地基基础设计的基本原理

第2章浅基础、2-1概要2-2浅基础的类型2-3基础埋设深度的选择2-4浅基础的地基承载力2-5基础底面尺寸的确定2-6扩展基础设计2-8减轻不均匀沉降危害的措施、2-1概要、天然地基上的浅基础(本章讨论) 人工地基上的浅基础2.1.1浅基础设计内容2.1.2浅基础设计方法2.1.3地基基础设计原则、1 .地基的类型、2 .基础的类型、2.1浅基础设计内容主要内容：1 .选择基础方案(决定材料、类型，进行基础平面的配置)。 2 .确定地基保持力层和地基埋设深度；3 .确定地基承载力；4 .确定地基底面尺寸，根据需要进行地基变形和稳定性管理；5 .进行地基结构设计(内力分析、截面计算、结构要求)；6 .绘制基础施工图，提出施工说明。 2.1.2浅基础设计方法通常设计法(计算法的简化)、相互作用设计法。 通常设计法的要点：特征：不满足静力平衡条件的变形协调条件。 结论地基越弱或不均匀，用常规设计方法计算的结果与实际情况之间的差异可能越大。 合理的设计方法：考虑地基、基础和上部结构的相互作用(很难分析)。 通常设计法的适用条件：1.地基下沉小或均匀2 .基础刚性大。 2.1.3地基基础设计原则，5 )地基内有厚度大或厚度薄的填土，其自重粘连未完成时。 也就是说，必须管理地基的变形。、标准值、1基础扩张，作用：将墙或柱的负荷侧扩张到土上，以满足基础承载力和变形的要求。 2.2浅基础类型，材料类别：无筋基础(刚性基础)，钢筋混凝土基础。 1 .无筋扩张基础是指不需要配置由砖、毛石、混凝土、毛石混凝土、灰土、三组土等材料构成的钢筋的墙下的基础或柱下的独立基础。 通称“刚性的基础”。 适合多层民间建筑和轻量现场。 砖：强度等级在MU10以上。 砂浆： M5以上。 地下水位以下或当地基础土潮湿时，请用水泥砂浆构筑。 适用于六楼和六楼以下的民间建筑和砖墙承重现场。 (1)砖基础、铺层作用(素砾，100厚，C10 ) :改善基础施工条件，保护坑底土体免受人为扰动和雨水的影响。 (2)毛石基础毛石是指未加工的平石材。 必须采用未风化的硬质岩石，使风化毛石无效。 (3)灰土基础石灰和土材以体积比3:7或2:8混合均匀，在基础槽内分层凝固(固定到各层的虚敷220250mm、150mm )。 灰土基础最好在比较干燥的土层中使用。 在我国华北和西北地区，广泛用于5层和5层以下的民间房屋。 (4)三组土的基础是石灰、砂、骨料(炉渣、碎石、碎石)加水混合而成。 体积比1:2:4或1:3:6。 用于四楼和四楼以下的民用住宅。 四合土基础(南方个别地区用):水泥：石灰：砂：骨料=1:133533365010或1:1:6:12，(5)混凝土基础C15。 抗压强度、耐久性、耐冻性好。 毛石混凝土基础：在混凝土基础上埋入体积占25%30%的毛石。 石头的尺寸不能超过300毫米。 可以节约水泥的使用量，减少水热。 2、钢筋混凝土扩张基础(简称扩张基础)的特点：弯曲、抗剪性高，基础高度小。 (1)墙下钢筋混凝土基础、(2)柱下钢筋混凝土基础、图2-4柱下钢筋混凝土基础(a )台阶基础(b )锥形基础(c )杯状基础、2.2.2共同基础、2.2.3柱下基础、特征：整体弯曲刚性大，因此调整不均匀沉降常用作软土地基和不均匀地基的上框架和排架结构的基础。2.2.4柱下横杆基础，2.2.5筏形基础，特征：底面积大，能降低基础压力，提高基础承载力(特别是有地下室的情况)，能提高基础的整体性，调整不均匀沉降。 其他功能：参见教材。 注意：当地基础坚硬不均匀时，请慎重使用。 (1)墙下筏形的基础是厚度约200300mm的钢筋混凝土平板。 主要被华东地区采用，不浅埋或填埋。 适用于硬壳保持力层、比较均匀的软土地基上的六层及六层以下的耐力横壁密集的民间建筑。 