浅基础地基基础设计的基本原理解析

第2章天天然地地基上上的浅浅基的的设计计2-1概述2-2浅基础础的设设计方方法与与步骤骤2-3浅基础础的类类型2-4基础埋埋置深深度的的选择择2-5浅基础础的地地基承承载力力2-6基础底底面尺尺寸的的确定定2-7扩展基基础设设计2-8联合基基础设设计2-9减轻不不均匀匀沉降降危害害的措措施2-1概述述天然地地基上上的浅浅基础础---概念人工地地基？？2.1.1浅基础础设计计内容容2.1.2浅基础础设计计方法法2.1.3地基基基础设设计原原则1.地基的的类型型2.基础的的类型型2.1.2浅基础础设计计方法法常规设设计法法（简简化计计算法法）、、相互互作用用设计计法。。常规设设计法法要点点：特点：：满足静静力平平衡条条件；；不满足足变形形协调调条件件。结论：：地基越越软弱弱或越越不均均匀，，按常常规设计计法计计算的的结果果与实实际情情况的差差别就就可能能越大大。合理的的设计计方法法：考虑地地基、、基础础与上上部结结构的的相互互作用用（分分析难难度较较大））。常规设设计法法适用用条件件：1.地基沉沉降较较小或或较均均匀；；2.基础刚刚度较较大。。2.1.3地基基基础设设计原原则5)地基内内有厚厚度较较大或或厚薄薄不匀匀的填填土，，其自自重固固结未未完成成时。。即应验验算地地基变变形。标准值值设计值值浅基础础设计计内容容与步步骤主要内内容：：1.选择基基础方方案（（确定定材料料、类类型，，进行行基础础平面面布置置）；；2.确定地地基持持力层层和基基础埋埋置深深度；；3.确定地地基承承载力力；4.确定基基础的的底面面尺寸寸，必必要时时进行行地基基变形形与稳稳定性性验算算；5.进行基基础结结构设设计（（内力力分析析、截截面计计算、、构造造要求求）；；6.绘制基基础施施工图图，提提出施施工说说明。。按结构构型式式分：扩展展基础础、联联合基基础、、柱下下条形形基础础、柱柱下交交叉条形形基础础、筏筏形基基础、、箱形形基础础、壳壳体基基础等等。2.2.1扩展基基础作用：把墙墙或柱柱的荷荷载侧侧向扩扩展到到土中中，使使之满满足地地基承承载力力和和变形形的要要求。。2.2浅基础础类型型按材料料分：无筋筋基础础（刚刚性基基础））、钢钢筋混混凝土土基础础。1.无筋扩扩展基基础指由砖砖、毛毛石、、砼、、毛石石砼、、灰土土、三三合土土等材材料组组成的的无需需配置钢钢筋的的墙下下条形形基础础或柱柱下独独立基基础。。俗称称“刚刚性基基础””。适用于于多层民民用建建筑和和轻型型厂房房。砖：强强度等等级不不低于于MU10。砂浆：：不低低于M5。在地下下水位位以下下或当当地基基土潮潮湿时时，应应采用用水泥泥砂浆浆砌筑筑。适用于于6层及6层以下下的民民用建建筑和和砖墙墙承重重的厂厂房。。(1)砖基础础垫层作作用（素砼砼，100厚，C10）：保护坑坑底土土体不不被人人为扰扰动和和雨水水浸泡泡；改善基基础的的施工工条件件。(2)毛石基基础毛石是指未未经加加工凿凿平的的石料料。应采用用未风风化的的硬质质岩石石，禁禁用风风化毛毛石。。(3)灰土基基础石灰和和土料料按体体积比比3:7或2:8拌和均均匀，，在基槽槽内分分层夯夯实（（每层层虚铺铺220~250mm,夯实至至150mm）。灰土基基础宜宜在比比较干干燥的的土层层中使使用。。在我我国华华北和和西北北地区，广广泛用用于5层和5层以下下的民民用房房屋。。(4)三合土土基础础由石灰灰、砂砂、骨骨料（（矿渣渣、碎碎砖、、碎石石）加加水混混合而而成。。体积比比1:2:4或1:3:6。用于4层和4层以下下的民民用房房屋。。