方小丹——建筑地基基础设计的若干问题.ppt

建筑地基基础设计的若干问题建筑地基基础设计的若干问题 华南理工大学建筑设计研究院华南理工大学建筑设计研究院 方小丹方小丹 2013.4.2013.4. 1. 1. 地基承载力的确定方法地基承载力的确定方法 地基承载力特征值地基承载力特征值 characteristic value of characteristic value of subgrade bearing capacitysubgrade bearing capacity 指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线 线性变形段内规定的变形所对应的压力值线性变形段内规定的变形所对应的压力值 ，其最大值为比例界限值。，其最大值为比例界限值。 修正后的地基承载力特征值修正后的地基承载力特征值 revised revised characteristic value of subgrade bearing characteristic value of subgrade bearing capacitycapacity 指在保证地基稳定的条件下，地基变形指在保证地基稳定的条件下，地基变形 不超过允许值的地基承载力不超过允许值的地基承载力。 修正后的地基承载力特征值，也即地基容修正后的地基承载力特征值，也即地基容 许承载力，其定义涉及二方面的内容：地许承载力，其定义涉及二方面的内容：地 基的强度和变形。基的强度和变形。 影响地基强度的主要因素有：影响地基强度的主要因素有：a a、土的物、土的物 理力学指标：粘聚力，内摩擦角，重度，理力学指标：粘聚力，内摩擦角，重度， 基底以上土的加权平均重度等；基底以上土的加权平均重度等；b b、基础、基础 宽度；宽度；c c、基础埋深；、基础埋深；d d、地下水位。、地下水位。 影响地基变形的主要因素有：影响地基变形的主要因素有：a a、基底、基底 平均附加压力平均附加压力p p0 0；b b、土的力学性质如、土的力学性质如 压缩模量或变形模量，泊松比等；压缩模量或变形模量，泊松比等；c c、 基础的尺寸、形状及平面布置；基础的尺寸、形状及平面布置；d d、压、压 缩层厚度。缩层厚度。 由此可知，当设计还未开始时，地基由此可知，当设计还未开始时，地基 承载力的容许值就无从确定。承载力的容许值就无从确定。 地基承载力容许值的确定过程也就是地地基承载力容许值的确定过程也就是地 基计算过程：对基计算过程：对“ “地基承载力特征值的经地基承载力特征值的经 验值验值” ”作二方面的修正：作二方面的修正：1 1、深度、宽度、深度、宽度 修正即强度方面的修正；修正即强度方面的修正；2 2、控制变形方、控制变形方 面的修正，包括沉降、沉降差的计算。面的修正，包括沉降、沉降差的计算。 必要时应调整地基承载力取值。必要时应调整地基承载力取值。 确定地基承载力的常规方法有：确定地基承载力的常规方法有： a a、根据土的抗剪强度指标由理论公式、根据土的抗剪强度指标由理论公式 计算；计算；b b、查表；、查表；c c、平板荷载试验；、平板荷载试验；d d 、借鉴已有建筑的经验。必要时，也、借鉴已有建筑的经验。必要时，也 可由几种方法综合确定。可由几种方法综合确定。 全风化、强风化岩的载荷试验：岩石全风化、强风化岩的载荷试验：岩石 地基还是土基？地基还是土基？ 常规的确定地基承载力的方法各有其常规的确定地基承载力的方法各有其 优缺点，实用上，可互为参照，互为优缺点，实用上，可互为参照，互为 补充。尤其重要的是设计人的经验，补充。尤其重要的是设计人的经验， 包括借鉴及合理利用他人的经验。包括借鉴及合理利用他人的经验。 2. 2. 地基变形的估算地基变形的估算 1 1 所有建筑物的地基计算均应满足承载力所有建筑物的地基计算均应满足承载力 计算的有关规定；计算的有关规定； 2 2 设计等级为甲级、乙级建筑物应进行地设计等级为甲级、乙级建筑物应进行地 基变形计算。（基变形计算。（均应按地基变形设计均应按地基变形设计 ） 有可靠经验，下列情况可不作变形计算：有可靠经验，下列情况可不作变形计算： 浅基础持力层为中、微风化岩；或十五层以浅基础持力层为中、微风化岩；或十五层以 下、基础为条形、筏形基础，持力层地基承下、基础为条形、筏形基础，持力层地基承 载力特征值载力特征值 300kPa300kPa的碎石土、密实砂、硬塑的碎石土、密实砂、硬塑 至坚硬残积土层或强风化岩层；桩基础持力至坚硬残积土层或强风化岩层；桩基础持力 层为中层为中 密实砂层、卵、碎石层（且没有软弱密实砂层、卵、碎石层（且没有软弱 下卧层），硬塑至坚硬残积土层及岩层的建下卧层），硬塑至坚硬残积土层及岩层的建 筑物。筑物。 