土力学之天然地基上的浅基础著名大学讲义

第五章天然地基上的浅基础5.1概述5.2基础埋置深度5.3地基承载力和基础尺寸初步确定5.4地基承载力验算和变形验算5.5抗震设计5.6基础结构设计5.7共同作用概念5.8减轻不均匀沉降危害的措施本章目录5.1概述几个概念：d基础地基埋深5.1概述基础类型：天然地基上的浅基础桩基础人工地基上的浅基础深基础换土垫层，水泥土桩、碎石桩复合地基等人工地基：埋深>5m特殊方法施工考虑侧壁阻力作用沉井基础沉箱基础桩基础也属深基础浅基础：埋深小于5m，或者埋深大于5m，但是小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽略不计。所以不是简单的深浅概念。5.1概述FdG主要受力层持力层（受力层）下卧层条形基础3b独立基础1.5b且5m（二层以下民用建筑除外）主要受力层深度：浅基础的类型按基础刚度分无筋扩展基础（刚性基础）

单独基础（独立基础）、条形基础、筏型基础、箱型基础、壳型基础····按结构形式分扩展基础（柔性基础）5.1概述按基础刚度分

无筋扩展基础扩展基础(柔性基础)1:1.0–1:2.0与材料和荷载有关Fbth0F

砖、石、灰土，素混凝土材料抗拉强度很低要求基础台阶宽高比（刚性角）符合一定条件钢筋混凝土要满足抗弯、抗剪和抗冲切等结构要求5.1概述按基础结构形式分1单独基础2条形基础5.1概述3十字交叉基础——条形基础的变种5.1概述4筏形（筏板）基础5.1概述底板外墙内墙5箱形基础础由底板、、墙和顶顶板形成成箱，整整体性更更好5.1概述6壳体基础础高耸建筑筑物5.1概述5.1概述设计要求求满足：承载力、、变形要要求设计内容容确定：埋深、型型式、结结构尺寸寸（长宽宽高高）、材材料验算：承载力、、变形、、结构本本身强度度设计规范范1《建筑地基基基础设设计规范范》（GBJ7-89）2《建筑地基基基础设计规规范》（GB50007-2002）5.1概述设计等级02规范：设计等级甲级乙级丙级设计方法允许（容许许）承载力力设计方法法极限状态设设计方法承载能力极极限状态正常使用极极限状态5.1概述荷载规定荷载分类永久荷载可变荷载偶然荷载（（特殊荷载载）：爆炸炸力、撞击击力《建筑结构荷荷载规范》（GB50009-2001）荷载的标准准值荷载的准永永久值5.1概述荷载组合基本组合标准组合准永久组合合正常使用极极限状态下下的承载力力验算正常使用极极限状态下下的变形验验算，不记记入风荷载载和地震作作用水平荷载较较大的建筑筑物、挡土土墙等，承承载力极限限状态下的的稳定验算算5.1概述民用建筑楼楼面均布活活荷载的代代表值类别住宅宿舍舍办公室室教室试试验室食堂餐厅厅礼堂剧场场影院商店车站机场大厅健身房舞舞台书库档案库库标准值(KN/m2)组合值系数数c准永久值系系数q2.02.53.03.54.05.00.70.70.70.70.70.90.40.50.50.30.50.50.85.2基础埋置深深度原则：在满足承载载力的条件件下尽量浅浅埋基本要求：：除岩石以外外，D大于50cm（表土扰动动，植物，，冻融，冲冲蚀）基础顶距离离表土大于于10cm，保护桥要求在冲冲刷深度以以下其它控制因因素5.2基础埋置深深度1建筑物的用用途、结构构类型及荷荷载性质与与大小地震区，除除岩石地基基外，天然然地基的筏筏形和箱形形基础埋深深不宜小于于建筑物高高度的1/15地下管道（（上下水，，煤气电缆缆）应在基基底以上，，便于维修修基础埋深不不同时(1)主楼与裙房房，高度不不同,分期施工设设置后浇带带(2)台阶式相连连,如山坡上的的房屋新旧及相邻邻建筑物有有一定距离离。否则要要求支护，，并且要严严格限制支支护的水平平位移。5.2基础埋置深深度2工程地质和和水文地质质条件尽量在地下下水位以上上,否则开挖降降水,费用大有承压水时时，防止承承压水顶破破基底基坑5.2基础埋置深深度根据土层分分布情况确确定在满足其他他要求下尽尽量浅埋只有低层房房屋可用，，否则处理理尽量浅埋。。