第十章 天然地基上的浅基础设计

1、2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系1从从1010章开始，主要讲授常见的地基基础的设计章开始，主要讲授常见的地基基础的设计理论和计算方法方面的内容，包括地基基础设计原理论和计算方法方面的内容，包括地基基础设计原则、浅基础、桩基础、沉井基础及地基处理。则、浅基础、桩基础、沉井基础及地基处理。通过学习使学生掌握地基基础设计的基本原理通过学习使学生掌握地基基础设计的基本原理，具有进行一般工程基础设计规划的能力，同时具，具有进行一般工程基础设计规划的能力，同时具有从事基础工程施工管理的能力。有从事基础工程施工管理的能力。 侧重桥梁基础，但基本原理适用所有基础。侧重桥梁基础，但基本原理

2、适用所有基础。第十章 天然地基上的浅基础设计o 第一节第一节 概述概述 o 第二节第二节 浅基础的类型与构造浅基础的类型与构造o 第三节第三节 刚性扩大基础的设计与计算刚性扩大基础的设计与计算 o 第四节第四节 刚性扩大基础计算算例刚性扩大基础计算算例 第十章 天然地基上的浅基础设计2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系22013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系3第一节 概述结构荷载结构荷载基底压力基底压力2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系42013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系5桥梁基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩

3、土与地质工程系6地基基础设计地基基础设计基基 础础地地 基基安安 全全 可可 靠靠经经 济济 合合 理理技技 术术 先先 进进便便 于于 施施 工工第一节 概述2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系72013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系8地基的强度条件：地基的强度条件：地基有足够的强度，在荷载作用下，地基有足够的强度，在荷载作用下，地基土不发生剪切破坏或失稳。地基土不发生剪切破坏或失稳。 地基的变形条件：地基的变形条件：不使地基产生过大的沉降或不均匀沉不使地基产生过大的沉降或不均匀沉降，保证建筑物正常使用。降，保证建筑物正常使用。 基础结构本身应有足够的强度和

4、刚度基础结构本身应有足够的强度和刚度，在地基反力作用，在地基反力作用下不会产生过大强度破坏，并具有改善沉降与不均匀沉降的下不会产生过大强度破坏，并具有改善沉降与不均匀沉降的能力。能力。 综上所述：地基种类分综上所述：地基种类分 人工地基：人工地基：经过处理而达到设计要求的地基。经过处理而达到设计要求的地基。 天然地基：天然地基：不需处理而直接利用的地基。不需处理而直接利用的地基。 第一节 概述2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系9基础基础浅基浅基( (造价低、施工方便造价低、施工方便) )刚性扩大基础刚性扩大基础深基（埋深大于深基（埋深大于5 5米）桩、沉井基础米）桩、沉井基

5、础设计原则设计原则对地基对地基: pfa, ss, 或或对基础对基础: : 强度、刚度、耐久性强度、刚度、耐久性天然地基，人工地基（地基处理）天然地基，人工地基（地基处理）第一节 概述规范手册：规范手册：公路桥梁地基基础设计规范公路桥梁地基基础设计规范建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范公路工程抗震设计规范公路工程抗震设计规范建筑地基处理设计规范建筑地基处理设计规范桥梁墩台与基础桥梁墩台与基础基础工程手册基础工程手册第一节 概述2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系102013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系111、桥位及上部结构基础资料、桥位及上部结构基础资

6、料2、桥位地基勘察资料及地质剖面；、桥位地基勘察资料及地质剖面； 3、地基土质调查试验报告；、地基土质调查试验报告；4、河流水文资料等；、河流水文资料等；一、一、 基础工程设计与施工所需资料基础工程设计与施工所需资料设计施工所需资料P215表10-12013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系12作用作用 荷载荷载作用代表值作用代表值 作用标准值作用标准值 作用频遇值作用频遇值 作用准永久值作用准永久值设计基准期设计基准期 作用效应作用效应 作用效应设计值作用效应设计值作用效应组合作用效应组合 分项系数分项系数 结构重要性系数结构重要性系数 作用效应组合系数作用效应组合系数承载能力极

7、限状态设计法承载能力极限状态设计法 正常使用极限状态设计法正常使用极限状态设计法 作用效应基本组合作用效应基本组合 作用效应偶然组合作用效应偶然组合 作用短期效应组合作用短期效应组合 作用长期效应组合作用长期效应组合 二、作用与作用效应组合二、作用与作用效应组合（一）作用分类（一）作用分类 永久作用：经常作用的其数值不随时间变化永久作用：经常作用的其数值不随时间变化或变化微或变化微 小的作用小的作用 1、结构物的自重；、结构物的自重；2、土重及土的自重产生的侧压力；、土重及土的自重产生的侧压力；3、水的浮力；、水的浮力；4、预应力结构中的预应力；、预应力结构中的预应力；5、超静定结、超静定结构

