第1章-地基基础设计的基本原理.ppt

钟声ZHONG,SHENG四川大学建筑与环境学院CollegeofArchitectureandEnvironment,SCU,地基基础工程,本课程主要内容,地基基础工程,介绍地基基础相关的基本概念与原理，为主要讲解内容。,第一章地基基础设计的基本原理第二章扩展基础第三章柱下条形基础第四章片筏基础第五章箱形基础第六章桩基础第七章地基处理第八章地震区的地基基础第九章基坑工程,介绍各种形式基础的结构、构造以及设计内容、计算方法等，为主要讲解内容。,主要通过自学了解的内容。,第一章地基基础设计的基本原理,1、同学之间相互讨论，有疑问可邮件联系；2、不定期随堂测验；3、课间答疑、期末集中答疑；,答疑与测验,成绩评定,1、平时成绩占30，期末成绩占70；2、平时成绩包括作业、测验、出勤等。,电子邮件,zhongsheng,本章主要内容第一节概述第二节基础的类型第三节基础埋置深度的选择第四节地基基础的设计原则第五节地基承载力的确定第六节基础底面尺寸的确定第七节地基变形计算第八节地基稳定性验算第九节减少不均匀沉降危害的措施,第一章地基基础设计的基本原理,本章主要内容第一节概述第二节基础的类型第三节基础埋置深度的选择第四节地基基础的设计原则第五节地基承载力的确定第六节基础底面尺寸的确定第七节地基变形计算第八节地基稳定性验算第九节减少不均匀沉降危害的措施,第一章地基基础设计的基本原理,正在讲解的内容,1.1概述,一、基本概念,地基,受建筑物荷载影响的那部分地层,基础,一般位于地面以下（承上启下、分散、传递荷载）,人工地基,天然地基,建筑物荷载,上部结构,基础,地基,持力层,下卧层,岩石层,一、基本概念1.地基：承受基础传来荷载的地层。,土基,岩基,天然地基,人工地基,2.基础：是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分，根据基础埋深的大小和施工工艺等因素，一般分为浅基础和深基础。浅基础一般基础埋深5m但小于基础宽度。深基础基础埋深5m。,1.1地基基础设计概述,基础是建筑物上部承重结构向下的延伸和扩大，它承受建筑物的全部荷载，并把这些荷载连同本身的重量一起传到地基上。,1.1概述,地基不是建筑物的组成部分，它只是承受由基础传来荷载的土层。其中，具有一定的地耐力，直接承受建筑荷载，并需进行力学计算的土层称为持力层，持力层以下的土层为称为下卧层。,地基与基础的关系,1.1地基基础设计概述,土工结构物或地基,土,强度问题变形问题渗透问题,强度特性变形特性渗透特性,土力学可以解决工程实践问题，土力学是学习地基基础的重要基础课程。,地基基础工程内容,1.1地基基础设计概述,基础的设计,基础的施工,基础的监测,地基设计,基础设计,强度刚度耐久性,强度变形稳定性,1.1.1地基基础事故,1.1地基基础设计概述,地基变形事故,建筑物倾斜,建筑局部倾斜,建筑物基础开裂,建筑物地基滑动,建筑物地基溶蚀,建筑物基槽变位滑动,地基严重下沉,土坡滑动,建筑物地基震害,冻胀事故,地基液化,地基震沉,1.1.1地基基础事故,建筑物倾斜：基础承受偏心荷载、邻近建筑物荷载在地基中扩散、地基土各部分软硬不同、高压缩性土层厚薄不均等原因均可导致高耸结构发生倾斜，倾斜严重时，还可导致结构物的开裂。,比萨斜塔：建成于公元1370年，石砌建筑，塔身为圆筒形，全塔共8层，高55米。基础底面平均压力高达500Kpa，地基持力层为粉砂，下面为粉土和饱和粘土层。目前塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80米，塔顶偏离中心线已达5.27米，倾斜5.5。,地基变形,1.1.1地基基础事故,虎丘塔：位于苏州市西北虎丘公园山顶,建成于公元961年，砖塔平面呈八角形，全塔共7层，高47.5米。塔身向东北方向严重倾斜，塔顶距离竖直中心线达2.31米，同时底层塔身出现不少裂缝。地基覆盖层厚度相差悬殊是虎丘塔倾斜的主要原因。虎丘塔后经地基加固，获得成功。,地基变形,1.1.1地基基础事故,地基变形,关西机场世界最大人工岛,1986年：开工1990年：人工岛完成1994年：机场运营面积：4370m1250m填筑量：180106m3平均厚度：33m,1.1.1地基基础事故,地基变形,关西机场,设计时预测沉降：5.77.5m完成时实际沉降：8.1m，5cm/月(1990年)目前实际沉降：11.5m预测主固结完成：20年后比设计超填：3m,问题：沉降大且有不均匀沉降,1.1.1地基基础事故,建筑地基严重下沉：地基严重下沉多因存在高压缩性软弱土而形成。可导致散水倒坡，室内地坪低于室外地坪，水、暖、电等内外网连接管道断裂等问题，不同程度地影响建筑物的使用。墨西哥艺术宫：1904年落成，地基为超高压缩性淤泥，天然孔隙比高达7-12，天然含水量高达150%-600%，为世界罕见的软弱土层，厚达25m。沉降量高达4m。临近的公路下沉2m，公路路面至艺术宫门前高差达2m。,地基下沉,1.1.1地基基础事故,加拿大特朗斯康谷仓,概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。1911年动工，1913年完工，自重20000T。