2 2 当地基压缩层为残积土、全风当地基压缩层为残积土、全风 化和强风化岩层且比较均匀时，地化和强风化岩层且比较均匀时，地 基最终变形量可按下式计算基最终变形量可按下式计算 ： (6.3.5-4)(6.3.5-4) 式中式中 s s 地基最终变形量地基最终变形量(mm)(mm)； 土的变形模量土的变形模量(MPa)(MPa)，按式，按式 (4.3.9)(4.3.9)确定；确定； 相应于荷载效应准永久组合相应于荷载效应准永久组合 标准值的基标准值的基 底附加应力底附加应力(MPa)(MPa)； b b 基础宽度基础宽度(mm)(mm)； 经验系数，按当地经验取值经验系数，按当地经验取值 。缺乏经验时，可按表。缺乏经验时，可按表6.3.5-26.3.5-2取值取值 。 表表6.3.5-2 6.3.5-2 沉降计算经验系数沉降计算经验系数 单独基础方形单独基础方形0.50.50.8;0.8;矩形矩形0.70.71.2;1.2;条形基条形基 础础1.01.01.5;1.5;片筏基础片筏基础0.30.30.50.5 注：注：1 1 矩形基础长边与短边之比矩形基础长边与短边之比a/b=1.5a/b=1.54 4 ；条形基础长边与短边之比；条形基础长边与短边之比a/ba/b4 4； 2 2 片筏基础宽度片筏基础宽度b50m; b50m; 宽度大时取较小值宽度大时取较小值, , 长边与短边之比长边与短边之比a/ba/b1.51.5时取较大值。时取较大值。 当地基压缩层各土层压缩性差别较大时，当地基压缩层各土层压缩性差别较大时， 地基最终变形量可按下式计算：地基最终变形量可按下式计算： (6.3.5-5) (6.3.5-5) (6.3.5-6) (6.3.5-6) 式中式中 h h 变形计算深度，单独基础变形计算深度，单独基础 可取可取h h=(1=(11.5)1.5)b b，矩形基础可取，矩形基础可取h h=(1.5=(1.5 2)2)b b，条形基础可取，条形基础可取h h=(2=(23)3)b b，片筏，片筏 基础可取基础可取h h=(0.5=(0.50.9)0.9)b b； 变形计算深度范围内土变形变形计算深度范围内土变形 模量的当量值；模量的当量值； 基岩层的厚度；基岩层的厚度； 基岩层的变形模量；基岩层的变形模量； 第层土的变形模量。第层土的变形模量。 基底起自上至下第层土的厚度； 在计算深度范围内存在中微风化基 岩时，式 (6.3.5-6)中 及 可不计 ； 5 5 花岗岩和泥质软岩的残积土、全风化岩及花岗岩和泥质软岩的残积土、全风化岩及 强风化岩的变形模量值，应按浅层平板荷载强风化岩的变形模量值，应按浅层平板荷载 试验确定；对乙级、丙级工程，当无条件试试验确定；对乙级、丙级工程，当无条件试 验时，可用实测标准贯入击数验时，可用实测标准贯入击数N N 按下式估算按下式估算 ： (MPa) (MPa) 式中式中 载荷试验与标准贯入试验对比而得载荷试验与标准贯入试验对比而得 的经验系数；的经验系数； N N 实测（未经修正）标准贯入击数；实测（未经修正）标准贯入击数； 【例例1 1】 某花岗岩残积土层上的柱下扩某花岗岩残积土层上的柱下扩 展基础，平面尺寸展基础，平面尺寸4X5m4X5m，竖向荷载作，竖向荷载作 用下的柱轴力为用下的柱轴力为600t600t。土层的标贯击数。土层的标贯击数 为为1515击，持力层的承载力特征值为击，持力层的承载力特征值为 30t/m230t/m2。试估算基础的最终沉降。试估算基础的最终沉降。 【解解】由式（由式（4.3.94.3.9），）， N=15,E0=2.3X15=34.5Mpa=3450t/m2N=15,E0=2.3X15=34.5Mpa=3450t/m2 由式（由式（6.3.5-46.3.5-4），最终沉降），最终沉降 S=0.6X30X4/3450=0.02m=2cmS=0.6X30X4/3450=0.02m=2cm 【例例2 2】 其它条件同例其它条件同例1, 1, 但基底以下但基底以下 02m02m为花岗岩残积土，标贯击数为为花岗岩残积土，标贯击数为 1515击；击；24m24m为花岗岩强风化层，标为花岗岩强风化层，标 贯击数为贯击数为5555击；其余为中风化岩层。击；其余为中风化岩层。 试估算基础的最终沉降。试估算基础的最终沉降。 【解解】由式（由式（4.3.94.3.9）, ,残积层残积层E01=3450t/m2, E01=3450t/m2, 花岗岩强风化层花岗岩强风化层 E02=300X55=16500t/m2E02=300X55=16500t/m2 h=1.5b=1.5X4=6m, h=1.5b=1.5X4=6m, 由式（由式（6.3.5-66.3.5-6）变形模）变形模 量当量值量当量值 E0=(4X2X3450+2X2X16500)/(2X2+4X2)E0=(4X2X3450+2X2X16500)/(2X2+4X2) =7800t/m2 =7800t/m2， 最终沉降最终沉降 S=0.6X30X4/7800=0.009m=0.9cm S=0.6X30X4/7800=0.009m=0.9cm 工程实例工程实例 1 1、广东汕头市旧殡仪馆、广东汕头市旧殡仪馆 2 2、广州市西郊某住宅、广州市西郊某住宅 3.3.