四合土土基础础（南方方个别别地区区用））：水泥：：石灰灰：砂砂：骨骨料＝＝1:1:5:10或1:1:6:12(5)砼基础础C15。抗压强强度、、耐久久性、、抗冻冻性较较好。。毛石砼砼基础础：在砼基基础中中埋入入体积积占25%~30%的毛石石，石石块尺尺寸不不宜超超过300mm。可节省省水泥泥用量量，减减少水水化热热。2.钢筋砼砼扩展展基础础（简简称扩扩展基基础））特点：抗弯弯、抗抗剪性性能较较好，，基础础高度度较小小。(1)墙下钢钢筋砼砼条形形基础础（V----基础埋埋深，，M----底板配配筋））(2)柱下钢钢筋砼砼独立立基础础图2-4柱下钢钢筋混混凝土土独立立基础础(a)阶梯形形基础础；(b)锥形基基础；；(c)杯口基基础2.2.2联合基基础2.2.3柱下条条形基基础（简化化计算算or弹性基基地梁梁法））特点：整体抗抗弯刚刚度较较大，，因而而具有有调整整不均均匀沉沉降的的能力力；基底压压力较较均匀匀；造价高高于扩扩展基基础。。常用作作软弱地地基或或不均均匀地地基上上框架架或排排架结结构的的基础础。2.2.4柱下交交叉条条形基基础2.2.5筏形基基础特点：底面积积大，，故可可减小小基底底压力力；可可提高高地基基承载载力（（尤其其在有有地下下室时时）；；能增增强基基础的的整体体性，，调整整不均均匀沉沉降。。其他功功能：：见教教材。。注意：当地地基显显著软软硬不不均时时，要要慎用用。(1)墙下筏筏形基基础为一块块厚度度约200~300mm的钢筋筋砼平平板。。主要在在华东东地区区采用用，浅浅埋或或不埋埋。适用于于具有硬硬壳持持力层层、比比较均均匀的的软弱弱地基基上六六层及及六层层以下下承重重横墙墙较密密的民民用建建筑。。硬土软土(2)柱下筏筏形基基础2.2.6箱形基基础特点：：刚度极极大；；抗震震性能能好；；有补补偿效效应。。地下室室用途途受限限制；；工期期长；；造价价高；；施工工技术术复杂杂。柱下条条形基基础、、柱下下交叉叉条形形基础础、筏筏形基基础、、箱形形基础础又统统称为为连续基基础。2.2.7壳体基基础其他基基础：：折板板基础础等。。2-3基础埋埋置深深度的的选择择基础的埋置置深度是指基础的的底面至室室外设计地地面的距离离。确定基基础埋深时时，除了要要考虑持力力层的情况况外，还应应考虑使用用功能、地地下室、地地下设施、、基础形式式、荷载、、地质水文文条件、相相邻建筑物物以及冻胀胀、冲刷等等因素。基础埋深的的确定原则则是：在保证安全全可靠的前前提下尽量量浅埋。但但基础埋深不得小于于0.5m，基础顶面面距地面的的距离宜大大于0.1m。同一建筑物物下面各部部分的基础础埋深可以以不一致。。2.3.1与建筑物有有关的条件件建筑物在使使用功能和和用途方面面的要求；；高层建筑；；承受上拔力力的基础；；高耸结构；；冷库等。2.3.2工程地质条条件持力层下卧层软弱下卧层层对于中小型型建筑物：：良好土层——坚硬、硬塑塑、可塑状状态的粘性性土层；密密实或中密状态的的砂土层和和碎石土层层；其他中中低压塑性土层。。软弱土层——软塑、流塑塑状态的粘粘性土层；；松散状态态的砂土层；未经经处理的填填土；其他他高压缩性性土层。(1)良好土层埋深由其他他条件和最最小埋深确确定。浅埋，一般般取d=0.5~1.5m。(2)软弱土层1~2层：按情况况(1)处理3~5层：可采用用连续基础础方案、或人工地基基方案。6层以上：桩桩基方案。。(3)软弱土层良好土层h当h>2m时：按情况况(2)处理。当h<2m时：选良好好土层为持持力层。垫层做法一做做法二二(4)2~3m厚的“硬壳壳层”持力层顶面面倾斜时：：柱下独立基基础对于中小型型建筑物，，宜尽量选选硬壳层为持力力层。