天然地基上浅基础的设计要求

1、第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 5 5、浅基础的设计与计算、浅基础的设计与计算 识记：刚性基础台阶宽高比的概念。识记：刚性基础台阶宽高比的概念。 领会：各类建筑物对地基变形验算的要求。领会：各类建筑物对地基变形验算的要求。 综合应用：按地基持力层承载力，确定墙下条形基础综合应用：按地基持力层承载力，确定墙下条形基础 和柱下单独基础的底面尺寸；进行基础结构设计；和柱下单独基础的底面尺寸；进行基础结构设计； 软弱下卧层承载力的验算。软弱下卧层承载力的验算。 6 6、减轻不均匀沉降危害的措施。、减轻不均匀沉降危害的措施。 领会：减轻不均匀沉降危害的建筑措施、结构措施

2、和施工措施。领会：减轻不均匀沉降危害的建筑措施、结构措施和施工措施。 4 4、地基承载力的确定、地基承载力的确定 识记：各级建筑物确定地基承载力的方法；识记：各级建筑物确定地基承载力的方法； 影响地基承载力的主要因素。影响地基承载力的主要因素。 地基承载力特征值的深度、宽度修正方法。地基承载力特征值的深度、宽度修正方法。 领会：根据规范表格确定各类地基土承载力特征值的方法。领会：根据规范表格确定各类地基土承载力特征值的方法。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 学习目的和要求学习目的和要求 通过本章的学习，了解浅基础的类型及其适用条件，通过本章的学习，了解浅基础的

3、类型及其适用条件， 熟悉基础埋置深度的确定原则，掌握地基承载力特征值熟悉基础埋置深度的确定原则，掌握地基承载力特征值 的确定方法，熟练掌握按地基持力层承载力计算墙下的确定方法，熟练掌握按地基持力层承载力计算墙下 条形基础和柱下单独基础的底面尺寸，掌握软弱下卧层条形基础和柱下单独基础的底面尺寸，掌握软弱下卧层 承载力的验算方法，理解地基变形验算要求和减轻不均匀承载力的验算方法，理解地基变形验算要求和减轻不均匀 沉降危害的措施。沉降危害的措施。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 9.1 9.1 地基基础设计原则地基基础设计原则 地基基础设计是土木工程结构设计的重要地

4、基基础设计是土木工程结构设计的重要 组成部分。结构设计包含基础设计。在某种地组成部分。结构设计包含基础设计。在某种地 质条件下，基础设计的意义和要求，比上部结质条件下，基础设计的意义和要求，比上部结 构设计更重要、更难。构设计更重要、更难。 1 1、概述、概述 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 地基基础分类：地基基础分类： 地基地基 天然地基天然地基 是不经过对地基土的处理是不经过对地基土的处理 人工地基人工地基 经过地基处理经过地基处理 第第 9 9章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 浅基础浅基础 埋深小于埋深小于5m5m，或者埋深大于，或者埋

5、深大于5m5m，但是，但是 小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽略不计。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。所以不是简单的深浅概念。 基础基础 深基础深基础：当基础埋置深度较大（一般大于：当基础埋置深度较大（一般大于5m5m或或 大于基础最小宽度），须借助特殊的施工方法大于基础最小宽度），须借助特殊的施工方法 和装备建造的基础。和装备建造的基础。 第第9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 地基基础设计包括两方面的内容：地基基础设计包括两方面的内容： 地基、基础地基、基础 对基础的要求：对基础的要求： 结构强度、刚度和耐久性结构强度、刚度和

6、耐久性 与上部结构相适应与上部结构相适应 对地基的要求：对地基的要求： 承载力（强度）承载力（强度） 沉降沉降( (变形）变形） 地基及基础示意图地基及基础示意图 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 D D 地基与基地基与基 础的关系础的关系 地基与基础密切地基与基础密切 相关，彼此制约相关，彼此制约 地基与基础设计地基与基础设计 不能单方面考虑不能单方面考虑 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 地基基础地基基础 方案选择方案选择 建筑物的性质建筑物的性质 工程地质条件工程地质条件 施工条件施工条件 包括建筑物的用途、结构布置、包括建

7、筑物的用途、结构布置、 结构类型、荷载性质及大小等结构类型、荷载性质及大小等 包括场地土层分包括场地土层分 布、组成、土性布、组成、土性 及地下水等及地下水等 包括当地施工技术力量、施工包括当地施工技术力量、施工 设备、材料价格、工期等设备、材料价格、工期等 优优 选选 天然地基天然地基 上的浅基础上的浅基础 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 地基基础设计等级地基基础设计等级 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 地基基础设计等级地基基础设计等级 甲级甲级 乙级乙级 丙级丙级 1）地基复杂程度）地基复杂程度 2）建筑物规模和功能特征）

8、建筑物规模和功能特征 3）地基问题可能造成建筑物）地基问题可能造成建筑物 破坏或影响正常使用程度破坏或影响正常使用程度 划分原则划分原则 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 计算要求计算要求 地基计算内容地基计算内容 建筑物类型建筑物类型 地基承载力计算地基承载力计算 设计等级为甲、乙、丙级的建筑物设计等级为甲、乙、丙级的建筑物 地基变形计算地基变形计算 设计等级为甲、乙及部分丙级建筑设计等级为甲、乙及部分丙级建筑 物物 地基稳定性计算地基稳定性计算 经常受水平荷载的高层建筑物；高经常受水平荷载的高层建筑物；高 耸结构、挡土墙；建造在斜坡上或耸结构、挡土墙；建造在

