多层地下建筑物(如地下车库，商场如地下车库，商场.运动场运动场等等)对地基变形有特殊要求的建筑物对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物(包括高边坡包括高边坡)对原有工程影响较大的新建建筑物对原有工程影响较大的新建建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程室的基坑工程 乙级乙级 除甲级，丙级以外的工业与民用建筑物除甲级，丙级以外的工业与民用建筑物 丙级丙级 场地和地基条件简单，荷载分布均匀的七层及场地和地基条件简单，荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物七层以下民用建筑及一般工业建筑物;次要的轻次要的轻型建筑物型建筑物 四、对地基基础设计的要求四、对地基基础设计的要求（1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；算的有关规定；（2）设计等级为甲级、乙级的建筑物均应按地）设计等级为甲级、乙级的建筑物均应按地基变形设计；基变形设计；（3）建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072002)P7页表页表302所列范围内设计等级为丙所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算级的建筑物可不作变形验算 (4)对经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结对经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性；的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性；（5）基坑工程应进行稳定性验算；）基坑工程应进行稳定性验算；（6）当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构）当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。 （3）建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072002)P7页表页表302所列范围内设计等级为丙所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，但果如有下列情级的建筑物可不作变形验算，但果如有下列情况之一时，仍应做变形验算：况之一时，仍应做变形验算：1)地基承载力特征值小于地基承载力特征值小于130kPa，且体形复杂的，且体形复杂的建筑；建筑；2)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；降时；3)软弱地基上的建筑存在偏心荷载时；软弱地基上的建筑存在偏心荷载时； 4) 相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；5）地基内有厚度较大或厚薄不均匀的填土，其）地基内有厚度较大或厚薄不均匀的填土，其自重固结未完成时。自重固结未完成时。浅浅基基础础设设计计步步骤骤No结构、地质和环境资料结构、地质和环境资料基础结构类型与布置方案基础结构类型与布置方案确定地基承载力特征值及修正值确定地基承载力特征值及修正值变形和稳定验算变形和稳定验算基础设计图、施工图、预算书基础设计图、施工图、预算书确定持力层、基础埋深确定持力层、基础埋深 确定基础的初步尺寸确定基础的初步尺寸基础的结构和构造设计基础的结构和构造设计五、基础的埋置深度五、基础的埋置深度下卧层下卧层持力层（受力层）持力层（受力层）FGD埋深埋深基础埋置深度是指设计地基础埋置深度是指设计地面到基础底面的距离。面到基础底面的距离。