土力学与基础工程：浅基础T83

土力学与基础工程主讲教师:徐晓红教材:土力学与基础工程主编:华南理工大学等院校第2章浅基础本章教学目标1、掌握浅基础设计内容、方法、原则；了解浅基础类型。2、掌握基础埋置深度确定；了解地基承载力的确定方法；熟练掌握常用的计算方法。3、了解地基变形、稳定性计算原则；熟练掌握基础底面积的确定方法。4、熟练掌握无筋扩展基础、墙下砼条形基础、柱下砼独立基础设计。5、掌握联合基础设计；熟悉减轻不均匀沉降的措施。树立同学工程意识培养解决实际问题的能力。2.1概述地基基础设计时，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，材料及施工条件等因素，精心设计。常见基础有：浅基础、深基础、深浅结合基础。天然地基上浅基础优点：便于施工，工期短，造价低，如能满足强度和变形要求，宜优先采用。本章主要讨论天然地基上浅基础，也适用于人工地基。（但注意修正参数不同）2.1.1浅基设计内容1）选择基础材料，类型，进行平面布置；2）确定地基持力层和基础深度；3）确定地基承载力；4）底面尺寸，变形稳定验算；5）基础结构设计；6）、绘图、施工说明。浅基常规设计法1）常规设计法，把上部结构、地基、基础三者分离开来，分别对三者进行计算。例框架结构图2-1。浅基设计存在问题1）满足了静力平衡条件，但忽略了三者变形的连续性，地基础变形与沉降应相一致，满足变形协调条件。地基越软，计算与实际差距越大，合理分析应满足静力平衡，变形两个条件，复杂情况应采用上下结构相互作用。2）常规法应满足下列条件：沉降较小或较均匀，基础刚变较大；对连续基础荷载柱距均匀。2.1.3设计原则

1）对地基计算要求，基础设计分三个等级：甲、乙、丙符合下列相应规定：a.所有基础均应满足承载力计算规定；b.甲、乙级基础均应按地基变形设计；c.表2－2所列丙级可不做变形验算，但属下列情况之一，仍作变形验算；d.对高层、高耸、挡土墙尚验算稳定性；e.基坑工程验算稳定；f.地下水较浅时进行抗浮验算。2）关于荷载取值规定

a.按地基承载力确定基础底面积、埋深时，按正常使用极限状态下荷载效应标准组合。抗力采用特征值b.计算地基变形时传至基础上荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应准永久组合。不计入风、地震作用。限值为地基变形允许值。c.计算挡土墙土压力、基础桩承台高度内力时，按承载力极限状态下基本组合。地基土工程特性指标的代表值应分别为标准值、平均值、特征值。抗剪取标准值、压缩取平均值、荷载特征值。2.2浅基础类类型扩展基础础是把荷荷载侧向向扩展到土中中，使之之满足地地基承载力和和变形的的要求。。扩展基础包包括无筋筋扩展基基础。图2-2。钢筋混混凝土扩扩展基础。图2-3、图2-42.2.1扩展基础础2.2.2联合基础础相邻两柱柱距小或或一柱在在边图图2-52.2.3柱下条基基地基较软软弱，荷荷载分布布不均，，用扩展展基础可可能发生生较大不不均匀沉沉降时，，将一方方向上若若干柱子子的基础础连成一一体。图图2-62.2.4交叉条形形基础两方调整整不均沉沉降图。。图2-7、2-8。2.2.5筏形基础础面积较大大或使用用要求抗抗弯刚度度大，整整体性好好。2.2.6箱型基础础2.2.7壳体基基础发挥抗抗压性性能好好特点点2.3基础埋埋置深深度选选择基础埋埋置深深度：：指基基础底底面至至地面面（设设计地地面））的距距离。。是基基础设设计重重要一一环，，关系系到地地基基基础方方案的的优劣劣，造造价的的高低低，施施工难难易。。