第7講-淺基礎(chǔ)設(shè)計課件

第7章 淺基礎(chǔ)設(shè)計第1節(jié) 地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本原則第2節(jié) 淺基礎(chǔ)的類型第3節(jié) 基礎(chǔ)埋置深度的選擇第4節(jié) 地基承載力第5節(jié) 基礎(chǔ)底面尺寸的確定第6節(jié) 基礎(chǔ)變形驗算第7節(jié) 減輕不均勻沉降損害的措施第1節(jié) 地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本原則一、概述建筑物地基可分為天然地基和人工地基，基礎(chǔ)可分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)埋深較大，其主要作用是把所承受的荷載相對集中地傳遞到地基深部；而淺基礎(chǔ)則是通過基礎(chǔ)底面、把荷載擴散分布于淺部地層。淺基礎(chǔ)不同于深基礎(chǔ)主要表現(xiàn)在：從施工角度看，開挖基坑過程中降低地下水位（當(dāng)?shù)叵滤惠^高時）和保證

坑壁（或邊坡）穩(wěn)定的問題比較容易解決；從設(shè)計角度來看，淺基礎(chǔ)的埋置深度一般較淺，因此可以只考慮基礎(chǔ)底面以下土的承載力，不考慮基礎(chǔ)底面以上土的抗剪強度對地基承載力的作用，還忽略基礎(chǔ)側(cè)面土提供的豎向承載力。淺基礎(chǔ)的設(shè)計，不能離開地基條件孤立地進行，故常稱為地基基礎(chǔ)設(shè)計。地基基礎(chǔ)設(shè)計是建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分?；A(chǔ)的型式和布置，要合理

地配合上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，滿足建筑物整體

的要求，同時要做到便于施工、降低造價?！督ㄖ鼗?guī)范》——GB5007-2002《路橋地基規(guī)范》——JTJ024-85天然地基上結(jié)構(gòu)較簡單的淺基礎(chǔ)，最為經(jīng)濟，如能滿足要求，宜優(yōu)先選用。天然地基、人工地基上淺基礎(chǔ)設(shè)計的原則和方法基本相同，只是采用人工地基上的淺基礎(chǔ)方案時，尚需對選擇的地基處理方法進行設(shè)計，并處理好人工地基與淺基礎(chǔ)的相互影響。天然地基上淺基礎(chǔ)的設(shè)計，包括下述各項內(nèi)容：選擇基礎(chǔ)的材料、類型和平面布置；選擇地基持力層和基礎(chǔ)埋置深度；確定地基承載力；按地基承載力（持力層和下臥層）確定基礎(chǔ)尺寸；進行地基變形與穩(wěn)定性驗算；進行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計；繪制基礎(chǔ)施工圖，提出施工說明。上述淺基礎(chǔ)設(shè)計的各項內(nèi)容是相互關(guān)

聯(lián)的，設(shè)計時可按上述順序，首先選擇基

礎(chǔ)材料、類型和埋深，然后逐項進行計算，如果發(fā)現(xiàn)前面的選擇不妥，則需修改設(shè)計，直至各項計算均符合要求，各數(shù)據(jù)前后一

致為止。二、概率極限設(shè)計方法與極限狀態(tài)設(shè)計原則土木工程領(lǐng)域的設(shè)計采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法。20世紀(jì)80年代開始在建筑工程領(lǐng)域內(nèi)使用概率極限狀態(tài)設(shè)計原則。概率極限設(shè)計方法：以結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)（或失效概率）來度量結(jié)構(gòu)的可靠度，并建立結(jié)構(gòu)可靠度與結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程關(guān)系。極限狀態(tài)分為下列兩點：承載能力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載大變形。正常使用極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值。當(dāng)有作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力時三、地基基礎(chǔ)設(shè)計基本規(guī)定為了保證建筑物的安全與正常使用，根據(jù)建筑物的安全等級和長期荷載作用下地基變形對上部結(jié)構(gòu)的影響程度，地基基礎(chǔ)設(shè)計和計算應(yīng)該滿足下述三項基本原則：（1）防止地基土體剪切破壞和喪失穩(wěn)定性方面，應(yīng)具有足夠的安全度?？刂频鼗淖冃?，使之不超過建筑物的地基變形允許值。基礎(chǔ)的材料、型式、尺寸和構(gòu)造還應(yīng)滿足對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的強度、剛度和耐久性的要求。必須強調(diào)的是：地基基礎(chǔ)問題的解決，不宜單純著眼于地基基礎(chǔ)本身，按常規(guī)設(shè)