广东省常用的桩型及其优缺点广东省常用的桩型及其优缺点 人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩 钻孔灌注桩钻孔灌注桩 钢管护壁机械成孔灌注桩钢管护壁机械成孔灌注桩 冲击成孔灌注桩冲击成孔灌注桩 旋挖桩旋挖桩 振动沉管灌注桩振动沉管灌注桩 锤击沉管灌注桩锤击沉管灌注桩 大直径锤击沉管灌注桩大直径锤击沉管灌注桩 内击沉管灌注桩内击沉管灌注桩 打入式预应力混凝土管桩打入式预应力混凝土管桩 静压预应力混凝土管桩静压预应力混凝土管桩 预制混凝土方桩预制混凝土方桩 依成桩方式，可分排土桩、挤土桩、部分挤土依成桩方式，可分排土桩、挤土桩、部分挤土 桩。例如：桩。例如： 排土桩：钻孔桩，人工挖孔桩排土桩：钻孔桩，人工挖孔桩 挤土桩：静压、锤击预制桩挤土桩：静压、锤击预制桩 部分挤土桩：开口预应力管桩、预钻孔预制桩部分挤土桩：开口预应力管桩、预钻孔预制桩 4.4.桩的承载力验算桩的承载力验算 单桩竖向承载力特征值应符合下列规定：单桩竖向承载力特征值应符合下列规定： 1 1竖向荷载效应标准组合：竖向荷载效应标准组合： 在轴心竖向力在轴心竖向力 作用下，单桩竖向力作用下，单桩竖向力 （11-111-1） 在偏心竖向力作用下，除满足式（在偏心竖向力作用下，除满足式（11-111-1）外，尚应）外，尚应 满足满足 （11-211-2） 2 2 竖向荷载与风荷载效应标准组合：竖向荷载与风荷载效应标准组合： 在轴向竖向力作用下在轴向竖向力作用下 （11-311-3） 在偏心竖向力作用下，除满足式在偏心竖向力作用下，除满足式 （ 11-311-3）外，尚应满足）外，尚应满足 （11-411-4） 3 3竖向荷载与地震作用效应标准组合：竖向荷载与地震作用效应标准组合： 在轴心竖向力作用下在轴心竖向力作用下 （11-511-5） 在偏心竖向力在偏心竖向力 用下，除满足式（用下，除满足式（11-511-5）外。尚）外。尚 应满足应满足 （11-611-6） 除按地基岩土条件确定单桩竖向承载力特征值外除按地基岩土条件确定单桩竖向承载力特征值外 ，桩身尚应满足截面承载力要求。，桩身尚应满足截面承载力要求。 5.5.用于控制或减少建筑物沉降的桩用于控制或减少建筑物沉降的桩 (10.1.8)(10.1.8) 式中式中 单桩极限承载力值，但桩身单桩极限承载力值，但桩身 截面承载力仍应满足截面承载力仍应满足10.2.710.2.7条规定，取条规定，取 重要性系数重要性系数 =1=1。 6. 6.基桩的承载力试验与检测基桩的承载力试验与检测 属下列情况之一者，设计、施工前应进行桩的静属下列情况之一者，设计、施工前应进行桩的静 荷载试验：荷载试验： 1 1 地基基础设计等级为甲级的桩基且没有相同地基基础设计等级为甲级的桩基且没有相同 桩型在相似工程地质条件下的试桩资料作参考。桩型在相似工程地质条件下的试桩资料作参考。 2 2 采用新的桩型或新的成桩工艺，对桩的承载力采用新的桩型或新的成桩工艺，对桩的承载力 取值尚无可靠的经验。取值尚无可靠的经验。 3 3 对桩的成桩质量或承载力取值没有把握。对桩的成桩质量或承载力取值没有把握。 当不具备静载试桩的条件时，大直径嵌岩桩的承当不具备静载试桩的条件时，大直径嵌岩桩的承 载力特征值，可根据持力层岩样单轴抗压强度或载力特征值，可根据持力层岩样单轴抗压强度或 持力层原位载荷试验结果及桩身混凝土芯样强度持力层原位载荷试验结果及桩身混凝土芯样强度 等综合确定。等综合确定。 其他情况的桩基承载力特征值可根据经验公式其他情况的桩基承载力特征值可根据经验公式 、有关参数、土的抗剪强度指标估算，并可按相、有关参数、土的抗剪强度指标估算，并可按相 同桩型、相近承载力取值及相似工程地质条件的同桩型、相近承载力取值及相似工程地质条件的 试桩资料综合确定。试桩资料综合确定。 人工挖孔桩终孔时，应进行桩端持力层检验。人工挖孔桩终孔时，应进行桩端持力层检验。 大直径嵌岩桩应检验孔底大直径嵌岩桩应检验孔底3 3倍桩身直径或倍桩身直径或5m5m深深 度范围内有无土洞、溶洞、破碎带或夹层等不度范围内有无土洞、溶洞、破碎带或夹层等不 良地质情况。必要时可抽取岩芯进行抗压强度良地质情况。必要时可抽取岩芯进行抗压强度 试验或原位岩石地基载荷试验。试验或原位岩石地基载荷试验。 持力层为灰岩时钻取岩芯检验的判断持力层为灰岩时钻取岩芯检验的判断 施工完成后的工程桩应进行桩身完整性检验和施工完成后的工程桩应进行桩身完整性检验和 竖向承载力试验。抗拔桩应进行抗拔承载力试竖向承载力试验。抗拔桩应进行抗拔承载力试 验。承受较大水平力或永久水平力的桩应进行验。承受较大水平力或永久水平力的桩应进行 水平承载力试验。水平承载力试验。 当大直径嵌岩桩静载试验有困难时，其竖向承当大直径嵌岩桩静载试验有困难时，其竖向承 载力可载力可由桩身混凝土质量、桩底基岩性状由桩身混凝土质量、桩底基岩性状结合结合 桩底沉渣等情况综合评定。桩底沉渣等情况综合评定。 工程实例工程实例 广州琶洲会展（中国出口商品交易会新展馆）广州琶洲会展（中国出口商品交易会新展馆） 广州珠江新城西塔广州珠江新城西塔 花都某高层住宅花都某高层住宅 广西南宁九洲大厦广西南宁九洲大厦 7 7 . . 