土力学第七章课件

1、第七章 天然地基上的浅基础,基础的埋置深度 基础底面埋在室外地面下的垂直深度，称为基础的埋置深度。为了保证基础安全，同时减少基础的尺寸，要尽量把基础放在良好的上层上。但是基础埋置过深不但施工不方便，并且提高基础的造价。 合理的埋置深度选择原则：在保证安全可靠的前提下，尽量浅埋。但不应浅于0.5m，因为表土一般都松软，易受雨水及外界影响，不宜作为基础的持力层。另外，基础顶面应低于设计地面100mm以上避免基础外露，遭受外界的破坏。 影响基础埋置深度的因素很多，其中最主要的有以下几方面： 一、建筑物的用途、结构类型和荷载性质与大小 基础的埋置深度首先决定于建筑物的用途、如有无地下室、设备基础和地下

2、设施，基础的型式和构造条件。对于由砖石材料砌筑的刚性基础，因要满足刚性角的构造要求，基础埋深就由基础构造高度决定。因地基条件或使用上的要求，基础埋置深度有不同时，应将基础做成台阶形，由浅到深逐步过渡,台阶高宽比例为1:2。,二、相邻建筑物基础的影响 如果与邻近建筑物的距离很近时，为保证相邻原有建筑物的安全和正常使用。基础理设深度宜浅于或等于相邻建筑物的埋置深度。如果基础深于原有建筑物基础时，要使二基础之间保持一定距离，其净距L一般为相邻两基础底面高差H的12倍。以免开挖基坑时，坑壁塌落，影响原有建筑物地基的稳定。如不能满足这一要求时，应采取施工措施，如分段施工、设临时加固支撑或板桩支撑等。,对

3、荷载较大的高层建筑和对不均匀沉降要求严格的建筑物设计中，为减少沉降，取得较大的承载力，需把基础埋置在较深的良好土层上。此外，承受水平荷载较大的基础，应有足够大的埋置深度，以保证地基的稳定性。,三、工程地质和水文地质条件 直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层称为下卧层。为了保证 建筑物的安全必须根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层。上层土的承载力大于下层土时，尽可能取上层土作为持力层，以减少基础的埋深。 当上层土的承载力低于下层土时，如果取下层土为持力层，所需的基础底面积较小、但基础埋深较大，若取上层土为持力层，则情况适相反。哪一种方案较好，要从施工难易、材料用量等方面作方案比较后才

4、能肯定。当基础存在软弱下卧层时，基础宜尽量浅埋，以便加大基底至软弱层的距离。,基础应尽量埋置在地下水位以上， 避免施工时要进行基槽排水。如果地基中有承压水存在，则要校核开挖基槽后，承压水层以上的基底隔水层是否会因承压力水的浮托作用而发生流土破坏的危险。要考虑地下水对基础材料的腐蚀作用。,四、地基冻胀和融陷条件 地下一定范围内，土层的温度随气候而变化，在寒冷地区，冬季地表附近土层中，水因温度降低而冻结。土冻结后，含水量增加，体积膨胀，地面隆起这种现象称为土的冻胀现象。春季气温回升土层解冻，冻土层体积缩小，而含水量显著增加，土的强度大幅度下降而产生融陷现象。冻胀和融陷都是不均匀的。如果基底下面有冻

5、土层，就将产生难以预估的冻胀和融陷变形，影响建筑物的正常使用，甚至导致建筑物破坏。 对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深dmin应由下式确定 式中 zo(标准冻结深度)；t(采暖对冻深的影响系数)和dfr(残留冻土层厚度)。 建筑地基基础设计规范规定对于冻胀地基上的建筑物应采取防冻害措施。,基础底面尺寸的确定,一、轴心受压基础 二、偏心受压基础 (1) (2) (3) (4) (5) 三、地基软弱下卧层承载力验算,3. 软弱下卧层承载力验算 持力层以下存在承载力明显低于持力层的土层，称为软弱下卧层。如果软弱下卧层埋藏不够深，扩散到下卧层的应力大于下卧层的承载力时，地基仍然有失效的可能，因此需

6、要进行软弱下卧层的承载力验算。 当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应按下式验算： pzpczfaz 式中 pz软弱下卧层顶面处的附加压力设计值； pcz软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值； faz 软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力设计。 当持力层与下卧软弱土层的压缩模量比值大于或等于3时，对条形基础和矩形基础， pz值可按简化公式计算。,pzpczfaz,z/b、Es1/Es2 ,天然地基上浅基础的设计， 包括下述各项内容： 1.选择基础的材料、类型和平面布置； 2.选择基础的埋置深度； 3.确定地基承载力； 4.确定基础尺寸； 5.进行地基变形与稳定性验算； 6.进行基础结构设计； 7

