第四章天然地基上的浅基础

,第四章,天然地基上的浅基础,天然地基上的浅基础设计,Shallow foundation on natural ground,GB50007-2002,1,地基基础分类，荷载和承载力计算,2,基础埋深和基础尺寸确定,3,承载力验算和下卧层验算,4,基础的冲切验算,5,基础的抗震验算,6.,基础的结构设计,7.,算例,地基基础分类荷载和承载力计算,D,D,一 地基基础分类,(,一,),天然地基与浅基础,浅基础,埋深小于,5m,，,或者埋深大于,5m,，,但是小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽略不计。所以不是简单的深浅概念。,天然地基,是不经过对地基土的处理,人工地基,经过地基处理,D,D,桩基础,下卧层,地基与基础,D,埋深,D q =,D,均布荷载,持力层（受力层）,地基,基础,F,G,主要受力层,主要受力层（表,3,0,2,）,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,Shallow foundation,Rigid foundation,Spread foundation,Mat foundation,Pile foundation,Individual footing,(pad foundation) Strip footing,Cross strip footing,Box foundation,2,按基础刚度分,无筋扩展基础,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,1.1 1.5,与材料和荷载有关,F,b,t,b,0,h,0,F,3,按基础的结构形式分类,1,单独基础,:,柱下或墙下,土质较好,Individual footing, pad foundation,2,条型基础,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,3,十字交叉基础,柱,下,:,土质更差,或荷载很大,四面基础相连,纵向条形基础,横向条形基础,4,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,5,箱,形,基础,有,筏、墙和顶板形成箱，整体性更好,底板,外墙,内墙,6,壳,体,基础,二,荷载计算,2,荷载种类,永久,(,恒,),荷载,:,(1),不随时间变化,(2),变化与均值比可以忽略,(3),单调变化并趋于极值。,可变,(,活,),荷载,：变化与均值比不可以忽略,偶然,(,特殊,),荷载,：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。,3,荷载的代表值,标准值,:,为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，如均值,组合值,：,对于可变荷载，组合超越概率与其出现概率相同,频遇值,：,对于可变荷载，超越概率为规定的较小比率,准永久值：,对于可变荷载，设计基准期内，其超越的总时间为设计基准期一半的荷载值。,荷载计算,4,荷载的设计值代表值,分项系数,5,荷载效应,上部结构,F,：,结构自重 屋面楼面荷载 活荷载,基础自重,G,：,设计地面高程（内外地面平均值）,F M,F,F H,F M,H,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,6,荷载组合极限状态设计时，,为保证结构可靠性对于同时出现底各种荷载设计值的规定,基本组合,：承载能力极限状态设计时，永久作用与可变作用的组合（分项系数）,标准组合,：正常使用极限状态设计时，采用标准值（或组合值）为荷载代表的组合,准永久组合：,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,1,原位测试方法,(1),深，浅层平板荷载板试验,(2),其他原位试验,2,公式计算,3,经验类比,荷载采用标准组合确定地基承载力,荷载计算,S,GK,永久荷载效应值,S,QiK,可变荷载效应值，,S,Q1K,表示起控制的可变荷载,三 地基承载力计算,荷载板试验,规范规定的公式,经验方法,千斤顶,荷载板,承载力的标准（特征）值,f,ak,比例界限,p,cr,当,p,u,1.5,p,cr,时，取极限承载力一半,渐变型曲线,s/b = 0.010.015,低压缩性土,s/b = 0.02,高压缩性土,深度宽度修正的特征值,（二） 规范中设计承载力的确定,f,a,=,M,b,b+M,d,m,d+M,c,c,k,f,a,:,承载力特征值（设计值）,相当与,p,1/4,=N,B /2+N,q,d+N,c,c,但当内摩擦角比较大时， 2,M,b,N,基础宽度,b,大,于,6m,按,6m,计算，砂土小于,3m,按,3m,计算,（三） 经验类比法确定承载力,查表得出承载力的标准值，做基础的宽度和深度修正,基础埋深和基础尺寸确定,下卧层,持力层（受力层）,F,G,D,埋深,基础埋深和尺寸,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,D,大于,10cm,（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,基础埋深和尺寸,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,L,H,基础埋深和尺寸,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,L/,H=12,三 