桩的竖向承载力桩的竖向承载力 由岩土条件决定的桩竖向承载力：由岩土条件决定的桩竖向承载力： 广东省地基基础规范根据工程经验提高了细广东省地基基础规范根据工程经验提高了细 、中、粗砂、角砾、圆砾、砾砂、卵碎石的、中、粗砂、角砾、圆砾、砾砂、卵碎石的 端阻力取值，使按经验公式的计算承载力与端阻力取值，使按经验公式的计算承载力与 试桩结果更为接近。试桩结果更为接近。 增加了全风化和强风化岩的侧阻力、端阻力增加了全风化和强风化岩的侧阻力、端阻力 特征值的经验值。特征值的经验值。 嵌岩桩承载力的计算沿用公路桥涵地嵌岩桩承载力的计算沿用公路桥涵地 基基础规范。仅依据试验和工程经验基基础规范。仅依据试验和工程经验 提高了桩侧阻的取值。提高了桩侧阻的取值。 花岗岩地层泥浆护壁钻孔桩的侧阻力花岗岩地层泥浆护壁钻孔桩的侧阻力 问题问题 工程实例工程实例 1 1、东莞广电中心、东莞广电中心 2 2、广州长隆集团后勤用房、广州长隆集团后勤用房 3 3、中山嘉明电力有限公司生产控制大楼、中山嘉明电力有限公司生产控制大楼 4 4、东莞厚街文化中心、东莞厚街文化中心 除按地基岩土条件确定桩竖向承载力特征除按地基岩土条件确定桩竖向承载力特征 值外，桩身混凝土强度应满足桩的承载力值外，桩身混凝土强度应满足桩的承载力 设计要求。设计要求。 1 1 对于轴向受压的混凝土灌注桩和预制桩对于轴向受压的混凝土灌注桩和预制桩, , 当不考虑桩身构造配筋的作用时，按下式当不考虑桩身构造配筋的作用时，按下式 验算桩身截面强度：验算桩身截面强度： 式中式中 工作条件系数，灌注桩取工作条件系数，灌注桩取 0.750.75 0.850.85 （水下灌注桩取低值），预制桩取（水下灌注桩取低值），预制桩取0.80.8 0.90.9； fc fc 桩身混凝土轴心抗压强度设计值；桩身混凝土轴心抗压强度设计值； ApAp 桩身横截面面积；桩身横截面面积； Q Q 相应于荷载效应基本组合时的单桩竖相应于荷载效应基本组合时的单桩竖 向力设计值。向力设计值。 理论与工程实践证明，低桩台中的桩，即使理论与工程实践证明，低桩台中的桩，即使 桩周土非常软弱，也不会有稳定问题。根据桩周土非常软弱，也不会有稳定问题。根据 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范轴心受压构件正截轴心受压构件正截 面受压承载力的计算公式，不考虑稳定的影面受压承载力的计算公式，不考虑稳定的影 响，即取稳定系数响，即取稳定系数 不考虑钢筋的作用，由桩身材料决定的钢筋砼不考虑钢筋的作用，由桩身材料决定的钢筋砼 预制桩，取工作条件系数为预制桩，取工作条件系数为0.80.90.80.9，相当于安，相当于安 全系数全系数K=1.351.4/(0.80.9)=2.362.1K=1.351.4/(0.80.9)=2.362.1； 现场灌注桩取工作条件系数为现场灌注桩取工作条件系数为0.750.85, 0.750.85, 相当相当 于安全系数于安全系数K=1.351.4/(0.750.85)=2.522.22K=1.351.4/(0.750.85)=2.522.22 对照对照工业与民用建筑地基基础设计规范工业与民用建筑地基基础设计规范 （TJ7-74TJ7-74），），钢筋混凝土结构设计规范钢筋混凝土结构设计规范（ TJ10-74TJ10-74）及）及工业与民用建筑灌注桩基础设工业与民用建筑灌注桩基础设 计与施工规程计与施工规程（JGJ4-80JGJ4-80），不考虑钢筋的），不考虑钢筋的 作用，桩身强度的安全系数提高了约作用，桩身强度的安全系数提高了约36%36% 62%62%。 工程实践表明，灌注桩的施工除确保砼质量外工程实践表明，灌注桩的施工除确保砼质量外 ，保证桩身的完整性、不颈缩、不夹泥、不断，保证桩身的完整性、不颈缩、不夹泥、不断 桩，甚至更为重要。预应力管桩的正截面承载桩，甚至更为重要。预应力管桩的正截面承载 力计算可参照厂家提供的资料，砼受压强度设力计算可参照厂家提供的资料，砼受压强度设 计值应扣除予压应力的影响，即取计值应扣除予压应力的影响，即取 ，实用上也可取，实用上也可取 5MPa5MPa。 8.8.桩的负摩擦问题桩的负摩擦问题 桩周负摩阻力产生的原因：桩周负摩阻力产生的原因： 1 1 桩周存在欠固结土层桩周存在欠固结土层 2 2 桩侧存在软土层，且地面大面积堆载桩侧存在软土层，且地面大面积堆载( (包括新包括新 近填土近填土) )； 3 3 桩基完工后桩侧土层中地下水位下降。桩基完工后桩侧土层中地下水位下降。 设计可采取的应对措施：设计可采取的应对措施： 当满足桩最小中心距的要求时，群桩的负当满足桩最小中心距的要求时，群桩的负 摩阻力可视为各单桩负摩阻力之和，但算摩阻力可视为各单桩负摩阻力之和，但算 得的负摩阻力不应大于中性点以上的桩间得的负摩阻力不应大于中性点以上的桩间 土重。土重。 未考虑端阻作用的摩擦桩或桩端持力层为软、未考虑端阻作用的摩擦桩或桩端持力层为软、 可塑粘性土时，可把中性点以上的桩侧摩阻力可塑粘性土时，可把中性点以上的桩侧摩阻力 视为零，验算单桩的承载力。