硬土软土、抗震性能好。 地下室用途有限工期长成本高施工技术复杂。 柱下棒基础、柱下交叉棒基础、筏形基础、箱形基础统称为连续基础。 2.2.7外壳基础、其他基础：折板基础等。 2-3基础埋深的选择，基础埋深是基础底面到室外设计地板的距离。 在确定基础埋设深度时，除了要考虑持力层的情况外，还要考虑功能、地下室、地下设施、基础形式、荷载、地质水文条件、邻接建筑物、冻胀、清洗等因素。 基础埋深的确定原则是在安全可靠的前提下尽可能浅地埋。 但是，基础埋设深度必须小于0.5m，基础顶面与地面的距离必须大于0.1m。 同一建筑物下各部分的基础深度可以不一致。 2.3.1有关建筑物的条件，1 )建筑物的功能和用途的要求，2 )高层建筑，3 )受力基础4 )高耸的结构，5 )冰箱等。 2.3.2工程地质条件、持力层下卧层软土下卧层、实体或中密状态的砂土层和碎石层等中低压塑性土层。 软土层软弱塑性流动状态的粘性土层松弛状态的土砂层未处理的填土其他高压缩性土层。 (1)、良好的土层、埋深由其他条件和最小埋深决定。 浅埋，一般设为d=0.51.5m。 (2)，松软的土层，12层：根据情况(1)处理35层：可以采用连续基础方案，或人工地基方案。 6层以上：桩基方案。 (3)、松软的土层、良好的土层、h、h2m时：按情况(2)处理。 h短期承载力(超强固结土可能例外)。 详情请看教科书。 2、通过地基载荷试验确定浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验、螺旋板载荷试验。 地基静载试验的概况，平板载荷试验装置的示意图，优点和缺点：能很好地反映天然土体的压缩性的试验工作量和费用大，时间长。 fa决定方法：(1)在ps曲线上有比例极限p1的情况下，设fak=p1，确定地基承载力的实测值：(pu2p1的情况下，设fak=pu/2，(3)在上述两个要求下不能确定的情况下，将与s/b=0.010.015对应的负荷设为fak 对同一土层选择三个以上的试验点，当试验实测值的极差(最大值和最小值之差)不超过其平均值的30%时，把该平均值作为该土层的地基承载力特性值fak。地基承载力的特征值：3.用规范承载力表确定，参照野外鉴别结果室内物理力学指标现场的动力接触试验锤数、fak、注意：深度d的填补方法、教材。 虽然和土力学中介绍的理论式有相同的形式，但是两者的意思不同。 另外，需要注意以下两点：1)式中已经包含了基础宽度和埋入深度的影响2 )式中的b指的是基础的短边。 根据建筑经验，基础沟检查和地基的局部处理：基础沟挖到接近沟底的情况下，设计、施工和调查员检查沟底的土层，即所谓的“检槽”。 对于没有地基调查资料的轻型建筑物，有只能用检槽理解地基浅层状况的地基调查报告的工程，主要验证调查资料是否符合实际。通过检测槽，判断持力层的承载力、地基的均匀度是否满足设计要求，避免发生过度的不均匀沉降。 检查槽以细致的观察为主，辅助轻便简单的探测方法，如轻便触诊、发出声音的方法。 观察检查槽和钻头后，如果不满足要求，必须根据情况变更设计，进行地基处理。 关于沟底的局部人工填土和墓穴、松土穴、废井，一般是用碎石、砂、灰土等层填埋并固定。 对于局部软土，一般要挖到原土。 上述挖掘、填土法因施工困难等原因不应该采用的情况下，可以考虑采用钢筋混凝土梁板基础，通过越过局部松软的土、增大基础的埋设深度、扩大基础面积、配置共同基础、增设拉深桩、局部设置桩基等方法来解决柱基或一部分基沟下有硬的旧基础、树根或岩石等障碍物时，必须尽量不在建筑物上产生不均匀的沉降或裂缝。 