2.3.1与建筑筑物有有关的的条件件1）建筑筑物用用途，，有无无地下下室，，设备备基础础和地地下设设施，，基础础型式式和构构造，，不宜宜小于于0.5m；2）高层层建筑筑应满满足承承载力力变形形，稳稳定性性，箱箱基础础埋深深应满满足抗抗滑要要求。。筏基基、箱箱基不不宜小小于建建筑高高度的的1/15，桩筏筏或桩桩箱基基础不不宜小小于建建筑高高度的的1/18——1/20；3）作用用在地地基上上荷载载大小小和性性质。。2.3.2工程地地质条条件1）持力力层：：直接接承受受基础础的土土层，，其下下的各各土层层称为为下卧卧层。。2）地基基受力力层：：条基基底面面下深深度3b，独基基下1.5b，且厚厚度不不小于于5m范围（（沉降降计算算深度度）。。为满满足承承载力力和变变形要要求，，基础础应埋埋在良良好的的土层层上，，在受受力层层内有有下卧卧层时时，下下卧层层承载载力变变形也也应满满足要要求。。3）良好好土层层：对对小型型建筑筑。粘粘土坚坚硬，，硬塑塑，可可塑状状态粘粘土层层。中中密（（15<N<30）密实实（N>30）状态态的砂砂土，，碎石石土及及低、、中压压缩性性土。。4）软弱弱土层层，压压缩系系数高高，软软塑、、流塑塑粘土土，松松散状状态砂砂土，，未处处理填填土，，高压压缩性性土层层；5）基础础埋深深确定定原则则a.自上而而下都都是良良好土土层，，埋深深由其其它条条件和和最小小埋深深确定定。b.自上而而下都都是软软弱土土层，，不满满足承承载力力变形形要求求，则则应采采用连连续基基础、、人工工地基基或深深基础础。小小型a.c.上为软软弱土土层，，下部部为良良好土土层。。持力力层选选择取取决于于上部部软弱弱土层层厚度度。〈2m就选下下部良良好土土层为为持力力层，，较厚厚时按按b处理。。d.上部为为良好好土层层，下下部为为软弱弱土层层。对对低层层建筑筑宜选选上层层为持持力层层尽量量浅埋埋、加加大基基底到到软弱弱层距距离，，应力力扩散散，需需验算算下弱弱层承承载力力。e.当地基基持力力层倾倾斜时时，同同一建建筑基基础可可以采采用不不同埋埋深，，由深深到浅浅过渡渡。2.3.3水文地地质条条件a.基础应应埋在在地下下水位位以上上，对对底面面低于于地下下水位位的基基础，，应考考虑施施工问问题，，地基基保护护，基基坈降降水，，是否否产生生流砂砂、管管涌等等现象象，对对侵蚀蚀性水水，基基础采采用防防蚀水水泥。。b.设计时时应考考虑上上浮托托力，，如地地下室室、地地下贮贮罐上上浮，，地下下室防防渗。。c.基坑，，坑底底土的的总覆覆盖压压力大大于承承压含含水层层顶部部静水水压力力γh>γw·hw土不被被承压压水冲冲破（（即流流土））2.3.4地基冻冻融条条件1）冻土土：当当地基基土的的温度度低于于摄氏氏零度度时，，土中中部分分孔隙隙水将将冻结结形成成冻土土。由由季节节性冻冻土和和多年年冻土土两类类。2）冻胀胀现象象：由由细粒粒土组组成，，冻结结前含含水率率较高高。冻冻结其其地下下水位位低于于冻结结深度度1.5~2.0m，冻深深处土土成为为冰晶晶体，，未冻冻结深深度区区自由由水和和结合合水会会不断断地向向冻结结区迁迁移、、聚集集，使使晶体体扩大大，土土发生生膨胀胀、隆隆起。。导致致建筑筑物开开裂。。3）融陷陷：土土层解解冻，，含水水量增增加，，土体体处于于饱和和软化化状态态，承承载力力降低低，建建筑下下陷，，称融融陷。。导致致建筑筑物开开裂。。4）是否否产生生冻胀胀现象象与下下列因因素有有关。。土粒粒径大大小，，含水水量多多少，，地下下水位位高低低有关关。5）规范范把土土冻胀胀性分分类：：不冻冻胀、、弱弱冻胀胀、冻冻胀、、强冻冻胀、、特强强冻胀胀。6）可冻冻胀土土中最最小埋埋深。。