视为零，验算单桩的承载力。 桩端持力层为密实的砂、砾砂层、卵、碎石桩端持力层为密实的砂、砾砂层、卵、碎石 层及基岩时，应将负摩阻力作为附加下拉荷载层及基岩时，应将负摩阻力作为附加下拉荷载 ，验算桩中性点处的桩身截面承载力。，验算桩中性点处的桩身截面承载力。 对于负摩阻力较大，桩长变化较大，持力层对于负摩阻力较大，桩长变化较大，持力层 土层较不均匀，建筑物对差异沉降控制要求土层较不均匀，建筑物对差异沉降控制要求 较严格的结构，宜适当加强承台间地梁的强较严格的结构，宜适当加强承台间地梁的强 度、刚度及上部结构的整体刚度。度、刚度及上部结构的整体刚度。 工程实例：工程实例： 江门某工程江门某工程 汕头市粮食局某粮食仓库汕头市粮食局某粮食仓库 9.9.柱下扩展基础的承载力验算柱下扩展基础的承载力验算 承载力验算包括受冲切承载力、受剪切承载承载力验算包括受冲切承载力、受剪切承载 力和受弯承载力验算。力和受弯承载力验算。 受剪切承载力问题讨论受剪切承载力问题讨论 临界截面临界截面 柱下扩展基础的受冲切、受剪承载力验算柱下扩展基础的受冲切、受剪承载力验算 对矩形截面柱的矩形基础应验算柱与基础交对矩形截面柱的矩形基础应验算柱与基础交 接处及基础变阶处的受冲切承载力，受冲切接处及基础变阶处的受冲切承载力，受冲切 承载力应按下列公式验算：承载力应按下列公式验算： （9.2.7-19.2.7-1） （9.2.7-29.2.7-2） （9.2.7-39.2.7-3） 并满足并满足 （9.2.7-49.2.7-4） 一般来说，柱下单独基础板双向受力，墙一般来说，柱下单独基础板双向受力，墙 下条形基础板单向受力，冲切与剪切，其下条形基础板单向受力，冲切与剪切，其 破坏机理类似，承载力均受混凝土的抗拉破坏机理类似，承载力均受混凝土的抗拉 强度所控制。不同的是剪切破坏面可视为强度所控制。不同的是剪切破坏面可视为 平面，而冲切破坏面则可视为空间曲面，平面，而冲切破坏面则可视为空间曲面， 如截圆锥、截角锥或棱台及其它不规则曲如截圆锥、截角锥或棱台及其它不规则曲 面等。面等。 剪切又称单向剪切剪切又称单向剪切(one way shear)(one way shear)，冲切有时，冲切有时 也称冲剪，又称双向剪切也称冲剪，又称双向剪切(punching (punching ，two two way shear)way shear)。对于双向受力的柱下单独基础应。对于双向受力的柱下单独基础应 验算控制截面的受冲切承载力，必要时应验验算控制截面的受冲切承载力，必要时应验 算抗剪承载力；对于单向受力的墙下条形基算抗剪承载力；对于单向受力的墙下条形基 础只需验算控制截面的受剪承载力。础只需验算控制截面的受剪承载力。 实际工程中有这种情况，由于场地或柱网实际工程中有这种情况，由于场地或柱网 布置所限，柱下独立基础长边与短边之比布置所限，柱下独立基础长边与短边之比 大于大于2 2，基础底板近乎单向受力，应验算基，基础底板近乎单向受力，应验算基 础的受剪切承载力。础的受剪切承载力。 新版国标新版国标建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范已做已做 了改进，要求底板宽大于柱截面宽了改进，要求底板宽大于柱截面宽+2+2倍板倍板 厚的基础应验算基础板的受剪承载力。厚的基础应验算基础板的受剪承载力。 对于验算控制截面，有不同的做法。国标对于验算控制截面，有不同的做法。国标 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范根据大量的试验结果根据大量的试验结果 ，以支座边的剪力值即最大剪力值为依据进，以支座边的剪力值即最大剪力值为依据进 行分析，得出了承受均布荷载为主的无腹筋行分析，得出了承受均布荷载为主的无腹筋 一般受弯构件的受剪承载力计算公式，因此一般受弯构件的受剪承载力计算公式，因此 ，把构件剪力最大的截面即柱、墙等支座边，把构件剪力最大的截面即柱、墙等支座边 处作为验算控制截面比较合理。处作为验算控制截面比较合理。 美国混凝土学会（美国混凝土学会（ACIACI）钢筋混凝土房屋钢筋混凝土房屋 建筑规范建筑规范把受剪验算截面定于距支座边把受剪验算截面定于距支座边 处处, ,较之支座边处较之支座边处, , 计算剪力减少了，但其受计算剪力减少了，但其受 剪承载力计算的材料强度值相应低取，仅剪承载力计算的材料强度值相应低取，仅 为受冲切承载力计算时的一半。国标为受冲切承载力计算时的一半。国标建建 筑地基基础设计规范筑地基基础设计规范(GB50007-2002) (GB50007-2002) 筏板筏板 取距梁边取距梁边 处作为板受剪验算的部位，柱下处作为板受剪验算的部位，柱下 扩展取柱边截面。扩展取柱边截面。 比较国标比较国标GB50010-2002GB50010-2002、 GB50007-2002GB50007-2002与与 美国美国ACI318ACI318关于受剪承载力验算的有关规定关于受剪承载力验算的有关规定 ，可知三规范并不协调。