重庆大学基础工程-第2章浅基础

1、第第2 2章章 浅基础浅基础 2.1 2.1 概述概述 地基基础设计是土木工程结构设计的重地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。在要组成部分。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，某种地质条件下，基础设计的意义和要求， 比上部结构设计更重要、更难。比上部结构设计更重要、更难。 本章重点本章重点 浅基础类型浅基础类型 基础埋深的选择基础埋深的选择 地基承载力确定地基承载力确定 基底尺寸的确定基底尺寸的确定 浅基础的设计浅基础的设计 地基与基地基与基 础的关系础的关系 天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础 天然地基上的深基础天然地基上的深基

2、础 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 地基基础方案地基基础方案 人工地基上的浅基础人工地基上的浅基础 地基基础地基基础 方案选择方案选择 浅基础的设计浅基础的设计 施工条件施工条件 建筑物的性质建筑物的性质 工程地质条件工程地质条件 包括建筑物的用途、结构布置、包括建筑物的用途、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

3、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 1.为何优先选择天然地基上的浅基础? 2.目前浅基础设计采用何种设计方法? 3.如何进行天然地基是浅基础的设计? 思考 浅基础的设计浅基础的设计 在满足结构安全的前提下，在满足结构安全的前提下， 可节约大量的建设资金。资可节约大量的建设资金。资 料表明：天然地基基础造价料表明：天然地基基础造价 仅为桩基础的仅为桩基础的171767%。 地基基础设计 地基计算 基础设计 控制地基的变形：正常使用极限状态 地基的稳定性验算：斜坡，高耸结构 基础结构的强度 刚度 耐久性 防止地基强度破坏：承载力极限状态 基础选型 基础埋深和形状尺寸

4、2.1.1 地基基础设计的基本内容与步骤地基基础设计的基本内容与步骤 浅基础的设计内容浅基础的设计内容 充分掌握拟建场地的地质勘察资料充分掌握拟建场地的地质勘察资料 考虑选择基础类型和平面布置方案考虑选择基础类型和平面布置方案 选择地基持力层和基础埋置深度选择地基持力层和基础埋置深度 确定地基承载力确定地基承载力 确定基础底面尺寸确定基础底面尺寸 进行必要的地基稳定性和变形验算进行必要的地基稳定性和变形验算 进行基础的结构设计进行基础的结构设计 绘制基础施工图，提出必要的技术说明绘制基础施工图，提出必要的技术说明 建筑物的型式与功能 上部结构荷载资料 场地勘察与室内试验资料 场地施工技术条件

5、基础型式方案比较 拟定基础型式及平面布置 确定基础埋深 必要时的验算 （软弱下卧层强度、变形稳定、抗滑验算等） 确定地基承载力 确定基底平面尺寸 计算地基承受荷载 基础结构设计（基础剖面尺寸、配筋） 编制施工说明、绘施工图 计算地基净反力 不 满 足 设设 计计 步步 骤骤 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础结构的外荷载 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 建筑物设计建筑物设计 1）常规设计法）常规设计法： 将地基、基础、

6、上部结构三者分离，将地基、基础、上部结构三者分离， 分别对三者进行计算。分别对三者进行计算。 优缺点：优缺点：计算简单（不考虑三者共同作计算简单（不考虑三者共同作 用）；满足静力平衡条件；忽略三者受用）；满足静力平衡条件；忽略三者受 荷后变形的连续性；不经济、不合理。荷后变形的连续性；不经济、不合理。 适用条件：适用条件：沉降较小或较均匀；基础刚沉降较小或较均匀；基础刚 度大。度大。 基底压力接近直线基底压力接近直线 “刚性设计刚性设计” 2.1.2 浅基础的设计方法浅基础的设计方法 浅基础的设计方法浅基础的设计方法 2）地基上梁板的计算法）地基上梁板的计算法： 通常柱下条形基础、筏板基础及箱