8、中因混凝土的收缩徐变和基础变位而产生的影响力。构中因混凝土的收缩徐变和基础变位而产生的影响力。 2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系13二、作用与作用效应组合二、作用与作用效应组合（一）作用分类（一）作用分类 可变作用：数值随时间变化可变作用：数值随时间变化,且变化值与平均且变化值与平均值比较不可忽略的作用值比较不可忽略的作用 1、汽车荷载；、汽车荷载；2、汽车冲击力；、汽车冲击力；3、离心力；、离心力；4、汽车、汽车引起的土侧压力；引起的土侧压力；5、人群荷载；、人群荷载；6、平板挂车或履带车、平板挂车或履带车荷载引起的土侧压力；荷载引起的土侧压力；7、风力；、风力；8、汽

9、车制动力；、汽车制动力；9、流、流水压力；水压力；10、冰压力；、冰压力；11、支座摩阻力；、支座摩阻力；12、在超静定、在超静定结构中尚须考虑通过基础温度变化的影响力。结构中尚须考虑通过基础温度变化的影响力。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系14二、作用与作用效应组合二、作用与作用效应组合（一）作用分类（一）作用分类 偶然作用：作用时间短暂，且发生的机率很小偶然作用：作用时间短暂，且发生的机率很小的作用的作用 1、船只或漂浮物的撞击力；、船只或漂浮物的撞击力；2、施工荷载；、施工荷载；3、地震荷载、地震荷载。4、汽车撞击作用等。、汽车撞击作用等。 详见公路桥涵设计通用规范

10、。详见公路桥涵设计通用规范。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系152013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系16（二）作用效应组合（二）作用效应组合1 1、基本组合：、基本组合： 永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合 )(211100njQjkQjckQQmiGikGiudSSSS)(21100njQjdcdQmiGidudSSSS2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系172 2、偶然组合、偶然组合 永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种

11、偶然作用标准值效应相组合。一种偶然作用标准值效应相组合。 偶然作用的效应分项系数取偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。地震作用标准值及其表达式按现行的代表值。地震作用标准值及其表达式按现行公路工公路工程抗震设计规范程抗震设计规范规定采用。规定采用。 2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系183 3、短期组合、短期组合 永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合QjknjjmiGiksdSSS111201

12、3年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系194 4、长期组合、长期组合 永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合 QjknjjmiGikldSSS1212013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系20二、作用与作用效应组合二、作用与作用效应组合偶然作用偶然作用 详见公路桥涵设计通用规范。详见公路桥涵设计通用规范。可变作用：按不同的极限状态分别考虑可变作用：按不同的极限状态分别考虑永久作用永久作用标准值标准值承载力极限状态设计及按承载力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时弹性阶段计算结构强度时标准值标准值正常使用极限状态正常

13、使用极限状态频遇值频遇值准永久值准永久值准永久组合准永久组合标准值标准值作用的代表值按下列规定取用：作用的代表值按下列规定取用：o 对结构自重（包括结构附加重力），可按结对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料的重度计算确定。构构件的设计尺寸与材料的重度计算确定。三、作用的计算三、作用的计算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系21（1）汽车荷载）汽车荷载 汽车荷载分为公路汽车荷载分为公路级和公路级和公路级两个等级。级两个等级。 汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。 车道荷载由均布荷载和集中荷载组成，车道荷载由均布荷载和集中荷载

14、组成，桥梁结构的整体桥梁结构的整体计算采用车道荷载计算采用车道荷载公路桥涵设计通用规范公路桥涵设计通用规范（JTG D602004） ，其计算图式如下。公路，其计算图式如下。公路级车道荷级车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载标准值按公路载的均布荷载标准值和集中荷载标准值按公路级车级车道荷载的道荷载的0.75倍采用倍采用。三、作用的计算三、作用的计算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系22公路公路-级：车道荷载的均布荷载标准值为级：车道荷载的均布荷载标准值为qk= 10.5 kN/m ;集中荷载集中荷载Pk标准值按以下规定标准值按以下规定选取：选取：桥涵计算跨径小于或等于桥涵计算

15、跨径小于或等于5m 时时, Pk = 180kN桥涵计算跨径等于或大于桥涵计算跨径等于或大于50m 时时; Pk = 360kN桥涵计算跨径大于桥涵计算跨径大于5m 小于小于 50m 时时, Pk值采用直值采用直线内插求得线内插求得.2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系23（2）汽车荷载冲击力）汽车荷载冲击力 汽车荷载冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以汽车荷载冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数。冲击系数。 汽车荷载的局部加载及在汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用的冲击系数采用1.3。时，Hzf5 . 105. 0时，Hzf1445. 0