事故：1913年9月装谷物，10月17日装了31822吨谷物时，1小时竖向沉降达30.5cm；24小时倾斜2653；西端下沉7.32m、东端上抬1.52m；上部钢混筒仓完好无损。,地基滑动,建筑地基滑动：当建筑物施加到地基上的荷载超过地基极限承载力时，地基就发生强度破坏，整幢建筑物就会沿着地基中某一薄弱面发生滑动而倾倒，这往往是灾难性的事故。,处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。,地基滑动,原因：地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力（193.8-276.6）KPa远小于谷仓破坏时发生的基底压力329.4kPa。因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。,加拿大特朗斯康谷仓（TransconaGrainElevator）,1.1.1地基基础事故,1.1.1地基基础事故,实例：徐州故黄河河道区域，沉积有较厚的粉砂和粉土，其底部即为古生代奥陶系灰岩，中间缺失老粘土隔水层，灰岩中存在大量溶洞与裂隙。过量开采地下水引起的水位下降导致覆盖层粉砂和粉土中形成潜蚀与空洞并不断扩大，最终形成多处地面塌陷事故，导致塌陷区房屋倒塌，邻近区域房屋开裂。,地基溶蚀,建筑物地基溶蚀：当地下水流速较大时，如果土体粗粒孔隙中充填的细粒土被冲走，则产生潜蚀，长期潜蚀会形成地下土洞并导致地表塌陷。在石灰岩溶洞发育地区或矿产开采采空区，在地下水渗流作用下，溶洞或采空区顶部土体不断塌落或潜蚀，最终也可导致地表塌陷。,1.1.1地基基础事故,实例：2005年7月，广州珠海区某建筑工地基坑南端约100米挡土墙坍塌，造成5人被困，工地边上的平房倒塌，邻近两幢建筑物出现不同程度的倾斜，部分墙体开裂。,基槽变位,建筑物基槽变位滑动：人工边坡如深基基槽，由于边坡设计施工不当，将导致基槽变位滑动，对工程施工造成影响，严重的导致邻近建筑物开裂或倒塌。,1、基础工程设计主要目标满足建筑结构设计统一标准所规定的建筑结构功能要求：基础设计必须保证它有足够的强度（安全性）、刚度（适用性）及耐久性。2、基础工程设计主要任务地基设计基础设计,1.1.2设计目的、任务和依据,3、基础工程设计主要依据上部结构的布置、荷载及分布情况；地基土的力学性质、土层的分布、地下水位及其变化情况；设计规范：建筑地基基础设计规范GB500072002高层建筑箱形与筏形基础技术规范JGJ6-2011建筑桩基技术规范（JGJ942008）,1.1.2设计目的、任务和依据,4、基础工程设计主要内容基础形式的选择基础埋置深度基础底面大小基础内力计算基础断面计算基础配筋计算绘制基础施工图,1.1.2设计目的、任务和依据,本章主要内容第一节概述第二节基础的类型第三节基础埋置深度的选择第四节地基基础的设计原则第五节地基承载力的确定第六节基础底面尺寸的确定第七节地基变形计算第八节地基稳定性验算第九节减少不均匀沉降危害的措施,第一章地基基础设计的基本原理,正在讲解的内容,1.2基础的类型,第二节基础的类型1、按组成基础的材料的不同有：刚性基础：砖基础、灰土基础、三合土基础、毛石基础、混凝土基础等。非刚性基础：钢筋混凝土基础等。,1.2基础的类型,1.2基础的类型,（1）刚性基础构造要求：刚性基础：由刚性材料构成的基础。力学特点：抗压强度高，但其抗剪、抗拉强度相对很低。因此，对于刚性基础构造设计应注意刚性角的问题。力在一种特定的材料中是按一定的角度分布与传递，这个角叫力的分布，也叫这种材料的刚性角。,1.2基础的类型,刚性角的限值：当刚性基础底部宽度超过刚性角控制范围时，基础底部就容易因受剪而开裂。因此，刚性材料基础设计时为避免受拉或受剪而破坏必须使基底宽度在刚性角控制范围内。刚性角用b/h表示：砖石基础b/h=1:1.251.5混凝土基础b/h=1:1,基础底面宽超过刚性角范围而遭破坏,1.2基础的类型,（2）非刚性材料基础构造要求：钢筋混凝土基础常做成锥形，但最薄处不应小于200mm，一般为200400mm。阶梯形状，每步高约300500mm。,1.2基础的类型,2、按构造形式不同：（1）条形基础当上部结构采用砖墙或石墙承重时，基础沿墙身设置，多做成长条形，故称条形基础或带形基础。,1.2基础的类型,条形基础,条形基础的特点及适用范围条形基础纵向整体性好，可减缓局部不均匀下沉，多用于砖混结构建筑；条形基础土方量大，施工场地开挖纵横沟槽，搬运不便。在连续的墙下或密集的柱下，宜采用条形基础；条形基础多采用地方材料，用途极广；,1.2基础的类型,（2）单独基础（或独立基础）独立基础指彼此间互不相连的基础型式，包括柱下和墙下独立基础；对于墙承重的建筑，同样可以采用独立基础，可减少土方开挖和便于管道穿过。,1.2基础的类型,（a）柱下独立基础,（b）墙下独立基础,单独基础的特点及适用范围当地基承载能力较高时，上部结构为框架结构且荷载较小时采用。适用于多层框架结构或厂房排架柱下基础，地基承载力不低于80kPa时，其材料通常采用钢筋混凝土、素混凝土等。当柱为预制时，则将基础做成杯口形，然后将柱子插入并嵌固在杯口内，故称杯口基础。