7、形基础等连续基通常柱下条形基础、筏板基础及箱形基础等连续基 础可采用此方法。础可采用此方法。 特点：特点：仅考虑地基与基础的相互作用，建立既满足静仅考虑地基与基础的相互作用，建立既满足静 力平衡条件又满足地基与基础接触面上的变形协调条力平衡条件又满足地基与基础接触面上的变形协调条 件的地基应力与应变关系式，直接或近似求解基础内件的地基应力与应变关系式，直接或近似求解基础内 力。力。 3）考虑上部结构刚度的计算方法）考虑上部结构刚度的计算方法： 特点：特点：不仅考虑地基与基础的相互作用，同时粗略考不仅考虑地基与基础的相互作用，同时粗略考 虑上部结构刚度的影响。虑上部结构刚度的影响。 分类：分类：

8、 逐次逼近法 有限元法 等效刚度法 2.1.3 地基基础设计原则地基基础设计原则 设计等级设计等级 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）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 地基基础设计等级地基基础设计等级 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2011 地基基础设计原则地基基础设计原则 在长期荷载作用下，地基变形不致造成结构的损坏在长期荷载作用下，地基变形不致造成结构的损坏 在最不利荷载作用下，地基不出现失稳现象在最不利荷载

9、作用下，地基不出现失稳现象 设计要求设计要求 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 抗抗浮浮验算验算 当当地下水埋藏较浅，建筑物地下室地下水埋藏较浅，建筑物地下室 或地下构筑物存

10、在上浮问题或地下构筑物存在上浮问题 计算要求计算要求 地基基础设计原则地基基础设计原则 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 ) 计算地基变形计算地基变形 正常使用极限状态下荷在效正常使用极限状态下荷在效 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

11、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 的的基本组合基本组合，采用，采用相应的分相应的分 项系数；项系数； F M e F+G 荷载取值荷载取值地基基础设计原则地基基础设计原则 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

12、 荷载取值的规定荷载取值的规定 荷载取值原则遵循以概率理论为指导的极限状态极限状态 设计方法设计方法 该原则特点： （1）建立结构可靠度与结构极限状态方程； （2）充分考虑各有关影响因素的客观差异性； （3）设计计算工作量大，地基基础设计有些参数因统 计资料不足，很大程度凭经验确定。 正常使用极限状态对于结构或构件达到正常使用 或耐久性能的某项规定值，如影响建筑物正常使用或 外观的地基变形 承载能力极限状态对于结构或构件达到最大承载 能力或不适于继续承载大变形。 承载力极限状态承载力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态 基本组合基本组合 简化基本组合简化基本组合 标准组合标准组合 准永久

13、组合准永久组合 永久荷载效应控制的基本组合值取标准组合值的1.35倍 S=1.35SK 11地基基础规范的设计原则 从已有的大量地基事故分析，绝大多数事故都由地基从已有的大量地基事故分析，绝大多数事故都由地基 变形过大且不均匀所造成。变形过大且不均匀所造成。 土为大变形材料，荷载增加，变形增加，承载力也随土为大变形材料，荷载增加，变形增加，承载力也随 之增大，很难界定之增大，很难界定“极限值极限值”。 地基承载力还有潜力时，变形已超限。地基承载力还有潜力时，变形已超限。 地基设计：地基设计：采用正常使用极限状态，所选定的地基采用正常使用极限状态，所选定的地基 承载力是一种允许承载力（承载力特征

14、值）承载力是一种允许承载力（承载力特征值）, ,相应的相应的 荷载组合采用标准组合。荷载组合采用标准组合。 按变形设计的原则按变形设计的原则! ! 2.2 2.2 浅基础的类型浅基础的类型 1 1、常用材料、常用材料 u灰土：生石灰经熟化（加水化开）后与塑性指数较低灰土：生石灰经熟化（加水化开）后与塑性指数较低 的粉土、粘性土按体积比为的粉土、粘性土按体积比为3737或或2 2 8 8配制而成。配制而成。 u石：微风化硬质岩石。石：微风化硬质岩石。 u砖：强度等级不低于砖：强度等级不低于MU10MU10的粘土实心砖。的粘土实心砖。 u三合土：石灰、砂（或粉煤灰）和骨料配制而成。三合土：石灰、砂

