2浅基础设计的基本原理201203.ppt

第二章 浅基础设计的基本原理,黑龙江大学 建筑工程学院,主要内容,§2.1 概述 §2.2 浅基础类型 §2.3 基础的埋置深度 §2.4 地基承载力的确定及验算 §2.5 基础底面尺寸的确定 §2.6 地基的变形验算 §2.7 地基基础的稳定性验算 §2.8 减轻不均匀沉降危害的措施,§2.1 概 述,合理选择地基基础方案 地基基础方案有： 天然地基或人工地基上的浅基础； 深基础； 深浅结合的基础,浅基础设计要考虑的问题 基础所用的材料及基础的结构型式； 基础埋置深度； 地基土的承载力； 基础的形状和布置，以及与相邻基础、地下构筑物和地下管线的关系； 5、上部结构的类型、使用要求及其对不均匀沉降的敏感性； 6、施工期限、施工方法及所需的施工设备等； 7、在地震区，还应考虑地基和基础的抗震要求,按结构型式分： 扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础等。 按材料性能分： 无筋扩展基础、扩展基础、柱下钢筋砼条形基础,§2.2 浅基础的类型,一、无筋扩展基础 由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的无需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。,材料抗压好；抗拉强度很低 要求基础台阶宽高比（刚性角）符合一定条件,二、钢筋混凝土扩展基础（扩展基础） 墙下钢筋砼条形基础和柱下钢筋砼独立基础 抗弯、抗剪性能好，要满足抗弯、抗剪和抗冲切 等结构要求,三、柱下条形基础 调节不均匀沉降,优点：材料省、造价低 缺点： 施工复杂、技术高、工期长,柱下交叉条形基础,四、筏形基础,平板式板厚不小于400mm，一般为0.52.5m,五、箱形基础整体空间结构,优点： 抗弯刚度大， 补偿效应 缺点： 钢筋水泥用量大，工期长，造价高，施工复杂,六、壳体基础,优点：材料省、造价低 缺点： 施工复杂、技术高、工期长,基础埋置深度是指基础底面至天然地面的距离,§2.3 基础的埋置深度,基础埋深确定的基本原则 在满足承载力的条件下尽量浅埋;省工省时省料， 但是有如下基本要求： 埋深不宜小于0.5m, 基础顶面宜低于室外设计地面0.1m 桥墩基础要求在冲刷深度以下,一、建筑物的用途类型及荷载大小的性质 1.首先考虑建筑物的使用功能，如必须设地下室、地下设施、属于半埋式结构物等 2.高层建筑，为了满足稳定性要求，基础埋置深度应加大： 筏形和箱型基础，不小于建筑物高度的1/15 桩筏和桩箱基础，不小于建筑物高1/181/20 3.对岩石地基上高层，满足抗滑要求 4.受上拔力的基础，满足抗拔要求 5.高耸结构，满足抗倾覆稳定性要求,二、工程地质和水文地质 （一）水文地质条件 1. 基础应尽量埋置在良好的持力层上。 2. 当上层土的承载力低，而下层土的承载力高时， 应将基础埋置在下层较好的土层中。 3. 当地基受力范围内存在软弱下卧层时，软弱下卧 层的承载力和地基变形也应满足要求。,常见四种情况，确定基础埋深： 自上而下都是良好土层 自上而下都是软弱土层 上部为软弱土层，而下部为良好土层 取决于上部软弱土层的厚度 上部为良好土层，而下部为软弱土层 基础尽量浅埋,（二）水文地质条件 基础应尽量埋置在地下水位以上,三、相邻建筑物基础埋深的影响,四、地基土冻胀和融陷的影响 冻胀：土冻结后体积增大的现象 融陷：冻土融化后产生的沉陷,冻胀率,冻胀等级：不冻胀、弱冻胀、冻胀、 强冻胀和特强冻胀,最小埋深,五、补偿基础概念 在软弱地基上建造采用浅基础的高层建筑时，常会遇到地基承载力或沉降不满足要求的情况，常采用补偿性基础设计。,此时p0=0，建筑物的重力等于基坑挖去的总土重，即全补偿性基础； 若N/A大于0d，则称部分补偿性基础。,建筑物的沉降与建筑物基底附加压力成正比,§2.4 地基承载力的确定及验算,地基承载力概念 地基承载力指地基承受荷载的能力 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。 