采用“宽基浅埋”方案。2.3.3水文地质条条件否则，应考考虑：流砂；流土土。对有侵蚀性的地下水，，还应考虑虑：地下结结构防渗；；地下结构构抗浮，例例如设置抗抗浮锚杆基础应尽量量埋置在地地下水位以以上。2.3.4地基冻融条条件永久冻土；；季节性冻土土：冻胀、、融陷；最小埋深规规定2.3.5场地环境条条件≥0.5m≥0.1m管道；河流冲刷线线。2.4浅基础的地地基承载力力2.4.1地基承载力力概念·地基承载力力是指地基承承受荷载的的能力。·在保证地基基稳定的条条件下，使使建筑物的的沉降量不不超过允许许值的地基承载载力称为地基承载力力特征值fa。地基承载力力是否是一一个定值？？工程中通常常以两个指指标来表示示地基承载载力，即地基的容容许承载力力和极限承承载力。《地基规范》所称的地基承载力力特征值相当于通常常所说的地基容许承承载力。《地基规范》规定，浅基基础的基底底压力应满满足下列要求：：当需要满足足抗震设防防要求时，，应按相关关规定进行行检算。（（见第8章）2.4.2地基承载力力特征值的的确定1.按土的抗剪剪强度指标标以理论公公式计算；；2.按地基载荷荷试验确定定；3.按规范承载载力表确定定；4.按建筑经验验确定。四类方法：：1.按土的抗剪剪强度指标标以理论公公式计算(1)地基极限承承载力理论论公式fa=pu/KK=2~3常用公式：：魏锡克公公式、汉森森公式等等等。该方法不常常用，原因因主要有：：1）该方法法未考虑地地基变形；；2）c、φ的取值可靠靠度较低；；3）不同公式式的计算结结果相差较较大。(2)规范推荐的的理论公式式当荷载为中中心荷载或或偏心很小小（偏心距距e≤l/30，l为偏心方向向基础边长长）时：fa＝Mbγb+Mdγmd+Mcck≈p1/4（2－5）b——基础底面宽宽度，大于于6m时按6m考虑；对于于砂土，小于3m时按3m考虑。地基沉降可可能过大长期承载力力：地基承载载力随建筑筑物荷载的的增加而增增大。短期承载力力：类似方法又又称为φ=0法。长期承载力力>短期承载力力（超强固结土可能能例外）。。2.按地基载荷荷试验确定定（最可靠靠）浅层平板载载荷试验、、深层平板板载荷试验验、螺旋板板载荷试验验。地基静载试试验概况平板载荷试试验装置示示意图百分表堆载荷载板主梁平台千斤顶优缺点：能较好的反反映天然土土体的压缩缩性；试验验工作量和和费用较大，，时间较长长。fa的确定方法法：(1)当p~s曲线上有比比例界限p1时，取fak=p1；确定地基承承载力实测测值：(2)当pu<2p1时，取fak=pu/2；(3)当不能按上上述二款要要求确定时时，可取s/b=0.01~0.015所对应的荷载作作为fak，但其值不不应大于最最大加载量量的一半。。对同一土层层，应选择择三个以上上的试验点点，当试验验实测值的的极差（最最大值与最最小值之差差）不超过过其平均值值的30%时，取其平平均值作为为该土层的的地基承载载力特征值值fak。确定地基承承载力特征征值：3.按规范承载载力表确定定野外鉴别结结果室内物理力力学指标现场动力触触探试验锤锤击数fak注意：埋深d的取法，见见教材。超载q=γmdqd=q/γm主裙楼一体体的情况与土力学中中介绍的理理论公式具具有相同的的形式，但但两者含义义不同。还需要注意意下列两点点：1）公式中已已经包含了了基础宽度和和埋深的影影响；2）公式中的的b是指基础的的短边。4.按建筑经验验确定基槽检验和和地基的局局部处理：：在基槽挖至至接近槽底底时，应由由设计、施施工和勘察察人员对槽槽底土层进进行检查，，即所谓““验槽”。。