虽然基础下土反，可知三规范并不协调。虽然基础下土反 力有集中效应，底板与地基土间存在摩擦力有集中效应，底板与地基土间存在摩擦 力作用等有利因素，但也只能是某种工程力作用等有利因素，但也只能是某种工程 地质条件下某种基础形式的一种定性的判地质条件下某种基础形式的一种定性的判 断。结合长期以来本省的工程实践，本规断。结合长期以来本省的工程实践，本规 范把受剪验算截面定于距支座边范把受剪验算截面定于距支座边 /2 /2 处处 。 基础板的受弯承载力基础板的受弯承载力 基础基础板板受弯破坏的主要破坏模式受弯破坏的主要破坏模式 a、井形破坏模式 b、梯形破坏模式 c、井形翘角破坏模式 极限分析及上限定理、下限定理和单值定理极限分析及上限定理、下限定理和单值定理 1 1、上限定理、上限定理 对于一个结构，可以取各种可能的既满足平衡对于一个结构，可以取各种可能的既满足平衡 条件和力的边界条件，又满足使外力作正功的条件和力的边界条件，又满足使外力作正功的 位移场（即机动容许的位移场），与每一个破位移场（即机动容许的位移场），与每一个破 坏机构（机动容许的位移场）相应的荷载称为坏机构（机动容许的位移场）相应的荷载称为 可破坏荷载。这些可破坏荷载都大于极限荷载可破坏荷载。这些可破坏荷载都大于极限荷载 ，其中最小的一个荷载就是极限荷载。，其中最小的一个荷载就是极限荷载。 根据上限定理，可以使用机动法求解结构的根据上限定理，可以使用机动法求解结构的 极限荷载。使用塑性铰线理论可以求解已知极限荷载。使用塑性铰线理论可以求解已知 尺寸和配筋板的极限承载力，根据塑性铰线尺寸和配筋板的极限承载力，根据塑性铰线 理论的机动法或平衡法求得的板的极限荷载理论的机动法或平衡法求得的板的极限荷载 为上限解。为上限解。 2 2、下限定理、下限定理 对于一个结构，可以选取各种可能的既满足对于一个结构，可以选取各种可能的既满足 平衡条件又满足力的边界条件，又不破坏极平衡条件又满足力的边界条件，又不破坏极 限条件的内力场（即静力容许的内力场），限条件的内力场（即静力容许的内力场）， 与每一个静力容许的内力场相应的荷载称为与每一个静力容许的内力场相应的荷载称为 可接受荷载。这些可接受荷载都是小于极限可接受荷载。这些可接受荷载都是小于极限 荷载的，其中最大的一个荷载就是极限荷载荷载的，其中最大的一个荷载就是极限荷载 。 根据下限定理，可以使用静力法求解结构的根据下限定理，可以使用静力法求解结构的 极限荷载。在静力法中，不考虑结构变形方极限荷载。在静力法中，不考虑结构变形方 面的条件，也就放松了对机动条件的要求。面的条件，也就放松了对机动条件的要求。 3 3、单值定理、单值定理 如果一个荷载既是极限荷载的下限（可接受如果一个荷载既是极限荷载的下限（可接受 荷载），又是极限荷载的上限荷载），又是极限荷载的上限( (可破坏荷载可破坏荷载) )， 则这个荷载满足极限分析理论的全部条件，则这个荷载满足极限分析理论的全部条件， 它就是结构真实的极限荷载，因此将这个解它就是结构真实的极限荷载，因此将这个解 称为完全解。称为完全解。 理论上可以证明，理论上可以证明，由梯形机构所求得基础极限承由梯形机构所求得基础极限承 载力大于井字形机构所求得基础极限承载力。按载力大于井字形机构所求得基础极限承载力。按 井形破坏模式计算的井形破坏模式计算的 是比按梯形破坏模式计算是比按梯形破坏模式计算 的的 小的上限解，根据极限分析方法的上限定理小的上限解，根据极限分析方法的上限定理 ，按梯形破坏模式计算来确定基础的承载力或进，按梯形破坏模式计算来确定基础的承载力或进 行配筋，必然偏于不安全。行配筋，必然偏于不安全。 试验也表明，试验也表明，按井形破坏模式计算按井形破坏模式计算结果更合理。结果更合理。 结论：结论：按照规范的计算公式确定的配筋量按照规范的计算公式确定的配筋量偏偏 小，在常用的柱下独立基础尺寸范围内，两小，在常用的柱下独立基础尺寸范围内，两 者约相差者约相差25%25%左右。以上的试验研究和理论左右。以上的试验研究和理论 分析分析表明表明，国内习用的柱下独立基础按梯形，国内习用的柱下独立基础按梯形 面积面积反力反力的配筋计算方法在理论上不正确，的配筋计算方法在理论上不正确， 计算结果偏于不安全，建议计算结果偏于不安全，建议以过柱边的截面以过柱边的截面 为控制截面，以为控制截面，以矩形面积矩形面积反力计算反力计算柱下柱下扩展扩展 基础基础板的受板的受弯弯承载力承载力。 1111、刚性桩复合地基、刚性桩复合地基 刚性桩复合地基中的刚性桩刚性桩复合地基中的刚性桩( (增强体增强体) )包括预包括预 制混凝土桩、混凝土灌注桩和钢管注浆桩，制混凝土桩、混凝土灌注桩和钢管注浆桩， 适用于处理粘性土、粉土、砂土和分层压实适用于处理粘性土、粉土、砂土和分层压实 的素填土等地基，不宜用于处理淤泥地基。的素填土等地基，不宜用于处理淤泥地基。 桩顶需有一定位移以发挥桩间土的承载力。桩顶需有一定位移以发挥桩间土的承载力。 