但是如h1太小就为IIh1<2m基底在好土土；h1=2m~4m高楼好土，，低楼软土土；h1>5m桩基或处理理；好土软土好土III IIIIV好土软土软土(很深)h15.2基础埋置深深度3地基土的冻冻胀5.2基础埋置深深度冻土多年冻土（（冻结时间间3年）季节性冻土土发生冻胀的的条件（1）土的条件件一般是细颗颗粒土（2）温度条件件低于冻结温温度（3）水力条件件含水量，具具有开放性性条件，如如粉土冻胀胀最严重外因内因土的冻胀性性5.2基础埋置深深度土的冻胀性性衡量指标冻胀性分类类平均冻胀率率：不冻胀1%弱冻胀1%<3.5%冻胀3.5%<6%强冻胀6%<12%特强冻胀>12%注意：碎石、砂等等中粒径小小于0.075mm的颗粒含量量太高也会会导致冻胀胀新讲义表2-105.2基础埋置深深度考虑冻胀的的基础埋深深按02规范dminzd-hmaxzd:设计冻深hmax：容许残留冻冻土层最大大厚度zd=z0zszwze标准冻深土类别冻胀性环境影响系数Z0标准冻深深：北京京0.8~1.0m哈尔滨2.0m满洲里2.8m10年的实测测最大冻冻深平均均值5.3地基承载载力和基基础尺寸寸初步确确定极限承载载力承载力容许承载载力：设设计承载载力通常所说说的承载载力指容容许承载载力理论公式式计算承承载力：：临界荷载载P1/4、P1/3临塑荷载载Pcr5.3地基承载载力和基基础尺寸寸初步确确定阶段1：弹性段阶段2：局部塑性性区阶段3：完全破坏坏段极限荷载载Pu（极限承承载力））5.3地基承载载力和基基础尺寸寸初步确确定q=0dp2zMZmax=0：Zmax=B/4或B/3：Pcr=0dNq+cNcP1/4=BN1/4+0dNq+cNc临界荷载载P1/3=BN1/3+0dNq+cNc临塑荷载载极限荷载载（极限限承载力力）Pu计算1普朗德尔尔-瑞斯纳公公式5.3地基承载载力和基基础尺寸寸初步确确定q=0dd2太沙基公公式5.3地基承载力和基础础尺寸初步确定被动区过渡区刚性核太沙基极限承载力：一个半经验的公式式3斯凯普顿公式5.3地基承载力和基础础尺寸初步确定对于饱和软粘土地地基＝0：条形基础下：普朗德尔-瑞斯纳公式的特例例矩形基础下：斯凯普顿公式4汉森公式5.3地基承载力和基础础尺寸初步确定在原有极限承载力力公式上修正：基础形状修正深度修正荷载倾斜修正地面倾斜修正基底倾斜修正理论公式计算承载载力（总结）：临界荷载P1/4、P1/3临塑荷载Pcr极限荷载Pu（极限承载力）普朗特尔-雷斯诺公式太沙基公式斯凯普顿公式汉森公式5.3地基承载力和基础础尺寸初步确定我国规范中取：fa=Mbb+Mdmd+Mcck以临界荷载P1/4为理论基础5.3地基承载力和基础础尺寸初步确定1通过公式计算2通过载荷试验确定定3通过经验确定GBJ7-89规范：推荐查表方法GB50007-2002规范：取消了相关表格承载力公式计算：：fa=Mbb+Mdmd+Mcck——fa：承载力特征值（设设计值）5.3地基承载力和基础础尺寸初步确定——Mb、Md、Mc：承载力系数，由k查表——b：基底宽度，大于6m按6m考虑，对于砂土小于3m按3m考虑——ck：基底下一倍短边宽宽深度内土的粘聚聚力查表计算：5.3地基承载力和基础础尺寸初步确定GBJ7-89规范fk=ff0——fk：承载力标准值——f0：承载力基本值（查查表）——f：承载力修正系数变异系数粘性土e、IL粉土e、w砂土N63.5淤泥w5.3地基承载力和基础础尺寸初步确定fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)进行深度和宽度修修正：fak：查表计算或静载荷荷试验确定的承载载力标准值fa：深宽修正后的承载载力特征值（设计计值）b、d：宽度和埋埋深修正正系数：基础底面面以下土土的重度度m：基础底面面以上土土的加权权平均重重度b：大于6m按6m考虑，小小于3m按3m考虑5.3地基承载载力和基基础尺寸寸初步确确定基础尺寸寸初步确确定：GFdF——作用在顶顶面的荷荷载，kNG——基础及台台阶上填填土总重重，kNA——基底面积积，m2G——平均重度度，一般般取20kN/m3d——基础埋深深，mf=fak+dm(d-0.5)——暂不做宽宽度修正正单独基础础，中心心荷载5.3地基承载载力和基基础尺寸寸初步确确定GFd条形基础础，中心心荷载偏心荷载载时：将上面计计算的A或b扩大至1.1~1.