第三讲独立基础(浅基础)

1、第三讲 独立基础(浅基础)天然地基上结构较简单的浅基础，最为经济，如能满足要求，宜 优先选用。天然地基、人工地基上浅基础设计的原则和方法基本相同, 只是采用人工地基上的浅基础方案时，尚需对选择的地基处理方法进 行设计，并处理好人工地基与浅基础的相互影响。独立基础：当建筑物上部结构采用框架结构或单层排架结构承重 时，基础常采用方行、圆柱形和多边形等形式的独立式基础，这类基 础称为独立式基础，也称单独基础，是整个或局部结构物下的无筋或 配筋基础。一般是指结构柱基，高烟囱，水塔基础等的形式(大块实 体基础、单柱基础、 墙下条形基础)。独立基础类型：阶形基础、坡形基础、杯形基础。3.1 基础设计所需资

2、料、设计内容和步骤3.1.1 独立基础设计所需资料(1)建筑场地的地地形图(2)岩土工程勘察成果报告(3)建筑物平面图、立面图，荷载，特殊结构物布置与标高(4)建筑物场地环境，临近建筑物基础类型与埋深，地下管线分布(5)工程总投资与当地建筑材料供应情况(6)施工队伍技术力量与工期要求3.1.2基础设计内容、步骤(1)初步拟定基础的结构型式、材料和平面布置；(2)确定基础的埋置深度；(3)计算作用在基础顶面的荷载(4)确定地基承载力；(地基承载力：是指地基土单位面积上承受荷载的能力，以kN/m2或kPa计。地基承载力特征值：在保证地基稳定的前提下，使建筑物的沉降不超过容许值的地基承载力)(5)根

3、据作用在基础顶面的荷载及地基承载力，计算基础的底面积，并以此确定基础的长、宽；(6)设计基础高度与剖面形状(7)若地基持力层存在软弱下卧层时需验算下卧层的承载力(8)进行地基变形与稳定性验算；(9)进行基础细部结构设计；(10)绘制基础施工图，提出施工说明。注：(1) (8)中有不满足要求的情况时，可对基础设计进行调整， 如采取改变基础埋置深度火加大基础宽度、长度等措施，但应注意富 余不应过大，应满足经济要求。3.2 基础埋置深度基础埋置深度确定原则(考虑因素)：1.1.1 埋深不应小于按各种破坏因素而定的最小埋深(保证持力层不受外界破坏因素影响)；1.1.2 足各种力学验算为前提，应在最小埋

4、深以下选择地基承载力较高的土层作为持力层。即：在大于最小埋深的条件下选择最浅的高承载力地层作为持力 层。3.2.1 桥涵明挖基础最小埋深和基础埋置深度(1)为了保证持力层稳定的最小埋深?不埋置在不稳定的地表层(旱地、无水流冲刷处或设有铺砌防护层时，应在地面以下2m以下，困难情况时不得小于1m)(2)有水流冲刷时基础埋深应考虑水流的冲刷作用一般冲刷深度：河床面在水流冲刷后下降的深度局部冲刷深度：在一般冲刷的同时由于墩台的阻水作用在墩台周围形成的附加冲刷深度冲刷总深度：一般冲刷深度+局部冲刷深度安全值的考虑(见教材表3-1)(3)寒冷地区土的冻胀融陷与基础埋深关系土的标准冻结深度：地表无积雪和草皮

5、覆盖时，多年实测最大冻 深的平局值?为保证建筑物不受冻胀，基底应埋置在冻结线以下一定深度?冻胀及强冻胀土，应在冻胀线以下不少于 0.25m,弱冻胀土不 小于冻结深度的80%?涵洞基础出入口及两端洞口向内各 2m范围内基底应埋置于冻 结线以下0.25m概念：土的标准冻结深度-多年实测最大冻深的平均值。满足以上3条规定的基础埋深为最小埋深，它是保证基础安全的 先决条件和最低要求。合适的持力层要在最小埋深以下的各土层中寻 找。综合考虑各种因素，得出可以比较的具体数值之后，再作出判断。3.2.2 建筑基础埋置深度的选择受下列因素影响：(1)建筑物的类型和用途?有地下室、地下管沟和设备基础时，基础埋深要