,1.2基础的类型,（a）阶梯形（b）锥性（c）杯形,（3）井格基础（或称十字交叉基础、交叉梁基础）井格基础：当框架结构处于地基条件较差情况时，为提高建筑物的整体性，以免各柱子之间产生不均匀沉降，常将柱下基础沿纵横方向连接起来，作成十字交叉的井格基础。,1.2基础的类型,井格基础（或称十字交叉基础、交叉梁基础）的特点柱基础纵横相连组成井字格状；交叉梁基础可克服独立基础下沉不均的弊病，适用于荷载较复杂、地情况较差工程；交叉梁基础造价较高，施工复杂，多用于高层建筑。,1.2基础的类型,（4）片筏基础（或称满堂基础、倒楼盖基础、筏板基础）片筏基础：当上部结构荷载较大，而所在地的地基承载力又较软弱时，采用简单的条形基础或井格基础已不能适应地基变形的需要时，常将墙或柱下基础连成一片，使整个建筑物的荷载作用在一块整板上，这种基础称为筏式基础或片筏基础。,1.2基础的类型,片筏基础的特点和适用范围按结构形式又可分为板式和梁板式两类。前者板的厚度较大、构造简单；后者板的厚底较小，但增加了双向梁，构造复杂；片筏基础适用于地基承载力较差、荷载较大的房屋，如高层建筑。,1.2基础的类型,（5）箱形基础箱形基础：是一种将筏板基础的四周、顶部及内部纵横墙用钢筋混凝土浇筑成盒状的整体基础，共同承受上部结构荷载的基础形式。,1.2基础的类型,箱形基础透视图,平面图,立面图,箱形基础的特点及适用范围箱形基础既可提高建筑物和基础的刚度，又可利用基础的空间用作地下室，并避免了大体积土方的回填；箱形基础适用于总荷载很大，浅层地质情况较差需要大幅度的深埋，并需设一层或多层地下室的高层或超高层建筑。,1.2基础的类型,（6）桩基础当上部结构荷载较大，而且地基软弱土层较厚时，地基承载力不能满足要求时，则可采用桩基础。桩基础由承台和桩柱组成。上部荷载通过承台传给桩，再经过桩传给土层。,1.2基础的类型,（a）墙下桩基础；（b）柱下桩基础,桩基础的组成：承台和桩柱。承台是在桩顶现浇的钢筋混凝土梁或板，如上部结构是砖墙时为承台梁，上部结构是钢筋混凝土柱时为承台板，承台的厚度一般不小于300mm，由结构计算确定，桩顶嵌入承台不小于50mm。桩柱有木桩、钢桩、钢筋混凝土桩等，我国采用最多的为钢筋混凝土桩。钢筋混凝土桩按施工方法可分为预制桩、灌注桩和爆扩桩。,1.2基础的类型,桩的分类：a、按照受力状态不同分为端承桩和摩擦桩。b、按照施工方法不同分为灌注桩和预制桩。现场灌注混凝土扩底桩，如下图所示：,1.2基础的类型,1.2基础的类型,预制桩施工现场如下图所示：,桩基础的特点和适用范围桩基属人工地基，适用于地基承载力较小，建筑物总荷载较大的情况，但造价较高。,1.2基础的类型,桩基的组成,3、特殊情况下的基础构造同一建筑物的基础有时埋深不同。须用台阶式相连。,1.2基础的类型,4、小结（1）基础按所用材料及受力情况的不同有刚性基础和非刚性基础之分；按构造形式不同有条形基础、独立基础、井格基础、片筏基础、箱形基础和桩基础等。（2）应重点掌握各种基础适用范围和常用基础的基本构造。,1.2基础的类型,本章主要内容第一节概述第二节基础的类型第三节基础埋置深度的选择第四节地基基础的设计原则第五节地基承载力的确定第六节基础底面尺寸的确定第七节地基变形计算第八节地基稳定性验算第九节减少不均匀沉降危害的措施,第一章地基基础设计的基本原理,正在讲解的内容,1.3基础埋深的选择,1.3.1基础的埋置深度基础埋置深度(m)，是指设计地面（一般可由室外地面算起）到基础底面的深度。,1.3基础埋置深度的选择,基础埋置深度的说明：在填方整平地区，可自填土后的地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起；对于地下室，如采用箱基或筏基时，埋置深度自室外标高算起；如地下室采用独立基础或条形基础，应从室内地面标高算起。,1.3基础埋置深度的选择,浅基础和深基础的划分，不仅与基础埋深有关，还与施工手段和相应的基础形式有关。浅基础：若埋置深度小于基础底面宽度或小于5m，且可用普通开挖基坑和排水方法修筑的基础，如条形基础、独立基础等。深基础：必须埋置在较深的坚实土层上，采用特殊的施工手段和设备修筑的基础，如桩基、沉井、沉箱、地下连续墙等基础。,1.3基础埋置深度的选择,浅基础和深基础采用的基础形式，一般说来：浅基础浅基础一般是指独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础、壳体基础、大块基础及不埋式基础等；深基础而桩（墩）基础、沉井沉箱、锚拉基础、板桩墙及地下连续墙一类的支挡结构，则常被统称为深基础。问：如果基础正好是5m，如何判断深、浅基础？,1.3基础埋置深度的选择,浅基础与深基础的选用原则浅基础构造简单，施工方便，造价低廉，应优先选用浅基础；从经济角度考虑，基础的埋置深度愈小，工程造价愈低。对于一般民用建筑应尽量考虑设计浅基础。但基础埋深过小时，基础底面的土层受到压力后会把基础四周的土挤出，使基础产生滑移而失去稳定；同时接近地表的土层带有大量植物根茎等易腐物质及灰渣、垃圾等杂填物，又因地表面受雨雪、寒暑等外界因素影响较大，故基础的埋深度一般不小于500mm。,1.3基础埋置深度的选择,浅基础与深基础的选用原则深基础与浅基础相比，耗料多，施工困难，遇水及塌方的机会也较多，因此，只有在表层土质极弱和总荷载较大或其它特殊情况下，才选用深基础。