天然地基浅基础设计.ppt

第9章 浅基础设计（第一次课）,第9章 浅基础设计（第一次课）,第一节概述,地基：分天然地基和人工地基；基础：分浅基础和深基础,优先使用天然地基浅基础的原因：施工简单、造价低,在天然地基上，埋置深度d5米的一般基础（独立基础或墙下条形基础）以及埋置深度虽超过5米，但埋深d基础宽度b的大尺寸基础（如箱形基础），统称为天然地基浅基础。,地基基础的方案类型,a.天然地基浅基础,b.人工地基浅基础,c.桩基础,d. 深基础,地基基础设计的等级,一、地基基础设计的原则,1.所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定； 2 设计等级为甲级、乙级的建筑物均应按地基变形设计； 3.表9-2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算： 1) 地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑； 2) 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降时 ；3) 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时； 4) 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的填土，其自重固结未完成时。 4 对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，应验算其稳定性； 5 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筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算,表9-2 可不做地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围,表9-2注释,1 地基主要受力层厚度:1.5b3b.系指条形基础底面下深度为3b(b为基础底面宽度)，独立基础下为1.5b，且厚度均不小于5m的范围(二层以下一般的民用建筑除外)； 2 地基主要受力层中如有承载力特征值小于130kPa的土层时，表中砌体承重结构的设计，应符合规范第7章的有关要求，以增强整体刚度和强度：（1）.限制三层以上房屋的长高比L/Hf宜小于或等于2.5；当房屋的长高比为2.5f3.0时，宜做到纵墙不转折或少转折，其内横墙间距不宜过大，必要时可适当增强基础刚度和强度。当预估最大沉降量小于或等于120mm时，其长高比可不受限制 （2）墙内宜设置钢筋混凝土圈梁或钢筋砖圈梁；（3）在墙体上开洞过大时，宜在开洞部位适当配筋或采用构造柱及圈梁加强 3 表中砌体承重结构和框架结构均指民用建筑，对于工业建筑可按厂房高度、荷载情况折合成与其相当的民用建筑层数； 4 表中吊车额定起重量、烟囱高度和水塔容积的数值系指最大值。,二、地基基础设计方法,方法：采用以概率理论的极限状态设计方法。荷载取值：计算基底面积取荷载效应标准组合值（Fk、Gk、Pk），相应的抗力应采用地基承载力特征fa；满足下列要求：,地基承载力,地基变形,三、浅基础设计一般步骤内容 分析掌握拟建场地工程和水文地质条件 合理选择地基持力层、埋深、基础类型及平面布置 修正地基承载力fak得fa 按地基承载力fa确定基础底面尺寸 进行地基稳定性和变形验算； 基础结构的内力分析和截面细部构造设计 并绘制施工图。,计算基础内力或结构抗力采用永久荷载效应控制的基本组合值： F、G等，且F=1.35Fk，G=1.35Gk,第二节浅基础类型,材料类型,无筋扩展基础（刚性基础）：用砖、石、素砼、灰土、三合土等材料建造的基础,钢筋混凝土基础（柔性基础）,构造类型,条形基础,箱形基础,独立基础,筏板基础,十字交叉梁基础,壳体基础,概述,一、无筋扩展基础(刚性基础）：由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础 。,适用于多层民用建筑和轻型厂房,据建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）分类：,柱下独立基础,墙下条形基础,1）受力特点： 抗压性能好，抗拉、抗剪能力差 2）结构特点： 优点稳定性好，施工方便，能承受较大荷载 缺点自重大，抗拉、抗剪能力差，当地基承载力小时，难以通过增大基底尺寸满足设计要求,3）设计要求：规定基础材料强度及质量、限制台阶宽高比 不超过允许值（材料刚性角的正切值）,墙下钢筋混凝土条形基础,柱下钢筋混凝土独立基础,二、扩展基础 指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础,分为,这种基础不仅抗压，且抗弯和抗剪性能好；可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用；基础外伸尺寸大于高度，这类基础的高度不受台阶宽高比的限制 。,不带肋,带肋,十字交叉钢筋砼条形基础,三、柱下条形基础 此类基础由钢筋混凝土材料组成，又称柱下钢筋混凝土条形基础，“柱下条形基础”这一称谓是规范（GB50007-2002）给定的。