6、局部或整个加 深(注意刚性基础刚性角的控制要求)?对沉降敏感的建筑物应将基础埋置在较坚实的土层上?基础需要不同埋深时，应采用台阶形基础，由浅入深?地下管线通过基础时，基础应保留足够的空隙?相邻建筑基础存在高差时，应保持基础之间的净距( 相邻基础 底面高差的12倍)，否则应采取相应的支护措施(2)作用在基础上的荷载大小和性质?承受较大竖向荷载的基础应选择好的持力层?承受水平荷载的基础应考虑埋深抗滑?承受拉拔荷载的基础应考虑埋深抗拔?地震区避免液化土作持力层(3)工程地质条件和水文地质条件应选择具有足够强度、稳定可靠的地层作为持力层?地基土在深度方向上均匀?地基由两层土组成，上层土性差，下层土性好

7、?地基由两层土组成，上层土性好，下层土性差?应尽可能讲基础置于地下水位以上，注意排水及围护?注意持力层下的承压水，避免破坏隔水层(4)地基土的冻胀和融陷的影响3.3基础上的荷载基础上的荷载：作用于基础上的各种荷载所组成的合力计算荷载：基础上实际可能同时出现的荷载组合荷载取值方法：(1)容许应力设计法(工作应力设计法)(铁路公路)(2)极限状态设计法(可靠度设计法)(房建)计算荷载=主要荷载+附加荷载+特殊荷载3.3.1 主要荷载3.3.1.1 恒载(始终作用在结构上，且任何时候都要考虑的一类荷载)(1)结构自重(2)浮力(注意在验算稳定性时和验算基底应力、偏心时的区别)(3) 土压力(4)预应

8、力(提高材料强度和刚度，防止裂缝出现)(5)混凝土收缩和徐变3.3.1.2 活载(1)铁路列车重量(2)公路活载(3)离心力(4)冲击力(5)列车活载所产生的土压力(6)人行道荷载3.3.2 附加荷载(1)制动力或牵引力(2)风力(3)列车横向摇摆力(4)流水压力(5)冰压力(6)温度变化的影响(7)冻胀力3.3.3 特殊荷载(1)船只或排筏撞击力(2)地震作用(3)施工荷载3.3.4 荷载组合原则各种荷载，其特性和出现几率不同，不会全部同时作用在结构上， 或者不是同时出现最大值，它们对结构的强度、刚度和稳定性三方面 的影响也不一致。因此，在桥梁设计中，对 某种要求应选取导致结构 物出现最不利

9、情况的各种荷载进行检算，即I最不利荷载组音。教材P693.4基础的设计计算3.4.1 基础尺寸的初步拟定桥梁墩台的刚性扩大基础依据参数：地基基本允许承载力s上部结构荷载（如桥跨的计算跨度 L,桥墩的高度H） 拟定原则：形状与墩、台形状相符分层扩大：每层n 1m,常用1m层数一般不超过3层，如继续扩大，基底应力不一定会降 下来。满足刚性角的要求襟边尺寸n 0.2m为便于施工立模、放线误差的调整房建中的基础一中心受压（轴心荷载作用下）因为 基础底面处的平均压力为：基础形心处总竖向力F+G F+ G A dp 咔十-=f基底面积A Af为修正后的地基承载力特征值（基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5

10、m时由地基承载力特征值修正而来）所以基底面积为A 一F一f 0 do为基础及上覆土的平均重度，按经验通常可取0 20kN/m3(1)若为柱下矩形基础，则：取基础底面长边l与宽度b的比例为 l/b=n (一般取 n 1时，h的取值与基底荷载分布形式无 关，即采用基底平均压应力。圣维南原理如将物体的一部分边界上面力变换为分布不同但静力等效的面力（主矢同，对某点力矩同），则近处应力分布将有显著改变， 但远处所受影响可以不计。引申此处即有：一定深度处，土中应力分布与基底压力分布形式 关系不大，只取决于合力大小和作用点位置 。3.4.3 基底偏心距的检算目 的|使地基应力较均匀分布，控制基础两侧产生过大

11、的不均匀 沉降，从而限制墩身倾斜所引起的墩顶位移。检算内容|基底截面所有外力的合力偏心原则：设计时一般以基底不出现拉应力为原则，只要控制其偏心距， 使其不超过某一数值即可。即偏心距e为：Mi e Ni式中： Ni , Mi 一作用于基底重心上的竖向合力力矩和总力矩而0 cW / A 一基底截面核心半径。桥规中对C的规定影响因素：荷载性质、大小；地基土的性质仅受恒载：非岩石地基上，合力彳用点应尽量接近于重心。c10m时，仍取10m。b越大，应力影响范围越大，引起沉降越大。 因此当满足强度要求时，就间接满足了沉降要求。但在特殊情况下， 必须进行沉降检算。特殊情况见桥规第12.1.12条如：相邻墩台