设计时可考虑：设计时可考虑：1 1、桩设计为摩擦型桩、桩设计为摩擦型桩 ；2 2、 桩顶设置桩顶设置褥垫层褥垫层。 垫层材料可用中、粗砂，石屑或级配砂石等垫层材料可用中、粗砂，石屑或级配砂石等 ，最大粒径不宜大于，最大粒径不宜大于20mm20mm。垫层厚度宜为。垫层厚度宜为 200200400mm400mm。 石灰岩地基上刚性桩复合地基的几个问题石灰岩地基上刚性桩复合地基的几个问题 刚性桩（增强体）的选择：素混凝土灌注桩刚性桩（增强体）的选择：素混凝土灌注桩 （CFGCFG桩）、钢筋混凝土灌注桩、预应力管桩桩）、钢筋混凝土灌注桩、预应力管桩 、预制方桩、钢管桩、预制方桩、钢管桩 桩持力层的选择：基岩以上承载力较高的土桩持力层的选择：基岩以上承载力较高的土 层、基岩面、入岩层、基岩面、入岩 土洞、溶洞的处理土洞、溶洞的处理 工程实例工程实例 广州市规划展览中心广州市规划展览中心 广州荔港南湾广州荔港南湾 广西柳州九洲国际大厦广西柳州九洲国际大厦 云浮某住宅云浮某住宅 关于复合地基深宽系数的讨论关于复合地基深宽系数的讨论 国家规范国家规范建筑地基处理技术规范中建筑地基处理技术规范中规定规定 复合地基的宽度修正系数取复合地基的宽度修正系数取0 0，深度修正系数，深度修正系数 取取1 1，导致某些情况下复合地基的承载力比经，导致某些情况下复合地基的承载力比经 深宽修正的天然地基承载力还低的不合理现象深宽修正的天然地基承载力还低的不合理现象 。 可见，可见，复合地基的宽度修正系数取复合地基的宽度修正系数取0 0，深度修，深度修 正系数取正系数取1 1是不正确的。是不正确的。 地基承载力深宽修正系数从地基承载力深宽修正系数从19741974年的国家年的国家 建筑地基基础设计规范（建筑地基基础设计规范（TJ7-74TJ7-74）开始，一）开始，一 直沿用到现在。编直沿用到现在。编7474规范时，根据各地大量规范时，根据各地大量 的载荷试验资料，经统计分析给出了各类土的载荷试验资料，经统计分析给出了各类土 的地基承载力表，并提出深宽修正方法的地基承载力表，并提出深宽修正方法。 当时，当时，收集了国内外的相关资料，根据当时国收集了国内外的相关资料，根据当时国 内已有的实践经验，并经少量的试验资料校核内已有的实践经验，并经少量的试验资料校核 ，提出了各种土类的深宽修正系数。当时房子，提出了各种土类的深宽修正系数。当时房子 盖得少，也没什么高层建筑，基础的埋深较浅盖得少，也没什么高层建筑，基础的埋深较浅 ，尺寸也较小，与现在已不可相比。从这个角，尺寸也较小，与现在已不可相比。从这个角 度出发，建筑地基基础设计规范里的宽度度出发，建筑地基基础设计规范里的宽度 修正系数也需要调整。修正系数也需要调整。 从道理上说，复合地基由于有增强体（桩）从道理上说，复合地基由于有增强体（桩） ，较不可能发生整体剪切破坏，较可能发生，较不可能发生整体剪切破坏，较可能发生 局部剪切破坏或刺入破坏。而规范的宽度修局部剪切破坏或刺入破坏。而规范的宽度修 正系数是基于整体剪切破坏，即地基中出现正系数是基于整体剪切破坏，即地基中出现 连续的滑动面提出的。因此，复合地基的深连续的滑动面提出的。因此，复合地基的深 宽修正系数会比一般的浅基础小宽修正系数会比一般的浅基础小。 例如，例如，太沙基的地基承载力公式是按整体剪太沙基的地基承载力公式是按整体剪 切破坏导出的，如果是局部剪切破坏，则把切破坏导出的，如果是局部剪切破坏，则把 土的强度指标（土的强度指标（C,C, ）乘以）乘以2/32/3查承载力系数查承载力系数 。另外，有研究认为地基强度不会随基础宽。另外，有研究认为地基强度不会随基础宽 度的增大而增大，如地基基础规范规定大于度的增大而增大，如地基基础规范规定大于6 6 米取米取6 6米，水工规范规定大于米，水工规范规定大于8 8米取米取8 8米。米。 实用上，可暂参照实用上，可暂参照太沙基太沙基的做法，且深度系的做法，且深度系 数不小于数不小于1 1。 1212、地下室设计的几个问题、地下室设计的几个问题 地下室的整体及局部抗浮稳定性地下室的整体及局部抗浮稳定性 水压（浮）力能否折减？水压（浮）力能否折减？ 水头水头h h的取值的取值 抗浮稳定性验算抗浮稳定性验算施工阶段、正常使用阶段施工阶段、正常使用阶段 减少水浮力的措施减少水浮力的措施 控制室外的地下水位控制室外的地下水位 控制地下室底板下的地下水位控制地下室底板下的地下水位 地下室壁板的土压力地下室壁板的土压力 水压力水压力 土压力土压力 静止土压力静止土压力 压实填土的土压力压实填土的土压力 工程实例工程实例 广州京光广场广州京光广场 广东国际大厦广东国际大厦 南京工业大学体育馆南京工业大学体育馆 广州新体育馆训练馆、能源中心广州新体育馆训练馆、能源中心 1313、基床系数的确定、基床系数的确定 基床系数基床系数k=p/y,k=p/y,物理意义：使单位面积的地基物理意义：使单位面积的地基 产生单位沉降量所需的力。产生单位沉降量所需的力。 