基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸五、基础埋深确定五、基础埋深确定 基础埋深确定的基本原则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，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：但是有如下基本要求：1、 D大于大于50cm,2、基础顶距离表土大于、基础顶距离表土大于10cm，3、桥要求在冲刷深度以下、桥要求在冲刷深度以下D大于大于10cmD50cmn (1)建筑物的用途，有无地下式、设备基础和建筑物的用途，有无地下式、设备基础和地下设施，基础的形式与构造；地下设施，基础的形式与构造；n(2)作用在地基上的荷载大小和性质；作用在地基上的荷载大小和性质；n(3)工程地质和水文地质条件；工程地质和水文地质条件；n(4)相邻建筑物的基础埋深；相邻建筑物的基础埋深；n(5)地基土冻胀和融陷的影响。地基土冻胀和融陷的影响。 D大于大于10cmD50cm五、基础埋深确定五、基础埋深确定 ( (一一) ) 建筑的用途和结构类型建筑的用途和结构类型1 地下室，地下管道地下室，地下管道(上下水，煤气电缆上下水，煤气电缆)应在基应在基底以上，便于维修底以上，便于维修F管道管道美国世贸大厦地下美国世贸大厦地下7层层地下室作用地下室作用:承载力、变形、补偿基础承载力、变形、补偿基础n 建筑物的结构类型不同，对不均匀建筑物的结构类型不同，对不均匀沉降的敏感程度就不同。敏感的结构如沉降的敏感程度就不同。敏感的结构如框架结构，应将基础埋于较坚实、较均框架结构，应将基础埋于较坚实、较均匀的土层上，所以它的埋深就可能较深；匀的土层上，所以它的埋深就可能较深；不敏感的结构如简支结构，基础可以置不敏感的结构如简支结构，基础可以置于软弱的土层上，所以它的埋深就可能于软弱的土层上，所以它的埋深就可能较浅。较浅。n 基础埋深还取决于基础的构造高度，基础埋深还取决于基础的构造高度，如无筋扩展基础由于要满足刚性角的要如无筋扩展基础由于要满足刚性角的要求，基础的构造高度较大，因此无筋扩求，基础的构造高度较大，因此无筋扩展基础埋深往往大于钢筋混凝土扩展基展基础埋深往往大于钢筋混凝土扩展基础。础。n 1 新建筑物基础埋深浅新建筑物基础埋深浅2 新旧相邻建筑物有一定距离新旧相邻建筑物有一定距离 L/ H=12 否则要求支护否则要求支护 严格限制支护水平位移严格限制支护水平位移 ( (二二) ) 相邻建筑物和构筑物的影响相邻建筑物和构筑物的影响新新旧旧L H基础埋深不同时基础埋深不同时(1) 主楼与裙房主楼与裙房 高度不同高度不同,分期施工分期施工(2) 台阶式相连台阶式相连, , 如山坡上的房屋如山坡上的房屋 或者验算边坡稳定或者验算边坡稳定性性三三 基础埋深和尺基础埋深和尺寸寸台北国际金融中心台北国际金融中心(二二) 结构要求结构要求L/ H=12(三三) 工程地质水文地质条件工程地质水文地质条件1 地下水位以上地下水位以上 否则开挖降水否则开挖降水,费用大扰动费用大扰动2 土层分布情况土层分布情况(1) 浅基础还是深基础浅基础还是深基础(桩基础桩基础)(2) 天然还是人工地基天然还是人工地基(3) 天然地基天然地基, 埋深根据土层分布定埋深根据土层分布定 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸台北国际金融中心台北国际金融中心珠海祖国广场珠海祖国广场在在满足其满足其他要求下他要求下尽量浅埋尽量浅埋只有低层只有低层房屋可用房屋可用,否则处理否则处理尽量浅埋尽量浅埋但是如但是如h1太小就为太小就为IIh14 m 桩桩基基或或处理处理(三)工程地质水文条件工程地质水文条件好土好土软土软土(很深很深)好土好土软土软土软土软土好土好土 I II III IVh1 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸h1(四四) 地基冻融条件地基冻融条件1 冻胀危害及机理冻胀危害及机理(1) 冻胀及冻拔冻胀及冻拔 地面隆起地面隆起(不均匀不均匀) 翻浆翻浆,融陷融陷,强度降低强度降低如果冻结深度大于融沉，如果冻结深度大于融沉，称为永冻土称为永冻土地下冰地下冰基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸冻胀丘冻胀丘 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸1 发生冻胀的条件发生冻胀的条件(1) 土土的的条件条件 一般是细颗粒土。