,1.3基础埋置深度的选择,1.3.2影响基础埋深的因素（1）与建筑物有关的条件首先考虑建筑物在使用功能与用途要求：有无地下室、设备等；位于岩石地基上的，应满足抗滑要求；在抗震设防区：筏型和箱型基础d1/15h；桩筏和桩箱基d(1/181/20)h；受有上拔力的输电塔基础，应满足抗拔要求；烟囱、水塔等高耸结构物，应满足抗倾覆稳定性要求。,1.3基础埋置深度的选择,（2）工程地质条件总体原则：a）地基受力层范围内，自上而下都是好土，埋深由其他条件和最小埋深定。b）自上而下都是软弱土，可采用连续基础、深基础或地基处理。c）上部为软弱土，下部为好土，持力层取决于上部软弱土层的厚度。d）上部为好土，下部为软弱土，采用“宽基浅埋”方案。,1.3基础埋置深度的选择,土层构造,1.3基础埋置深度的选择,（a）均匀好土,（b）上层为软土，厚度在2m以内，下层为好土,应尽量浅埋，但d500mm，以防建筑荷载将基础四周土壤挤出，或地面受到雨水冲刷、机械破坏而导致基础暴露影响建筑的安全。,应埋在好土上，土方开挖量不大，既可靠又经济。,d,好土,d,好土,软土,土层构造,1.3基础埋置深度的选择,（c）上层为软土，厚度在大于2m，小于5m,低层轻型建筑仍可埋在软土层内，但应加宽基础底面并加强上部结构的整体性。若是高层重型建筑，则应将基础埋在好土上。,（d）上层软土大于5m,可作地基加固处理，或者采用桩基础。对两者作技术经济比较后选定。,d,好土,软土,d,好土,软土,土层构造,1.3基础埋置深度的选择,（e）上层为好土，下层为软土,应力争将基础埋在好土层内，适当提高基础底面，以有足够厚度持力层，并验算下卧层的强度和变形,（f）地基由好土和软土交替构成,重型建筑可用桩基础穿过软土层，或将基础深埋到下层好土上。两方案可经技术经济比较,d,好土,软土,d,好土,软土,好土,（3）地下水位的影响,1.3基础埋置深度的选择,基础埋深和地下水位的关系,选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。基础底面低于潜水面时，除应考虑基坑排水、坑壁围护以及保护基土不受扰动等措施外，还应考虑可能出现的其他施工与设计问题，主要是防止产生流沙涌土等问题。,基坑下埋藏承压含水层,地下水位地下水位对基础埋深的影响：地基土含水量的大小对承载力影响很大，且含有侵蚀性物质的地下水对基础还会产生腐蚀；地下水位较低时基础应争取埋置在地下水位以上。,1.3基础埋置深度的选择,地下水位当地下水位较高时，基础不得不埋置在地下水内时，基底应置于最低地下水位之下，使基底常年置于地下水中，即防止置于地下水位升降幅度之内；原因：为了减少和避免地下水的浮力对建筑的影响，且基础处在干湿交替的环境下，抗腐蚀能力更差。,1.3基础埋置深度的选择,地下水位较高时的基础埋深,最高地下水位,最低地下水位,升降幅度,（4）冰冻深度的影响一般应将基础的垫层设置在土层冻结深度以下200，以避免土壤冻融交替对基础的不利影响。,1.3基础埋置深度的选择,基础埋深和冰冻线的关系,冻结深度土的冻结深度对基础理深的影响：冻土膨胀：当地基土的温度低于01时，土中孔隙内的水大部分冻结，体积膨胀，因而导致冻土膨胀；冻结深度：地基土冻结的极限深度。各地土的冻结深度可由当地气象部门得知；冻融的破坏性：如基础置于冰冻深度内，冻结时冻胀力可将房屋拱起，解冻后房屋又将下沉。冻结和融化的程度、先后，在整幢建筑范围内是不可能均匀的。不均匀的冻融，引起不均匀胀缩，导致建筑出现裂缝、倾斜以致破坏。,1.3基础埋置深度的选择,考虑冻胀的埋置深度：在冻胀土中必须将基础底面置于冰冻线以下，即置于不冻土之中，以避免冻害发生；当冻土深度0.5m时，基础埋深不受其影响；在严寒地区土的冻结深度可达23m。如将低层和荷载较小建筑的基础埋置在冻层以下，势必大幅度提高开挖量和工程总造价。因此，这类建筑如室内有采暖和自身刚度较好时，可将基础理于冻层内也不致引起建筑的开裂破坏。,1.3基础埋置深度的选择,冻土深度对基础埋深的影响,土的冻结深度,200,冰冻线,非冻土,冻土,冻结深度根据地基规范确定埋置深度规范将地基土根据冻结程度分成四类，即：不冻胀土、弱冻胀土、冻胀土、强冻胀土，可查表确定；颗粒很大的砾石、粗砂等是不冻涨土；颗粒小、密度大、保水性强的粘土、粘性砂土等则属于冻涨土。规范根据地基土的冻胀性确定最小埋置深度：对于不冻胀土，不考虑冻胀对埋深的影响；对于弱冻胀土、冻胀土、强冻胀土，按规范确定最小埋置深度dmin，即埋深ddmin；最小埋置深度dmin的确定详见规范。,1.3基础埋置深度的选择,冻结深度季节性冻土是冬季冻结，天暖解冻的土层。对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深d应由下式确定：,1.3基础埋置深度的选择,hmax按照规范附G.0.2选用,设计冻深,标准冻深,（5）相邻建筑物基础的影响对靠近原有建筑物基础修建的新基础，其埋深不宜超过原有基础的底面，否则新、旧基础间应保留一定的净距。