9、斜坡上或 边坡附近的建筑物或构筑物；基坑边坡附近的建筑物或构筑物；基坑 工程工程 抗浮验算抗浮验算 当地下水埋藏较浅，建筑物地下室当地下水埋藏较浅，建筑物地下室 或地下构筑物存在上浮问题或地下构筑物存在上浮问题 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 计算内容计算内容 荷载效应最不利组合荷载效应最不利组合 相应的抗相应的抗 力及限值力及限值 图示图示 按地基承载力确定基底按地基承载力确定基底 面积及基础埋深面积及基础埋深 正常使用极限状态下荷载效正常使用极限状态下荷载效 应的应的标准组合标准组合 地基承载地基承载 力特征值力特征值 fa ( kpa ) 计算地基变形计

10、算地基变形 正常使用极限状态下荷载效正常使用极限状态下荷载效 应的应的准永久值组合准永久值组合 （不计入风荷载和地震作用）（不计入风荷载和地震作用） 地基变形值地基变形值 S 计算挡土墙土压力、地计算挡土墙土压力、地 基和斜坡的稳定、滑坡基和斜坡的稳定、滑坡 推力推力 承载力极限状态下荷载效应承载力极限状态下荷载效应 的的基本组合基本组合，但，但分项系数均分项系数均 为为1； 确定基础高度、支挡结确定基础高度、支挡结 构截面；计算基础或支构截面；计算基础或支 挡结构内力；确定配筋挡结构内力；确定配筋 或验算材料强度或验算材料强度 承载力极限状态下荷载效应承载力极限状态下荷载效应 的的基本组合基

11、本组合，采用，采用相应的分相应的分 项系数；项系数； 荷载取值荷载取值 F M e F+ G 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 建筑物的型式与功能建筑物的型式与功能 上部结构荷载资料上部结构荷载资料 场地勘察与室内试验资料场地勘察与室内试验资料 场地施工技术条件场地施工技术条件 基础型式方案比较基础型式方案比较 拟定基础型式及平面布置拟定基础型式及平面布置 确定基础埋深确定基础埋深 必要时的验算必要时的验算 （软弱下卧层强度、变形稳定、抗滑验算等）（软弱下卧层强度、变形稳定、抗滑验算等） 确定地基承载力确定地基承载力 确定基底平面尺确定基底平面尺 寸寸 计算地基

12、承受荷计算地基承受荷 载载 基础结构设计（基础剖面尺寸、配筋）基础结构设计（基础剖面尺寸、配筋） 编制施工说明、绘施工编制施工说明、绘施工 图图 计算地基净反力计算地基净反力 不不 满满 足足 设设 计计 内内 容容 和和 步步 骤骤 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 浅基础的设计方法浅基础的设计方法 建筑物设计建筑物设计 上部结构的自重及各上部结构的自重及各 种荷载都是通过基础种荷载都是通过基础 传到地基中的。传到地基中的。 上部结构上部结构 基础基础 地基地基 基底压力基底压力 附加应力附加应力 地基沉降变形地基沉降变形 基底反力基底反力 基础结构的外荷载基

13、础结构的外荷载 基底压力接近直线基底压力接近直线 “刚性设计刚性设计” 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 9.2 9.2 浅基础的类型浅基础的类型 浅基础的浅基础的 分类方法分类方法 按基础材料按基础材料 u无筋基础无筋基础 u钢筋混凝土基础钢筋混凝土基础 按基础结构类型按基础结构类型 u扩展基础扩展基础 u柱下条形基础柱下条形基础 u柱下交叉条形基础柱下交叉条形基础 u筏形基础筏形基础 u箱形基础箱形基础 u壳体基础壳体基础 按基础受力特点按基础受力特点 u柔性基础柔性基础 u刚性基础刚性基础 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计

14、1)扩展基础 基础材料基础材料 u无筋扩展基础无筋扩展基础( (刚性基础刚性基础) ) u钢筋混凝土基础钢筋混凝土基础( (柔性基础柔性基础) ) 结构型式结构型式 u柱下独立柱下独立基础基础( (单独基础单独基础) ) u墙下条形基础墙下条形基础 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 无筋扩展基础(刚性基础） 材料：材料：砖、石、灰土、三合土及混凝土砖、石、灰土、三合土及混凝土 工作条件：工作条件：犹如一倒置的承受地基反力犹如一倒置的承受地基反力 的两端外伸的悬臂梁的两端外伸的悬臂梁 特点：特点：砖、石、灰土，素混凝土材料 抗压强度较高，抗拉和抗剪强 度很低，受弯