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。应不及时，冻胀也不明显。(2) 温度条件温度条件 低于冻结温度低于冻结温度(3) 水文条件水文条件含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深3 按冻胀的地基土分类按冻胀的地基土分类 不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻胀，特强冻胀P161,表表74土的冻胀性分类土的冻胀性分类 冻胀率冻胀率 =冻胀量冻胀量/冻前厚度冻前厚度 土类，含水量，地下水位土类，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标准冻深多年实测最大冻结深度的平均值值, 夏季地面开始往下算。夏季地面开始往下算。 北京北京 1.0m，哈尔滨，哈尔滨 2.0m，满洲里，满洲里 2.5m考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深设计冻深设计冻深 zd(h - h)冻胀后地面冻胀后地面原地面原地面 hh实测实测冻土厚度冻土厚度zd3 考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深设计冻结深度设计冻结深度 zd z0 zs zw zeZ0 标准冻深；考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深设计冻深设计冻深 zd(h - h)冻胀后地面冻胀后地面原地面原地面 hzdh实测冻土厚度实测冻土厚度4 考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深设计冻结深度设计冻结深度 zd z0 zs zw zeZ0 标准冻深；soil, , envi.考虑冻胀性，基础最小埋置深度考虑冻胀性，基础最小埋置深度dmin zd - hmaxhmax -基底下允许出现冻土层最大厚度基底下允许出现冻土层最大厚度zdz0dmin室内地面室内地面hmax3 考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深dmin = zd hmaxZd 设计冻深；设计冻深；hmax允许残留冻土最大厚度允许残留冻土最大厚度ZdZ0dmin室内地面室内地面hmax考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深（五）作用在地基上的荷载的大小和性质（五）作用在地基上的荷载的大小和性质 荷载大小不同，对持力层的要求也不同。荷载大小不同，对持力层的要求也不同。 建筑物荷载的性质也影响基础埋深的选择。建筑物荷载的性质也影响基础埋深的选择。承受轴向压力为主的基础，其埋深只需要满足地承受轴向压力为主的基础，其埋深只需要满足地基的强度和变形要求；对于承受水平荷载的基础，基的强度和变形要求；对于承受水平荷载的基础，还需有足够的埋深以满足稳定性要求；对于承受还需有足够的埋深以满足稳定性要求；对于承受上拔力的基础上拔力的基础(输电塔基础输电塔基础)，也要求有较大的埋，也要求有较大的埋深以保证足够的抗拔阻力。而高层建筑由于荷载深以保证足够的抗拔阻力。而高层建筑由于荷载大，且承受风力和地震力等水平荷载，为满足稳大，且承受风力和地震力等水平荷载，为满足稳定性的要求，减少建筑物的整体倾斜，基础埋深定性的要求，减少建筑物的整体倾斜，基础埋深一般不应少于一般不应少于1/121/8的地面以上建筑物的高度。的地面以上建筑物的高度。浅浅基基础础设设计计步步骤骤No结构、地质和环境资料结构、地质和环境资料基础结构类型与布置方案基础结构类型与布置方案确定地基承载力特征值及修正值确定地基承载力特征值及修正值变形和稳定验算变形和稳定验算基础设计图、施工图、预算书基础设计图、施工图、预算书确定持力层、基础埋深确定持力层、基础埋深 确定基础的初步尺寸确定基础的初步尺寸基础的结构和构造设计基础的结构和构造设计 六、六、地基承载力的确定地基承载力的确定地基极限承载力是地基土体所能承受的最大荷载地基极限承载力是地基土体所能承受的最大荷载 。要求作用在基底的压应力不超过地基的极限承要求作用在基底的压应力不超过地基的极限承载力，并有足够的安全度，而且所产生的变形载力，并有足够的安全度，而且所产生的变形不能超过建筑物的允许变形。