,1.3基础埋置深度的选择,相邻建筑基础处理新建房屋与原有房屋相邻时，新基础应浅于原基础或持平，以保证原房屋的安全；新建房屋与原有房屋相邻，但新基础必须深于原基础时，为了不破坏原基础下扩散角内的土层，保证原房屋的安全，必须使新基础离开旧基础，离开的距离不得小于新旧基础底面高差的2倍，并在新基础上用挑梁支承墙梁及外墙，新旧地基间留出沉降缝(如下图)。,1.3基础埋置深度的选择,1.3基础埋置深度的选择,相邻新旧建筑基础处理,1.3.3基础埋深的选择【小结】基础埋深，主要根据以下几个方面综合考虑确定：土层构造地下水位冻结深度其他因素,1.3基础埋置深度的选择,思考题1、什么是地基和基础?它们之间有何区别？2、什么是天然地基和人工地基？常用的人工地基处理方法有哪些？3、常见的基础类型有哪些?各有何特点？4、地基基础设计应满足那些基本原则？（预习）,1.3基础埋置深度的选择,本章主要内容第一节概述第二节基础的类型第三节基础埋置深度的选择第四节地基基础的设计原则第五节地基承载力的确定第六节基础底面尺寸的确定第七节地基变形计算第八节地基稳定性验算第九节减少不均匀沉降危害的措施,第一章地基基础设计的基本原理,1.4地基基础的设计原则,正在讲解的内容,1.4.1地基基础设计常用规范（1）国标建筑地基基础设计规范、建设部标准建筑桩基技术规范，与建筑结构荷载规范、混凝土结构设计规范、砌体结构设计规范等配套执行。适用于工业与民用建筑。（2）交通部标准公路桥涵地基与基础设计规范、公路桥涵设计通用规范、公路砖石及混凝土桥设计规范等配套执行。适用于路桥。,1.4地基基础的设计原则,1.4.2地基基础设计考虑的因素（1）建筑物上部结构的型式、规模、用途、安全等级、荷载大小与性质、整体刚度以及对不均匀沉降的敏感性。（2）建筑物地下部分工程地质条件、地层结构、各土层的物理力学性质、地基承载力、以及地下水埋深与水质等因素。（3）施工工期、施工条件、造价和节约资源等因素。,1.4地基基础的设计原则,1.4.3概率极限状态设计方法与极限状态设计原则,1.4地基基础的设计原则,结构的极限状态,承载能力极限状态,正常使用极限状态,对应于结构或结构构件达到最大承载力或不适合于继续承载的变形,对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定的限值,荷载的设计值代表值分项系数荷载效应上部结构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）,1.4地基基础的设计原则,一般为前两种情况，横向力不大，只做校核,关于荷载取值的规定地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值，应按下列规定采用：（1）按地基承载力确定基础底面积及埋深时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值。（2）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。,1.4地基基础的设计原则,（3）计算挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0（4）在确定基础高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。（5）由永久荷载效应控制的基本组合值可取标准组合值的1.35倍。,1.4地基基础的设计原则,1.4.4地基基础设计要求1、一般要求（1）地基承载力和稳定性分析保证地基有足够的承载力、抵抗变形和稳定性储备：防止基底压力达到地基极限承载力时地基失稳破坏；防止基础的倾覆、滑动及土坡失稳（例如高耸结构、边坡建筑）。,1.4地基基础的设计原则,1.4地基基础的设计原则,地基承载力计算（中心受压）为保证地基有足够强度储备，中心受压基础的基底压力，应小于等于地基承载力pkfa,pk相应于荷载效应的标准组合时，基础底面处的压力值(kN/m2)fa修正后的地基承载力特征值(kN/m2),1.4地基基础的设计原则,地基承载力计算（偏心受压）偏心受压基础应满足pkfa及pmax1.2fa,pmax,pmin,Pk基础底面平均压力设计值(kN/m2)Pmax基础底面边缘的最大压力设计值(kN/m2)Pmin基础底面边缘的最小压力设计值(kN/m2),1.4地基基础的设计原则,如何计算基地反力？基底反力（中心受压）：基底以上竖向力合力作用与基底形心重合基底为均布压力,Fk上部结构传至基础顶面的轴向压力（kN)Gk基底以上基础自重和土重b、l基底边长Abl，基底的面积,1.4地基基础的设计原则,基底反力（偏心受压）设作用于基础底面的弯矩为Mk(kNm),FkGk,Wlb2/6，基础底面积抵抗矩(m3/m)e竖向力合力在基底的偏心距,1.4地基基础的设计原则,基底反力与偏心距的关系,eb/6梯形分布,eb/6三角形分布,eb/6三角形分布,请自行推导：,1.4地基基础的设计原则,关于pmax1.2fa的意义已知,荷载偏心使地基承载力降低的折减系数当eb30时，1，此时，pmax1.2fa蜕化pkfa，表示不考虑荷载偏心使地基承载力降低的影响；当取一般许可的最大值eb6，则0.6，表示由于荷载偏心较大，应该限制基底平均压力pk，使之不超过未考虑偏心影响的地基承载力设计值的60。