fa取决于两个条件： 要有一定的安全储备，即fa=pu/K 地基变形不应大于相应的允许值Sa,一、地基基础设计等级 1. 地基基础设计等级,2. 地基基础设计应符合下列规定：,二、岩土工程勘察的要求,岩土工程勘察报告应提供的资料； 地基评价； 施工验槽。,三、荷载效应组合的规定,1.作用在基础上的荷载 (1)永久荷载：上部结构+基础自重、固定设备土压力、 稳定水压力 可变荷载：普通荷载：活荷载、风荷载、雪、吊车 特殊荷载：地震、船只或漂流物的撞击力 (2)荷载效应的代表值 标准值 准永久值=标准值*q 组合值=标准值*c (3)荷载设计值：代表值*分项系数,2. 荷载效应组合 (1)荷载效应标准组合（正常使用极限状态）,荷载效应的准永久组合,(2)荷载效应的基本组合（承载力极限状态）,四、地基基础设计的技术要求,1. 地基土抵抗剪切破坏和防止丧失稳定，应具有足够的安全度 2. 基础沉降量应小于地基的允许变形值 3. 基础结构应具有足够的强度、刚度和耐久性。,五、地基基础设计的三种表达式,1. 容许承载力法 2. 安全系数法 3. 分项系数法,六、地基承载力的确定,1. 理论公式法,2、载荷试验法 载荷试验包括浅层平板载荷试验、深层平板试验及螺旋板载荷试验 密实砂土、硬塑粘土等低压缩性土p-s曲线为陡降型 取p1（比例界限荷载）且p1pu/2 松砂、填土、可塑粘土等中、高压缩性土p-s曲线为缓变型 取沉降s=(0.010.015)b所对应的荷载,3、地基承载力的修正,计算公式为：,七、地基承载力验算,1.轴心荷载作用时,（一）持力层承载力验算,2.偏心荷载作用时,以条形面积为例,eb/6: 梯形,eb/6: 三角形,偏心荷载时：,a=b/2-e,（二）软弱下卧层承载力验算,注意：,下卧层承载力 faz 只做深度修正,扩散角可查表2-14 基础埋深加大附加应力近似为零（补偿性）,式中：pz 软弱下卧层顶面处的附加应力值(kPa)；,pcz软弱下卧层顶面处土的自重应力标准值，pcz=(d+z)，为软弱下卧层以上各土层的加权平均重度(kN/m3)，d为基础埋深(m)，z为基础底面至软弱下卧层顶面处的距离(m)；,faz 软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值。,式中：l、b 分别为矩形基础底面的长度和宽度；,pk 基底的平均压力值；,pc 基底处土的自重应力标准值，pc=od，o为 基底以上土的加权平均重度，d 基础的埋深,z 基底至软弱下卧层顶面的距离；, 基底压力扩散角，可按表2-14采用。,“压力扩散角”概念：根据扩散前、后各面积上的总压力不变条件，得：,矩形：,条基：,关于 的简化计算：,条件：,垫层验算,垫层底面处的附加压力值；,软弱下卧层顶面处深度修正后的地基承载力特征值；,矩形或条形基础底边宽度；,垫层底面处的自重应力；,基础底面处的自重应力；,基础底面至软弱下卧层顶面的垂直距离；,地基压力扩散线与垂直线的夹角扩散角；,相应于荷载效应标准组合时，基础底面处 的平均压力值,条形基础,1. 垫层厚度的确定,矩形基础,2. 垫层宽度的确定,应满足基础底面压力扩散的要求，同时还应考虑到垫层应有足 够的宽度及垫层侧面土的强度条件，以防止垫层材料向侧边挤 出而增加垫层的竖向变形量,3. 垫层承载力的确定 取决于垫层材料性质、施工机具能量大小、施工质量的优劣 通过现场载荷试验确定,4. 地基变形计算,地基变形计算 s=s1+s2,（1）垫层自身的变形量,（2）下卧土层的变形量,补充习题：,某砖混结构承重墙下条形基础，宽1.2m，埋深1m，上部结构作用于基础顶面荷载为120kN/m，地基土表层为粉质粘土，厚度1m，重度117.5kN/m3；第二层为淤泥质粘土，厚度15m，重度217.8 kN/m3；第三层为密实砂砾石。地下水距地表层为1m。地基承载力特征值fak=45kPa。砂垫层厚度为1.7m，扩散角=30o，地基深度修正系数d=1.0。验算砂垫层厚度是否满足要求。（16分）,取1m长度计算,地基承载力修正,基底附加应力：,下卧层顶面附加应力,下卧层顶自重应力,故砂垫层厚度满足要求。