計時，更應(yīng)把地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)視為

一個統(tǒng)一的整體，從三者相互作用的概念

出發(fā)考慮地基基礎(chǔ)方案。三、地基基礎(chǔ)設(shè)計荷載規(guī)定例1：在各種荷載條件下，建筑物上部結(jié)構(gòu)的荷載傳至基礎(chǔ)底面的壓力及土和基礎(chǔ)的自重壓力分別見下表，基礎(chǔ)埋置深度為3m，基礎(chǔ)底面以上土的平均重度為12kN/m3。承載力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)土和基礎(chǔ)的自重壓力基本組合標(biāo)準(zhǔn)組合準(zhǔn)永久組合1.35*165=222.7516515060確定基底尺寸時，基礎(chǔ)底面的壓力值。計算地基變形時，基礎(chǔ)底面的壓力值。需驗算建筑物的地基穩(wěn)定時，基礎(chǔ)底面的壓力值。計算基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)力時，基礎(chǔ)底面值。驗算基礎(chǔ)裂縫寬度時，基礎(chǔ)底面值。第2節(jié) 淺基礎(chǔ)的類型一、擴展基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)通過墻、柱等承重構(gòu)件傳遞的荷載，在其底部橫截面上造成的壓強通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地基的承載能力。這就要求在墻、柱之下設(shè)置水平截面向下擴大的基礎(chǔ)-擴展基礎(chǔ)，以使從墻或柱傳遞下來的荷載擴散分布于擴大后的基礎(chǔ)底面，使之滿足地基承載力和變形的要求。1.無筋擴展基礎(chǔ)（剛性基礎(chǔ)）無筋擴展基礎(chǔ)系指由磚、毛石、混凝土、灰土和三合土等材料組成的墻下條形基礎(chǔ)或柱下獨立基礎(chǔ)。無筋擴展基礎(chǔ)無筋擴展基礎(chǔ)的特點是：材料具有較好的抗壓性能，穩(wěn)定性好、施工簡便、能承受較大的荷載，所以只需地基承載力能滿足要求，適用于多層民用建筑和輕型廠房。當(dāng)基礎(chǔ)較厚時，可在縱橫兩個剖面上都做成臺階形，以減少基礎(chǔ)自重，節(jié)省材料。無筋擴展基礎(chǔ)的主要缺點是：自重大，并且當(dāng)持力層為軟弱土?xí)r，由于擴大基礎(chǔ)面積有一定限制，需要對地基進行處理或加固后才能采用，否則會因所受的荷載壓力超過地基承載力而影響結(jié)構(gòu)物的正常使用。所以對于荷載大或上部結(jié)構(gòu)對差異沉降較敏感的結(jié)構(gòu)物，當(dāng)持力層土質(zhì)較差又較厚時，無筋擴展基礎(chǔ)作為淺基礎(chǔ)是不適宜的。無筋擴展基礎(chǔ)的材料雖具有較好的抗壓性能，但其抗拉、抗剪強度卻不高。設(shè)計時必須保證發(fā)生在基礎(chǔ)內(nèi)的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力不超過相應(yīng)的材料強度值。這種保證通常是通過對基礎(chǔ)構(gòu)造的限制來實現(xiàn)的，即基礎(chǔ)每個臺階的寬度與其高度之比（寬高比）都不得超過規(guī)范規(guī)定的臺階寬高比的允許值（圖1）?；A(chǔ)在基底反力作用下，在a-a斷面產(chǎn)生的彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力若超過了基礎(chǔ)建材的強度值，為防止基礎(chǔ)在a-a斷面開裂甚至斷裂，必須在基礎(chǔ)中配置足夠數(shù)量的鋼筋。磚基礎(chǔ)是一般做成臺階式，其砌筑方式有兩種，一是“二皮一收”，另一是“二、一間隔收”。2.擴展基礎(chǔ)（柔性基礎(chǔ)或彈性基礎(chǔ)）