7、.绘制基础施工图，提出施工说明。,上述浅基础设计的各项 内容是相互关联的，设计时 可按上述顺序，首先选择基础材料、类型和埋深，然后逐项进行计算，如果发现前面的选择不妥，则需修改设计，直至各项计算均符合要求，各数据前后一致为止。,必须强调的是：地基基础 问题的解决，不宜单纯着眼于 地基基础本身，按常规设计时，更应把地基、基础与上部结构视为一个统一的整体，从三者相互作用的概念出发考虑地基基础方案。,四、基础的结构设计,无筋扩展基础和扩展基础 1.无筋扩展基础,由砖、毛石、灰土、混凝土等材料按台阶逐级向下扩展(大放脚)形成的无筋扩展基础，也称为刚性基础。 其优点是施工技术简单，材料可就地取材。造价低

8、廉，在地基条件许可的情况下，是多层民用建筑和轻型厂房适用的浅基础类型。 刚性基础所用材料的抗压强度较高，抗拉、抗剪强度低，稍有挠曲变形，基础内拉应力就会超过材料的抗拉强度而产生裂缝。,无筋扩展基础 工作条件：像个倒置的两边外伸的悬臂梁。这种结构受力后，由于材料的抗拉、抗剪强度低，在靠柱边、墙边或断面高度突然变化的台阶边缘处容易产生弯曲破坏。为了防止弯曲破坏。对于用砖、砌石、素混凝土和灰土等抗拉抗剪性能很差的材料所做成的基础，要求基础有定的高度，使弯曲所产生的拉应力不会超过材料的抗拉强度。 控制方法：使基础的外伸长度bt和基础高度h的比值不超过规定的容许比值。,刚性角：容许的bt/h值相应的角度

9、。 满足刚性角要求的基础，各台阶的内缘应落在墙边或柱边铅垂线成 角的斜线上。,无筋扩展基础的材料虽具有较好的抗压性能，但其抗拉、抗剪强度却不高。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的材料强度值。这种保证通常是通过对基础构造的限制来实现的，即基础每个台阶的宽度与其高度之比（宽高比）都不得超过规范规定的台阶宽高比的允许值。,无筋扩展基础的主要缺点是自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基承载力而影响结构物的正常使用。 所以对于荷载大或上部结构对差异沉降较敏感的结构物，当持力层土质较差又较厚时，无筋

10、扩展基础作为浅基础是不适宜的。,为保证基础不发生弯曲破坏或剪切破坏，通常都是限制台阶的宽高比以满足一定的刚度和强度要求，即满足如下要求：,式中: 无筋扩展基础的刚性角，而tan即为台阶宽高比的允许值。,基础高H0应符合下式要求：,应用范围 刚性基础用于6层和6层以下的一般民用建筑和承重墙的轻型厂房，超过此范围时，必须验算基础强度，三合土的基础不宜用于4层以上的建筑。,采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱其柱脚高度h1 不得小于b1并不应小于300mm 且不小于20d(d 为柱中的纵向受力钢筋的最大直径)当柱纵向钢筋在柱脚内的竖向锚固长度不满足锚固要求时可沿水平方向弯折弯折后的水平锚固长度不应小于10

11、d 也不应大于20d。,2.扩展基础 扩展基础系指柱下钢筋 混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。 扩展基础主要是用钢筋混凝土浇筑，其抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用，这类基础的高度不受台阶宽高比的限制，故适宜于需要“宽基浅埋”的场合下采用。,扩展基础的构造要求,锥形基础的边缘高度不宜小于200mm；阶梯形基础的每阶高度宜为300mm。 垫层的厚度不宜小于70mm； 垫层混凝土强度等级应为C10。 扩展基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10mm ；间距不宜大于200mm。也不宜小于100mm。墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不小

12、于8mm 间距不大于300mm ；每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的1/10。当有垫层时钢筋保护层的厚度不小于40mm； 无垫层时不小于70mm。 混凝土强度等级不应低于C20。,当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于2.5m 时，底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.9 倍并宜交错布置。,钢筋混凝土条形基础底板在T 形及十字形交接处，底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置，另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度1/4 处。在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置。,常见的几种基础形式 （1）现浇柱基础（柱为轴心受压或小偏心受压，基础高

13、度1200mm；柱为大偏心受压，基础高度1400mm） （2）预制柱杯形基础（柱插入杯口深度按课本表7-7选用；基础的杯底和杯壁厚度按课本表7-8选用；当柱为轴心受压或小偏心受压且0.5t/h20.65时杯壁按课本表7-9配筋、当柱为轴心受压或小偏心受压且t/h20.65 时或大偏心受压且t/h20.75 时杯壁可不配筋，其他情况按计算配筋）,（3）高杯口基础（一般用于上层土较软或有空穴、井等不宜做持力层以及必须将基础埋深的情况。其插入深度应符合杯形基础的要求，杯壁厚度应符合课本表7-10的规定和有关要求，杯壁短柱配筋可按课本图7-30的构造要求设置。）,墙下钢筋混凝土条形基础,墙下钢筋混凝土