满足以上两项要不能超过建筑物的允许变形。满足以上两项要求时，地基单位面积上所能承受的荷载就称为求时，地基单位面积上所能承受的荷载就称为地基的承载力。地基的承载力。建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)中中称为地基承载力的特征值，称为地基承载力的特征值，公路桥涵地基与公路桥涵地基与基础设计规范基础设计规范(JTJ024-85)中称为地基的容许中称为地基的容许承载力。承载力。 承载力的确定承载力的确定一、荷载试验或其他原位测试方法一、荷载试验或其他原位测试方法二、二、 承载力理论公式承载力理论公式三、规范方法三、规范方法千千斤斤顶顶荷载板荷载板六、地基承载力的确定六、地基承载力的确定地基计算地基计算一、现场载荷试验确定承载力特征值一、现场载荷试验确定承载力特征值fak地基承载力计算地基承载力计算千千斤斤顶顶荷载板荷载板一、现场载荷试验确定一、现场载荷试验确定fak地基承载力计算地基承载力计算（1）当）当ps曲线上有明显的曲线上有明显的比例界限时，取该比例界限比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；所对应的荷载值；（2）当极限荷载小于对应比）当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的例界限的荷载值的2倍时，取倍时，取极限荷载值的一半；极限荷载值的一半；(3) 不能按上述两款要求确定时，当压板面积不能按上述两款要求确定时，当压板面积为为0.250.5m2，可取，可取s/b=0.010.015所对应的所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。间接原位测试的方法间接原位测试的方法n平板载荷试验是直接测定地基承载力的原位平板载荷试验是直接测定地基承载力的原位测试方法，而其他的原位测试方法，如静力测试方法，而其他的原位测试方法，如静力触探、动力触探、标准贯入试验等不能直接触探、动力触探、标准贯入试验等不能直接测定地基承载力，但是可以将其结果与各地测定地基承载力，但是可以将其结果与各地区的载荷实验结果相比较，积累一定数量的区的载荷实验结果相比较，积累一定数量的数据，间接地确定地基承载力。这种方法在数据，间接地确定地基承载力。这种方法在中国已有丰富经验，在工程建设中应用较广中国已有丰富经验，在工程建设中应用较广泛。但是当地基基础设计等级为甲级和乙级泛。但是当地基基础设计等级为甲级和乙级时，应结合室内实验成果综合分析，不宜单时，应结合室内实验成果综合分析，不宜单独使用。独使用。n 间接原位测试的方法间接原位测试的方法n(1)动力触探试验动力触探试验n 动力触探是利用一定的锤击能量，使触探动力触探是利用一定的锤击能量，使触探杆打入土层一定深度，根据其所需的锤击数来杆打入土层一定深度，根据其所需的锤击数来判断土的工程性质。动力触探根据探头的型式判断土的工程性质。动力触探根据探头的型式分为圆锥动力触探和标准贯入试验。分为圆锥动力触探和标准贯入试验。圆锥动力触探根据锤击能量的大小可分为轻型、圆锥动力触探根据锤击能量的大小可分为轻型、重型和超重型三种重型和超重型三种常用动力触探类型及规格表常用动力触探类型及规格表（1）轻型圆锥动力触探）轻型圆锥动力触探轻型圆锥动力触探的试验设备主要轻型圆锥动力触探的试验设备主要由锥头、触探杆、穿心锤三部分由锥头、触探杆、穿心锤三部分组成。穿心锤重组成。穿心锤重10kg。试验时，。试验时，先用轻便钻具钻至试验土层标高，先用轻便钻具钻至试验土层标高，然后对试验土层进行连续触探。然后对试验土层进行连续触探。试验时，使穿心锤从试验时，使穿心锤从50cm的高度的高度自由下落，将触探杆竖直打人土自由下落，将触探杆竖直打人土中，记录每打入土层中，记录每打入土层30c m所需的所需的锤击数锤击数N10。该试验设备简单，操。该试验设备简单，操作方便，一般用于贯入深度小于作方便，一般用于贯入深度小于4m的土层。的土层。n 标准贯入试验标准贯入试验 n 标准贯入试验主要适用于标准贯入试验主要适用于砂土、粉土和一般黏性土。其砂土、粉土和一般黏性土。其试验设备主要由标准贯入器、试验设备主要由标准贯入器、触探杆、穿心锤组成。