16、时，HzfHz145 . 10157. 0ln1767. 0f三、作用的计算三、作用的计算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系242013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系25（3）汽车荷载离心力）汽车荷载离心力 当弯道桥的曲线半径等于或小于当弯道桥的曲线半径等于或小于250m时，应计算汽车时，应计算汽车荷载引起的离心力。荷载引起的离心力。 汽车荷载离心力标准值为车辆荷载标准值乘以离心力系汽车荷载离心力标准值为车辆荷载标准值乘以离心力系数。计算多车道桥梁汽车荷载离心力时应乘以横向折减数。计算多车道桥梁汽车荷载离心力时应乘以横向折减系数；离心力的着力点在桥面以上系数

17、；离心力的着力点在桥面以上1.2m处（为计算方处（为计算方便也可移至桥面上，不计由此引起的作用效应）。便也可移至桥面上，不计由此引起的作用效应）。 三、作用的计算三、作用的计算三、作用的计算三、作用的计算（4）人群荷载）人群荷载 当桥梁计算跨径小于或等于当桥梁计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准值为时，人群荷载标准值为3.0kN/m2；当桥梁计算跨径等于或大于；当桥梁计算跨径等于或大于150m时，人群时，人群荷载标准值为荷载标准值为2.5kN/m2 ；当桥梁计算跨径；当桥梁计算跨径50m150m时，可线性内插得到人群荷载标准值。人群时，可线性内插得到人群荷载标准值。人群荷载在横向应布置在人

18、行道的净宽度内，在纵向施加于使结荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。构产生最不利荷载效应的区段内。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系26三、作用的计算三、作用的计算（5）汽车荷载制动力）汽车荷载制动力 汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力）汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力）计算。一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值计算。一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路计算，但公路级汽车荷载的制动力标准值不

19、得小于级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN;和公路和公路级汽车荷载的制动力标准值不得级汽车荷载的制动力标准值不得小于小于90kN。 2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系27三、作用的计算三、作用的计算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系28 同向行驶双车道同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计车的汽车荷载制动力标准值为一个设计车道制动力标准值的道制动力标准值的2倍，同向行驶三车道为一个设计车倍，同向行驶三车道为一个设计车道制动力标准值的道制动力标准值的2.34倍倍; 同向行驶四车道为一个设同向行驶四车道为一个设计车道制动力标准值的计车道制动力标

20、准值的2.68倍。制动力的倍。制动力的着力点在桥着力点在桥面以上面以上1.2m处处。（5）汽车荷载制动力）汽车荷载制动力三、作用的计算三、作用的计算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系29gVKAFww22K-桥墩形状影响系数，查规范桥墩形状影响系数，查规范（6）作用在桥墩上的流水压力）作用在桥墩上的流水压力作用在桥墩上的流水压力标准值作用在桥墩上的流水压力标准值 （7）支座摩阻力）支座摩阻力支座摩阻力标准值支座摩阻力标准值 WFW作用于活动支座上的结构重力产生的效应；作用于活动支座上的结构重力产生的效应；摩擦系数。摩擦系数。三、作用的计算三、作用的计算2013年11月重庆交

21、通大学河海学院 岩土与地质工程系30可变作用的其他代表值可变作用的其他代表值o 可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数。系数。o 可变作用准永久值为可变作用标准值乘以准永可变作用准永久值为可变作用标准值乘以准永久值系数。久值系数。o 作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用分项系数。作用分项系数。 2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系312013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系32（四）浮力的处理（四）浮力的处理1 1：透水地基基础，稳定性验算考虑透水地基基础，稳定性验算考

22、虑设计水位的浮力设计水位的浮力；地基应力计算可考虑低水位或不考虑水的浮力。地基应力计算可考虑低水位或不考虑水的浮力。2 2：不透水地基（密实粘土、完整基岩）且接触良好，不透水地基（密实粘土、完整基岩）且接触良好，可不考虑水的浮力。可不考虑水的浮力。3 3：不能确定透水不透水时，取不利情况。不能确定透水不透水时，取不利情况。4 4：作用在桩基承台底面浮力，应考虑全部底面积，但作用在桩基承台底面浮力，应考虑全部底面积，但嵌岩灌注桩，不应考虑桩的浮力，在计算承台浮力时嵌岩灌注桩，不应考虑桩的浮力，在计算承台浮力时应扣除桩截面积。应扣除桩截面积。 详见地基基础规范。详见地基基础规范。重庆交通大学河海学

23、院 岩土与地质工程系33三、作用的计算三、作用的计算有些荷载不需同时考虑：有些荷载不需同时考虑：1.考虑汽车制动力时，不计支座摩阻力，流水压力、冰考虑汽车制动力时，不计支座摩阻力，流水压力、冰压力，压力， 2.考虑支座摩阻力时不计汽车制动力。考虑支座摩阻力时不计汽车制动力。 3.考虑冰压力时，除不计制动力外，还不计流水压力考虑冰压力时，除不计制动力外，还不计流水压力; 4.考虑流水压力时，也不计汽车制动力和冰压力考虑流水压力时，也不计汽车制动力和冰压力; 5.地震力、船只或漂浮物撞击力、施工荷载三者不同时地震力、船只或漂浮物撞击力、施工荷载三者不同时考虑。考虑。2013年11月2013年11月