按压板试验结果确定按压板试验结果确定 k1=(p2-p1)/(s2-s1), k1=(p2-p1)/(s2-s1), 或或k1=p/sk1=p/s 对粘土，对粘土，k=(B1/B)k1, B1-k=(B1/B)k1, B1-压板宽，压板宽，B-B-基础底板宽基础底板宽 对砂性土，对砂性土， （太沙基）（太沙基） 压缩层较软、较薄的情形压缩层较软、较薄的情形 S=pH/E0 k=p/s=E0/HS=pH/E0 k=p/s=E0/H 压缩层较厚的情形压缩层较厚的情形 k=(0.71.4)E0/Bk=(0.71.4)E0/B 估算基础的平均沉降估算基础的平均沉降s s k=p/sk=p/s 岩溶地区基础设计的一般原则岩溶地区基础设计的一般原则 一、问题的提出一、问题的提出 岩溶地区建筑物的基础设计是工程师们常感岩溶地区建筑物的基础设计是工程师们常感 困惑的难题。多年来的工程实践，有机会接困惑的难题。多年来的工程实践，有机会接 触不少此类问题，有成功的心得，也有对失触不少此类问题，有成功的心得，也有对失 败的思考。通过对其中部分有代表性的工程败的思考。通过对其中部分有代表性的工程 实例的简要介绍分析，来探讨岩溶地区基础实例的简要介绍分析，来探讨岩溶地区基础 设计的一般原则。设计的一般原则。 例例1 1、广州市景泰坑某住宅小区、广州市景泰坑某住宅小区 工程概况：建筑物九层，局部十层，首层层工程概况：建筑物九层，局部十层，首层层 高高5.6m5.6m，其余，其余2.8m2.8m，总建筑面积，总建筑面积6.56.5万，钢万，钢 筋混凝土框架结构。筋混凝土框架结构。 场区工程地质条件：人工填土，耕植层厚场区工程地质条件：人工填土，耕植层厚0.8-0.8- 2m2m，坡洪积层（粘土及粉质粘土）厚，坡洪积层（粘土及粉质粘土）厚4 48m8m ，标贯数，标贯数3 31010击；残积层（粘土、粉质粘土击；残积层（粘土、粉质粘土 、粉土）厚、粉土）厚3 312m12m，标贯数，标贯数5 515.515.5击。下伏击。下伏 基岩为石炭系壶天群灰岩，灰色、深灰色，基岩为石炭系壶天群灰岩，灰色、深灰色， 岩质坚硬，岩石上部裂隙发育，有三个钻孔岩质坚硬，岩石上部裂隙发育，有三个钻孔 发现溶洞，洞深分别为发现溶洞，洞深分别为0.20.2、1.31.3、1.55m1.55m，有，有 填充物。填充物。 场地内，发现钻孔场地内，发现钻孔8#8#、9#9#、12#12#、13#13#、14#14# 一带灰岩顶面标高特别低，与周围钻孔的一带灰岩顶面标高特别低，与周围钻孔的 灰岩顶板标高相差灰岩顶板标高相差3 31010米不等，该地段区米不等，该地段区 域存在一个以域存在一个以8#8#、13#13#为中心的溶蚀漏斗。为中心的溶蚀漏斗。 基础型式：采用天然地基上的条形基础，基础型式：采用天然地基上的条形基础， 基底置于坡洪积粉质粘土层上，设计估算基底置于坡洪积粉质粘土层上，设计估算 最大沉降最大沉降6-76-7，竣工验收时实测，竣工验收时实测5.75.7。建。建 成后效果良好。成后效果良好。 例例2 2、肇庆市某办公楼、肇庆市某办公楼 工程概况：十四层钢筋混凝土框剪结构工程概况：十四层钢筋混凝土框剪结构 ，一层地下室，总建筑面积约，一层地下室，总建筑面积约2 2万。万。 场区工程地质条件：耕植土层场区工程地质条件：耕植土层0.30.31m1m，淤，淤 泥及淤泥质土层泥及淤泥质土层7 710 m10 m。粉质粘土，粘土。粉质粘土，粘土 层层4 47 m7 m。下伏基岩为灰岩，岩溶发育，。下伏基岩为灰岩，岩溶发育， 溶洞高溶洞高0.50.53.1m3.1m不等。不等。 基础型式：采用桩筏基础（混凝土灌注桩基础型式：采用桩筏基础（混凝土灌注桩 加筏基）。考虑到淤泥层的透水性很差，加筏基）。考虑到淤泥层的透水性很差， 桩距较密的沉管灌注桩将造成地面隆起，桩距较密的沉管灌注桩将造成地面隆起， 桩的质量难以保证，故以挤土桩（沉管灌桩的质量难以保证，故以挤土桩（沉管灌 注桩）与排土桩（钻孔灌注桩）相间，桩注桩）与排土桩（钻孔灌注桩）相间，桩 端支承于残积层上。建成后效果良好。端支承于残积层上。建成后效果良好。 例例3 3、韶关某办公住宅楼、韶关某办公住宅楼 工程概况：二十层钢筋混凝土框剪结构工程概况：二十层钢筋混凝土框剪结构 ，一层地下室，总建筑面积约，一层地下室，总建筑面积约3 3万，柱最万，柱最 大轴力约大轴力约2000t2000t。 场区工程地质条件：冲洪积软可塑粉质粘场区工程地质条件：冲洪积软可塑粉质粘 土，粘土土，粘土8 820 m20 m，其中卵石层平均厚，其中卵石层平均厚3 34 4 mm，下伏基岩为灰岩，灰色，岩质坚硬，岩，下伏基岩为灰岩，灰色，岩质坚硬，岩 溶发育，钻孔见洞率约溶发育，钻孔见洞率约28%28%，溶洞深，溶洞深0.50.5 3m3m不等。不等。 基础型式：采用冲孔桩，桩径为基础型式：采用冲孔桩，桩径为800800、 10001000、12001200，C30C30水下混凝土，单桩竖向水下混凝土，单桩竖向 容许承载力分别为容许承载力分别为350t350t、500t500t、700t700t，桩端，桩端 支承于灰岩上。支承于灰岩上。 建成后效果良好。