基础埋深和尺寸,台北国际金融中心,（三）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,基础埋深和尺寸,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,h,1,太小就为,II,h,1,4 m,桩,基或,处理,（三） 地基及地质水文条件,好土,软土,(,很深,),好土,软土,软土,好土,I II III IV,h,1,基础埋深和尺寸,h,1,（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。,基础埋深和尺寸,基础埋深和尺寸,冰椎,基础埋深和尺寸,基础埋深和尺寸,基础埋深和尺寸,（四） 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,基础埋深和尺寸,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,基础埋深和尺寸,毛细水,土,颗粒,结合水,冰,(2),机理 复杂,开始认为是水变成冰的体胀,.,自由水冻结温度,0,o,c,结合水冻结温度,-0.5-30,o,c,基础埋深和尺寸,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,基础埋深和尺寸,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,基础埋深和尺寸,3,按冻胀的地基土分类,老规范,不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻胀,P32-33,表,2,5,土的冻胀性分类,土类，含水量，地下水位,Z,0,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。,北京,1.0m,，哈尔滨,2.0m,，满洲里,2.5m,4,考虑冻胀的基础埋深,d,min,z,0,t,d,fr,Z,0,标准冻深；,d,fr,残留冻土层厚度,Z,0,t,Z,0,d,min,室内地面,d,fr,4,考虑冻胀的基础埋深,冻胀率,：地面最大冻胀量,/,设计冻深,(%),h,w,冻结面与地下水的距离,Z,d,设计冻深,(h,-,z),冻胀后地面,原地面,z,z,d,h,实测冻土厚度,4,考虑冻胀的基础埋深,d,min,z,d,h,max,Z,d,设计冻深；,h,max,允许残留冻土最大厚度,Z,d,Z,0,d,min,室内地面,h,max,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？,5,基础尺寸的确定,基本条件：基底压力的标准值不大于承载力的特征值,p,k,f,a,三 基础埋深和尺寸,中心荷载,柱基础,（,1,）底面积,A,的确定,*荷载,F,k,+G,k,G,k,=A,d, ,是基础加土,=20KN/m,3,*,承载力特征值,f,a,（,暂不做宽度修正）,*,基底面积,F,k,+G,k,=,Af,a,三 基础埋深和尺寸,G,k,F,k,(2),长和宽,高度的确定,单独无筋扩展基础,b,l,A,b,b,0,+2htg,l,l,0,+2htg,满足,d h+0.1m,确定,b, l,和,h,=45,o (1:1),30,o (1:2),F,l,l,0,b,0,b,b,t,h,三 基础埋深和尺寸,条基单位长度，确定基础宽度,F,h,b,b,0,+2htg,确定,h,砖墙,:,承重墙,b 6070cm,b,0,为,24,37,48cm,非,承重墙,b 50cm,三 基础埋深和尺寸,偏心荷载,以柱下独立基础为例,（,1,）按中心荷载确定底面积,A,1,(2),考虑偏心,A=(1.11.4) A,1,根据偏心大小,根据,A,初步确定,b,和,l,F M,e,F+G,三 基础埋深和尺寸,扩展基础（钢筋混凝土）,埋置,深度和平面尺寸的确定方法一刚性基础相同,基础高度较小,.,F,b,t,b,0,h,0,F,三 基础埋深和尺寸,承载力和下卧层验算,下卧层,D,埋深,D,q =,D,均布荷载,持力层（受力层）,基础,F,G,主要受力层,初步确定了埋深和尺寸后,需要一系列验算,(,一,),持力层验算,1,承载力的设计值的确定,b6m,按,6m, b/6,此时,p,min,b/6,此时,p,min,1016%, 79,度不液化,*,非液化土层,d,u,很厚,地下水位,d,w,很深,(,一定值,),不必进一步判断,例,:,d,u, 69m,d,w, 58m,2,规范法判断地基,液化,(2),复判,在以上初,判的基础上,用标准惯入击数,N,63.5,反映砂土密度,首先饱和,地下水以下,砂土或粉土,d,s,标惯点深度；,d,w,地下水深度，,d,s,d,w,非,液化,c,粘粒含量，,N,0,基准,标惯击数,N,0,基准,标惯击数,7 8 9,近,震,6 10 16,远震,8 12 /,裂度,远近,基础的结构设计,一 砖基础,240,560,240,560,二 砖石基础,300,300,300,80 150,150,素混凝土基础,一层台阶,120,200,240 60 170,240 60 150,150,两层台阶,算例,e,=0.1,Il,=0.2,w,=0.1,n=6(,样本数,),北京地区，居民住宅，,条形基础，无地下室,，,案例题,F=300kN/m,素填土，,.9kN/m,3,Es=4MPa,0.00,-1.50,-6.50,-14.50,w=29%; ;,9kN/m,3,; e=0.80; w,l,=37.7%,; w,p,=18.0% ,E,s,=8.8MPa,c,k,=25kPa; ,k,=18,。