24、重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系34（五）最不利组合（五）最不利组合1 1：组合起来的作用，产生最大的力学效应，如最：组合起来的作用，产生最大的力学效应，如最大沉降、最大应力、最小安全系数等，对应的组合大沉降、最大应力、最小安全系数等，对应的组合即为最不利。即为最不利。2 2：最不利组合难以判别时需要对可能组合进行计：最不利组合难以判别时需要对可能组合进行计算；而且主要组合和附加组合控制标准不一样。算；而且主要组合和附加组合控制标准不一样。（六）纵桥向和横桥向（六）纵桥向和横桥向 一般纵桥向控制设计，但大跨桥梁、横向荷载一般纵桥向控制设计，但大跨桥梁、横向荷载较大时需进行横桥向计算。较大

25、时需进行横桥向计算。 详见地基基础规范。详见地基基础规范。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系35基础工程设计计算原则：基础工程设计计算原则：1 1：基底压应力小于地基容许：基底压应力小于地基容许承载力。承载力。2 2：地基基础变形值小于建筑：地基基础变形值小于建筑物容许沉降值。物容许沉降值。3 3：地基基础的整体稳定性有：地基基础的整体稳定性有足够保证。足够保证。4 4：基础本身的强度满足要求。：基础本身的强度满足要求。四、基础工程设计计算步骤与原则四、基础工程设计计算步骤与原则第二节第二节 浅基础的类型与构造浅基础的类型与构造浅基础通常指埋深小于浅基础通常指埋深小于5 5

26、米的基础，在所有基础形式米的基础，在所有基础形式中应用最广。具有施工简单、设计计算明确、造价低等特中应用最广。具有施工简单、设计计算明确、造价低等特点，一般情况下，在条件允许时优先选择浅基础形式。由点，一般情况下，在条件允许时优先选择浅基础形式。由于通常采用明挖法施工，也称明挖基础。于通常采用明挖法施工，也称明挖基础。浅基础由于埋入地层较浅，设计计算时可以忽略基础浅基础由于埋入地层较浅，设计计算时可以忽略基础侧面土体对基础的影响，如不计基础侧边与土间的摩阻力侧面土体对基础的影响，如不计基础侧边与土间的摩阻力等；而深基础则在设计计算中需考虑侧面土体对基础的影等；而深基础则在设计计算中需考虑侧面土

27、体对基础的影响，施工方法也稍复杂。响，施工方法也稍复杂。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系36第二节第二节 浅基础的类型与构造浅基础的类型与构造2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系37扩展基础扩展基础刚性基础刚性基础柔性基础柔性基础联合基础联合基础条形基础条形基础箱形基础箱形基础独立基础独立基础筏板基础筏板基础十字交叉梁基十字交叉梁基础础壳体基础壳体基础按构造类型按构造类型第二节第二节 浅基础的类型与构造浅基础的类型与构造受力条件及构造受力条件及构造2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系38一、浅基础的类型和适用条件一、浅基础的类型和适用条

28、件o 天然地基浅基础，根据受力条件及构造可分为天然地基浅基础，根据受力条件及构造可分为刚性基础和柔性基础两大类。刚性基础和柔性基础两大类。o ( (一一) ) 刚性基础刚性基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系39a)hNWab)a地 面 或 最 大 冲 刷 线NWah图 10-1 柔 性 基 础 和 刚 性 基 础 示 例o 当基础在外力（包括基础自重）作用下，基底当基础在外力（包括基础自重）作用下，基底承受着强度为承受着强度为 的反力，基础的悬出部分即的反力，基础的悬出部分即a-aa-a断面左端，相当于承受着强度为断面左端，相当于承受着强度为 的均布作用的的均布作用的悬

29、臂梁，在荷载作用下，悬臂梁，在荷载作用下，a-aa-a断面将产生弯曲拉断面将产生弯曲拉应力和剪应力。当基础圬工具有足够的截面使应力和剪应力。当基础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力时，应力和剪应力时，a-aa-a断面不会出现裂缝，这时断面不会出现裂缝，这时，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础。性基础。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系40 一、一、浅基础的类型和适用条件浅基础的类型和适用条件 适用于地基条件较好的中小桥梁基础；多适用于地基条件较好的

30、中小桥梁基础；多层民用建筑和轻型厂房层民用建筑和轻型厂房(1) 刚性基础刚性基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系41o 刚性基础的特点：稳定性好，施工简便，能承刚性基础的特点：稳定性好，施工简便，能承受较大的作用。是桥涵、房屋、公共设施等结受较大的作用。是桥涵、房屋、公共设施等结构物首先考虑的基础型式。构物首先考虑的基础型式。o 主要缺点是自重大，并且在持力层为软弱土时主要缺点是自重大，并且在持力层为软弱土时，由于基础底面积受一定限制，需要对地基进，由于基础底面积受一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的压行处理或加固后才能采用，否则会因所受的压力超过