15、（或粉煤灰）和骨料配制而成。 u混凝土：强度等级不低于混凝土：强度等级不低于C15C15。 u钢筋混凝土钢筋混凝土 u毛石（块石、片石）毛石（块石、片石） u料石（条石）料石（条石） u毛石混凝土毛石混凝土 u素混凝土素混凝土 浅基础的类型浅基础的类型 2 2、基础的类型、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 按基础受力特点按基础受力特点 按基础结构类型按基础结构类型 u刚性基础刚性基础 u柔性基础柔性基础 u无筋基础无筋基础 u钢筋混凝土基础钢筋混凝土基础 u扩展基础扩展基础 u联合基础联合基础 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

16、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 1) 扩展基础 浅基础的类型浅基础的类型 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 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) ) 由砖、石、灰土、 三合土、混凝土等 材料组成 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 0 h b

17、 tg t 刚性角在1.1 1.5之 间，与材料和荷载 （基底压力）有关 F bt b0 h0 扩展基础扩展基础 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。 刚性基础刚性基础 扩展基础扩展基础 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。 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

18、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。的民用建筑和轻型厂房。 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 F 扩展基础扩展基础 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 2)联合基础 浅基础的类型浅基础的类型 基础材料基础材料

19、: 钢筋混凝土钢筋混凝土 结构型式结构型式 u矩形联合矩形联合基础基础 u梯形联合基础梯形联合基础 u连梁式联合基础连梁式联合基础 特点：特点：调整相邻两柱沉降差, 防止两柱相向倾斜。 适用条件适用条件： 两柱设立独 立基础时，其中 一柱受限；两柱 间距较小而基底 面积不足或荷载 偏心过大等 浅基础的类型浅基础的类型 3) 柱下条形基础 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单向条形单向条形基础基础: :同一轴线（或同一方向）上若干同一轴线（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

20、横两向分别设柱网下沿纵横两向分别设 置的钢筋混凝土条形基础置的钢筋混凝土条形基础。 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：有别于钢筋混凝土扩：有别于钢筋混凝土扩 展基础，不仅在横截面方向如倒展基础，不仅在横截面方向如倒 置的悬臂梁，在纵向则如倒置的置的悬臂梁，在纵向则如倒置的 以各柱为铰支的多跨连续梁。以各柱为铰支的多跨连续梁。 浅基础的类型浅基础的类型 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相 碰时。 浅基础

21、的类型浅基础的类型 4) 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。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-平板式平板式 u柱下筏基柱下筏基 平板式平板式 梁板式梁板式 浅基础的类型浅基础的类型 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

22、部软弱层，防止因局部下沉造 成的房屋损坏； 4）可满足工艺上连续作业要求和自动化程度较高的工艺设备 不允许有差异沉降的要求； 5）可作为水池、油库等的防渗底板； 6）有地下室时，可提供较宽敞的使用空间； 7）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 浅基础的类型浅基础的类型 5) 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。 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 浅基础的类型浅基础的类型 箱形基础特点

23、箱形基础特点 1 1）基础埋深大、中空形式，使开挖卸去的土重基础埋深大、中空形式，使开挖卸去的土重 部部 分抵偿分抵偿 了上部结构传来的荷载，能显著减小基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；底压力、降低基础沉降量； 2）整体刚度大，只能产生大致的均匀沉降或整体整体刚度大，只能产生大致的均匀沉降或整体 倾斜，抗震性能好；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；墙分隔而使使用受限； 4 4）经济指标高，施工技术复杂，对防水通风要求经济指标高，施工技术复杂，对防水通风要求 较高。较高。