擴展基礎(chǔ)系指柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)和墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)（圖2、圖3）。擴展基礎(chǔ)主要是用鋼筋混凝土澆筑，其抗彎和抗剪性能良好，可在豎向荷載較大、地基承載力不高以及承受水平力和力矩荷載等情況下使用，這類基礎(chǔ)的高度不受臺階寬高比的限制，故適宜于需要“寬基淺埋”的場合下采用。二、獨立基礎(chǔ)（圖4）獨立基礎(chǔ)是配置于整個結(jié)構(gòu)物之下的無筋或配筋的單個基礎(chǔ)。獨立基礎(chǔ)是柱式橋墩和房屋建筑常用的基礎(chǔ)形式之一。它的縱橫剖面均可砌筑

為臺階式，但柱下獨立基礎(chǔ)用石或磚砌筑

時，則在柱子與基礎(chǔ)之間用混凝土墩連接。三、聯(lián)合基礎(chǔ)（圖4）當(dāng)為了滿足地基土的強度要求，必須擴大基礎(chǔ)平面尺寸，而擴大結(jié)果與相鄰的單個基礎(chǔ)在平面上相接甚至重疊時，則可將它們連在一起成為聯(lián)合基礎(chǔ)。四、條形基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)分為墻下（圖5）和柱下（圖6）條形基礎(chǔ)，墻下條形基礎(chǔ)是擋土墻下或涵洞下常用的基礎(chǔ)形式。五、筏板（筏形）基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ)筏板（圖7）和箱形（圖8）基礎(chǔ)都是房屋建筑常用的基礎(chǔ)形式。當(dāng)立柱和承重土墻傳來的荷載較大，地基土質(zhì)軟弱又不均勻，采用單獨或條形基礎(chǔ)均不能滿足地基承載力或沉降的要求時，可采用該兩種基礎(chǔ)。第3節(jié) 基礎(chǔ)埋置深度確定基礎(chǔ)的埋置深度是地基基礎(chǔ)設(shè)計中的重要內(nèi)容，它涉及到結(jié)構(gòu)物建成后的牢固、穩(wěn)定及正常使用問題。在確定基礎(chǔ)埋置深度時，必須考慮把基礎(chǔ)設(shè)置在變形較小，而強度又比較大的持力層上，以保證地基強度滿足要求，而且不致產(chǎn)生過大的沉降或沉降差。此外，還要使基礎(chǔ)有足夠的埋置深度，以保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，確保基礎(chǔ)的安全。

確定基礎(chǔ)埋置深度時，必須綜合考慮地基

的地質(zhì)、地形、水文條件，當(dāng)?shù)氐膬鼋Y(jié)深

度、上部結(jié)構(gòu)形式，以及保證持力層穩(wěn)定

所需的最小埋深和施工技術(shù)條件、造價等

因素。一、與建筑物有關(guān)的條件包括建筑物的用途，有無地下室、設(shè)備基礎(chǔ)、地下設(shè)施和構(gòu)造等。二、作用在建筑物上的荷載大小和性質(zhì)三、工程地質(zhì)條件為保護建筑物必須根據(jù)荷載的大小和性質(zhì)給基礎(chǔ)選擇可靠的持力層（圖9）。四、相鄰建筑物的基礎(chǔ)埋深（圖10）當(dāng)存在相鄰建筑物時，新建建筑物的