31、地基强度而影响结构物的正常使用。因力超过地基强度而影响结构物的正常使用。因此对于作用大、上部结构对差异变形量较为敏此对于作用大、上部结构对差异变形量较为敏感的结构物，当持力层土质较差又较厚时，刚感的结构物，当持力层土质较差又较厚时，刚性基础作为浅基础是不适宜的。性基础作为浅基础是不适宜的。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系42o 刚性基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗刚性基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度不高。设计时必须保证发生在基拉、抗剪强度不高。设计时必须保证发生在基础内的拉应力和剪应力不超过相应材料的强度础内的拉应力和剪应力不超过相应材料的强度设计值。

32、设计值。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系43d-柱中纵向钢筋直径bb0b2H0bH0b0hb1b1b2aa图10-2 无筋扩展基础构造示意图o 设自柱身（或墩、台身）边缘处的垂线与基础设自柱身（或墩、台身）边缘处的垂线与基础边缘联线间的夹角为边缘联线间的夹角为 ，既能保证基础安全，既能保证基础安全，又能充分发挥材料强度的最大夹角又能充分发挥材料强度的最大夹角 maxmax 称为材称为材料的刚性角。刚性基础只要满足刚性角的要求料的刚性角。刚性基础只要满足刚性角的要求( (即即 ) )，就是安全的。材料刚性角的正切值，就是安全的。材料刚性角的正切值称为容许宽高比。设计时，基础

33、的悬出长度与称为容许宽高比。设计时，基础的悬出长度与高度之比以及每个台阶的宽度与厚度之比，都高度之比以及每个台阶的宽度与厚度之比，都要满足容许宽高比的要求。要满足容许宽高比的要求。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系44max 在基底反力作用下，基础悬臂部分产生的拉剪应力不在基底反力作用下，基础悬臂部分产生的拉剪应力不超过基础材料强度时，墩台边缘到基底边缘连线与垂直线超过基础材料强度时，墩台边缘到基底边缘连线与垂直线的最大夹角，即为的最大夹角，即为刚性角刚性角。满足刚性角要求及基础强度满。满足刚性角要求及基础强度满足要求，相应基础即为足要求，相应基础即为刚性基础刚性基础；悬臂

34、长度超出刚性角时，；悬臂长度超出刚性角时，需对基础进行配筋，相应基础即为需对基础进行配筋，相应基础即为柔性基础柔性基础。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系452013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系46o (二二) 柔性基础柔性基础 理论上的柔性基础基底反力分布与作用于基础上理论上的柔性基础基底反力分布与作用于基础上的荷载分布一致，工程上的柔性基础是指钢筋混的荷载分布一致，工程上的柔性基础是指钢筋混凝土基础。凝土基础。 柔性基础整体性能较好，抗弯刚度较大。如柔性基础整体性能较好，抗弯刚度较大。如筏板和联合基础在外力作用下只产生均匀沉降或筏板和联合基础在外力作用

35、下只产生均匀沉降或整体倾斜，这样对上部结构产生的附加应力比较整体倾斜，这样对上部结构产生的附加应力比较小，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起结构小，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起结构损坏的影响。所以，在土质较差的地基上修建高损坏的影响。所以，在土质较差的地基上修建高层建筑时，采用这种基础型式是适宜的。层建筑时，采用这种基础型式是适宜的。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系47二、二、浅基础的构造浅基础的构造 u单独基础单独基础u联合基础联合基础u条形基础条形基础u十字交叉十字交叉u筏板筏板u箱形箱形按按构构造造分分类类2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系

36、48二、浅基础的构造二、浅基础的构造o 1、刚性扩大基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系49基 础墩 身图 10-3 刚 性 扩 大 基 础o 2 2、单独和联合基础、单独和联合基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系50砼与毛石砼基础砼与毛石砼基础：强度、耐久性和抗冻性均较好，适于强度、耐久性和抗冻性均较好，适于荷载大及地下水位以下结构。掺入毛石要求：占体积荷载大及地下水位以下结构。掺入毛石要求：占体积2030%，尺寸，尺寸300mm 。掺入毛石掺入毛石 节约水泥节约水泥柱下砼基础柱下砼基础墙下砼基础墙下砼基础2.单独基础单独基础和联合基础和联合基础2

37、013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系512013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系522013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系532013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系54二、二、浅基础的构造浅基础的构造 2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系552、条形基础、条形基础长度远大于宽度的基础长度远大于宽度的基础o 条形基础分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡条形基础分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。其横剖面可以是矩形土墙下或涵洞下常用的基础形式。其横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形。

38、或将一侧筑成台阶形。o 有时为了增强柱下基础的承载能力，将同一排若干个柱有时为了增强柱下基础的承载能力，将同一排若干个柱子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础。其构造与子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础。其构造与倒置的倒置的T形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以在柱位处加腋的。一般是做成刚以是等截面的，也可以在柱位处加腋的。一般是做成刚性基础，个别的也可做成柔性基础。性基础，个别的也可做成柔性基础。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系563、条形基础、条形基础长度远大于宽度的基础长度远大于宽度的基础201