,1.4地基基础的设计原则,因此，实际上是考虑偏心荷载使承载力下降的折减系数，不能只看式pmax1.2fa的形式，而得出“偏心荷载作用下地基承载力可以提高20”的不恰当的结论,关于pmax1.2fa的意义已知,1.4.4地基基础设计原则1、一般要求（2）地基变形设计对地基的变形进行控制：防止地基发生过量的变形，导致建筑物的开裂或倾斜等，从而影响建筑物的坚固性及正常使用。1、为了防止这种情况出现，地基应满足条件：,1.4地基基础的设计原则,s地基变形值或地基变形特征值，按土力学方法计算；地基允许变形值，根据建筑物的不同等级，也不相同，可查表求得。,2、地基变形分类地基变形特征可分成：沉降量沉降差倾斜局部倾斜,1.4地基基础的设计原则,沉降量指单独基础中心的沉降量沉降量主要用于,1.4地基基础的设计原则,基础中心沉降量,s,地基比较均匀时的单层排架结构柱基。此时，在满足容许沉降量后可不再验算相邻柱基的沉降差；在需要考虑沉降对建筑物有关部分之间的净空、连接方法及施工顺序的影响时也要预留沉降量。此时，往往需要分别预估施工期间和使用期间的地基变形值；总沉降量：建筑物施工期间和使用期间沉降量之和。,1.4地基基础的设计原则,沉降差两相邻单独基础沉降之差值ss1s2在下列情况下要进行沉降差的计算：当地基不均匀、荷载差异大时的框架结构及单层排架结构的相邻基础沉降差；相邻结构存在影响；原有基础附近有堆积重物。,相邻基础沉降差,s2,s1,l,s,1.4地基基础的设计原则,基础倾斜,tg(s2s1)b,b,s2,s1,倾斜定义：单独基础在倾斜方向上两端点的沉降差与其距离b的比值；当地基不均匀或附近堆积有地面荷载，以及基础有较大的偏心荷载和受水平荷载较大的高耸构筑物时都要验算倾斜。,1.4地基基础的设计原则,局部倾斜指的是砌体承重结构沿纵墙610m内基础两点的沉降差与其距离的比值tg(s1s2)l,局部倾斜,s2,s1,l610m,1.4地基基础的设计原则,局部倾斜计算点应选择在：地基不均匀；荷载相差大；体型复杂的局部地段；及纵横墙交点处；一般承重房屋承重墙下的条形基础，其计算距离l可根据具体情况确定，如用横隔墙的间距作为l。,局部倾斜,s2,s1,l610m,地基变形设计要点：1、计算地基变形时，传到基础底面的荷载效应应按正常使用极限状态准永久组合，风荷载及地震作用均不参与组合；2、不同建筑物对地基变形的适应性不同，要考虑采用不同的地基变形特征（沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜等）来比较和控制；3、地基设计时，要预估建筑物施工以及使用期间的地基变形值，以便预留建筑连接方法及施工顺序所要求的净空；4、地基容许变形值按照规范确定。,1.4地基基础的设计原则,1.4地基基础的设计原则,常见结构地基变形控制说明：对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；框架结构和单层排架应由相邻柱基的沉降差控制；多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制；以上结构必要时应控制平均沉降量。,3、地基容许变形值【】,1.4地基基础的设计原则,地基容许变形值【】,1.4地基基础的设计原则,4、地基基础设计等级及规定（1）地基基础设计等级,1.4地基基础的设计原则,4、地基基础设计等级及规定（2）地基变形计算的规定所有建筑物的地基计算都应满足承载力规定；甲级、乙级地基必须进行变形计算；丙级建筑物满足下列情况之一应作变形验算；地基承载力特征值130kPa，且体型复杂的建筑；基础及其附近有地面堆载或相邻基础荷载相差大；软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；相邻建筑物相距很近，可能发生倾斜时；地基内有厚度较大或厚薄不均匀的填土，自重固结尚未完成时。,1.4地基基础的设计原则,（2）地基变形计算的规定丙级建筑物满足下表，可不作变形计算；,1.4地基基础的设计原则,（2）地基变形计算的规定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，还应验算其稳定性；基坑工程应进行稳定性验算。,1.4地基基础的设计原则,5、地基基础设计步骤在一般情况下，进行基础设计时，要具备如下一些资料：建筑场地的地形图，由甲方提供；建筑场地的工程地质勘探资料，由甲方提供；建筑物的建筑平面、立面、剖面图，作用在基础上的荷载、设备基础及各种设备管道的布置和标高；施工单位的设备和技术力量。,1.4地基基础的设计原则,5、地基基础设计步骤根据上述资料，按下列步骤进行基础设计：选择基础材料及构造形式；确定基础埋置深度；确定地基土的承载力设计值；按地基承载力设计值确定基础底面尺寸；需作地基变形计算的建筑物，进行地基变形验算；验算地基的稳定性(建在斜坡上的建筑物)；确定基础剖面尺寸，对钢筋混凝土基础进行内力计算并进行配筋计算；绘施工图，编制施工说明。