穿心锤触探杆、穿心锤组成。穿心锤重重63.5kg。n 触探试验前，先用钻具钻到触探试验前，先用钻具钻到试验土层标高以上约试验土层标高以上约15cm处，处，再进行试验。试验时，穿心锤再进行试验。试验时，穿心锤以落距以落距76cm自由下落，将贯入自由下落，将贯入器竖直打入土中器竖直打入土中15cm，以后记，以后记录每打入土中录每打入土中30cm的锤击数，的锤击数，即为实测锤击数即为实测锤击数N。n静力触探试验静力触探试验 n 静力触探是利用静压静力触探是利用静压力将装有传感器的触探头力将装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于土以匀速压入土中，由于土层的软硬程度不同，触探层的软硬程度不同，触探头所受阻力不一样。土越头所受阻力不一样。土越软，贯入阻力越小；土越软，贯入阻力越小；土越硬，贯入阻力越大。传感硬，贯入阻力越大。传感器将这种大小不同的贯入器将这种大小不同的贯入阻力信号输入电子测量仪阻力信号输入电子测量仪中，从而达到了解土层工中，从而达到了解土层工程性质的目的。程性质的目的。 单用（桥）探头 双用（桥）探头 多用（孔压）探头触探主机为液压传动式的，反力装置为自重式。 l表表2-24地基基本承地基基本承载力力f0与与PS (qc)经验关系式关系式(Mpa) .序序号号提出者提出者经验关系式关系式范范围值PS(qc)土土层1武武汉联合合试验组f0=0.1043Pa+0.02690.36.0粘性土粘性土2交通部三航院交通部三航院f0=0.1Pa+0.0250.52.5长江三角洲土江三角洲土3兖州煤州煤矿设计院院f0=0.1012Pa+0.0590.353.0淮北粘性土淮北粘性土4江江苏省建筑省建筑设计院院f0=0.084Pa+0.050.355.7南京粘性土南京粘性土5青青岛城建局城建局f0=0.074Pa+0.08241.00.5青青岛粘性土粘性土6连云港云港规划建筑划建筑设计院院f0=0.0807Pa+0.049滨海海软土土7铁三院三院f0=5.8(Pa)1/2-0.046PS单位位(kPa)IP7粘性土粘性土8铁四院四院f0=0.112Pa+0.0050.0850.9软土土9武武汉冶金勘察公司冶金勘察公司f0=0.02Pa+0.05 5.0 长江中下游粉江中下游粉细砂土砂土1现场载荷试验确定承载力特征值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经验方法确定确定承载力特征值fak深度宽度修正的特征值深度宽度修正的特征值fa地基承载力计算地基承载力计算 b 、 d 为宽度深度修正系数，按持力层土查表为宽度深度修正系数，按持力层土查表二、二、 按规范方法确定地基土的承载力按规范方法确定地基土的承载力 fa = Mb b + Md md + Mcck fa :承载力特征值修正值承载力特征值修正值相当与相当与 p1/4=N B /2+Nq d+Ncc基础基础宽度宽度b大大于于6m按按6m计算，砂土小于计算，砂土小于3m按按3m计算，计算，先初步估计先初步估计b, b为基础短边为基础短边地基承载力计算地基承载力计算bl三、按理论公式确定地基土的承载力三、按理论公式确定地基土的承载力例例61 某柱基础底面尺寸为某柱基础底面尺寸为3.0m 4.8m，埋置，埋置深度为深度为d=2.0m，场地上土层分布如图，场地上土层分布如图6-23所示，所示，持力层地基承载力特征值持力层地基承载力特征值fk=176kNm2，试确，试确定持力层地基承载力特征值的修正值定持力层地基承载力特征值的修正值f 。例例61 某柱基础底面尺寸为某柱基础底面尺寸为3.0m 4.8m，埋置深度为，埋置深度为d=2.0m，场地上土层分布如图，场地上土层分布如图6-23所示，持力层地基承所示，持力层地基承载力特征值载力特征值fk=176kNm2，试确定持力层地基承载力，试确定持力层地基承载力特征值的修正值特征值的修正值f 。解解 该持力层为该持力层为e0.85及及IL 6m 按按6 m, 3m 按按3m 荷载板试验荷载板试验fa=Mb b+Md md+Mcck 根据实际宽度和深度计算根据实际宽度和深度计算 fa :承载力特征值（设计值）承载力特征值（设计值）地基承载力验算地基承载力验算2 承载力验算承载力验算根据初步确定的根据初步确定的D与与b，确定宽深修正后的确定宽深修正后的fa(1)中心荷载中心荷载(2)偏心荷载偏心荷载 * *高层建筑高层建筑 *地震可能出现地震可能出现eb/6, pmin0基础的验算基础的验算地基承载力验算地基承载力验算blMae3ae采用不对称柱采用不对称柱n实际基底与土之间不能传递拉应力，基底实际基底与土之间不能传递拉应力，基底压应力分布如图。