24、浅基础的类型浅基础的类型 6) 其他类型 独立基础 整个结构物之下的刚性或钢筋整个结构物之下的刚性或钢筋 混凝土柔性单个基础混凝土柔性单个基础 壳体基础特点：壳体基础特点： 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 钢筋混凝土壳体基础钢筋混凝土壳体基础 混凝土大块式基础混凝土大块式基础 钢筋混凝土圆板基础钢筋混凝土圆板基础 钢筋混凝土圆环基础钢筋混凝土圆环基础 岩层锚杆基础岩层锚杆基础 岩层锚杆基础适用于直接建在基岩上的柱基，以 及承受拉力或水平力较大的建筑物、构筑物基础。 岩层锚杆基础岩层锚杆基础 单独基础 条形基础 箱形和筏形

25、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 浅基础的特点：浅基础的特点： 小结小结 2.3

26、2.3 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 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 埋深定义埋深定义 基础埋置深度是指基础底面至设计地面的距离。 基础埋深的选择基础埋深的选择 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、变形和稳定性要求） 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，反之则易） 4 4）造价的经济性（埋深大造价高，反之则低） 基础埋深的选择基础埋深的选择 选择

27、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。 3 3）当上层地基承载力大于下层土时，宜利用上层为持力当上层地基承载力大于下层土时，宜利用上层为持力 层。层。 4 4）高层建筑应有足够的埋深来保持其稳定性。高层建筑应有足够的埋深来保持其稳定性。 浅埋可节约材料，方便施 工，缩短工期，降低造价 浅层土体孔隙与大气相通，有充 足的氧气和营养物，是生物活动 的主要场所，土体性能较差；岩 石成分稳定，无需限定 规范理解：基

28、础埋深d的取值 1）一般自室外地面标高算起； 2）在填方整平地区，可自填土地面标高算起。但填土 在上部结构施工完成以后，应从天然地面标高算起； 3）对于地下室，如采用箱形或筏形基础时，自室外地 面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室 内地面标高算起。 注：天然地面天然地面 设计地面设计地面 室外标高室外标高 室内标高室内标高 基础埋深的选择基础埋深的选择 （1 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 建筑建筑 物的物的 功能功能 用途用途 结构结构 类型类型 1、建筑物用途要求是首要考虑问题； 5、岩石地基上高层建筑，应满足抗滑

29、要求； 2、对于敏感性结构，基础埋深较深； 6、高耸构筑物，应满足抗倾覆稳定性要求。 4、土质地基上高层建筑，应满足稳定性要求； 3、对于不敏感结构，埋深可较浅； 基础埋深的选择基础埋深的选择 2 2、选择基础埋深的影响因素、选择基础埋深的影响因素 作用作用 在地在地 基上基上 的荷的荷 载大载大 小与小与 性质性质 1、轴向压力为主的基础埋深仅需满足地 基承载力和变形要求； 4、对于地震区或有振动荷载的基础，应适当 加大基础埋深，防止放置于易液化的土层上； 3、受上拔力的基础，应满足抗拔要求； 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

30、于 建筑物高度1/181/201/181/20 2、承受较大水平力的基础，应满足稳定性要求； 只有轻型建筑 可用，否则采 用连续基础、 人工处理或深 基础比较确定 上硬下软上硬下软 尽量浅埋（宽 基浅埋），但 是如h h1 1太小就 按情况考虑 上软下硬上软下硬 h14 m 桩基 或人工处理 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 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸 h1 基础条件由 其它条件确 定时，基础 尽可能浅埋 基础埋深的选择基础埋深的选择 1 1）工程地质条件工程地质条件 h1 （2 2）建筑物环境的条件建筑物环境的条件 基

31、础埋深的选择基础埋深的选择 2 2）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 及扰动和地下水有无侵蚀性，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 wwh 向下的土压力 h 要求 . . wwhh有承压水时 基坑尺寸较大时应满 足: w w hkh k 1.1 基础埋深的选择基础埋深的选择 3 3）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，土地基土的温度低于摄氏零度时，土 中部分孔隙水将