基礎(chǔ)埋深不宜大于原有建筑物的基礎(chǔ)埋深。當(dāng)埋深大于原有建筑物的基礎(chǔ)埋深時，兩基礎(chǔ)之間應(yīng)保持一定凈距，其數(shù)值應(yīng)根據(jù)原有建筑物荷載大小、基礎(chǔ)型式和土質(zhì)情況而定。五、水文地質(zhì)條件（圖11）開挖深度六、地基土凍脹和融陷的影響季節(jié)性凍土的設(shè)計凍深當(dāng)建筑物允許一定凍深如上述要求不能滿足時，應(yīng)采取分段施工，設(shè)臨時加固支撐，打板樁，地下連續(xù)墻等施工措施，或加固原有建筑物的地基。第4節(jié) 地基承載力地基承載力是指地基土單位面積上承受荷載的能力，以kN／m2或kPa計。在建筑工程中，必須使建筑物基礎(chǔ)底面壓力不

超過規(guī)定的地基承載力，以保證地基土不

致破壞，即喪失穩(wěn)定性。同時也要使建筑

物不會產(chǎn)生建筑物不容許的沉降和沉降差，以滿足建筑物的使用要求。地基承載力可按三種不同的設(shè)計原則獲得：安全系數(shù)設(shè)計原則、容許承載力設(shè)計原則和概

率極限狀態(tài)設(shè)計原則。安全系數(shù)設(shè)計原則：容許承載力設(shè)計原則：概率極限狀態(tài)設(shè)計原則：概率極限狀態(tài)地基承載力特征值為基礎(chǔ)發(fā)揮正常使用功能時允許采用的設(shè)計值。一、按土的抗剪強度指標(biāo)確定地基承載力和邊坡穩(wěn)定性問題在本質(zhì)上是一致的。它們都是考慮土中的剪應(yīng)力與土的抗剪強度之間的關(guān)系。地基基礎(chǔ)設(shè)計首先必須保證在荷載作用下的地基對土體產(chǎn)生剪切破壞而失效方面，應(yīng)具有足夠的安全度。為此，建筑物淺基礎(chǔ)的地基承載力驗算均應(yīng)滿足下列要求：幾點說明：P165二、

按地基載荷試驗確定在現(xiàn)場通過一定尺寸的載荷板對擾動較少的淺部地基土體直接加荷，所測得的成果一般能反映相當(dāng)于1~2倍載荷板寬度的深度以內(nèi)土體的平均性質(zhì)。承載力特征值的確定（圖7.15）：當(dāng)p~s曲線上有比例界限時，取該比例界限所對應(yīng)的荷載值；當(dāng)極限荷載小于對應(yīng)比例界限的荷載值的1.5倍時，取極限荷載值的一半；當(dāng)不能按上述二點確定時，如壓板面積為0.25~0.50m2，可取s/b=0.01~0.015所對應(yīng)的荷載，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。同一土層參加統(tǒng)計的試驗點不應(yīng)少于3點，各試驗實測值的極差不得超過其平均值的30%，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值fak。三、按地基規(guī)范承載力表確定（修正后的地基承載力特征值）有些土的物理、力學(xué)指標(biāo)和地基承載力之間存在著良好的相關(guān)性。根據(jù)建國以來大量工程實踐經(jīng)驗、原位試驗和室內(nèi)土工試驗數(shù)據(jù)，以確定地基承載力為目的進行了大量的統(tǒng)計分析，得出便于查用地基承載力的表格。適用范圍：基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m。式中

fa—修正后的地基承載力特征值；fak—地基承載力特征值；ηb、ηd—基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)(見表7.10)；b—基礎(chǔ)底面寬度（m），當(dāng)基寬小于3m按3m考慮，大于6m按6m考慮；《建筑地基規(guī)范》規(guī)定γm—基礎(chǔ)底面以上埋深范圍內(nèi)土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度；d—基礎(chǔ)埋置深度（m），一般自室外地面標(biāo)高算起。適用范圍：基礎(chǔ)寬度大于2m或埋置深度大于3m且h/b≤4。式中

—地基容許承載力；b—基礎(chǔ)底面的最小邊寬（m），當(dāng)基寬大于等于10m按10m考慮；—基底下持力層的天然容重；—基底以上土的容重（多層土?xí)r用加權(quán)平均容重）?！堵窐虻鼗?guī)范》規(guī)定例1：P170