2.4.3地基变形管理，建筑物的地基变形计算值要满足地基变形容许值“”，即(2-15 )，地基变形根据其特征， 沉降量3354被分为独立基础中心点的沉降值或建筑物整体基础的平均沉降值4种的沉降差为相邻的两个柱基的沉降量之差、倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比局部倾斜区块的承重结构在纵向上为610m以内的基础两点的沉降差与其距离之比不同结构类型需要管理的地基变形：结构承重结构：局部倾斜控制的框架结构和单层框架结构：由沉降差控制的高耸结构和高层建筑：由建筑物整体倾斜(特别是横向整体倾斜)控制，必须根据需要控制平均沉降量。沉降观测，必要时，需要分别估计建筑物施工期间和使用期间的地基变形值，确保建筑物相关部分间的间隙，考虑连接方法和施工顺序。 此时，一般认为在多层建筑物的施工期间完成的沉降量，对于砂土，最终沉降量为80%以上，对于其他低压缩性土，完成了最终沉降量的50%80%，对于中压缩性土，完成了20%50%，对于高压缩性土，完成了5%20%。 如果地基变形计算值大于地基变形容许值的话，一般要考虑适当调整基础底面的尺寸(例如增大基础面积、调整基础形心的位置)，在还不满足要求的情况下，从建筑、结构、施工等方面采取有效措施，防止不均匀沉降对建筑物的损害室内外平均埋深、已固结的旧天然地面，注意以下三式d的差异： 2.5基础底面尺寸的确定，2.5.1根据基础持力层的承载力计算基础尺寸1 .轴心载荷作用，pkfa，柱下独立基础：壁下棒基础：b，l优选为100mm的整数倍。 某粘性土的重度m为18.2kN/m3，空隙比e=0.7，液性指数IL=0.75，地基承载力特性值fak为220kPa。 目前，建立了柱子基础，作用于基础上表面的轴心负荷Fk=830kN，基础埋置深度(从室外地面计算)为1.0m，室内地面比室外地面高0.3m，并尝试确定了方形基础的底面宽度。 【解】首先进行地基承载力深度修正。 根据离室外地面的基础埋设深度d=1.0m、表2-5、d=1.6、式(2-14 )修正的地基承载力特性值为例题2-2、fa=FAKdm (d-0.5 )=220.618.2 (1.0-0.5 )=235 kpa、b=2m 因为是b3m，所以不需要进行承载力宽度修正。 计算基础和其上土的重力Gk时的基础埋入深度为d=(1.0 1.3)/2=1.15m。 因为填埋地没有地下水，所以hw=0。 根据式(2-19 )得到的基础底面宽度为：2 .偏心负荷作用要求：PKFAK max1.2 fa (2- 21 ) el/6 (或pkmin0)(2-24 )，其中，算法步骤：(1)进行深度修正，修正后的地基承载力特性(2)根据载荷偏心的状况，将通过轴心载荷的作用计算出的基底面积增大10%40%，即，(3)选择基底长边l与短边b的比n (一般地，n2 )，由此，(4)考虑是否根据地基的承载力进行宽度校正。 根据需要，在承载力修正后，重复上述的第二、第三步骤，使可能的宽度前后一致。 (5)计算偏心距离e和基底最大压力pkmax，管理是否满足式(2-21 )和(2-24 )的要求。 (6)b、l的值不适当(太大或太小)时，能够调整大小并进行管理，因此重复两次，可确定合适的大小。 与例题2-2相同，但作用于基础上表面的负荷有力矩200kNm和水平负荷20kN (参照图2-3 )，尝试了矩形基础底面尺寸的决定。 解(1)决定基础底面的尺寸，考虑载荷的偏心，将基础面积增大20%，由式(2-25 )得到的例题2-3设为基础的长边之比n=l/b=2，因此，fa不需要修正宽度。 (2)管理负荷偏心距离e，基础上的总垂直力： fkgk=830.53.01.15=933.5kn基础上的总力矩： mk=200.6=212knm偏心距离： e=MK/(fkgk )=212/933.5=0.227 m 1.2 fa=282 KP 调整底面尺寸，重新管