dmin=Zd–hmaxZd=Z0ΨzsΨzwΨze(设计冻冻深)Z0——标标准准冻深深hmax-允许残残留冻冻土层层厚度度Ψzs—土类别对冻冻深影响系系数Ψzw—土的冻胀性性对冻深影影响系数ΨZe—环境对冻深深影响系数数2.3.5场地环境条条件2.4浅基础的地地基承载力力1)浅基础的地地基承载力力是指地基基承受荷载载的能力。。2)地基承载力力特征值：：在保证地地基稳定的的条件下，，使建筑物物的沉降量量不超过允允许值的地地基承载力力称为地基基承载力特特征值。以以fa表示。fa=pu/K允许沉降的的Sa的函数抗力采用承承载力特征征值。2.4.1地基承载力力的概念2.4.2地基承载力力的特征值值的确定1）按土的抗抗剪强度指指标确定2）按地基载载荷试验确确定3）按规范承承载力表确确定4）按建筑筑经验确定定1）按土的拉拉剪强度指指标确定a.地基极限承承载力fa=Pu/KK——安全系数K=2~3，取值与地地基基础设设计等级、、荷载的性性质、土的的抗剪强度度指标的可可靠程度以以及地基条条件等因素素有关。b.规范推荐的的理论公式式。fa=MbYb+MdYmd+McCkc.按理论公式式计算几点点说明a）影响最大大的是抗剪剪强度指标标的取值。。应选择原原状土样以以三轴压缩缩实验中的的不固结不不排水试验验。每层土土实验数量量不得少于于6组。b）地基承载载力还与基基础的大小小、形状、、埋深以及及荷载情况况有关。对对饱和软土土当φk>0，增大b可提高承载载力。c）与埋深d有关，但对对实体基础础，增加的的承载力将将被基础和和回填土重重量的相应应增加抵消消。特别是是饱和土Md=1。d）进行地基基变形验算算。e）内磨擦角角标准值和和粘聚力标标准值。2）按地基载载荷试验确确定载荷试验包包括浅层平平板载荷试试验、深层层平板试验验及螺旋板板载荷试验验。前者适适用于浅基基，后二者者适用于深深基。根据载荷试试验成果p-s曲线确定地地基承载力力特征值分分二种情况况。a.对密实砂土土、硬塑粘粘土等低压压缩性土，，由强度安安全控制，，按规范规规定以直线线段末点把把对应的压压力p1（比例界限限荷载）作作为承载力力特征值。。对于呈脆脆性破坏的的土，pl与pu很近，pu∠2pl时，取pu/2作为特征值值。b.对松砂、填填土、可塑塑粘土，由由允许沉降降量控制。。当压板面面积为0.25--0.5平方米时，，规范规定定可取沉降降s=(0.01--0.015)b所对应的荷荷载作为承承载力特征征值。此值值不大于最最大加载量量的一半。。同一层土土要有三个个以上试验验点，当极极差不超过过平均值30%时取平均值值为fak。3）按规范承承载力表确确定规范给出了了按野外鉴鉴别结果、、室内物理理、力学指指标，或现现场动力触触探试验锤锤击数,查取地基承承载力特征征值的表格格，求得fak。N=μ-1.645σ当基础宽度度大于3m或埋置深度度大于0.5m时，从载试试验规范表表格方法确确定的承载载力特征值值，应修正正2.4.3地基变形验验算1、建筑物地地基变形计计算值，不不应大于地地基变形允允许值。2、变形特征征分四种：：沉降量－独独立基础中中心点沉降降值或基础础沉降平均均值沉降差－相相邻两个柱柱基的沉降降量之差；；倾斜－倾斜斜方向两端端点沉降差差与其距离离比值；局部倾斜－－在6－10m内基础两点点的沉降差差与其距离离的比值。。地基变形允允许值确定定涉及许多多因素：规规范分析了了国内外各各类建筑物物的有关资资料，提出出了建筑物物地基变形形的允许值值，对表中中未包括的的建筑物，，其地基变变形允许值值应根据上上部结构对对地基变形形的适应能能力和使用用上要求确确定。3、在计算地地基变形时时应符合下下列规定：：a.由于建筑地地基不均匀匀，荷载差差异很大，，体型复杂杂等因素，，引起的地地基变形，，对于砌体体承重结构构应由局部部倾斜值控控制，0.002－0.003。