15、后易剪切破坏。 设计设计 采用限制基础外伸宽度与高采用限制基础外伸宽度与高 方法：方法：度之比（台阶宽高比）不超度之比（台阶宽高比）不超 过允许值的构造措施。过允许值的构造措施。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 定义定义 刚性基础刚性基础：用砖、石抗拉和抗剪强度较低的材料用砖、石抗拉和抗剪强度较低的材料 建造，在构造上受刚性角限制，受力建造，在构造上受刚性角限制，受力 后不发生挠曲变形的基础。后不发生挠曲变形的基础。 应用范围应用范围： 一般用于六层及一般用于六层及 六层以下（三合土不超过四层）六层以下（三合土不超过四层） 的民用建筑和轻型厂房。的民用建筑和轻

16、型厂房。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 钢筋混凝土扩展基础(柔性基础) 材料材料: : 钢筋混凝土 工作条件：工作条件：倒置悬臂梁 特点：特点：基础配置一定数量的钢筋，可 以承受拉应力，故不受刚性角 的限制，但要满足抗弯, 抗剪 和抗冲切等结构要求。 定义：柔性基础定义：柔性基础 - - 用钢筋混用钢筋混 凝土建造，构造上不受刚性角凝土建造，构造上不受刚性角 限制，受力后允许产生一定挠限制，受力后允许产生一定挠 曲变形的基础。曲变形的基础。 适用条件适用条件： 宽基浅埋 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 2)柱下条形基础 基础

17、材料基础材料: 钢筋混凝土钢筋混凝土 结构型式结构型式 u单向条形单向条形基础基础: : 同一轴线（或同一方向）上若干 柱下相连的钢筋混凝土条形基础。 u十字交叉条形基础十字交叉条形基础: : 柱网下沿纵横两向分别设置 的钢筋混凝土条形基础。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 特点：特点：1）抗弯刚度大，具有调 整不均匀沉降的能力。 2）能将集中柱荷载较均 匀地分布到整个基底。 工作条件工作条件：有别于钢筋混凝土：有别于钢筋混凝土 扩展基础，不仅在横截面方向扩展基础，不仅在横截面方向 如倒置的悬臂梁，在纵向则如如倒置的悬臂梁，在纵向则如 倒置的以各柱为铰支的多跨

18、连倒置的以各柱为铰支的多跨连 续梁。续梁。 适用条件适用条件： 地基土较软弱，分布 不均；基底面积受相邻建 筑物或设备基础的限制无 法扩展时；柱荷载差异大， 以致基底面积扩大使其彼 此接近或象相碰时。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 3) 筏形基础 覆盖于建筑物地基上的整体钢筋混凝土板状基础。 基础材料基础材料: 钢筋混凝土钢筋混凝土 工作条件工作条件: 犹如倒置的楼盖结构犹如倒置的楼盖结构 结结 构构 型型 式式 u墙下筏墙下筏基基 - - 平板平板 式式 u柱下筏基柱下筏基 平板式平板式 梁板式梁板式 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅

19、基础的设计 3) 筏形基础 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 1）有较大基底面积，不仅易于满足软弱地基承载力的要求， 而且减少了地基的附加压力，并在与上部结构共同工作的 条件下使沉降比较均匀； 2）对上部结构刚度较好的多层房屋，能增加整体性能，减少 相对沉降，增强抗震性能； 3）可跨越土中浅层小洞穴和局部软弱层，防止因局部下沉造 成的房屋损坏； 4）可作为水池、油库等的防渗底板； 5）有地下室时，可提供较宽敞的使用空间； 6）有地下室或架空地板时，具有一定的补偿性效应。 筏基的功能 不足之处不足之处 1)无力调整过大的差异沉降 2)上下配筋，经济指标较高 第第

20、9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 4) 箱形基础 由钢筋混凝土底板、顶板和内外墙体组成的整体 空间结构基础。整体性更好整体性更好 基础材料基础材料: 钢筋混凝土钢筋混凝土 适用条件适用条件： 软弱地基 上的高层、重型或 对不均匀沉降要求 严格的建筑物 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 底板底板 外墙外墙 内墙内墙 4) 箱形基础 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 特点特点 1 1）基础埋深大、中空形式，使开挖卸去的土重部分抵偿 了上部结构传来的荷载，能显著减小基底压力、降低 基础沉降量； 2）整体刚度大，

21、只能产生大致的均匀沉降或整体倾斜， 抗震性能好； 3 3）具有较大地下空间可供各种使用功能，但因内墙分隔 而使使用受限； 4 4）经济指标高，施工技术复杂，对防水通风要求较高。 4) 箱形基础 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 5) 壳体基础 基础材料：基础材料：钢筋混凝土钢筋混凝土 结构型式结构型式 u正圆锥壳体正圆锥壳体 uMM形组合壳体形组合壳体 u内球外锥组合壳体内球外锥组合壳体 特点：特点：1 1）材料省、造价低， 2 2）施工技术要求高。 适用条件适用条件： 可用作柱 基础和筒形构 筑物基础 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础