一部分脱开。压应力分布如图。一部分脱开。n要求要求3a 0.75b，即脱开面积小于即脱开面积小于25%n不满足时不满足时 增加增加A 增加增加l, 减少减少b, A不变不变 采用不对称柱采用不对称柱地基承载力验算地基承载力验算(二二) 软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算存在软弱下卧层时，要验算存在软弱下卧层时，要验算1) 按照中心荷载确定基底压力按照中心荷载确定基底压力 p = (F+G)/A2) 基底原自重应力基底原自重应力 c03) 基底附加应力基底附加应力 p0=pk- c04) 扩散角扩散角 与与Es1/ Es2及及z/b有关有关 持力层太薄不起作用持力层太薄不起作用F p- c0dz c0 cz软土软土Es1Es2地基承载力验算地基承载力验算5) 软弱下卧层顶部附加应力 查表查表219，条基无后一项6) 软弱下卧层承载力做深度修正，不做宽度修正地基承载力验算地基承载力验算F p- c0dz c0 cz软土软土Es1Es2( (三三) ) 地基的稳定验算地基的稳定验算深层滑动深层滑动PhPv表层滑动表层滑动PhPv地基承载力验算地基承载力验算浅浅基基础础设设计计步步骤骤No结构、地质和环境资料结构、地质和环境资料基础结构类型与布置方案基础结构类型与布置方案确定地基承载力特征值及修正值确定地基承载力特征值及修正值变形和稳定验算变形和稳定验算基础设计图、施工图、预算书基础设计图、施工图、预算书确定持力层、基础埋深确定持力层、基础埋深 确定基础的初步尺寸确定基础的初步尺寸基础的结构和构造设计基础的结构和构造设计一一 荷载计算荷载计算二二 基础尺寸基础尺寸三三 基础高度基础高度四四 基础验算基础验算第三节第三节 浅基础设计浅基础设计取一延米计算荷载取一延米计算荷载取取1 1开间算总荷载，再均分开间算总荷载，再均分刚性基础设计刚性基础设计1 1、砖基础、砖基础240560240560二、刚性基础的结构设计二、刚性基础的结构设计刚性基础设计刚性基础设计砖基础砖基础240560刚性基础设计刚性基础设计砖基础采用的砖强度等级砖基础采用的砖强度等级应不低于应不低于MU10，砂浆不，砂浆不低于低于M5，在地下水位以，在地下水位以下或地基土潮湿时应采用下或地基土潮湿时应采用水泥砂浆砌筑。基础底面水泥砂浆砌筑。基础底面以下一般先做以下一般先做100mm厚的厚的混凝土垫层，混凝土强度混凝土垫层，混凝土强度等级一般为等级一般为C10。砖基础。砖基础的高度应符合砖的模数。的高度应符合砖的模数。砖基础砖基础240560刚性基础设计刚性基础设计大放脚的每皮宽度大放脚的每皮宽度b b2 2和高度和高度h h2 2值值(mm)(mm) 宽度、度、高度高度标准准砖八五八五砖宽度、度、高度高度标准准砖八五八五砖b b2 2=h=h2 2/2/260605555h h2 21201201101102 2、砌石基础、砌石基础30030030080 150 150刚性基础设计刚性基础设计砌石基础砌石基础40040040080 150 150刚性基础设计刚性基础设计毛石基础高度一般毛石基础高度一般不小于不小于200mm。毛。毛石基础的每阶高度石基础的每阶高度可取可取400600mm，台阶伸出宽度不，台阶伸出宽度不宜大于宜大于200mm。毛石基础的底面尺寸毛石基础的底面尺寸要求为：对条形基础要求为：对条形基础其宽度不应小于其宽度不应小于500mm，对独立基础，对独立基础其底面尺寸不应小于其底面尺寸不应小于600mm600mm3、石灰三合土基础、石灰三合土基础n石灰三合土基础由石灰、砂和骨料石灰三合土基础由石灰、砂和骨料(矿矿渣、碎砖或碎石渣、碎砖或碎石)加适量的水充分搅拌加适量的水充分搅拌均匀后，铺在基槽内分层夯实而成。均匀后，铺在基槽内分层夯实而成。三合土的配合比三合土的配合比(体积比体积比)为为1：2：4或或1：3：6，在基槽内每层虚铺，在基槽内每层虚铺22cm，夯实至夯实至15cm。三合土基础的高度不应。