39、3年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系57条形基础挡土墙下条形基础挡土墙下条形基础 柱下条形基础柱下条形基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系584、十字交叉梁基础、十字交叉梁基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系59联合基础联合基础柱下十字交叉基础柱下十字交叉基础柱柱基础底板基础底板梁梁2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系60o 4 4、片筏基础、片筏基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系615、筏板基础、筏板基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系62联合基础联合基础筏形基础（板式与梁

40、板式）筏形基础（板式与梁板式）梁梁柱柱底板底板2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系632013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系642013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系652013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系662013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系676、箱形基础、箱形基础目前在高层建筑中多采用箱形基础目前在高层建筑中多采用箱形基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系68o 6 6、箱型基础、箱型基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系69联合基础箱形基础柱柱顶板顶板底版底版

41、梁梁隔板隔板2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系707 7、壳体基础、壳体基础 适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑物的基础。适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑物的基础。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系71按材料分类按材料分类砖基础砖基础片石基础片石基础砼及片石砼基础砼及片石砼基础钢筋砼基础钢筋砼基础灰土及三合土基础灰土及三合土基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系72混凝土混凝土:是修筑基础最常用的材料，它的优点是强度高、耐是修筑基础最常用的材料，它的优点是强度高、耐久性好，可浇筑成任意形状的砌体，混凝土强度等

42、级一般不久性好，可浇筑成任意形状的砌体，混凝土强度等级一般不宜小于宜小于C15号。号。 片石混凝土片石混凝土:对于大体积混凝土基础，为了节约水泥用量，可对于大体积混凝土基础，为了节约水泥用量，可掺入不多于砌体体积掺入不多于砌体体积25%的片石（称片石混凝土）但片石的强的片石（称片石混凝土）但片石的强度等级不应低于度等级不应低于MU25号，也不应低于混凝土的强度等级。号，也不应低于混凝土的强度等级。 粗料石：粗料石：要求石料外形大致方整，厚度约要求石料外形大致方整，厚度约20cm30cm,宽度和宽度和长度分别为厚度的长度分别为厚度的1.01.5倍和倍和2.54.0倍，石料强度等级不应倍，石料强度

43、等级不应小于小于MU25号，砌筑时应错缝，一般采用号，砌筑时应错缝，一般采用M5号水泥砂浆。号水泥砂浆。片石：片石：常用于小桥涵基础，石料厚度不小于常用于小桥涵基础，石料厚度不小于15cm，强度不小，强度不小于于MU25号，一般采用号，一般采用M5号或号或M2.5号砂浆砌筑。号砂浆砌筑。 2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系73第三节 刚性扩大基础的设计与计算o 设计计算内容：设计计算内容： 在基础埋置深度和构造尺寸确定后，应先在基础埋置深度和构造尺寸确定后，应先根据最不利而且有可能的作用效应组合，计算根据最不利而且有可能的作用效应组合，计算出基底的应力，然后进行基础的合力偏

44、心距、出基底的应力，然后进行基础的合力偏心距、稳定性以及地基的强度（包括持力层、软弱下稳定性以及地基的强度（包括持力层、软弱下卧层的强度）的验算，需要时还应进行地基变卧层的强度）的验算，需要时还应进行地基变形的验算。形的验算。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系742013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系75 刚性扩大基础设计计算内容及步骤：刚性扩大基础设计计算内容及步骤：1.选择基础的埋置深度；选择基础的埋置深度； 2.选择基础的材料、类型和平面布置；选择基础的材料、类型和平面布置；3.地基承载力验算；地基承载力验算；4.基底合力偏心距验算；基底合力偏心距验算

45、；5.基础和地基稳定性验算；基础和地基稳定性验算；6.基础沉降验算；基础沉降验算；7.绘制基础施工图，提出施工说明。绘制基础施工图，提出施工说明。 一、埋置深度的确定一、埋置深度的确定o 确定基础的埋置深度时，必须综合考虑地基的确定基础的埋置深度时，必须综合考虑地基的地质、地形条件、河流的冲刷程度、当地的冻地质、地形条件、河流的冲刷程度、当地的冻结深度、上部结构形式，以及保证持力层稳定结深度、上部结构形式，以及保证持力层稳定所需的最小埋深和施工技术条件等因素。所需的最小埋深和施工技术条件等因素。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系76 根据实际情况，选择良好的土层作为基础持力

46、层，尽量浅埋，减小基础尺寸，减少土方开挖，使基础的造价最低。 埋深对桥梁基础从地面或最大冲刷线起算；建筑基础从最小地坪埋深起算。o ( (一一) ) 工程地质条件工程地质条件o ( (二二) ) 河流的冲刷深度河流的冲刷深度o ( (三三) ) 当地的冻结深度当地的冻结深度o ( (四四) ) 上部结构形式上部结构形式o ( (五五) ) 当地的地形条件当地的地形条件o ( (六六) ) 保证持力层稳定所需的最小埋置深度保证持力层稳定所需的最小埋置深度o 相邻建筑物的影响、施工条件及经济条件等相邻建筑物的影响、施工条件及经济条件等2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系77201