4倍根据A可初步确确定b和L5.4地基承载载力验算算和变形形验算1持力层承承载力验验算：根据初步步确定的的埋深d与b，确定f承载力验验算偏心荷载载时：5.4地基承载载力验算算和变形形验算pmax1.2f高层建筑筑(筏,箱基)：pmin0考虑地震震可能出出现e>b/6,此时允许许pmin<0，但0应力区不不能超过过25%blN=F+G要求：以条形面面积为例例beNe<b/6:梯形beNe>b/6:三角形偏心荷载载时：5.4地基承载载力验算算和变形形验算偏心荷载载时：5.4地基承载载力验算算和变形形验算blN=F+G增加面积积AA不变，改改变b和l，具体看看偏心方方向采用不对对称柱若不满足足承载力力要求，，则考虑虑：5.4地基承载载力验算算和变形形验算2软弱下卧卧层承载载力验算算：F

pdzpcz软土Es1Es2注意：下卧层承承载力f只做深度度修正条基无后后一项扩散角可可查表3其它验算算：水平荷载较大时，，稳定验算建筑在斜坡上时，，稳定验算抗震验算5.4地基承载力验算和和变形验算后面介绍PhPv建筑物需满足地基基变形要求计算原理：分层总和法部分建筑物可不做做变形验算沉降量、沉降差、、倾斜等5.4地基承载力验算和和变形验算新讲义表2-74地基变形验算：计算方法：规范推荐“平均附加应力系数数”方法高大钊书中将其称称为“应力面积法”注意：荷载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荷载5.4地基承载力验算和和变形验算dzizi-10i沉降不满足时，需需要：增大尺寸(减少p0)增加埋深(减少p0),尤其增加地下室-补偿基础地基处理调整荷载5.5抗震设计5.5.1概述5.5.2地基抗震验算5.5.3饱和砂土与粉土的的振动液化5.5.4抗震设计要点5.5.1概述地震定义：由内力地质作用和和外力地质作用引引起的地壳振动现现象的总称唐山地震：24万人关东地震：大火、龙卷风阪神地震地震类型构造地震：占90%火山地震陷落地震激发地震：水库诱发、核爆炸炸甘肃地震：20万人5.5抗震设计苏门答腊地震：>20万人1995年阪神地震1995年1月17日，日本兵库县南南部阪神－淡路地地区发生了里氏7.2级强烈地震，死5438人，伤24523人，直接经济损失失约800亿美元。震区的大开等多个个地铁车站遭到严严重的破坏。现代地下结构在地地震中遭到严重破破坏的第一个实例例。地震：严重的自然然灾害5.5抗震设计震源源：发生地震的部位震中中：震源在地面的投影影震中距：：地面上某一点到震震中的距离震源深度：震源到震中距离。。深度<60km，浅源地震；占95%以上5.5抗震设计地震波：1体波：在地球内内传播2面波：在只限于于在地球球表面传传播，由由体波反反射所形成的的次生波波。振幅幅大，破破坏力大大纵波：又称压力力波或P波，破坏坏力小，，速度快快横波：又称剪切切波或S波，破坏坏力大，，速度慢慢瑞利波：：又称R波，在地地表作椭椭圆运动动乐甫波：：又称L波，在地地表作蛇蛇行摆动动传播速度度：纵波>横波>面波5.5抗震设计计震级：表示地震震本身强强度大小小的等级级，是衡量震震源释放放能量大大小的一一种量度度M:震级A:标准地震震仪在距距震中100km处记录的的以微米为单位记记录的最大水平地动动位移（（单幅值值）里希特（（Richter)—里氏M<2:无感2<M<4:有感M>5：破破坏M>7：强强烈一般1<M<8.5，震级增增加一级级能量增增加30倍左右5.5抗震设计计上限?烈度：地面及建建筑物受受地震影影响的强强烈的程程度烈度大小小：12度（中国国）比震中烈烈度低一一度：近近震比震中烈烈度低2度及以上上：远震震震级震源深度度距震中距距离场地岩土土情况与等有关5.5抗震设计计5.5抗震设计计地震烈度度的定量量描述极其其复杂烈度地震现象1~2度人们一般没感觉，只有地震仪才能记录到3度室内少数人感觉到轻微震动4~5度人们有不同程度的感觉6度人行不稳，器血倾斜，房屋出现裂缝，少数受到坡坏7~8度人立不住，大部分房屋遭到破坏，高大烟囱可以断裂，有时有喷砂冒水现象9~10度房屋严重破坏，地表烈缝很多，湖泊水库中有大浪，部分铁轨弯曲、变形11~12度房屋普遍倒坍，地面变形严重，造成巨大的自然灾害地震烈度度表基本烈度度：一个地区区今后一一定时期期内，一一般场地地条件下下可能遭遭遇的最最大地震震烈度。。