32、冻结而形成冻土。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。 基础埋深的选择基础埋深的选择 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 季节性冻土由细粒土组成，土中 含水量高且地下水位又高时，不但在 冻结深度范围内的土中水被冻结形成 冰晶体，且未冻区的自由水和弱结合 水会不断向冻结区迁移、聚集，使冰 晶体逐渐扩大，引起

33、土体发生膨胀和 隆起，形成冻胀现象。 结冰时水的膨胀可达10% 左右，且膨胀力很大，达 2MPa量级，当膨胀力大于 基底压力时，基础被抬起 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。 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸 基础埋深的选择基础埋深的选择 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 基础埋深的选择基础埋深

34、的选择 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。 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。 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸 基础埋深的选择基础埋深的选择 4 4）场地环境条件场地环境条件 同一

35、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 新旧相邻建筑物的新基础, 其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 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸 基础埋深的选择基础埋深的选择 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 旧旧 新新 新新 2.4 2.4 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 1. 1. 地

36、基承载力的概念地基承载力的概念 地基所具有的承受荷载的能力地基所具有的承受荷载的能力 为了满足地基强度和稳定性的要求，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。 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

37、时，地基土 的压力变形曲线的压力变形曲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。 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 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

38、地基承载力特征值实质就是允 许承载力；许承载力； 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 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 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表确定 u 根据相

39、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 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 - - 适用于浅层地基适用于浅层地基 1) 1) 按现场载荷试验确定按现场载荷试验确定 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 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，所测得的成

40、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。 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 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取值主要由地基强度控 制制 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、高压缩常出现于中、高压缩 性土性土 常出现于低压缩性土常出现于低压缩性土 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 p s曲线曲线“陡降型陡降型 ” 步骤：

41、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。 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 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。 条件：条件： 承压板面积为 0.25 0.50m2 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

42、载力特征值fak。即： 满足： f = famax famin 0.3fam 有： fak = fam 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 要求要求 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 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

43、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。 2) 2) 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 u 地基极限承载力理论公式地基极限承载力理论公式 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 当 k 24时，Mb实际比理

44、论大 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 0.033b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 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 （1 1）土的抗剪强度指标）土的抗剪强度指标 、c ck k的取值的取值 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； 指标的计算指标的计算( (取样的地点取样的地点P21P21） （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（m、的取值）的取值） 基底上下土的重度基底上下土的重度m、

45、、，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）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，时， 取取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。(b(b的限制）的限制） 对饱和软粘土（对饱和软粘土（ =0=0），有），有 fa= 3.14c= 3.14cu u+ +m d d 地承力随埋深增加而增大，但对实体基础，尤其是置于地承力随埋深增加而增大，但对实体基础，尤其是置于 饱和软粘土上时，承载力无明

46、显增长。饱和软粘土上时，承载力无明显增长。 （4 4）按此式确定）按此式确定fa时，尚应时，尚应进行地基的变形验算。进行地基的变形验算。 几点说明：几点说明： k k k 思考：思考：饱和软粘土上加宽基础对承载的 影响如何？ 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 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

47、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2-4 3) 3) 现行规范的经验公式计算方法现行规范的经验公式计算方法 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 GB50007-2011 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 地基承载力特征值的修正地基承载力特征值的修正 适用条件: 当基础

48、最小边宽大于当基础最小边宽大于2m或基础埋深超过或基础埋深超过 3m时，时， 从现场载荷试验或其他原位测试等方法确定的从现场载荷试验或其他原位测试等方法确定的地地 基承载力特征值基承载力特征值应进行修正。应进行修正。 修正公式: fa = fa0 + k1 1 (b 2) + k2 2 (h 3) 基础宽度和埋深的地承力修正系数基础宽度和埋深的地承力修正系数 查表查表2-7（P24） 3) 3) 现行规范的经验公式计算方法现行规范的经验公式计算方法 公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D63-2007 查表查表2-5（P23) 2-6（P24） a f地基承载力特征值