47、3年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系78应选好土层作为持力层。应选好土层作为持力层。1、若表层土好、下层土软，基础、若表层土好、下层土软，基础应尽量浅埋。应尽量浅埋。2、若表层土软、下层土好，如图。、若表层土软、下层土好，如图。H软土好土、基岩H5米米，采用深基，采用深基、或采用人工地基、或采用人工地基局 部 冲 刷原 河 床 面一 般 冲 刷2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系792013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系801、一般冲刷：整个河床下降；局部冲刷：墩台周围局部冲刷；二者相加即为最大冲刷深度。2、有冲刷河流基础必须埋置于最大冲刷线以下不

48、小于1米。3、桥梁越重要、修复越困难则最小埋深越大，见P224表10-2及规范。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系81 高寒地区，产生冻胀现象。规范规定：一般而言要埋置于最深冻结线以下不小于0.25米，见规范。 对中小静定桥梁埋深影响不大；但超静定桥梁结构，要埋置于较深的坚实地基上。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系82五）、当地地形条件五）、当地地形条件 斜坡地带位保证基础及地基稳定，要控制基础边缘的埋深及到坡表的距离，见P225表10-3及规范要求。六）、保证持力层稳定所需的最小埋深六）、保证持力层稳定所需的最小埋深 应至少位于地表以下1米。 其它相

49、邻建筑影响、施工条件、经济性、地下水等综合确定最佳埋深。七七）、邻近建筑物的影响、邻近建筑物的影响 新建的不新建的不宜宜大于原有的埋深：挖土可能会大于原有的埋深：挖土可能会影响原有基础的稳定；考虑新加荷载对原有影响原有基础的稳定；考虑新加荷载对原有建筑的不利作用。建筑的不利作用。 如果新建建筑的埋深大，要考虑与原有建如果新建建筑的埋深大，要考虑与原有建筑的净距，根据原有荷载大小、土质情况、筑的净距，根据原有荷载大小、土质情况、基础形式而定。基础形式而定。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系83地 面L （12） HH2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系84o

50、施工条件、经济性、地下水等综合施工条件、经济性、地下水等综合确定最佳埋深。确定最佳埋深。o在条件许可的情况下，尽量浅埋。在条件许可的情况下，尽量浅埋。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系852013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系86 基础厚度：一般1-2米，分层厚度0.5-1米。 平面尺寸：一般为矩形，襟边最小0.2-0.3米，基础长宽分别为：tan2tan2HdbHla l为墩台截面长度，d墩台截面宽度，H为基础高度，a=刚性角。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系87 地基进行竖向承载力验算时,传至基底或承台底面的作用效应应按正常使用极限

51、状态的短期效应组合正常使用极限状态的短期效应组合采用,同时尚应考虑作用效应的偶然组合偶然组合(不包括地震作用)。 当采用短期效应组合时，可变作用的频遇值系数均取可变作用的频遇值系数均取为为1.01.0，且汽车荷载应计入冲击系数，且汽车荷载应计入冲击系数。 填料厚度（包括路面厚度）0.5m的拱桥、涵洞，以及重力式墩台，其地基计算可不计汽车冲击系数。 当采用偶然组合时，所有系数均取为1.0。 在桥梁工程中由于基础顺桥向的宽度比横桥向的长度要小，而且横桥向的上部结构通常是对称的，因此一般用纵桥向控制设计计算。 (一）持力层强度验算一）持力层强度验算 afebaNp)2(320max单向偏心 单向偏心

52、（重分布）beANWMANpp0minmax61pm in= 0pm inpm a xpm a xpm a xe0= b /6e0 b /6be0e0aNe0NN b e0 b /6K2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系8860be 1.基地应力计算基地应力计算 (一）持力层强度验算一）持力层强度验算根据现场试验确定按地基承载力理论公计算根据规范确定2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系892.地基容许承载力确定地基容许承载力确定当基础只受轴心作用时：当基础只受轴心作用时： afANp当基础单向偏心受压时：除满足上式要求外，还应满足：当基础单向偏心受压时：除满

53、足上式要求外，还应满足：2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系903.持力层强度验算持力层强度验算 aRfbeANANeANWMANp00max61 (一）持力层强度验算一）持力层强度验算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系91 (一）持力层强度验算一）持力层强度验算 aRfebaNp)2(320max 单向偏心（重分布） 为抗力系数，可取1.25，但仅受直接作用或承载力容许值小于150kpa时，应取1.0。R3.持力层强度验算持力层强度验算pmin=0pminpmaxpmaxpmaxe0= b/6e0 b/6be0e0aNe0NNbe0 b/6K60be 2