例7.1例2：P170

例7.2例3：P207

7.3第5節(jié) 按地基承載力確定基礎(chǔ)底面尺寸確定基礎(chǔ)底面尺寸時，首先應(yīng)滿足地基承載力要求，包括持力層土的承載力計算和軟弱下臥層的驗算；其次，驗算建筑物的變形特征值。《建筑地基規(guī)范》《路橋地基規(guī)范》一、按地基持力層的承載力計算基底尺寸設(shè)計淺基礎(chǔ)時，一般先確定埋深d并初步選擇底面尺寸，求得基底以下持力層的修正后的承載力特征值，再按下列條件驗算并調(diào)整尺寸直至滿足設(shè)計要求為止。式中pk——相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值；fa——修正后的地基承載力特征值。1.當(dāng)軸心荷載作用時（圖12）式中Fk——相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的豎向力值；Gk——基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上的土重；A——基礎(chǔ)底面面積?；A(chǔ)底面的壓力，可按下列公式確定：式中

pkmax——相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，基礎(chǔ)底面邊緣處的最大壓力值；fa——修正后的地基承載力特征值。2.當(dāng)偏心荷載作用時（圖13）除了應(yīng)滿足上式外，還應(yīng)滿足式中

Mk——相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，作用于基礎(chǔ)底面的力矩值；W——基礎(chǔ)底面的抵抗力矩；——力矩作用方向的矩形基礎(chǔ)底面邊長，一般為矩形基礎(chǔ)底面的短邊。基礎(chǔ)底面的壓力，可按下列公式確定：在計算偏心荷載作用下的基礎(chǔ)底面尺寸（2）考慮偏心影響，使時，按下述逐次漸進計算：（1）按公式7.19，計算基礎(chǔ)底面面積

；。對矩形底面的基礎(chǔ)一般?。?）計算

和

。；二、軟弱下臥層的驗算當(dāng)?shù)鼗芰臃秶鷥?nèi)有軟弱下臥層（承載力顯著低于持力層的高壓縮性土層）時，按持力層土的承載力計算得出基礎(chǔ)底面所需的尺寸后，還必須對軟弱下臥層按下式進行驗算?！奢d效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，軟弱下臥

層頂面處的附加應(yīng)力值（圖14）；——軟弱下臥層頂面處土的自重應(yīng)力值；——軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值。矩形基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)例4：P173

例7.4例5：P174

例7.6例6：P175

例7.7例7：P207

7.4第6節(jié) 地基變形驗算按地基承載力適當(dāng)選定了基礎(chǔ)底面尺寸，一般已可保證建筑物在防止地基剪切破壞方面具有足夠的安全度，但是，在荷載作用下，地基沉降總要發(fā)生。對于各類建筑結(jié)構(gòu)，如何控制對其不利的沉降形式——地基變形特征，這是地基基礎(chǔ)設(shè)計必須予以充分考慮的一個基本問題。一、地基變形特征（圖15）沉降量——基礎(chǔ)某點的沉降量。沉降差——基礎(chǔ)兩點或相鄰柱基中點的沉降量之差。傾斜——基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值。局部傾斜——砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向6~10m內(nèi)基礎(chǔ)兩點的沉降差與其距離的比值。二、地基變形驗算《建筑地基規(guī)范》：式中 按第4章方法計算沉降量求得。注意：傳至基礎(chǔ)上的荷載按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合（不計風(fēng)荷載和地震作用）。按表7.15選用。以下情況，在按地基承載力確定基礎(chǔ)底面尺寸后，應(yīng)作地基變形驗算。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲、乙級的建筑物。表7.2所列范圍以內(nèi)有下列情況的丙級建筑。P177①~⑤若地基特征變形驗算不滿足規(guī)范要求，可以先調(diào)整基礎(chǔ)底面尺寸或埋深，如仍不滿

足要求，再考慮從建筑、