柱下条形基础可分为单向的和双向的两种,单向柱下条形基础,双向柱下条形基础又称十字交叉钢筋砼条形基础、双向交梁基础,筏形基础(平板式),筏形基础(梁板式),四、筏形基础,五、箱形基础 目前在高层建筑中多采用箱形基础,六、壳体基础 适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑 物的基础。,七、岩石锚杆基础以细石混凝土和锚杆灌注于钻凿成型的岩孔内的基础。,适用于直接建在基岩上的柱基，以及承受拉力或水平较大的建筑物基础。 要求：（1）锚杆孔直径，宜取3倍锚杆直径，但不应小于一倍锚杆直径加250mm，锚杆基础的构造要求，可按图99采用；（2）锚杆插入上部结构的长度，必须符合钢筋的锚固长度要求；（3）锚杆宜采用热轧带钢筋，水泥砂浆强度不宜低于30Mpa，细石混凝土强度不宜低于C30。灌浆前应将锚杆孔清理干净。,第三节 基础埋置深度的选择,一、概念：,1、基础埋置深度： 是指基础底面至地面（一般指设计地面）的距离。,2、基础埋深选择的意义：,影响：建筑物的安全和正常使用；基础施工技术措施；施工工期；工程造价。 安全方面：对高层稳定、滑移的影响；地基强度、变形的影响；基础由于冻胀或水影响下的耐久性。,3、基础埋深选择的原则：,(1)在保证建筑物安全、稳定、耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。(2)除基岩地基外，最小埋深不小于0.5米。另外，基础顶面应底于设计外地面0.1m以上，以避免基础外露。,二、影响基础埋深的因素：,1、建筑物用途与类型、结构形式、荷载性质及大小,用途、结构形式指是否设地下室、高层与非高层及何种结构等。,荷载大小与地基承载力间的关系导致持力层选择发生变化。 建筑物类型不同，其所受荷载性质发生变化，从而对基础埋深产生影响。；例如高层建筑：水平力作用；输电塔：上拔力作用；砖窑：高温作用；冷库：低温作用；受动力荷载基础：对持力层土要求，不宜为饱和疏松的粉细砂（振动液化）。,（1）对高层建筑的筏形基础和箱形基础的埋深应满足地基承载力fa、变形s和稳定性Kt、Ks的要求：高层的土层地基上的箱型、筏形基础不小于建筑物高度的Hg的十五分之一，即：d Hg 1/15;桩箱或桩筏基础的不计桩长埋深d Hg 1/201/18 (2)消除对地下设施的不利：基础顶板低于管道等设施的底面,2工程地质条件和水文地质条件 A、工程地质条件不同，基础的埋深有较大差别，要合理选择持力层以保证建筑物的安全和经济性。 B、土层不均匀时可分段采用不同埋深。对建于边坡上的基础（如上图），其埋深应满足下式：,X取3.5m（条形基础)或2.5m（距形或圆形基础）,水文地质条件 .尽量将基础置于地下水位以上。 .防止流砂；防止地基因挖土减压而隆起开裂； 应控制承压含水层顶面的有效应力大于0，开挖基槽槽底土层的有效厚度(h0)满足:,h0,平均重度r,3、相邻建筑物的影响埋深不超过相邻建筑基础的底面，否则，与相邻基础的净距应大于该相邻基础底面高差的12倍。,4、地基土冻胀和融陷条件 对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深应由下式确定：,z,(GB50007-2002）,设计冻深；当有多年实测资料时， 基底下允许残留冻土层的最大厚度。,实测冻土厚度,地表冻胀量,当无多年实测资料时，可先查规范GB50007-2002 的标准冻深图得到该地区的标准冻深Z0;通过计算求得Zd,查表7.7获得,第四节 地基承载力特征值的确定,地基承载力概念：,地基在保证其稳定的前提下，满足建筑物各类变形要求时的承载能力。分未修正的地基承载力特征值fak和修正后的地基承载力特征值fa,地基承载力的确定方法： a、按静载荷试验方法确定fak ；b、根据土的抗剪强度指标、C或强度理论公式计算确定fa； c、根据原位试、室内实验成果及工程实践经验确定fak ； d、根据相邻条件相似的建筑物经验确定fa。,一、依据地基土的强度理论公式计算确定fa,理论计算公式：适用于e 0.033b, 由P1/4公式导得,据内摩擦角标准值k、粘聚力标准值Ck查表得到的三个承载力系数,二、按地基载荷试验确定地基的承载力特值,p,s,0,极限荷载Pu,比例界限点对应的荷载P0=Pcr,p0,pu,S=0.015b,P0.015,按静载荷试验成果P-S曲线确定地基承载力特征值fak： 1.当ps曲线上有比例界限荷载值时，取比例界限荷载值P0作为fak 2.当极限荷载小于比例界限荷载的2倍时，取极限荷载值Pu的一半作为fak 3.当不能按上述二点确定时，如压板面积为0.250.50m2，可取s/b=0.010.015所对应的荷载作为fak ，但其值不应大于最大加载量的一半 对同一层土，选取三个以上的试验点，如所得的实测值的极差不超过平均值的30%，则取平均值作为地基承载力特征值,有明确的P0、Pu值（低压缩性土）,无明确的P0、Pu值（高压缩性）,式中 fa修正后的地基承载力特征值；fak地基承载力特征值； b、d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，据地基土特征查表7.8； 基础底面以下土的重度 m基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度； d基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起。 