22、的设计 单独基础 柱下条形基础 箱形和筏形基础 基底面积越来越大基底面积越来越大、对上部结构荷载的扩散作用越来越强、对上部结构荷载的扩散作用越来越强 在相同的上部结构荷载作用下，在相同的上部结构荷载作用下，基底压力和基底附加压力越来越小，基底压力和基底附加压力越来越小， 刚度越来越大，可以适应更软弱的地基，可以减小地基的沉降变形刚度越来越大，可以适应更软弱的地基，可以减小地基的沉降变形 在相同的地基条件下，可以承受更大的上部结构荷载作用在相同的地基条件下，可以承受更大的上部结构荷载作用 设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高 浅基础

23、的特点：浅基础的特点： 小结小结 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 9.3 9.3 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择 1 1、确定基础埋深的意义和原则、确定基础埋深的意义和原则 埋深定义埋深定义 下卧层 持力层（受力层）持力层（受力层） F G d 设计地面设计地面 基础底面基础底面 基础埋深基础埋深 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 选择埋深的意义选择埋深的意义 实质实质 选择合适的持力层 保证保证 1 1）地基的可靠性（强度、变形要求） 2 2）基础的稳定性（抗倾覆、滑动和侵蚀要求） 3 3）施工的难易性（埋深大施工难，反

24、之则易） 4 4）造价的经济性（埋深大造价高，反之则低） 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 选择埋深的原则选择埋深的原则 1）在满足地基强度、稳定和变形要求的前提下，基础应在满足地基强度、稳定和变形要求的前提下，基础应 尽量浅埋；尽量浅埋； 2）除岩石地基外，除岩石地基外，基础埋深不宜小于基础埋深不宜小于0.5m0.5m。基础顶面一。基础顶面一 般不露出地面，要求基础顶面低于地面不小于般不露出地面，要求基础顶面低于地面不小于0.1m 0.1m 。 浅埋可节约材料，方便施 工，缩短工期，降低造价 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 1

25、 1）与建筑物有关的条件与建筑物有关的条件 2 2、选择基础埋深的影响因素、选择基础埋深的影响因素 建建 筑筑 物物 的的 功功 能能 用用 途途 1、考虑建筑物结构类型、使用功能和用途要求； 2、土质地基上高层建筑，应满足稳定性要求； 3、岩石地基上高层建筑，应满足抗滑要求； 4、受上拔力的基础，满足抗拔要求； 5、高耸构筑物，满足抗倾覆稳定性要求。 抗震区筏板、箱形基础不不 宜小于宜小于建筑物高度1/151/15； 桩箱、桩筏基础 不宜小于不宜小于 建筑物高度1/181/201/181/20 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 只有轻型建筑只有轻型建筑 可用，

26、否则采可用，否则采 用连续基础、用连续基础、 人工处理或深人工处理或深 基础比较确定基础比较确定 上硬下软上硬下软 尽量浅埋（宽尽量浅埋（宽 基浅埋），但基浅埋），但 是如是如h h1 1太小就太小就 按情况按情况考虑考虑 上软下硬上软下硬 h14 m 桩基或桩基或 人工处理人工处理 好土好土 软土软土 ( (很深很深) ) 好土好土 软土软土 软土软土 好土好土 I II III IV h1 基础条件由基础条件由 其它条件确其它条件确 定时，基础定时，基础 尽可能浅埋尽可能浅埋 2 2）工程地质条件工程地质条件 h1 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 3 3）

27、水文地质条件水文地质条件 地基中有地下水时地基中有地下水时 1 1）基础应尽量置于地下水位以上； 2）当基础必须置于地下水位以下时，应考虑排水、围护 及扰动，地下水有无侵蚀性，设计时还应考虑地下室 防渗、抗浮等问题； 3 3）有承压水时，由避免基坑被承压水冲破的条件确定。 向上的承压水压力向上的承压水压力 wwh 向下的土压力向下的土压力 h 要求 . . wwhh有承压水时 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 4 4）地基冻融条件地基冻融条件 冻土地基冻土地基：地基土的温度低于摄氏零度时，土 中部分孔隙水将冻结而形成冻土。 冻土的类冻土的类 型型 季节性冻土季节

28、性冻土-冬季冻结，夏季融化，冬季冻结，夏季融化， 每年冻融交替一次。每年冻融交替一次。 多年冻土多年冻土-连续冻结三年以上的冻土。连续冻结三年以上的冻土。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 土的冻胀与融陷土的冻胀与融陷 毛细水毛细水 土颗粒土颗粒 结合水结合水 冰冰 冻胀冻胀 土冻结后体积的膨胀土冻结后体积的膨胀 冻胀机理冻胀机理 融陷融陷 冻土融化后引起建筑物沉陷的现象。冻土融化后引起建筑物沉陷的现象。 结冰时水的膨胀可达结冰时水的膨胀可达10%10% 左右，且膨胀力很大，达左右，且膨胀力很大，达 2MPa2MPa量级，当膨胀力大于量级，当膨胀力大于 基底压力

29、时，基础被抬起基底压力时，基础被抬起 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 冻 深 毛细区毛细区 地下水位地下水位 冻结区冻结区 土冻胀的土冻胀的 影响因素影响因素 u土质：含弱结合水或有毛细水的细粒土土质：含弱结合水或有毛细水的细粒土 u含水量：含水量越大，冻胀性越强含水量：含水量越大，冻胀性越强 u地下水位：离冻结区越近，水分补充越快地下水位：离冻结区越近，水分补充越快 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 冻胀的分类冻胀的分类 u 不冻胀不冻胀 u 特强冻胀特强冻胀 u 弱冻胀弱冻胀 u 冻胀冻胀 u 强冻胀强冻胀 冻深对基础埋深的

