第一章地基基础设计的基本原理课件

1、本课程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，主要包括地基基础设计原则、浅基础、连续基础、桩基础、地基处理及基坑工程。通过学习使学生掌握地基基础设计的基本原理，具有从事一般工程基础设计和施工管理的能力。 课 程 简 介教材参考书规 范建筑地基基础设计规范GB50007-2002 建筑地基处理技术规范JGJ 79-2002建筑抗震设计规范GBJ50011-2001（2008版）建筑结构荷载规范GBJ50009-2001基础工程 赵明华 主 编 高等教育出版社地基基础工程 王广月等编 中国水利水电出版社第一章 地基基础设计的基本原理第二章 扩展基础第三章 柱下条形基础第四章 筏形基础

2、第五章 箱型基础第六章 桩基础第七章 地基处理第八章 地基基础抗震第九章 基坑工程课程内容第 一 章地基基础设计的基本原理 地基基础设计是整个建筑物设计的一个重要组成部分，它与建筑物的安全和正常使用密不可分。安全适用技术先进经济合理确保质量保护环境中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范Code for design of building foundation GB 50007-2002第一节 概 述 地基基础设计，必须坚持因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源的原则；根据岩土工程勘察资料，综合考虑结构类型、材料情况与施工条件等因素，精心设计。 地基建筑物下面的土层承担着建筑物的全部荷载。

3、将受到荷载影响的那部分土层（相当于压缩层范围的土层）称为地基。基础将建筑物荷载传递到地基上的实体结构称为基础。下卧层持力层地基基础FG一、地基与基础的概念基础工程指包括地基及基础在内的下部 结构工程。 基础工程是和岩土系系相关的，所以基础工程也可以说是研究下部结构物与岩土相互作用、共同承担上部结构物所产生各种变形与稳定问题的学科。天然地基人工地基地基 当基础直接建造在未经加固的天然地层上时，这种地基称为天然地基。 若天然地基很软弱，须先进行人工加固，再修建基础，这种地基称为人工地基。浅基础通常将基础的埋置深度小于基础最小宽度，且只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础称为浅基础。深

4、基础采用桩、沉井等特殊施工方法和设备且一般埋设大于基础宽度的基础。基础浅基础深基础1、选择基础结构类型和建材；2、基础埋置深度和持力层；3、地基土的承载力; 4、基础的形状、布置与相邻的关系；5、上部结构形式、使用要求及其对不均匀沉降的敏感性；6、施工影响因素； 7、地震影响因素。二、设计应考虑的因素 第二节 基础的类型按材料和构造两方面分类一、按材料分类砖基础三合土基础灰土基础毛石基础混凝土和毛石混凝土基础就地取材、价格较低、施工简便1、砖基础 石灰、砂、碎砖或碎石，按体积比为1:2:4 1:3:6配成。 常用于地下水位较低的四层及四层以下的民用建筑工程。2、三合土基础 石灰和土(粘性土)按

5、其体积比为3:7或2:8，灰土基础适用于地下水位较低，五层及五层以下的混合结构房屋和墙承重的轻型工业厂房。3、灰土基础 未风化的毛石砌筑。毛石基础的宽度及台阶高度不得小于40mm。4、毛石基础 混凝土基础的强度、耐久性、抗冻性都较好。用于荷载较大或位于地下水位以下时。5、混凝土和毛石混凝土基础 钢筋混凝土基础强度度大，具有良好的抗弯性能。用于建筑物的荷载较大或土质较软弱时。6、钢筋混凝土基础根据受力特点可将前述基础分为刚性基础和柔性基础刚性基础砖基础、三合土基础、灰土基础、毛石基础、混凝土和毛石混凝土基础 刚性基础因无需配置钢筋，也称无筋扩展基础。此类基础设计时通过对基础构造的限制来实现其拉、

6、剪应力不超过相应材料强度设计值。柔性基础钢筋混凝土基础 钢筋混凝土基础强度度大，具有良好的抗弯性能，在相同条件下，基础的厚度较薄。建筑物的荷载较大或土质较软弱时，常采用这类基础。适宜于“ 宽基浅埋”情况。二、按构造分类柱下独立基础墙下条形基础墙下条形基础柱下条形基础扩展基础条形基础柱下十字交叉条形基础筏形基础箱形基础可采用砖、石、混凝土和钢筋混凝土等材料制成。FFbtb0h01、柱下独立基础柱下独立基础的型式阶梯形 锥形 杯口形 承重墙基础的主要形式，常用砖、毛石、三合土和灰土建造。当上部结构荷重较大而土质较差时，可采用混凝土或钢筋混凝土建造。2、墙下条形基础 抗弯刚度较大，具有调整不均匀沉降