三合土基础的高度不应小于小于300mm，宽度不应小于，宽度不应小于700mm。 4、灰土基础、灰土基础n灰土基础由熟化后的石灰和粘土按比例灰土基础由熟化后的石灰和粘土按比例拌和并夯实而成。常用的配合比拌和并夯实而成。常用的配合比(体积体积比比)有有3：7和和2：8，铺在基槽内分层夯，铺在基槽内分层夯实，每层虚铺实，每层虚铺2225cm，夯实至，夯实至15cm。其最小干密度要求为：粉土其最小干密度要求为：粉土15.5kN/m3，粉质粘土，粉质粘土15.0kN/m3，粘土，粘土14.5kN/m3。灰土基础的高度不应小于灰土基础的高度不应小于300mm，对条，对条形基础其宽度不应小于形基础其宽度不应小于500mm，对独立，对独立基础其底面尺寸不应小于基础其底面尺寸不应小于700mm700mm。 5、素混凝土基础、素混凝土基础一层台阶一层台阶120200240 60 170240 60 150 150两层台阶两层台阶刚性基础设计刚性基础设计5、素混凝土基础、素混凝土基础120200240 60 170240 60 150 150刚性基础设计刚性基础设计混凝土基础一般用混凝土基础一般用C10以上的素混凝土做成。混凝土基以上的素混凝土做成。混凝土基础的每阶高度不应小于础的每阶高度不应小于250mm，一般为，一般为300mm。毛石混。毛石混凝土基础的每阶高度不应小于凝土基础的每阶高度不应小于300mm。 刚性基础设计步骤刚性基础设计步骤n进行刚性基础设计时先选择进行刚性基础设计时先选择合适的基础埋置深度合适的基础埋置深度d, 并按并按构造要求初步选定基础高度构造要求初步选定基础高度H，然后根据地基承载力要，然后根据地基承载力要求初步确定基础宽度求初步确定基础宽度b，再，再按刚性角的要求进一步验算按刚性角的要求进一步验算基础的宽度：基础的宽度： b b0+2h tg Fll0b0bbth基础高度的确定基础高度的确定单独无筋扩展基础单独无筋扩展基础b b0+2h tg l l 0 +2h tg 满足满足d h+0.1m确定确定h =45o (1:1) 30o (1:2)基础底面积基础底面积Fll0b0bbth2 、条形基础条形基础单位长度，确定基础宽度单位长度，确定基础宽度Fh 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持力层承载力和基础底面积4 、扩展基础、扩展基础(钢筋混凝土钢筋混凝土)n埋置埋置深度和平面尺寸的确定方法一刚深度和平面尺寸的确定方法一刚性基础相同性基础相同n基础高度较小基础高度较小. .Fbth0F持力层承载力和基础底面积持力层承载力和基础底面积基础高度较小，要满足冲切要求基础高度较小，要满足冲切要求扩展基础设计扩展基础设计一一 扩展基础破坏形式扩展基础破坏形式21 21纯剪斜压弯曲F冲切冲切扩展基础设计扩展基础设计二二 单独基础冲切破坏验算单独基础冲切破坏验算荷载采用基本组合荷载采用基本组合基底压力计算时只考虑基底压力计算时只考虑F,不考虑不考虑G扩展基础设计扩展基础设计45o1单独基础中心荷载（单独基础中心荷载（P183）F1=AcpeV=0.7 hftbph0Ac 为阴影面积为阴影面积bp 冲切锥体破坏面上下冲切锥体破坏面上下 边周长的平均值边周长的平均值ft 混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度h0h0aca h 冲切截面高度影响系数冲切截面高度影响系数h045o2 单独基础偏心荷载单独基础偏心荷载四四 基础的验算基础的验算amh0h0l0l h 冲切截面高度影响系数冲切截面高度影响系数F1=AcpeV=0.7 h ft am h0Ac为阴影面积为阴影面积bp冲切锥体破坏面上下冲切锥体破坏面上下边的平均值边的平均值ft 混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度基础的抗震验算基础的抗震验算Kobe earthquake, 1995环球火山地震带环球火山地震带欧亚大陆欧亚大陆日本日本1995 发生破坏的大开车站发生破坏的大开车站阪神地震中液化阪神地震中液化液化：松砂地基在液化：松砂地基在振动荷载作用下丧振动荷载作用下丧失强度变成流动状失强度变成流动状态的一种现象态的一种现象神户码头：神户码头：大面积砂土液化大面积砂土液化很大的侧向变形很大的侧向变形和沉降，建筑物和沉降，建筑物倒塌或严重损伤倒塌或严重损伤 