30、要求冻深对基础埋深的要求 Zd dmin 室内地面 hmax dmin = zd hmax 式中：式中： zd 设计冻深；设计冻深； hmax 允许残留冻土允许残留冻土 最大厚度。最大厚度。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 有地下室或半地下室的建筑， 其埋深必须结合地下部分设计 标高选定。地下管道（上下水， 煤气电缆）应在基底以上，且 应预留孔洞，孔径应大于管径 （1015mm），管道宜选柔材。 5 5）场地环境条件场地环境条件 同一建筑物基础可采用不 同的埋深，对土质地基上 的墙下无筋基础，应做成 台阶状，这是为解决基础 不均匀变形的构造措施。L/ H=12

31、 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 新旧相邻建筑物新基础的 埋深不宜超过原有建筑物 基础底面，否则应有一定 间距，即：LH =12 若不能满足上述要求，则 应在施工期间对原有建 筑 物采取保护措施。 L H 为了保护基础不受人 类和其他生物活动等 的影响，基础的顶面 宜低于室外设计地面 0.10m，同时又要便 于周围排水沟的布置。 d 大于大于10cm 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力9.4 1. 1. 地基承载力的概念地基承载力的概念 地基承受荷载的能力地基承受荷载的能力 为了满足地基强度和

32、稳定性的要求，设计时必须控制基为了满足地基强度和稳定性的要求，设计时必须控制基 础底面最大压力不得大于某一界限值，这一界限值称为础底面最大压力不得大于某一界限值，这一界限值称为地基地基 承载力承载力 。 u 极限承载力极限承载力:地基即将丧失稳定性时的承载力地基即将丧失稳定性时的承载力; u 允许承载力允许承载力:地基稳定有足够的安全度且变形地基稳定有足够的安全度且变形 在允许范围内时的承载力。在允许范围内时的承载力。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 地基承载力特征值相地基承载力特征值相 应于载荷试验时，地基土应于载荷试验时，地基土 的压力变形曲线的压力变形曲

33、线线性变形线性变形 段内段内不超过比例界限点的不超过比例界限点的 地基压力值。地基压力值。s p s曲线曲线 pcr pufa sa p 地基承载力特征值地基承载力特征值fa 在保证地基稳定的条件下在保证地基稳定的条件下, 使建筑物的沉降量不超过使建筑物的沉降量不超过 允许值的地基承载力允许值的地基承载力。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 2. 2. 地基承载力确定的原则地基承载力确定的原则 1 1） 在最不利荷载作用下，地基不出现失稳现象； 2 2）在长期荷载作用下，地基变形不造成上部结构损坏。 特点：特点： 1. 1. 地基承载力特征值实质就是允许地基承载

34、力特征值实质就是允许 承载力；承载力； 2. 2. 按正常使用按正常使用 极限状态原则确定；极限状态原则确定； 3. 3. 以地基的变形作为控制标准。以地基的变形作为控制标准。 荷载增加荷载增加 地基变形增长地基变形增长 地基承载力加大地基承载力加大 地基承载力是地基承载力是 其变形的函数其变形的函数 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 3 3. . 地基承载力特征值确定的方法地基承载力特征值确定的方法 u 根据土的抗剪强度指标，按理论公式计算根据土的抗剪强度指标，按理论公式计算 u 按地基现场载荷试验确定按地基现场载荷试验确定 u 按规范承载力表确定按规范承载力

35、表确定 u 根据相邻条件相似的建筑经验确定根据相邻条件相似的建筑经验确定 分类分类 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 1) 1) 按地基载荷试验确定按地基载荷试验确定 - - 适用于浅层地基适用于浅层地基u 浅层平板载荷试验浅层平板载荷试验 u 深层平板载荷试验深层平板载荷试验 u 螺旋板载荷试验螺旋板载荷试验 适用于深层地基适用于深层地基 千斤顶千斤顶 荷载板荷载板 载荷板的测试范围：载荷板的测试范围：在现在现 场通过场通过0.250.250.50m0.50m2 2的载荷的载荷 板对扰动较少的地基土体板对扰动较少的地基土体 直接施荷，所测得的成果直接施荷，所测

36、得的成果 一般能反映相当于一般能反映相当于1 12 2倍倍 荷载板宽度的深度以内土荷载板宽度的深度以内土 体的平均性质。体的平均性质。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 p s曲线曲线“陡降型陡降型 ” 步骤：步骤： 1 1）当p s曲线上有明显的 比例界限 pb时，取pb对 应的荷载值为地基承载 力特征值； 2 2）当 pu 2pb时，取 pu / 2 为地基承载力特征值。 载荷试验结果载荷试验结果 p s 曲线曲线 确定确定 地基承载力特征值地基承载力特征值 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 条件：条件： 承压板面积为 0.2