12、基础下地基土有显著的不同或相邻跨度差别悬殊时 必须考虑差异沉降时；非岩石地基上的超静定结构基础，如拱桥、连 续梁桥等；黄土、软土、冻土等特殊土地基；考虑净高控制的跨线桥 等；快速铁路（客专及高铁）。检算内容计算总沉降s采用分层总和法计算 恒载作用下（按所有荷载一次施加，与施工 过程有偏差）的最终沉降量 s。因为 活载作用时间段，对沉降影响不大，饱和粘土的固结未完成。且 修建基础开始，沉降就开始发生，随着施工进行，沉降也不断 增加，因此，施工期间已完成总沉降的一部分 施，而施可在浇注顶帽 混凝土时进行调整，即将顶帽加高 施，这样一来，对上部线路及运营 产生影响的，只有总施故计算墩台基础的沉降量判

13、 式I容许沉降静定结构：L以m代入（L为相邻跨中较短的跨度）墩台均匀沉降量 20n （mm）相邻墩台均匀沉降量之差10n （mm） 不等跨时，取小跨；24m,按24m计超静定结构：根据沉降差所引起的结构次应力来确定判别式3.4.5地基整体稳定性检算 目 的|确保墩台不致于连同土坡滑动；路基不致于沿滑动弧面滑动建在斜坡上的基础（尤其是受有水平荷载的），如：墩台位于较陡的土 坡上，或桥台建于软土上且台后填土较高时，基础可能会连同地基一 起下滑，要防止下滑，就需要加深基础的埋置深度。检算内容|圆弧条分法分析在整体稳定性帆式I稳定安全系数K H 1.2 滑动力矩措施 位于稳定土坡坡顶，当b8m,则应检

14、算整体稳定性。3.5防止和减轻不均匀沉降危害的措施主要从建筑措施、结构措施、施工措施三个方面来考虑。3.5.1 建筑措施1 .建筑物体型力求简单：增加整体刚度，减少不均匀沉降平面：力求简单，避免附件应力重叠立面：建筑物高低（轻重）相差不大反之亦然，当高低（荷载）相同，地基承载力不同时，见秦皇岛 的老龙头长城。2 .控制长高比（L/H ）及合理布置墙体合理布置墙体实质上就相当于提高梁截面的 W思考：倒“八”字裂纹是如何产生的？是什么样的沉降趋势造成 的？3 .设置沉降缝划分多个独立沉降单元（疏导） 长高比过大的建筑物的适当部位平面形状复杂的建筑物转折部位地基土的压缩性有显著变化处 建筑物的高度或

15、荷载有很大差别处 建筑物结构（包括基础）类型截然不同处分期建造房屋的交界处拟设置伸缩缝处（沉降缝可兼作伸缩缝）思考：沉降缝缝宽为何随建筑物高度不同而变化？怎样变化？4 .相邻建筑物净间距的考虑避免引起附加应力，导致互倾开裂根据地基的压缩性、影响建筑物的荷载大小和面积、被影响建筑 物的刚度等因素来确定。5 .调整某些设计标高 根据预估沉降量适当提高室内地坪和地下设施的标高 可适当提高沉降较大的结构或设备的标高在结构物之间，应预留足够的净空思考：在设计中，荷载大（主楼）的标高与荷载小（裙楼）的标 高，哪个应该调整的高些？3.5.2结构措施1 .减轻建筑物的自重 减轻墙体自重：轻质高强墙体材料如混凝土墙板、空心砌块、多孔被、其他轻质墙轻型结构预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构、轻型空间结构减少基础和回填土的重量采用自重轻，回填土少的基础形式如：壳体基础、浅埋钢筋混凝土条形基础、架空地下室、半地下 室。等2 .设置圈梁对象：砖混结构中与构造柱连为一体，提高整体性注意：联成闭合系统3 .减小或调整基底附加压力 设置地下室（补偿性基础设计）改变基础底面尺寸加大基础埋深4 .加强基础刚度加强基础刚度，提高抗弯抗剪能力，必要时可考虑配筋。5 .采用非敏感性的结构一般静定结构如：以屋架一柱一基础为承载体系的木结