,（3分）,（3分）,（4分）,（3分）,（3分）,Fk 作用在顶面的荷载标准值，kN,Gk基础及台阶上填土总重，kN,A 基底面积，m2,G 平均重度，一般取 20 kN/m3,d 基础平均埋深，m,fa=fak+dm(d-0.5),暂不做宽度修正，认为b3m,一、轴心荷载作用下,2.5 基础底面尺寸的确定,单独基础,条形基础,1.按轴心荷载作用计算A 2.将计算得到 A 或 b 扩大至 10%-30% 3.验算地基承载力，若不满足继续放大,二、偏心荷载作用下,不同类型建筑物根据结构类型、使用要求、荷载性质等需满足不同的地基变形要求,沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜等,2.6 地基变形验算,一、地基变形验算 建筑地基基础设计规范规定了 关于哪些建筑是否进行变形验算的相关规定。,二、地基特征变形量 分为：沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。 1. 沉降量指基础中心点的沉降值(a)； 2. 沉降差一般指相邻两单独柱基中点的沉降量 之差(b)； 3. 倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距 离的比值(c)； 4. 局部倾斜指砌体承重结构沿纵向610m基础两 点的沉降差与其距离的比值(d)；,地基特征变形（沉降计算）,表2-11 建筑物的地基变形允许值,注：有括号者仅使用于中压缩性土； l为相邻柱基中心距离/mm，Hg为自室外地面起算的建筑物高度/m。,三、地基沉降量计算方法,1、弹性理论公式法（土力学）,基于布辛尼斯克课题的位移解：,地基均匀较方便，结果偏大。 w沉降影响系数； E0 变形模量,2、分层总和法,基本假定： （1）地基只有竖向压缩变形，无侧向变形； （2）用基础中点地基的附加应力计算变形。,（3）确定计算深度与分层厚度（0.4b或者 12m均）合适。,3、规范推荐法,基本假定：各向同性均质直线体理论计算地基附加应力，对于同一层采用单一指标，精度高。,确定计算深度,课本P37,令,4、考虑地基回弹的沉降计算,pc基坑底面以上的自重应力，地下水位以下取浮重度。,回弹变形量,如：基坑开挖等,四、沉降观测 1. 测点的布置 （1）建筑物四周的角点 （2）转角处 （3）中点 （4）沉降缝附近 （5）新旧建筑物连接处 （6）地基条件明显变化处 2. 观测时间 （1）施工时：民用建筑，每增加一层观测一次 工业建筑，按荷载施加阶段来进行观测 （2）施工后持续观测，半年后沉降量小于2mm，停止观测,2.7 地基基础的稳定性验算,经常承受水平荷载作用的高层和高耸结构,位于斜坡上的建筑物,地基中存在倾斜或软弱地层,验算稳定性的工程条件,一 、稳定性验算,圆弧滑动面法滑动稳定安全系数K,二、斜坡上的基础无须验算稳定性的条件,要求：,条形基础：a3.5bd/tan,矩形基础：a2.5bd/tan,条件： 坡高h8m， 坡角45o、 a2.5m, b3m,(1),(2),采用桩基础或其他深基础，减少地基总沉降量 对地基进行处理，提高地基承载力和压缩模量 在建筑、结构和施工中采取措施,2.8 减轻建筑不均匀沉降危害的措施,一、建筑措施,1、建筑物体型力求简单 建筑物体型是指其平面形状与立面轮廓。,2、增强结构的整体刚度 （1）控制建筑物基础长高比,2、增强结构的整体刚度 （2）合理布置纵横墙,复杂建筑物平面的转折部位； 长高比过大的建筑物的适当部位； 建筑物的高度(或荷载)差异处； 地基土的压缩性或土层构造有明显差异处； 建筑结构类型(包括基础)截然不同处； 分期建造房屋的交接处。,3、设置沉降缝,4、相邻建筑物基础间应有合适的净距 5、调整某些设计标高,1、设置圈梁增强建筑物的整体刚度 2、选用合适的结构形式 3、减轻建筑物自重 减少墙体重量空心砌块、多孔砌块砖； 轻型空间结构、预应力钢筋混凝土结构； 轻刚结构等、轻质复合保温板等； 减少基础及回填土重量 4、减小或调整基底附加压力地下室、基底尺寸 5、加强基础刚度,二、结构措施,1、遵循先重（高）、后轻（低）的施工程序 2、建筑物施工前使地基预先沉降 3、注意沉桩、降水等对邻近建筑物的影响 4、基坑开挖坑底土的保护,三、施工措施,