储储油油罐罐倾倾斜斜液化引起的河道破裂液化引起的河道破裂Concrete-frame structure with a mid-story collapse 1999 年年9月月21日台湾大地震日台湾大地震台中县，石冈坝由台中县，石冈坝由于通过逆冲断层破坏于通过逆冲断层破坏台中县太平市台中县太平市1999 年年9月月21日台湾大地震日台湾大地震台中县台中县台中县雾峰乡台中县雾峰乡 一一 抗震验算抗震验算(一一) 动荷载和抗震承载力动荷载和抗震承载力1 抗震承载力抗震承载力 pE= sf s=11.5(软软硬硬)为提高系数为提高系数 由于特殊荷载安全系数降低由于特殊荷载安全系数降低 在动荷载作用下在动荷载作用下,动强度偏高动强度偏高抗震验算抗震验算2 基底压力计算基底压力计算(拟静力法拟静力法)将地震作用等效为惯性力将地震作用等效为惯性力,按静荷载分析计算按静荷载分析计算(1) 荷载组合荷载组合 GE计算地震时结构总荷载计算地震时结构总荷载 G 基础加周围土重基础加周围土重 FE 地震引起的惯性力地震引起的惯性力 M FE引起的地面位置的力矩引起的地面位置的力矩pmaxFEGMGED抗震验算抗震验算(2)ae3a不不脱脱离离脱脱离离抗震验算抗震验算GE计算地震时结构总荷载计算地震时结构总荷载 G 基础加周围土重基础加周围土重 FE 地震引起的惯性力地震引起的惯性力 M FE引起的地面位置的力矩引起的地面位置的力矩 pE 抗震承载力抗震承载力第四节第四节 减小地基不均匀沉降危害的措施减小地基不均匀沉降危害的措施不均匀沉降的危害是多方面的。如相邻柱基地不均匀沉降的危害是多方面的。如相邻柱基地基的不均匀沉降造成桥式吊车轨面沿纵向或横基的不均匀沉降造成桥式吊车轨面沿纵向或横向的倾斜，会导致吊车滑行或卡轨；混合结构向的倾斜，会导致吊车滑行或卡轨；混合结构的地基的不均匀沉降会造成墙体开裂；框架结的地基的不均匀沉降会造成墙体开裂；框架结构柱基的不均匀沉降会造成构件受剪扭而损坏；构柱基的不均匀沉降会造成构件受剪扭而损坏；高耸建筑物地基的不均匀沉降会造成建筑物的高耸建筑物地基的不均匀沉降会造成建筑物的整体倾斜，影响建筑物抗倾覆的稳定性，还会整体倾斜，影响建筑物抗倾覆的稳定性，还会导致高烟囱等筒体结构的附加弯矩等等。导致高烟囱等筒体结构的附加弯矩等等。地基不均匀沉降产生的原因：地基不均匀沉降产生的原因： 1地质条件：会引起较大的沉降和差异沉降。地质条件：会引起较大的沉降和差异沉降。 2上部结构荷载的不均匀：如相邻部分之间层上部结构荷载的不均匀：如相邻部分之间层高相差悬殊等原因，会造成上部结构荷载分高相差悬殊等原因，会造成上部结构荷载分布不均匀，引起地基的不均匀沉降。布不均匀，引起地基的不均匀沉降。 3邻近建筑物的影响：附近建筑物会在建筑物邻近建筑物的影响：附近建筑物会在建筑物的一侧引起较大的附加应力，使建筑物地基的一侧引起较大的附加应力，使建筑物地基产生不均匀沉降。产生不均匀沉降。 4其他原因：如建筑物一侧大面积堆载、开挖其他原因：如建筑物一侧大面积堆载、开挖深基坑等也会引起建筑物地基的不均匀沉降。深基坑等也会引起建筑物地基的不均匀沉降。 防止不均匀沉降对建筑物损害的建筑措施防止不均匀沉降对建筑物损害的建筑措施 n 1建筑物体型应力求简单建筑物体型应力求简单n 2设置沉降缝，控制建筑物长高比设置沉降缝，控制建筑物长高比n 3合理安排建筑物间的距离合理安排建筑物间的距离n 4调整建筑物各部分的标高调整建筑物各部分的标高防止不均匀沉降对建筑物损害的结构措施防止不均匀沉降对建筑物损害的结构措施 n1选用合适的结构形式选用合适的结构形式n2减轻建筑物和基础的自重减轻建筑物和基础的自重n3减小或调整基底附加应力减小或调整基底附加应力n4加强基础刚度加强基础刚度n5设置圈梁设置圈梁防止不均匀沉降对建筑物损害的施工措施防止不均匀沉降对建筑物损害的施工措施 n1采用地基处理措施采用地基处理措施n2采用合理施工措施采用合理施工措施防止已有建筑物产生过大不均匀沉降的保护防止已有建筑物产生过大不均匀沉降的保护措施措施 1设计措施。设计措施。2当设计措施无法满足时，应对已有建筑物当设计措施无法满足时，应对已有建筑物采取适当的施工措施，对已有建筑物的地基基采取适当的施工措施，对已有建筑物的地基基础加固补强。础加固补强。