粘土,-1.20,5m,8m,w=38%; ;,8kN/m,3,; e=1.10;,w,l,=25.0%,;,w,p,=14.0% ,E,s,=3.0MPa,c,k,=12kPa; ,k,=10,。,淤泥质土,密实砂砾石层,1,根据给定条件，比较合理的埋深应为：,(A)2.00m,(B)1.00m,(C)1.40m,(D)3.50m,2.,用经验类比（查表）法，第二层土的承载力标准值最接近于：,(A)180kPa,(B)200kPa,(C)250kPa,(D)150kPa,e=0.80;,w=29%;,w,l,=37.7%;,w,p,=18.0% I,L,(,w-w,p,)/I,p,=,0.558,查表得承载力基本值,215.36kPa,e,=0.1,，,IL,=0.2,，,w,=0.1,n=6(,样本数,),，,回归修正系数,f,0.832,承载力标准值,179.2kPa,.3.,用经验类比（查表）法，第三层土的承载力标准值最接近于：,(A)100kPa,(B)80kPa,(C)95kPa,(D)112kPa,w=38%;,查表得承载力基本值,95kPa,回归修正系数,f,0.832,承载力标准值,79.0kPa,4.,如果基础埋深定为,1.5,米；基础宽度为,1.7,米。根据理论公式计算，第二层土的承载力设计值最接近于：,(A)220kPa,(B)250kPa,(C)300kPa,(D)175kPa,f,a,=,M,b,b+M,d,m,d+M,c,c,k,表,5.2.5,k,=18,M,b,0.43,M,d,2.72,M,c,=5.31,=9kN/m,3,m,=18.92,kN/m,3,fa,=0.4391.7+2.7218.921.5+5.3125,217kPa,承载力设计值,5.,如果基础埋深定为,1.5,米；基础宽度为,1.7,米。根据查表计算，第二层土的承载力设计值最接近于：,(A)230kPa,(B)210kPa,(C)300kPa,(D)175kPa,承载力标准值,179.2kPa,进行宽度和深度修正,b,0.3,d,=1.6,承载力设计值,f,a,179.2+1.618.92,（,1.5,0.5,）,=209.5kPa,6,软弱下卧层顶面处的土层自重应力最接近于（,kPa,),：,(A)50,(B)100,(C)70,(D)80,自重应力,18.91.2+0.319,94.7=70.7kPa,7.,基底的净压力（,P,0,),最接近于（,kPa,):,(A)155,(B)166,(C)177,(D)200,(300+19.61.71.5)/1.7-18.91.5,177kPa,8.,软弱下卧层顶面处的土层附加应力最接近于（,kPa,),：,(A)72,(B)67,(C )83,(D)56,z/b,0.5,模量比约为,3,，,23,o,z,(1771.7)/(1.7+24.7tan23,o,）,53kPa,9.,根据查表软弱下卧层的承载力设计值最接近于,(,kPa,),：,(A)100,(B)120,(C)140,(D)150,承载力标准值,79.0kPa,d,=1.1,，,m,=11.4,kN/m3,承载力设计值,f,a,79.+1.111.4,（,6.5,0.5,）,=154.2kPa,10.,将二、三两层分别按一层计算沉降，不进行修正（设,s,=1.0),时，其沉降最接近于,(cm):,(A)20,(B)30,(C)10,(D)35,概念题：,1,下面哪一种措施可以提高地基承载力并减少沉降？,A,加大基础埋深，并加作一层地下室,B,加大基础宽度，同时荷载也按比例增加,C,建筑物建成以后，大量抽取地下水,D,建筑物建成以后，在室外填高地坪高程,概念题：,2,下面哪种情况，不能提高地基的极限承载力,?,A,加大基础宽度,B,增加基础埋深,C,降低地下水位,D,增加基础材料的强度,概念题,3,哪一个正确：在刚性基础中，其它条件相同时：,A,基础材料越高，允许刚性角越小,B,基底压力越小，允许刚性角越大,C,允许刚性角只与基础材料有关，与基底压力无关,D,基底的设计深度越大，允许刚性角越小,概念题,4,我国北方某场地原地面高程为,5000m,，,设计室外高程,5030m,，,设计室内地面高程,5060m,，,基底高程,4900m,，,建筑物,10,月份竣工，第二年,5,月份地坪填至设计室外高程，验算冻深应当用：,A d=1.0m,B d=1.3m,C d=1.6m,D d=1.45m,50.6,50.3,50.0,49.0,概念题,5,在上题中，用公式计算，及用深度宽度修正计算地基承载力时，基础埋深应当用：,A d=1.0m,B d=1.3m,C d=1.6m,D d=1.45m,概念题,6,下面哪种情况下计算使用基底净压力,p,e,?,A,持力层承载力验算,B,基础沉降计算,C,软弱下卧层的附加应力计算,D,扩展基础的冲切计算,