37、5 0.50m2 p s曲线曲线“缓变型缓变型 ” 步骤：步骤： 当p s曲线上无明显的比 例界限 pb和极限荷载pu时， 取沉降 s = (0.010.015) b对应 的荷载值为地基承载力特征 值；且其值不大于最大加载 量的一半。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 载荷试验结果载荷试验结果 p s 曲线曲线 确定确定 地基承载力特征值地基承载力特征值 方方 法法 p-s曲线曲线“陡降型陡降型” 取值主要由地基强度控制取值主要由地基强度控制 p-s曲线曲线“缓变型缓变型” 取值主要由地基允许变取值主要由地基允许变 形形 控制控制 常出现于中、高压缩性土常出现于

38、中、高压缩性土 常出现于低压缩性土常出现于低压缩性土 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 同一层土参加统计试验点不少于三点，所 得试验实测值的极差(最大值与最小值之差) 不超过平均值的30%时，取此平均值为地基 承载力特征值fak。即： 满足： f = famax famin 0.3fam 有： fak = fam 要求要求 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 载荷试验的主要优缺点载荷试验的主要优缺点 载荷板与实际基础对地基影响深度比较载荷板与实际基础对地基影响深度比较 (a)载荷试验载荷试验 (b)实际基础实际基础 优点：优点： 载

39、荷试验可靠性高，载荷试验可靠性高， 对于成分或结构很不均匀的土对于成分或结构很不均匀的土 层，如杂填土、裂隙土、风化层，如杂填土、裂隙土、风化 岩等，它则显出用别的方法所岩等，它则显出用别的方法所 难以代替的作用。难以代替的作用。 缺点：缺点：费时、耗资多；载荷板费时、耗资多；载荷板 的尺寸一般比实际基础小，影的尺寸一般比实际基础小，影 响深度较小，试验只反映这个响深度较小，试验只反映这个 范围内土层的承载力。范围内土层的承载力。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 2) 2) 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定 u 地基极限承载力理论公式地基极限承载力

40、理论公式 K p f u a 安全系数，一般取安全系数，一般取23 u 地基规范推荐的理论公式地基规范推荐的理论公式 fa = Mb b + Md md + Mcck 注：注：此式以p1/4=N b/2+Nq d+Ncc 为理论依据 该公式相应该公式相应 的理论模式是的理论模式是 基底压力呈基底压力呈条条 形均匀分布形均匀分布。 所以仅适用于所以仅适用于 e 0.0033b的的 情况。情况。 承载力系数，按承载力系数，按 查表确定查表确定。 k 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 几点说明：几点说明： （1 1）土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 、c ck k的取

41、值的取值 原状土样，三轴试验，每层土的试验数量原状土样，三轴试验，每层土的试验数量6组；组； （2 2）地下水对地基承载力的影响地下水对地基承载力的影响 基底上下土的重度基底上下土的重度m、 、，在地下水位以下采用有效重度 ，在地下水位以下采用有效重度; （3 3）基础宽度和埋深对地基承载力的影响基础宽度和埋深对地基承载力的影响 对对 0 0的土，增大基础宽度，地承力随之增大；但的土，增大基础宽度，地承力随之增大；但b b 6 6 时，取时，取b b = 6= 6；对砂土地基；对砂土地基b 3 3时，取时，取b b = 3= 3。 （4 4）按此式确定按此式确定fa时，尚应进行地基的变形验算。

42、时，尚应进行地基的变形验算。 k k fa = Mb b + Md md + Mcck 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 3.地基承载力特征值的修正地基承载力特征值的修正 修正原因: 考虑增加基础宽度和埋置深度时，地基承载力也考虑增加基础宽度和埋置深度时，地基承载力也 将随之提高，所以，应将地基承载力对不同的基将随之提高，所以，应将地基承载力对不同的基 础宽度和埋置深度进行修正，才能供设计使用。础宽度和埋置深度进行修正，才能供设计使用。 适用条件: 当基础宽度大于当基础宽度大于 3m或埋置深度大于或埋置深度大于0.5m时，从时，从 现场载荷试验或其他原位测试等方

43、法确定的现场载荷试验或其他原位测试等方法确定的地基地基 承载力特征值承载力特征值应进行修正。应进行修正。 修正公式:fa = fak + b (b 3) + d m (d 0.5) 基础宽度和埋深的地承力修正系数，查表基础宽度和埋深的地承力修正系数，查表7.107.10 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 fa 与与 fak 的的 区区 别别 fa = Mb b + Md md + Mcck fa = fak + b (b 3) + d m (d 0.5) 以界限荷载以界限荷载 为基础的理论公式结合经验给为基础的理论公式结合经验给 出计算地基承载力设计值出计算地基

44、承载力设计值 未经深宽修正的地基承载力特征值，由土质地基的现场未经深宽修正的地基承载力特征值，由土质地基的现场 载荷试验和静力触探、动力触探、标准贯入试验等原位载荷试验和静力触探、动力触探、标准贯入试验等原位 测试法取得，经深宽修正后方得到。测试法取得，经深宽修正后方得到。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定9.5 建筑物确定了基础