对没有地基基勘察资料料的轻型建建筑物，地地基浅层情情况只能凭凭验槽了解解；有地基基勘察报告告的工程，，主要是核核实勘察资资料是否符符合实际。。通过验槽，，可以判断断持力层的的承载力、、地基的均均匀程度是是否满足设设计要求，，以防止产产生过量的的不均匀沉沉降。验槽以细致致的观察为为主，辅以以轻便简易易的勘探方方法，如轻轻便触探和和夯击听音音等。通过观察验验槽和钎探探后，如不不满足要求求，应根据据具体情况况更改设计计或进行地地基处理。。对于槽底底的局部人人工填土和和墓坑、松松土坑、废废井，一般般宜挖除并并用碎石、、砂、灰土土等分层回回填夯实。。对于局部部松软土，，一般应挖挖除至原土土。当上述挖、、填方法由由于施工困困难等缘故故而不宜采采用时，可可考虑采用用钢筋混凝凝土梁板基基础，以跨跨越局部松松软土，或或采用增大大基础埋深深、扩大基基础面积、、布置联合合基础、加加设挤密桩桩或局部设设置桩基等等方法加以以解决。当柱基或部分分基槽下方存存在过于坚硬硬的旧基础、、树根和岩石石等障碍物时时，均应尽可可能挖除，以以防建筑物产产生不均匀沉沉降或开裂。。2.4.3地基变形验算算建筑物的地基基变形计算值值△应不大于于地基变形允允许值[△]，即要求满足足下列条件：：△≤[△]（2–15）回顾地基变形按其其特征可分为为四种：沉降量——独立基础中心心点的沉降值值或整幢建筑筑物基础的平平均沉降值；沉降差——相邻两个柱基基的沉降量之之差；倾斜——基础倾斜方向向两端点的沉沉降差与其距距离的比值；；局部倾斜——砌体承重结构构沿纵向6～10m内基础两点的的沉降差与其距离的比比值。不同结构类型型需验算的地地基变形：砌体承重结构构：由局部倾斜控制；框架结构和单单层排架结构构：由沉降差控制；高耸结构和高高层建筑：由建筑物的的整体倾斜（特别是横向向整体倾斜）控制制，必要时应应控制平均沉降量。沉降观测在必要情况下下，需要分别别预估建筑物在施工工期间和使用用期间的地基基变形值，以以便预留建筑筑物有关部分分之间的净空空，考虑连接接方法和施工工顺序。此时时，一般多层层建筑物在施施工期间完成成的沉降量，，对于砂土可认认为其最终沉沉降量已完成成80%以上，对于其其他低压缩性性土可认为已已完成最终沉沉降量的50%~80%，对于中压缩缩性土可认为为已完成20%~50%，对于高压缩缩性土可认为为已完成5%~20%。如果地基变形形计算值△大大于地基变形形允许值[△]，一般可以先先考虑适当调整基础底面尺寸寸（如增大基基底面积或调调整基底形心心位置）或埋埋深，如仍未未满足要求，，再考虑是否否可从建筑、、结构、施工工诸方面采取取有效措施以以防止不均匀匀沉降对建筑筑物的损害，，或改用其他他地基基础设设计方案。室内外平均埋埋深从已固结完毕毕的老天然地地面算起注意以下三式式中d的区别：2.5基础底面尺寸寸的确定2.5.1按地基持力层层承载力计算算基底尺寸1.轴心荷载作用用要求：pk≤fa柱下独立基础础：墙下条形基础础：b、l宜为100mm的整数倍。某粘性土重度度γm为18.2kN/m3，孔隙比e=0.7，液性指数IL=0.75，地基承载力力特征值fak为220kPa。现修建一外外柱基础，作作用在基础顶顶面的轴心荷荷载Fk＝830kN，基础埋深（（自室外地面面起算）为1.0m，室内地面高高出室外地面面0.3m，试确定方形形基础底面宽宽度。【解】先进行地基承承载力深度修修正。自室外外地面起算的的基础埋深d=1.0m,查表2–5，得ηd=1.6，由式（2–14）得修正后的的地基承载力力特征值为：：例题2–2fa=fak+ηdγm(d-0.5)=220+1.6×18.2×(1.0-0.5)=235kPa2.