54、013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系92 aRyyxxfWMWMANpmax双向偏心双向偏心式中，式中，M、N分别为最不利工况下的分别为最不利工况下的偏心矩和竖向力合力，且为同一作用偏心矩和竖向力合力，且为同一作用组合求得。验算原则为组合求得。验算原则为基底面最大压基底面最大压应力小于该处地基容许承载力应力小于该处地基容许承载力。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系93 aRzhfhpzhp)()(21 (二）软弱下卧层强度验算二）软弱下卧层强度验算验算原则为软弱下卧层顶面处自验算原则为软弱下卧层顶面处自重应力和附加应力之和小于该处重应力和附加应力之和小于该处

55、地基容许承载力。地基容许承载力。例例: :如图所示，粘土层如图所示，粘土层 亚粘土层亚粘土层 。刚性扩大基刚性扩大基础，底面积础，底面积 ，作用于基础底面的荷载，作用于基础底面的荷载为为 ，验算地基承载，验算地基承载力是否满足要求。力是否满足要求。5 . 2,360,/20103kkPafmkNa5 . 1,160,/3 .18203kkPafmkNammA35 . 7mkNMKkNHkNN1700,540,36205.742.50.5粘 土 亚 粘 土 HNM2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系942013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系95 基础设计的一个原

56、则在于使基底压力均匀，减少不均匀沉降及倾斜。 作用效应组合采用基本组合但各系数均取1，即标准值组合 目的：尽可能使基底应力分布比较均匀。 2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系96原则： 对于非岩石地基，以不出现拉应力为原则：对于修对于非岩石地基，以不出现拉应力为原则：对于修建在岩石地基上的基础，可以允许出现拉应力。建在岩石地基上的基础，可以允许出现拉应力。NMe 0AW00eNMe外力作用点对基底重心轴的偏心距按下式验算：外力作用点对基底重心轴的偏心距按下式验算：2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系97 当墩台当墩台仅受永久作用标准值效应组合仅受永久作用标准

57、值效应组合时，基底合力偏心时，基底合力偏心矩不大于基底核心半径矩不大于基底核心半径0.1倍（墩）和倍（墩）和0.75倍（台）；倍（台）； 75. 00e1 . 00e桥墩桥墩桥台桥台AW核心半径核心半径2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系98 当受作用标准值效应组合或偶然作用标准值效应组合时，仅当受作用标准值效应组合或偶然作用标准值效应组合时，仅需需e0不超过核心半径。不超过核心半径。 当外力合力作用点不在任何一个对称轴上时，可以下式当外力合力作用点不在任何一个对称轴上时，可以下式直接求解。直接求解。)(1min0ANpe注意：合力和最小应力应在同注意：合力和最小应力应在同一

58、种作用组合下求得。一种作用组合下求得。（1）非岩石地基（2） 岩石地基0e)5 . 12 . 1 (0e2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系992013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系100 地基基础稳定性验算包括基础抗滑稳定性验算和抗倾稳地基基础稳定性验算包括基础抗滑稳定性验算和抗倾稳定性验算两方面。定性验算两方面。 (一）基础倾覆稳定性验算一）基础倾覆稳定性验算 倾覆稳定同合力偏心距直接相关，可以通过控制偏心倾覆稳定同合力偏心距直接相关，可以通过控制偏心距来保证基础不倾覆。距来保证基础不倾覆。 式中式中y为基底截面重心至基底压力最大一边边缘的距离。为基底截面

59、重心至基底压力最大一边边缘的距离。抗倾覆稳定性系数抗倾覆稳定性系数iiiiiPhHePe000eyk 2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系1012013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系102 (二）基础抗滑稳定性验算基底摩擦系数见基底摩擦系数见P230表表10-4或规范。或规范。抗滑稳定性系数iaipicHHpfkipHiaH 和和 分别为两个相对主向的各自水平力总和，绝分别为两个相对主向的各自水平力总和，绝对值较大者为滑动水平力，另一为抗滑稳定力；对值较大者为滑动水平力，另一为抗滑稳定力； 为抗滑为抗滑动稳定力。动稳定力。 iPf2013年11月重庆交通大学河

60、海学院 岩土与地质工程系103作用组合作用组合验算项目验算项目稳定性系数稳定性系数使用阶使用阶段段永久作用永久作用( (不计混凝土收缩不计混凝土收缩及徐变、浮力及徐变、浮力) )和汽车、和汽车、人群的标准值效应组合人群的标准值效应组合抗倾覆抗倾覆抗滑动抗滑动1.51.51.31.3各种作用各种作用( (不包括地震作用不包括地震作用) )的标准值效应组合的标准值效应组合抗倾覆抗倾覆抗滑动抗滑动1.31.31.21.2施工阶段作用的标准值效应组合施工阶段作用的标准值效应组合抗倾覆抗倾覆抗滑动抗滑动1.21.22013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系104 (三）地基稳定性验算三）地基