45、类型和埋置深度后，若已知基建筑物确定了基础类型和埋置深度后，若已知基 础底面尺寸，可以进行地基土持力层承载力和变形验础底面尺寸，可以进行地基土持力层承载力和变形验 算，如果还存在软弱下卧层，还需对软弱下卧层的承算，如果还存在软弱下卧层，还需对软弱下卧层的承 载力进行验算。载力进行验算。 若底面尺寸不知道，可以根据外荷载和地基承载力进若底面尺寸不知道，可以根据外荷载和地基承载力进 行地基基础设计，对于轴心荷载作用，可假定基础底面形行地基基础设计，对于轴心荷载作用，可假定基础底面形 状为正方形；对于偏心荷载作用，可假定基础底面形状为状为正方形；对于偏心荷载作用，可假定基础底面形状为 长方形，并根据

46、偏心距的大小给出长边和短边的合适比例长方形，并根据偏心距的大小给出长边和短边的合适比例 后，再进行设计。后，再进行设计。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 1. 1. 按按地基持力层承载力特征值确定基底面积地基持力层承载力特征值确定基底面积 1）中心荷载下的基础 计算假定计算假定: 基底压力均匀分布基底压力均匀分布 基底平均压力标准值基底平均压力标准值pk不超过持力层不超过持力层 经修正后的地基承载力特征值经修正后的地基承载力特征值f fa，即：，即： pk fa 计算要求计算要求 Gk Fk 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 G

47、k Fk 计算公式计算公式 d d l b a kk k f A GF p 基础自重及其台阶上的土重基础自重及其台阶上的土重 实体实体 基础基础 Gk =GAd = 20Ad aG kGk k fd A F A AdF p 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 讨讨 论论 基础及回填土的平均重度，一般取基础及回填土的平均重度，一般取20 ,20 , 地下水位以下取地下水位以下取10 10 上式中有两个未知数上式中有两个未知数 和和 ，可能要通过反复试算确定。，可能要通过反复试算确定。 计算时，可先对地基承载力只进行深度修正，计算计算时，可先对地基承载力只进行深度修正

48、，计算 值；值； 然后按计算所得的然后按计算所得的 ，考虑是否需要进行宽度修正，考虑是否需要进行宽度修正， 使得使得 、 间相互协调一致。间相互协调一致。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 矩形基础矩形基础 A = l b （一般（一般l / b 3） df F b lA Ga k 方形基础方形基础 A = b2 df F b Ga k 条形基础条形基础 A = 1b = bdf F b Ga k 沿基础长度方向取沿基础长度方向取1m的计算单元（的计算单元（l = 1m） 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 【例例1 1】某住宅承重

49、墙厚某住宅承重墙厚240mm240mm，采用墙下条形基础；地基，采用墙下条形基础；地基 土表层为杂填土，厚度土表层为杂填土，厚度0.80m0.80m，重度，重度17.5kN/m17.5kN/m3 3，其下为粘，其下为粘 土层，重度土层，重度18.5 kN/m18.5 kN/m，承载力特征值，承载力特征值 f fa ak k为为 170kPa170kPa，孔隙，孔隙 比比0.860.86。地下水位在地表下。地下水位在地表下 1.0m1.0m 处。若已知上部墙体传来的竖处。若已知上部墙体传来的竖 向荷载标准值为向荷载标准值为195kN/m195kN/m。试。试 确定基础底面尺寸。确定基础底面尺寸。

50、 解解: : 1. 1.确定基础埋深确定基础埋深: : 为了便于施工，基础宜建在为了便于施工，基础宜建在 地下水位以上，故选择粘土层地下水位以上，故选择粘土层 作为持力层，初步选择基础作为持力层，初步选择基础 埋深埋深 d d = 1m= 1m。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 3 /7 .17 0 . 1 2 . 05 .188 . 05 .17 mkN m kPaf a 9 .178)5 . 00 . 1 (0 . 17 .17170 3. 3.取取 1m 1m 长的条基作计算单元长的条基作计算单元 基础宽度：基础宽度： mm df F b Ga k 0

51、. 323. 1 0 . 1209 .178 195 埋深范围内土的加权平均重度：埋深范围内土的加权平均重度： 2.2.对持力层土进行深度修正对持力层土进行深度修正: : 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 取该承重墙下条形基础宽度取该承重墙下条形基础宽度 b b 1.25m1.25m。 4.4.验算验算: : KPa b dbF A GF Gkkk 176 25. 1 25. 1120195 KPafa9 .178 满足要求。满足要求。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 （2 2）偏心荷载作用下的基础：）偏心荷载作用下的基础： 计

52、算假定计算假定: : 基底压力按直线分布基底压力按直线分布 （梯形或三角形分布）（梯形或三角形分布） pk fa pkmax 1.2fa 计算要求计算要求 同时满足下列两式的要求，即：同时满足下列两式的要求，即： eF+G F M l b pkmax pkmin pk e 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 计算公式计算公式 W M A GF p p kkk k k min max 基础底面的抵抗矩基础底面的抵抗矩 矩形基础矩形基础 ) 6 1( min max l e bl GF p p kk k k 6 2 lb W Mk = ( Fk + Gk ) e 第第