,1.4地基基础的设计原则,本章主要内容第一节概述第二节基础的类型第三节基础埋置深度的选择第四节地基基础的设计原则第五节地基承载力的确定第六节基础底面尺寸的确定第七节地基变形计算第八节地基稳定性验算第九节减少不均匀沉降危害的措施,第一章地基基础设计的基本原理,正在讲解的内容,1.5地基承载力的确定,1.5.1地基承载力的定义地基承载力：是指地基土单位面积上所能承受的荷载，通常把地基土单位面积上所能承受的最大荷载称为极限荷载或极限承载力。1.5.2地基破坏型式及破坏过程（1）冲剪破坏（2）局部剪切破坏（3）整体剪切破坏,1.5地基承载力的确定,（1）冲剪破坏（压密阶段）,s,p,局部剪切破坏型式的压力-沉降关系曲线,0,线性变形阶段,1.5地基承载力的确定,（1）冲剪破坏（压密阶段）,松软地基，埋深较大；荷载板几乎是垂直下切，两侧无土体隆起。,1.5地基承载力的确定,（2）局部剪切破坏（剪切阶段）,s,p,局部剪切破坏型式的压力-沉降关系曲线,0,压力和沉降关系曲线开始呈现非线性关系,1.5地基承载力的确定,线性变形阶段,（2）局部剪切破坏（剪切阶段）,松软地基，埋深较大；曲线开始非线性，没有明显的骤降段。,1.5地基承载力的确定,（3）整体剪切破坏（破坏阶段）,整体剪切破坏型式的压力-沉降关系曲线,线性变形阶段,弹塑性变形阶段,塑性破坏阶段,1.5地基承载力的确定,（3）整体剪切破坏（破坏阶段）,土质坚实，基础埋深浅；曲线开始近直线，随后沉降陡增，两侧土体隆起。,1.5地基承载力的确定,1.5.3确定地基承载力的方法1、原位测试确定地基承载力按载荷试验确定（）按旁压试验方法确定按螺旋压板载荷试验确定2、按地基土的强度理论确定地基承载力3、经验方法去定地基承载力间接原位测试方法（）根据地基承载力表确定,1.5地基承载力的方法,1.5.1.1载荷试验确定地基承载力地基承载力特征值的确定方法的说明1）对于甲级地基基础必须做现场载荷试验以确定其地基承载力特征值；2）对土层不均，难以取得原状土样的杂填土、风化岩石等，也可采用载荷试验来确定地基承载力特征值；,1.5地基承载力的方法,1.5.1.1载荷试验确定地基承载力地基承载力特征值的确定方法的说明3）对于丙级地基基础可根据邻近建筑物的经验确定拟建建筑物的地基承载力特征值；4）此外，地基承载力特征值须进行修正。除岩石地基外，由于载荷板试验试验的尺寸及埋深通常小于实际基础的尺寸及埋深，都是针对基础宽度b3m、埋置深度d0.5m时的情况，故应进行修正。,1.5地基承载力的方法,地基承载力特征值的修正fafakbb(b3)dd(d0.5)fa修正后的地基承载力特征值fak地基承载力特征值，可由荷载试验或其它原位测试、经验值等方法确定b、d分别为基础宽度和埋置深度的地基承载力修正系数b基础底面宽度，当b3m时，按3m计算，大于6m按6m考虑b基底以下土的重度，地下水位以下的取有效重度(kN/m3),1.5地基承载力的方法,按基底下土类查表取用。,地基承载力特征值的修正fafakbb(b3)dd(d0.5)d基础埋置深度（m），一般自室外地面算起；d基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度。当计算所得fa1.1fak时，可取fa1.1fak当不满足宽度修正条件：b3m时，可按fa1.1fak直接确定fa。,1.5地基承载力的方法,地基承载力修正系数b、d,1.5地基承载力的方法,地基承载力修正系数b、d不同的土类型具有不同的基础宽度和深度修正系数：对软弱土(如淤泥和淤泥质土、新近沉积的钻性土等)宽度不作修正，即b0，而深度仅考虑埋深范围内土柱高度（d0.5）的单位压力的贡献，等于d(d0.5)，即d1.0；砂类土的修止系数b、d都取得较大。,1.5地基承载力的方法,例：柱基础底面尺寸lb3.63.2m2，埋置深度d2.2m，埋置范围内有两层土，持力层在粘土层上，该层的孔隙比e及液性指标IL为em0.599，ILm0.251，由试验数据fk340kNm2，求地基承载力特征值fa。,1.5地基承载力的方法,解：求深度、宽度修正系数由em0.5990.85，ILm0.2510.85，查表得b0.3，d1.6,1.5地基承载力的方法,求重度b、d基底以下土：b319kN/m3d基底以上土的加权平均重度,1.5地基承载力的方法,求地基承载力特征值fa已知，b3.2m，d2.2mfafakbb(b3)dd(d0.5)3400.319(3.23)1.616.45(2.20.5)386kN/m2,1.5地基承载力的方法,1.5.1.2按地基土强度理论确定地基承载力即：按抗剪强度指标确定地基承载力特征值：当偏心距e0.033b(为基底宽度)时，可根据土体的抗剪强度指标来求取地基承载力fa由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值b基础底面宽度，大于6m按6m取值。对于砂土，小于3m时，按3m考虑ck基底下一倍基宽深度内土粘聚力标准值Mb、Md、Mc承载力系数，查表求得其它符号意义同前,1.5地基承载力的方法,承载力系数Mb、Md、Mc,1.5地基承载力的方法,公式说明适用条件中心荷载（均布压力）当偏心距较小，eb300.033b时，1，此时，pmax1.2fa蜕化pfa，表示不考虑荷载偏心使地基承载力降低的影响k、ck说明基底下一倍基础短边宽的深度内土的内摩擦角和凝聚力标准值k、ck由土工试验统计确定，方法见建筑地基基础设计规范GB500072002,1.5地基承载力的方法,例：基础宽度b1.5m，埋深d1.5m，已知粉土地基k为22o，ck1Nm2，试确定地基承载力特征值fa。