偏心荷载作用用要求：pk≤fapkmax≤1.2fae≤l/6（或pkmin≥0）取b=2m。因b<3m，不必进行承承载力宽度修正。计算基础及其其上土的重力力Gk时的基础埋深深为：d=(1.0+1.3)/2=1.15m。由于埋深范范围内没有地地下水，hw=0。由式（2–19）得基础底面面宽度为：试算法步骤：：（1）进行深度修修正，初步确确定修正后的的地基承载力力特征值fa。（2）根据荷载偏偏心情况，将将按轴心荷载载作用计算得得到的基底面面积增大10%~40%，即取（3）选取基底长长边l与短边b的比值n（一般取n≤2），于是有（4）考虑是否应应对地基承载载力进行宽度度修正。如需需要，在承载力修正后，，重复上述2、3两个步骤，使使所取宽度前前后一致。（5）计算偏心距距e和基底最大压压力pkmax，并验算是否否满足式（2–21）和（2–24）的要求。（6）若b、l取值不适当（（太大或太小小），可调整整尺寸再行验验算，如此反复复一二次，便便可定出合适适的尺寸。同例题2–2，但作用在基基础顶面处的的荷载还有力力矩200kN··m和水平荷载20kN（见例图2-3），试确定矩矩形基础底面面尺寸。[解]（1）初步确定基基础底面尺寸寸考虑荷载偏心心，将基底面面积初步增大大20%，由式（2–25）得例题2–3取基底长短边边之比n=l/b=2，于是因b=1.5m<3m，故fa无需作宽度修修正。（2）验算荷载偏偏心距e基底处的总竖竖向力：Fk+Gk=830+20×1.5×3.0×1.15=933.5kN基底处的总力力矩：Mk=200+20×0.6=212kN·m偏心距：e=Mk/(Fk+Gk)=212/933.5=0.227m<l/6=0.5m（可以）（3）验算基底最最大压力pkmax>1.2fa=282kPa（不行）（4）调整底面尺尺寸再验算取b=1.6m，l=3.2m，则Fk+Gk=830+20×1.6×3.2×1.15=947.8kNe=212/947.8=0.224m所以基底尺寸寸为1.6m×3.2m。试确定图2–18中带壁柱的墙墙基础的底面面尺寸。取图图中长度等于于壁柱间距（（3m）的T形基底面积为为计算单元。。作用于基础础顶面的竖向向力Fk=315kN，作用位置距距墙中线0.15m（偏向壁柱一一侧），修正正后的持力层层承载力特征征值fa=130kPa。例题2–4说明原理2.5.2地基软弱下卧卧层承载力验验算要求：σz+σcz≤faz标准值仅作深度修正正矩形基础：条形基础：地基压力扩散散角θ值表2-7Es1/Es2z=0.25bz≥0.50b36°23°510°25°1020°30°注：z＜0.25b时取θ=0°，必要时，宜宜由由试验确定；；z≥0.50b时θ值不变。例图2-5中的柱下矩形形基础底面尺尺寸为5.4m×2.7m，试根据图中中各项资料验验算持力层和和软弱下卧层层的承载力是是否满足要求求。例题2﹣5[解]⑴持力层承载力力验算ηb=0，ηd=1.0,fa=209+1.0×18.0×(1.8-0.5)=232.4kPaFk+Gk=1800+220+20×2.7×5.4×1.8=2545kNMk=950+180×1.2+220×0.62=13302kN·m⑵软弱下卧层承承载力验算由Es1/Es2=7.5/2.5=3,z/b=2.5/2.7＞0.50,查表2-7得θ=23°，tanθ=0.424。σcz=18.0×1.8+(18.7-10)××2.5=54.2kPafaz=75+1.0×12.6×(4.3-0.5)=122.9kPa