53、 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 矩形基础矩形基础 当当pkmin l / 6: 出现拉应力区出现拉应力区 e kkk GFPbk max, 3 2 1 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸逐次渐近试算法逐次渐近试算法 计算步骤计算步骤 1) 按中心受压初步计算基底尺寸：按中心受压初步计算基底尺寸： df F A Ga k 0 2) 据偏心大小，增加基据偏心大小，增加基 底尺寸底尺寸1040%，即：，即： A1 =（1.11.4）A0 3) 初选初选 l 和和 b，一般取，

54、一般取l / b=12，得实际基底尺寸：，得实际基底尺寸：A A1 承载力特征承载力特征 值可先进行值可先进行 深度修正深度修正 若若b3，则对地基承载力进行宽度修正，则对地基承载力进行宽度修正 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 ) 6 1( min max l e bl GF p p kk k k 2 minmaxkk k pp p )/( kkk GFMe 其中：其中：Mk = M0k + VkH0 上部结构上部结构 传来的力传来的力 矩标准值矩标准值 pk pkmax 4) 4) 计算基底应力：计算基底应力： mKNM k 3704 . 150300 第第

55、 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 bk GF p kk k 3 )(2 max 要求：要求：1 1）应满足）应满足 e l (即即pkmin0) 2 2）对重要建筑物：）对重要建筑物：pkminpkmax1/4 1/3 以避免产生过大的不均匀沉降；以避免产生过大的不均匀沉降； 3 3）对个别情况可：）对个别情况可：e l6 (即即pkmin 0） 此时：此时： 5) 验算验算 ： pk fa pkmax 1.2fa 如不满足要求，应修改尺寸，重复如不满足要求，应修改尺寸，重复 上述步骤，直到符合要求为止。上述步骤，直到符合要求为止。 第第 9 9 章章 天然地基上浅

56、基础的设计天然地基上浅基础的设计 【例例2 2】 柱截面尺寸柱截面尺寸300mm300mm400mm400mm，作用在柱底的荷载标准值：，作用在柱底的荷载标准值： 中心垂直荷载中心垂直荷载700kN700kN，力矩，力矩80kN-m80kN-m，水平荷载，水平荷载13kN13kN。其它参数见。其它参数见 下图。试根据持力层地基承载力确定基础底面尺寸。下图。试根据持力层地基承载力确定基础底面尺寸。 此题为偏心荷载作用下的基础，此题为偏心荷载作用下的基础，解题思路为解题思路为: :对地基承载力进对地基承载力进 行深度修正，按中心荷载作用初定基础底面积，考虑偏心荷行深度修正，按中心荷载作用初定基础底

57、面积，考虑偏心荷 载作用扩大基础面积，验算地基承载力，如不合适，调整基载作用扩大基础面积，验算地基承载力，如不合适，调整基 底面积重复按上述步骤计算。底面积重复按上述步骤计算。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 【解解】 1 1、求地基承载力特征值、求地基承载力特征值 根据粘性土根据粘性土e e=0.7=0.7，I IL L=0.78=0.78查表查表7.107.10，得：，得：b b=0.3=0.3d d=1.6=1.6 持力层承载力特征值持力层承载力特征值f fa a（先只考虑对基础进行深度修正）：（先只考虑对基础进行深度修正）： kPadff mdaka

58、240)5 . 00 . 1 (5 .176 . 1226)5 . 0( 2 2、初步选择基底尺寸计算基础和回填土重、初步选择基底尺寸计算基础和回填土重G Gk k时的基础埋深。时的基础埋深。 md15. 1)3 . 10 . 1 ( 2 1 按中心受压计算基底面积：按中心受压计算基底面积： 2 0 23.3 15.120240 700 mA 由于偏心不大，基础底面积按由于偏心不大，基础底面积按20%20%增大，即：增大，即： 2 0 188. 323. 32 . 12 . 1mAA 初步选择基础底面积初步选择基础底面积)88. 3(84. 36 . 14 . 2 22 mmblA 因因 不需

59、再对不需再对fafa进行宽度修正。进行宽度修正。 mmb36 . 1 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 3 3、验算持力层地基承载力、验算持力层地基承载力 基础和回填土重：基础和回填土重：kNAdG Gk 3 .8884. 315. 120 即即0 min k p 基底最大压力：基底最大压力： kPafkPa l e A GF p a kk k 2882 . 1262 4 . 2 11. 06 1 84. 3 3 .887006 1 max 最后确定该柱基础底面长最后确定该柱基础底面长 L L = 2.4m, = 2.4m, 宽宽b b = 1.6m = 1.6

60、m。 基底平均压力：基底平均压力：kPafkPa A GF p a kk k 2263 .205 84. 3 3 .88700 满足要求。满足要求。 第第 9 9 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 2. 2. 地基软弱下卧层承载力验算地基软弱下卧层承载力验算 软弱下卧层是指在持力层下，成层土地基受力层范围内，软弱下卧层是指在持力层下，成层土地基受力层范围内， 承载力显著低于持力层的高压缩性土层。承载力显著低于持力层的高压缩性土层。 Fk Pk d z pcd 软土软土 Es1 Es2 Gk pcz 基底压力基底压力 软卧层顶面处自重应力软卧层顶面处自重应力 验算要求：验算要求