14、条形基础的构造 （1）当基础高度h250mm时，界面采用锥形，其边缘高度不宜小于200mm。当基础高度250mm时，宜采用平板式。当地基较软弱时，为增加基础的抗弯刚度，减少基础的不均匀沉降的影响，基础剖面可采用带肋式条形基础。 （2）墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不小于8mm；间距不大于300mm；每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的1/10。当基础有垫层时，钢筋保护层不小于40mm；无垫层时不小于70mm。 （3）墙下钢筋混凝土条形基础的宽度2.5m时，底板受力钢筋的长度可取宽度的0.9倍，并且交错布置。 （4）墙下条形基础的钢筋一般采用HPB235级钢筋，受力钢筋为68 2

15、50或300。,墙下钢筋混凝土条形基础的设计 （1）轴心荷载作用。底板在荷载作用下受弯如同倒置的悬臂板。在地基净反力作用下，最大内力发生在悬臂板的根部，通常沿条形基础长度方向取单位长度计算基础内力，进行配筋。地基净反力 ： （7-16） 式中 F相应于荷载效应基本组合时作用在基础顶面上的荷载，KN/m； b基础宽度，m。,如右图所示，基础任意界面-处的弯矩和剪 力为 （7-17） （7-18） 其最大弯矩界面位置：当墙体材料为混凝土 时，取 ；当材料为砖墙且大放脚不超 过1/4砖长时取 砖长 。 条形基础的底板厚度确定方法： 1）根据剪力V值，按受剪承载力条件，求得条形基础的界面有效高度h0

16、（7-19） 式中 b 为条形基础的宽度，m； 混凝土轴心抗拉强度设计值， ； 受剪承载力截面高度影响系数， 当h0800mm 时，取800mm；当h0 2000mm时，取2000mm。,基础底板厚度，可以按下式确定，并且应符合以50mm为模数的模数制。一般情况下条形基础的受剪承载力都满足要求 （7-20） （7-21） （2） 偏心荷载作用下。基底净反力一般呈梯形分布。如右图所示。 条形基础的底板厚度确定方法： 计算基底偏心距： （7-22） 基底边缘处的最大和最小净反力 （7-23） 悬臂支座处-界面处的基底净反力为 （7-24）,-界面处的弯矩和剪力分别为 （7-25） （3）基础底面配

17、筋。按国建标准混凝土结构设计规范有关规定计算。基础底板内受力钢筋面积可按下式计算： （7-26） 条形基础每米长基础底受力钢筋截面面积， ； 钢筋抗拉强度设计值， 。,柱下钢筋混凝土独立基础,1基础底板厚度的确定 基础在柱荷载作用下，如果沿柱周边的基础高度不够，就会发生冲切破坏，即沿柱边45方向斜面拉裂。为保证基础不发生冲切破坏，必须使冲切面外的地基净反力产生的冲切荷载应小于或等于冲切面上混凝土的抗冲切强度，即,Fl相应于荷载效应基本组合时作用在Al上地基土的净反力设计值； bhp 受冲切承载力截面高度影响系数，当h800mm时，bhp1.0；h2000mm时，bhp0.9，其间按线性内插法取

18、用； ft 混凝土轴心抗拉设计强度； am冲切破坏锥体最不利一侧计算长度，am(atab)2； at 冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，当计算柱与基础交接处的受冲切承载力 时，取柱宽；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽； ab 冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内时，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽加两倍基础有效高度；计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽加两倍该处的基础有效高度；当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外时，即a+h0l时，abl； h0 冲切破坏锥体的有效高度，有垫层时，h0h45mm，无垫层

19、时，h0h75mm； pj 扣除基础白重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的基底净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力； Al冲切验算时取用的部分基底面积。,2基础底板的配筋 基础底板在荷载效应基本组合时的净反力作用下，如同固定于台阶根部或柱边的倒置悬臂板，一般属于双向受弯构件，弯矩控制截面在柱边缘处或变台阶处。,中心受压基础 将基底分成四块梯形面积，截面-的弯矩：,偏心受压基础 对偏心受压基础，基底压力呈梯形分布。将(pjmax+pjI)/2代换中心受压基础公式中的pj：,配筋计算 基础底板两个方向上的钢筋面积可近似按下式计算：,其中，d 为b方向上的钢筋直径。,第5节 防止不均匀沉降损害的措施,地基的过量变形将使建筑物损坏或影响其使用功能。特别是高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基上的建筑物，如果考虑欠周，就更易因不均匀沉降而开裂损坏。如何防止或减轻不均匀沉降造成的损害，是设计中必须认真考虑的问题。,7.5.1 不均匀沉降产生的原