7、的能力，并将所承受的集中荷载较均匀地分布到整个基底面积上。常用于软弱地基上框架或排架结构的基础形式3、柱下钢筋混凝土条形基础 柱下条形基础用在地基软弱且地基的压缩性在两个方向分别不均匀时。4、 柱下十字交叉条形基础 基底面积大，承受荷载大；整体刚度好，能调节不均匀沉降；增强建筑物整体抗震性能；提供比较宽敞的地下使用空间。筏基的板面、板底均要配筋，造价比较高。筏基墙下筏基用于砌体承重结构柱下筏基用于框架、剪力墙结构平板式梁板式5、片筏基础平板式梁板式梁板式筏形基础的型式 箱形基础是由筏、墙和顶板形成箱，整体性更好。 基础中空部分可作地下室，与实体基础相比可减小基底压力。 适于高层建筑物的基础。材

8、料用量大，工期长，造价高，施工技术复杂。6、箱形基础上部结构传力体系的特点建筑物的用途（对地下空间使用功能的要求）地基土的物理力学性质施工条件、工期及造价环境保护选择合理的地基基础方案所需考虑的因素下卧层持力层（受力层）FGd埋深埋置深度指基础底面到设计地面（室外） 的距离基础埋深涉及建筑物的以下问题：稳定使用功能施工的难易程度造价第三节 基础埋置深度的选择基础埋深总原则在满足地基稳定性和变形要求的前提下，尽量浅埋。但还要满足：最小埋深不宜小于500mm （岩石地基除外）；基础顶面距设计地面宜大于100mm；桥要求在冲刷深度以下。d大于10cm影响基础埋深的主要因素 工程地质条件与地下水 与建

9、筑物有关的条件 场地环境条件 地基冻融条件一、工程地质条件与地下水位1、工程地质条件由其它条件和最小埋深确定轻型建筑，按I 处理；不满足要求，重新选择基础或地基处理。良好土层 I II软弱土层(很深)原则：基础尽量浅埋，尽量埋置在良好土层上尽量浅埋，但是如h1太小，就为II。h24 m ，按情况II考虑。 III IV良好土层软弱土层h1软弱土层良好土层h2基础应尽量埋在地下水位以上 基础位于水下时，要考虑流砂、涌土及地下水水质问题。 2、地下水位二、与建筑物有关的条件1、应满足使用功能和用途方面的要求如必须设置地下室、带有地下设施、属于半埋式结构物等。 高层建筑荷载大，风和地震等水平作用大，

10、天然地基基础最小埋深不少于建筑地面高度的1/15。桩基础则要求不少于桩长的1/18。 对于水塔与烟囱等高耸构筑物还要演算抗倾覆的稳定性。 对于高压输电塔需要有较大埋深满足抗拔力。2、应满足地基承载力、变形和稳定性要求三、场地环境条件若L （12）H，则在基础施工期采取有效措施LH若深于，则新旧相 邻建 筑物应有一定 的净距 L （12）H新基础不深于既有建筑物基础的底面四、地基冻融条件土冻结后产生冻胀的条件水分，土质，负温度 当地基土的温度低于零度（）时，土中部分孔隙水将冻结而形成冻土，造成地面隆起 (不均匀)，翻浆, 融陷, 强度降低。冻胀丘Pingo 随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大

11、于上覆土层强度时，地表就发生隆起，便形成冻胀丘。地下水冻深毛细区冻结区冻胀的形成土的含水量较高冻结深度范围内的土中水被冻结成冰晶体。地下水在冻结深度下1.52.0m未冻结区的自由水、部分结合水会不断地向冻结区迁移、聚集，使冰晶体不断扩大、冰层膨胀、地面隆起。水分的迁移冰晶体不断扩大的供给。 地基规范根据冻胀对建筑物的危害程度，把地基土的冻胀性分为：不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻胀不冻胀土的基础埋深不考虑冻结深度考虑冻胀的土质：粉质粘土、粉砂、粉土不考虑冻胀的土质：细砂、中砂、粗砂、岩石Zddmin室内地面hmax冻胀土的基础埋深冻胀、强冻胀、特强冻胀地基土，尚应采取相应 的防冻害措施 允许残留冻土

12、最大厚度 设计冻深；分别为实测冻土层厚度和地表冻胀量考虑冻胀的基础埋深基础埋深的选择 选择基础的埋置深度是基础设计工作中的重要一环，因为它关系到建筑物的使用功能地基是否可靠、施工的难易及造价的高低。 以上是影响基础埋深的五个主要因素，对于一项具体工程来说，往往只是其中一、二种因素起决定作用。第四节 地基基础的设计原则 建筑物地基承受上部结构及基础传来的全部荷载，因此，地基计算的基本原则应从保证上部结构的安全性、适用性和耐久性来考虑。承载力计算：正常使用极限状态标准组合 pkfa 中心受压 pmax1.2fa 偏心受压变形计算： sw 准永久组合稳定性计算：高层、高耸结构、斜坡上结构一、一般要求