,1.5地基承载力的方法,解：求承载力系数由k22o表查得，Mb0.61、Md3.44、Mc6.04,1.5地基承载力的方法,土层重度基底在地下水位之下，其重度取有效重度，b(18.110)kNm38.1kNm3基底以上取平均重度,1.5地基承载力的方法,承载力特征值faMbbbMdddMcck0.618.11.53.4414.51.56.041.088.3kPa,1.5地基承载力的方法,本章主要内容第一节概述第二节基础的类型第三节基础埋置深度的选择第四节地基基础的设计原则第五节地基承载力的确定第六节基础底面尺寸的确定第七节地基变形计算第八节地基稳定性验算第九节减少不均匀沉降危害的措施,第一章地基基础设计的基本原理,正在讲解的内容,1.6基础底面尺寸的确定,1.6基础底面尺寸的确定准备工作：确定基础类型、确定埋置深度。考虑因素：上部荷载、埋置深度、地基承载力特征值。满足要求：持力层以及下卧层要求、地基变形、整体稳定性。计算内容：按持力层承载力确定底面积尺寸软弱下卧层强度验算,1.6基础底面尺寸的确定,1、按持力层承载力确定底面积尺寸中心受压当基础的类型已选定及埋深确定之后，便可确定基础的底面积的平面尺寸；（特点：基底以上竖向力合力作用与基底形心重合。）,1.6基础底面尺寸的确定,FkGk,Fk上部结构传至基础顶面的轴向压力(kN)Gk基底以上基础自重和土重b弯矩作用方向基底边长l与弯矩作用方向垂直的基底边长Abl，基底的面积,平均重度，一般取20kN/m3,中心受压承载力计算要求Alb，l、b为未知，因此工程上常规定其比值，nl/b长边短边，一般n12，n由设计者按情况取值，此时Albnb2,1.6基础底面尺寸的确定,方形截面nl/b1,条形截面，常取l1m,注意：均是标准值,1、按持力层承载力确定底面积尺寸偏心受压设荷载为如图,1.6基础底面尺寸的确定,pmax,pmin,l,b,对于矩形Alb，Wlb2/6,求解方法（1）按pmax式的一元三次方程，可求b值；验算平均压力pk、最小压力pmin，看是否得到满足。一般情况下，是不允许出现pmin0(拉力)的。,1.6基础底面尺寸的确定,lnbAlbnb2,偏心受压承载力计算要求,求解方法（2）先按平均压力pk式初估所需的底面积A0；将A0增大1030作为偏心受压的面积A1；再按上式分别计算pmax、pmin，看是否得到满足。一般情况下，是不允许出现pmin0(拉力)的；这种方法往往要经过多次试算。,1.6基础底面尺寸的确定,lnbAlbnb2,1、软弱下卧层强度验算地基的土层通常是不同的，在多数情况下，土层的承载力随深度而增加，而外荷载引起的附加压力则随深度增加而衰减；但也有一些情况，当持力层以下到受力范围内存在软弱土层时，这些土层的承载力小于持力层的承载力，这时必须验算软弱下卧层的强度。,1.6基础底面尺寸的确定,1、软弱下卧层强度验算,1.6基础底面尺寸的确定,d,ppc,z,pz,验算验算软弱下卧层计算pzpczfazfaz软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值(kPa)；pcz软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值(kPa)，即土层（zd）产生的自重压力；pz软弱下卧层顶面处的附加压力标准值(kPa)，与基底附加压力ppc有关；p基底平均压力；pc基底以上土的自重标准值。,ztg,ztg,1.6基础底面尺寸的确定,d,ppc,z,pz,pcz的计算pz的计算设基底附加压力为ppc，按一定扩散角向下扩散到软弱下卧层顶面z处；矩形基础条形基础（l1m）,ztg,ztg,地基压力扩散角Es1为上层压缩模量，Es2为下层压缩模量；z/b0.25时取0o，即埋深小，不扩散。必要时由试验确定；z/b0.5时取不变，即埋深大，取上限。,1.6基础底面尺寸的确定,本章主要内容第一节概述第二节基础的类型第三节基础埋置深度的选择第四节地基基础的设计原则第五节地基承载力的确定第六节基础底面尺寸的确定第七节地基变形计算第八节地基稳定性验算第九节减少不均匀沉降危害的措施,第一章地基基础设计的基本原理,正在讲解的内容,1.7地基变形计算,1、地基的最终沉降量：是指地基在建筑物等其它荷载作用下，地基变形稳定后的基础底面的沉降量。,1.7地基变形计算,2、地基沉降的原因：外因：主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应力（宏观分析）。内因：土的三相组成（微观分析）。,1.7地基变形计算,A,A,g,z0,p,Netstressincrease,A）地基沉降的外因：通常认为地基土层在自重作用下压缩已稳定，主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应力。,1.7地基变形计算,B）内因:土由三相组成，具有碎散性，在附加应力作用下土层的孔隙发生压缩变形，引起地基沉降。,1.7地基变形计算,3、计算目的：预知