49、： 由理论公式法、岩石地基的现场和室内试验法直接取得。 ak f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 等原位测试法取得，经深宽修正后方得到 a f。 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 fa 与与 fak 的的 区区 别别 4. 4. 地基变形验算地基变形验算 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 地基变形验算目的地基变形验算目的保证建筑物安全、正常使用和 外观。 变形验算的要求变形验算的要求：建筑物的地基特征变形计算值，不 应大于地基特征变形允许值，即 s 地基特征变形计算值 s变形特征允许值。 注： 传至基础上的荷载应按正常使用极限

50、状态下荷载 效应的准永久组合准永久组合（不应计入风荷载和地震作用）。 ss 地基变形特征：地基变形特征： 对各种建筑物产生危害的不利沉降形式。对各种建筑物产生危害的不利沉降形式。 类型类型 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 u 沉降量沉降量 u 沉降差沉降差 u 倾斜倾斜 u 局部倾斜局部倾斜 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 (1) (1) 沉降量沉降量 指基础某点的沉降值。指基础某点的沉降值。 控制对象：控制对象：对于单层排架结构，体型简单的高层建筑 基础，高耸结构基础的沉降量应注意验算。 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 (2)(2)沉降差沉降差 一般指相邻柱基中点的沉降量之

51、差。一般指相邻柱基中点的沉降量之差。 控制对象：控制对象：是不均匀沉降的一种，框架结构 容易出现这种情况的破坏。 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 （3 3）倾斜）倾斜 指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。 控制对象：高耸结构、长高比很小的高层建筑 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 （4 4）局部倾斜）局部倾斜 指指砌体承重结构砌体承重结构沿纵向沿纵向6 610m10m内基内基 础两点的沉降差与其距离的比值。础两点的沉降差与其距离的比值。 控制对象：一般砌体承重结构房屋的长高比不太大，易出现 这种不均匀沉降。它是砌体承重结构的主要变形

52、特征。 变形变形 特征特征 定定 义义 图图 示示 控制对象控制对象 沉降沉降 量量 基础中心点的沉降值单层排架结构，体型简单 的高层建筑基础，高耸结 构基础的沉降量应注意验 算。 沉降沉降 差差 相邻两个柱基的沉降量之 差。 框架结构、砌体墙填充的 边排柱等基础 倾斜倾斜 基础倾斜方向两端点的沉 降差与其距离的比值 多高层建筑物、高耸结构、 土层分布不均及相邻建筑 物影响 局部局部 倾斜倾斜 砌体承重结构沿纵墙610 米内基础两点的沉降差与 其距离的比值 砌体承重结构 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 变形验算的选择变形验算的选择 （1 1）与柔性结构有关的地基变形特征）与柔性结构有关的

53、地基变形特征 通常柔性结构指排架结构，一般在低、中压缩性地基上不会通常柔性结构指排架结构，一般在低、中压缩性地基上不会 产生沉降破坏，但在高压缩性地基上应注意下列变形特征：产生沉降破坏，但在高压缩性地基上应注意下列变形特征： 砌体墙填充的边排柱（尤其是端部抗风柱）砌体墙填充的边排柱（尤其是端部抗风柱）- - 验算验算沉降差沉降差 单层排架柱基（尤其是多跨排架的中排柱基）验算单层排架柱基（尤其是多跨排架的中排柱基）验算沉降量沉降量 对有桥式吊车的厂房，应对有桥式吊车的厂房，应限制相邻柱基限制相邻柱基沉降差沉降差引起的吊车轨引起的吊车轨 道面的道面的倾斜倾斜，以防导致吊车滑行或卡轨。，以防导致吊车