目前我国国基本上上取50年超越概概率为10％的烈度度值作为为基本烈烈度抗震设防防烈度：：一个地区区作为抗抗震设防防依据的的烈度设计烈度度：各类不同同建筑物物抗震设设计所采采用的烈烈度甲类构造造物：专专门设计计，采用用特殊抗抗震措施施。乙类构造造物：烈烈度提高高一度丙类构造造物：按按设防烈烈度丁类构造造物：降降低一度度（6度时不降降）一般6度以下可可不进行行地震作作用计算算5.5抗震设计计场地土类类型场地覆盖盖层厚度度建筑场地地类别：：ⅠⅡⅢⅢⅣⅣ场地土类类型中硬坚硬中软软弱根据土层层剪切波波速划分分5.5抗震设计计建筑场地地类别：：地震震害害：地震液化化地震滑坡坡和地裂裂软土震陷陷5.5抗震设计计5.5抗震设计计抗震承载载力：pE=sfs=1~1.5（软~硬），抗抗震承载载力提高高系数，，可查表表在动荷载作作用下，动动强度有所所高特殊荷载，，安全系数数可降低5.5.2地基抗震验验算5.5抗震设计地震作用（（地震力））计算：FE=GeqGeq－等效重重力荷载：：单层=Ge，多层=0.85Ge－相应于结结构物基本周期T的地震影响响系数5.5抗震设计地震影响系系数：T(s)3Tg

00.1max0.45max我国规范，，查图T－结构物物的基本周期Tg－场地的特征周期取决于场地类别（Ⅰ~Ⅳ）地震类型（近震，远远震）内因外因max－与地震烈烈度有关=0.04~0.32（6~9度）?5.5抗震设计基底压力计计算：GGEdFEbeN将地震作用用等效为惯惯性力,按静荷载分分析计算——拟静力法验算要求：0应力面积25%GE－结构的总重重力荷载G－基础与周围围土的混合重重FE、M－地震惯性力力和力矩M地震液化：5.5.3饱和砂土与粉粉土的振动液液化对于饱和松砂砂、细砂，在在振动荷载下下(剪切力)土有由松变密密的趋势。这这个过程中，，由于水来不不及排走，颗颗粒在一段时时间内处于悬悬浮状态。有有效应力变为为零，抗剪强强度丧失——液化液化条件：饱和；松散；；细砂或粉土土注意：粘土有粘聚力力c,不易液化密砂,不液化埋深15m以下，一般不不液化5.5抗震设计液化机理示意意5.5抗震设计地基液化可能能性判断方法法5.5抗震设计1规范法2抗液化剪应力力法（H.B.Seed）3动力反应分析析法4概率统计法（（谷本喜一））规范推荐的地地基液化可能能性判断方法法1初步判别2标准贯入试验验判别若初步判别为为不液化土，可不进行第二步判别别5.5抗震设计以下情况不不液化：第四纪晚更更新世(Q3)烈度为6度小于0.005mm（粘粒）的的百分率：：7度：不少于于10％8度：不少于于13％9度：不少于于16％非液化土层层du很厚,地下水位dw很深，即满满足下列条条件之一则则不液化：：du>d0+db-2dw>d0+db-3du+dw>1.5d0+2db-4.51初步判别地面以下15米内有饱和砂土土、粉土，要进进行初判5.5抗震设计2标准贯入试验判判别对于初步判别为为液化的土，进一步判判断ds－标惯点深度；dw－地下水深度；c－粘粒含量（去掉掉百分号），小小于3时取c＝3；N0－基准标惯击数，可查查表N63.5<NcrN63.5Ncr液化不液化5.5抗震设计地基土液化的等等级已判断为液化土土的地基，要进进一步判断地基基的液化等级。。轻微ILE=0~5中等ILE=5~15严重ILE>155.5抗震设计液化指数ILENi<Ncr才计入抗震设计基本原原则：5.5.4抗震设计要点加大埋深；增强强地基、上部结结构整体性抗震设计规范：：拟静力法1以预防为主“小震不坏，大震震不倒”2选择有利地形选择较好场地；；使建筑物基本周周期避开地层特特征周期（卓越越周期）3做好基础设计5.5抗震设计防止液化的工程程措施：全部消除液化沉沉降的措施采用桩基；深基础；加密法；挖除全部可液化化土层部分消除液化沉沉降的措施加密；挖除减小液化不均匀匀沉降危害的措措施减小埋深，离开开液化土层；箱基、筏基、十十字交叉基础；；增加上部结构刚刚度、近对称5.5抗震设计5.6基础结构设计刚性基础（无筋筋扩展基础）1:1.0––1:2