b基础底面宽度（m），当基宽小于3m按3m考虑，大于6m按6m考虑；,承载力特征值的修正：,（1）浅层平板载荷试验,（2）深层平板载荷试验：若试验装置体现了埋深影响,（3）基岩风化带的中风化及微风化土载荷试验：,【例1】某建筑工程场地，第一层土为杂填土，厚度1.0m，r118KN/m3；第一层土之下为粉质粘土，厚度很大 ，r218.5KN/m3，IL=0.919，e=0.94，fak=136kPa。该建筑工程地基持力层为粉质粘土，试求以下基础的持力层修正后地基承载力特征值。（1）当基础底面为2.6m4.0m的独立基础，埋深1m；（2）当基础底面为9.5m36m的箱形基础，埋深 3.5m,【解】 据IL=0.919，e=0.94，查表9-10得： （1） d=1m ，b=2.6m取3m, rm18KN/m3,（2） d=3.5m ，b=9.5m取6m, rm18KN/m3,第五节 基础底面尺寸的确定,一、按地基持力层的承载力计算基底尺寸 设计时，先选定地基的持力层和埋深d，对持力层的地基承载力fak进行埋深修正， 求得持力层承载力设计值fa ，在按下列条件验算并调整尺寸直至满足设计要求。,Pk fa,1、对于中心受压基础：,Pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值。,fa修正后的地基承载力特征值。,fa,d,fa,Fk,A,G,g,-,d,fa,Fk,b,G,g,-,（矩形基础）,（条形基础）,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。,Gk基础自重和基础上的土重, kN 。,A,Gk,Fk,pk,+,=,A基础底面面积, m2, Alb，一般l/b=1.02.0；条基取 l=1m 。,注意： d为室内外基础平均埋深。,算法：涉及到fa的宽度修正。,1、先假定b3m，不做宽度修正。,2、如果b3m，则再考虑宽度修正。,rG=20kN/m3, fa,设计计算方法和步骤：,1、先按中心受压计算，求出A0。,2、令A=（1.11.3）A0。,3、验证,若不满足，适当调整，再验算，直到适合为止。,Pkmax1.2fa,一般偏心距e不得大于l/6或b/6,对低压缩性土，可适当放宽，但不得大于l/4或b/4,二、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,软弱下卧层顶面处地基承载力设计值,Pz的简化计算: 条件Es1/Es2 3,Po,Pz,持力层的Es1,软下卧层Es2,下卧层顶面的承载力特征值faz,原理: Po,Pz,Po=Pk-rod,Pcz+Pz faz,承载力特征值faz,Pco= rod,Pz,计算位置,怎样求faz？,D,fazk已知,r0为D范围内土的加权平均重度,【例2】某柱下矩形单独基础。按荷载效应标准组合传至基础顶面的荷载Fk=700kN,水平力Vk=15KN,MK=80KN.m；地基为粘性土，e=0.7,IL=0.78,其=17.5KN/m3,地基承载力特征值fak=226kPa，基础埋深d=1.3m，试确定基础底面尺寸。,【解】（1）求修正后的地基承载力特征值,假定b3m, 据e=0.7,IL=0.78查表9-10得b=0.3,d=1.6,（2）初步按轴心受压基础估算基底面积,考虑偏心荷载的影响，将底面积A0增大20%，则A=1.2.3.27=3.92m2,取4m2. ，取l=2.5m, 则b=4/2.5=1.6m。因b3m,不再修正fa （3）验算地基承载力,2500,d=1.3m,0.6m,=226+1.6x17.5x(1.3-0.5)=240kPa,=700kN,（3）验算地基承载力 基础及其台阶上土重及基地出的力矩 偏心矩 基底压力,满足要求，故基底尺寸长l=2.5m,b=1.6m合适。,=89/（700+1.4）=0.11ml/6=0.42m,【例3】有一轴心受压基础，上部结构传来轴向力FK=850kN,地质条件如图所示，按持力层承载力求得基础尺寸l=3m,b=2m,基础埋深d=1.5m，下卧层埋深应为d+z=5m。试根据图示，验算软弱下卧层承载力。,【解】（1）计算下卧层修正后的地基承载力特征值 下卧层埋深范围内土的加权平均重度为： 经深度修正下卧层承载力设计值为,(2) 下卧层顶面处的自重应力,faz=,fazk,fazk,17.40,=17.40,（4）计算基底平均压力和土的自重压力,（5）计算下卧层顶面处的附加应力Pz,满足要求。,（6）验算下卧层承载力,（3）确定地基压力扩角 按持力层与下卧层压缩模量之比：,fazk,-Pco),9-11,第六节地基变形验算,要求地基沉降变形的某一特征值s不超过允许值S:,沉降变形特征值包括： 1.沉降量一般指基础中点的沉降量 2.沉降差相邻两基础的沉降量之差 3.倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比 4.局部倾斜承重砌体沿纵墙610m内基础两点的沉降差与其距离之比 具体要求允许值见表9-21 沉降观测点的布置：建筑物的四周焦点、转角处、中点、沉降缝处、新老建筑连接处、不同地基或基础交界处。 沉降观测次数：民用建筑每增高一层一次，工业建筑按不同荷载阶段分次观测，施工期间不少于4次，竣工后第1年不少于3-5次，第二年不少于2次，以后每年1次,习题9-1、9-4、9-5,