54、滑行或卡轨。 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 （2 2）与敏感性结构有关的地基变形特征）与敏感性结构有关的地基变形特征 所谓敏感性结构指对不均匀沉降敏感的框架结构和砌体承重所谓敏感性结构指对不均匀沉降敏感的框架结构和砌体承重 结构。由于一般砌体的抗拉、抗剪强度较低，在地基不均匀变结构。由于一般砌体的抗拉、抗剪强度较低，在地基不均匀变 形影响下，易沿纵墙开裂破坏；而框架结构则主要是由于相邻形影响下，易沿纵墙开裂破坏；而框架结构则主要是由于相邻 柱基的不均匀沉降在上部结构中产生较大次应力，使强度超过柱基的不均匀沉降在上部结构中产生较大次应力，使强度超过 安全储备而破坏。因此：安全储备而破坏。

55、因此： 砌体承重结构砌体承重结构- - 验算验算局部倾斜局部倾斜 框架结构框架结构-验算相邻柱基的验算相邻柱基的沉降差沉降差 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 （3 3）与刚性结构有关的地基变形特征）与刚性结构有关的地基变形特征 所谓刚性结构指高层建筑和高耸结构物。所谓刚性结构指高层建筑和高耸结构物。 高耸结构和长高比很小的高层建筑，地基变形的主要特征高耸结构和长高比很小的高层建筑，地基变形的主要特征 是建筑物的整体是建筑物的整体倾斜倾斜； 对地基较均匀、且无相邻荷载影响的高耸结构，则注意控对地基较均匀、且无相邻荷载影响的高耸结构，则注意控 制制沉降量沉降量。 高耸及高层建筑容易产生倾斜的

56、主要原因是地基不均匀及相高耸及高层建筑容易产生倾斜的主要原因是地基不均匀及相 邻建筑影响，此外这类结构受水平荷载大、重心高，容易重心邻建筑影响，此外这类结构受水平荷载大、重心高，容易重心 偏移引起偏心力矩而影响倾覆稳定性，故倾斜允许值随高度增偏移引起偏心力矩而影响倾覆稳定性，故倾斜允许值随高度增 加而递减。加而递减。 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 沉降观测与地基变形值的预估沉降观测与地基变形值的预估 沉降观测目的沉降观测目的 u 通过对观测结果的分析通过对观测结果的分析 来验证计算方法；来验证计算方法； u 可预测沉降发展的趋势可预测沉降发展的趋势 及时采取处理措施。及时采取处理措施。

57、 预估预估 施工期间施工期间 使用期间使用期间 变形值变形值 便于预留便于预留 建筑物有关部建筑物有关部 分间净空分间净空 浅基础的地基承载力浅基础的地基承载力 预估地基预估地基 变形值变形值 考虑考虑 土的土的 压缩性压缩性 多层建多层建 筑在施筑在施 工期间工期间 完成的完成的 沉降量沉降量 u 砂土砂土- 80%以上以上 u 低压缩性土低压缩性土 5080% u 中压缩性土中压缩性土 2050% u 高压缩性土高压缩性土 520% 变形不满足时的措施变形不满足时的措施 1) 适当调整基底尺寸适当调整基底尺寸(改变基底附加压力改变基底附加压力); 2) 适当调整基础埋深适当调整基础埋深;

58、3) 改用其它基础型式改用其它基础型式; 4) 采用人工地基处理方案采用人工地基处理方案; 5) 从建筑从建筑结构及施工等方面采取措施以防止地结构及施工等方面采取措施以防止地 基不均匀沉降对上部结构造成的损害。基不均匀沉降对上部结构造成的损害。 2.5 2.5 基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定 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 Gk Fk 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

59、，即：，即： pk fa 计算要求计算要求 pk 计算公式计算公式 基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定 Gk Fk 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 df F A Ga k 基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定 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

60、向取沿基础长度方向取1m的计算单元（的计算单元（l = 1m） 基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定 【例【例1】某住宅承重墙厚某住宅承重墙厚240mm，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0.80m，重度，重度17.5kN/m3，其，其下为粘下为粘 土层，重度土层，重度18.5 kN/m，承载力特征值，承载力特征值 fak为为 170kPa，孔隙，孔隙 比比0.86。地下水位在地表下。地下水位在地表下 1.0m 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/m。试。试 确定基础底面尺寸。确定基