对框架和和单层排架架结构应由由相邻柱基基沉降差控控制，对于于多层、高高层、高耸耸结构应由由倾斜值控控制，必要要时，应控控制平均沉沉降量。b.必要时，需需预估建筑筑物在施工工期间和使使用期间地地基变形值值。一般多层建建筑在施工工期间完成成的沉降量量对砂土完完成80%，低压缩性性土50%－80%，中压缩性性土20%－50%，高压缩性性土5%－20%。c.计算地基变变形最终沉沉降量为：：地基变形计计算深度：：d.计算地基变变形时，应应考虑相邻邻荷载的影影响，其值值按应力叠叠加原理，，采用角点点法计算。。e.当建筑物地地下室基础础埋置较深深时，需要要考虑开控控基坑地基基的回弹。。回弹变形形量：f.在同一整体体大面基础础上建有多多栋高、低低建筑，应应该按上部部结构、基基础与地基基的共同作作用进行变变形计算。。2.5基础底面尺寸寸的确定1、按承载力计计算底面压力力应符合下列列要求。轴心荷载作用用Pk≤faPk——相应于荷载效效应标准组合合时，基础底底面处平均压压力。Pk=（Fk+Gk）/AA=Fk/(fa-rGd+rwhw)fa——修正后的地基基承载力特征征值。2、当偏心荷载载作用时除满满足Pk≤fa，还应符合pkmax≤1.2fa2.5.1按地基持力层层承载力计算算基底尺寸2.5.2软弱下卧层承承载力验算当地基受力层层范围内有软软弱下卧层时时应按下式验验算：基底处附加应应力：条形基础矩形基础当软弱下卧层层为压缩性高高而且较厚的的软粘土，或或当上部结构构对基础沉降降有一定要求求时，除承载载力应满足上上述要求外，，还应验算包包括软弱下卧卧层的基础沉沉降量。2.5.3按允许沉降差差调整基础底底面尺寸1、基本概念同一建筑荷载载不同的柱基基础，如果只只按统一的来来确定底面尺尺寸各基础沉沉降是不同的的。地基沉降降弹性力学公公式：2、调整基础底底面值：减小到：基础尺寸为：：2.5.4地基稳定性验验算1、地基稳定性性可采用圆弧弧滑动面法进进行验算。2、位于稳定土土坡坡顶上建建筑，当基础础b≤3m时，基础外边边距坡顶水平平距离：2.6扩展基础设计计1、无筋扩展基基础内容适用用范围：指由砖，毛石石，混凝土或或毛石砼和三三合土等材料料组成的墙下下条基或柱下下独立基础。。适用于多层层民用建筑和和轻型厂房。。2.6.1无筋扩展基础础设计2、基础高度应应符合下列要要求：抗拉、抗剪强强度较低，必必须控制内拉拉剪应力，结结构设计时通通过控制材料料强度等级和和台阶高宽比比来确定基础础截面尺寸，，不需要进行行内力分析和和强度计算。。2.6.2墙下钢筋混凝凝土条形基础础设计截面设计包括括确定基础高高度和底板配配筋。计算时时以基础净反反力P；取1m计算单元。1、构造要求2、轴心荷载作作用1）基础高度，，由受剪承载载力确定：h≥V/0.7ftV=Pjb12）基础底板配配筋3）偏心荷载时时2.6.3柱下砼独立基基础1、构造要求2、轴心荷载作作用1）基础高度，，按砼受冲切切承载力确定定：锥体落在基础础底面之内设计时先假设设ho代入公式计算当时时2)底板配筋平行l方向：3）偏心荷载作作用：以Pjmax代入上式，计计算基础高度度，底板配筋筋2.7联合基础2.7.1概述1、双柱联合基基础分类矩形：用于柱柱矩较小时，，为使基底压压力均匀，底底面形心应接接近荷载合力力作用点。矩形：梯梯形：连梁式：柱矩矩较大，加设设阻止转动2、规定假定1）基础是刚性性的，高度不不小于柱矩1/6时，可视刚性性；2）基底压力为为线性分布；；3）地基主要受受力层范围土土质均匀；4）不考虑上部部结构刚度影影响。联合基础2.7.2矩形联合基础础设计步骤1、计算柱荷载载合力作用点点位置：对柱1中心取矩2、确定基础长长度，使基底底形心与荷载载重心重。3、按地基土