13、 不同类型的建筑物，对地基变形的适应性是不同的，因此，不同建筑物采用不同的地基变形特征来进行比较和控制。沉降量：基础中心的沉降量沉降差：相邻两个独基沉降量的差倾斜：独基在倾斜方向两端点沉降量差与其距离的比值局部倾斜：砖石承重结构沿纵墙610米内两点的沉降差 与其距离的比值。二、地基变形的分类沉降量砌体结构 局部倾斜框架结构 沉降差排架结构 沉降量高层建筑 倾斜、沉降量高耸构筑物 倾斜、沉降量沉降差倾斜 在常规设计中，一般都针对各类建筑物的结构特点、整体刚度和使用要求的不同，计算地基变形的某一特征值 ，验证其是否不超过相应的允许值 ，即要求满足条件 是和结构特点、使用要求、对地基不均匀沉降的敏感

14、度和结构强度储备等因素有关的值。建筑地基基础设计规范提出了建筑物地基变形允许值三、地基允许变形值 地基基础设计所要满足的强度条件、变形条件是相对的。即不同的建筑物、不同的地基，要求是不一样的。 根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征和由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计分为三个设计等级。四、地基基础设计等级及地基计算规定1、设计等级三个设计等级根据建筑物地基基础设计等级长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度地基基础设计应符合下列规定：1)所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；2)设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；3)部分设计等级为丙

15、级的建筑物可不作变形验算,如有下列情况之一时，仍应作变形验算：2、地基计算的要求地基承载力特征值小于130kPa,且体型复杂的建筑；在基础上及其附近有地面堆载或相邻甚础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时； 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；相邻建筑距离过近可能发生倾斜时；地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未 完成时。容易产生大变形或不均匀变形的情况4)对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性；5)基坑工程应进行稳定性验算；6)当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。

16、 地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。计算地基变形时传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。3、荷载取值规定计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0 在确定基础或桩台高度、支档结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验

17、算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。 当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。 基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用但结构重要性系数不应小于1.0。 地基基础设计首先必须保证在荷载作用下地基土体具有足够抵抗剪切破坏的安全度。第五节 地基承载力的确定地基承载力特征值fa在保证地基稳定的条件下，使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载力。要有一定强度的安全储备地基变形不应大于相应的允许值两个含义一、地基承载力概念压密阶段局部塑性变形阶段破坏阶段或地基允许变形

18、值控制系数地基承载力特征值表达式基础荷载与地基变形的关系ppcSpuSS 地基承载力的确定方法主要有根据土的抗剪强度指标计算、按现场载荷试验确定、由工程经验计算确定等。各种确定方法的选用应以建筑物的安全等级并结合具体的工程条件进行。二、 地基承载力特征值的确定 当荷载偏心距 时，可采用规范推荐的以地基临界荷载 为基础的理论公式：1、根据土的抗剪强度指标计算 此公式为规范推荐，且只需通过勘察知道 、 、 值即可，应用比较广泛。式中：fa-由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；Mb、Md、Mc-承载力系数，为内摩擦角的函数；b-基础底面宽度，大于6m时按6m取值，对于砂土 小于3m时按3m取值

19、； d-基础埋置深度(m)，取值方法见后； -基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度； m-基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下 取浮重度； ck-基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值。 在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动较少的地基土体直接施荷，所测得的成果一般能反映相当于12倍载荷板宽度的深度以内土体的平均性质。浅层平板载荷试验深层平板载荷试验螺旋板载荷试验2、按现场载荷试验确定 载荷试验的成果： 荷载Q和时间t对应的沉降s，Q-s曲线Q/kNQuQS/mm 密实砂，硬塑粘土等低压缩性土，其Q-s曲线有比较明显起始直线段和极限值，呈陡降型，其承载力一般由强度安全控制。 松砂、 填土、可塑粘土等有一定强度的中、高压缩性土，其Q-s曲线无明显转折点，但曲线的斜率随荷载的增加而逐渐增大，其承载力受允许沉降量的控制。 对同一土层，应选择三个以上的试验点，如所得的实测值的极差不超过平均值 的30%，则取该平均值作为地基承载力特征值。当Qs曲线呈陡降型时有比例界限时，fakQcr当Qu3.5b -d/tg独立基础 a2.5b -d/tg当不满足上式时，应进行坡体稳定性验算d二、斜坡上地基稳定性验算增强上部结构对不均匀沉降的适应能力减少不均