地基基础设计原则.ppt

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1、 土力学与基础工程土力学与基础工程Soil Mechanics and Foundation Engineering第九章第九章 地基基础的设计原则地基基础的设计原则建筑物的安全建筑物的安全和正常使用和正常使用地基基础设计地基基础设计等级等级建筑场地和建筑场地和地基岩土条地基岩土条件件地基基础地基基础方案方案地基基础地基基础设计内容与设计内容与步骤步骤施工条件施工条件地基基础设地基基础设 计规定计规定荷载组合荷载组合规定规定地基基础地基基础类型类型9.1 地基基础设计的基本规定地基基础设计的基本规定根据地基的复杂程度、建筑物规模和功能特征，以及由于地基问题根据地基的复杂程度、建筑物规模和功能特

2、征，以及由于地基问题可能造成建筑物的破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计分可能造成建筑物的破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计分为三个等级：为三个等级：设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑30层以上的高层建筑体型复杂、层数相差超过10层的高低连成一体的建筑物大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等）对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）对原有工程影响较大的新建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以

3、下民用建筑及一般工业建筑次要的轻型建筑物（一）地基基础设计等级（一）地基基础设计等级（二）地基基础设计规定（二）地基基础设计规定（1 1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；（2 2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计。）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计。（3 3）表）表1-81-8所列范围涉及等级为丙级的建筑可不作变形验算，但如有下所列范围涉及等级为丙级的建筑可不作变形验算，但如有下列情况时，仍应作变形验算：列情况时，仍应作变形验算：根据建筑地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结根据建筑

4、地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定：1 1）地基承载力特政值小于）地基承载力特政值小于130kPa,130kPa,且形体复杂的建筑；且形体复杂的建筑；2 2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基过大的不均匀沉降时；）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基过大的不均匀沉降时；3 3）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；4 4）相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；）相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；5 5）地基内有厚度较大或

5、薄厚不均的填土，其自重固结未完成时。）地基内有厚度较大或薄厚不均的填土，其自重固结未完成时。（4 4）对经常承受水平荷载作用的高层建筑物、高耸结构和挡土墙等，）对经常承受水平荷载作用的高层建筑物、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性。以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性。（5 5）基坑工程应进行稳定性验算；）基坑工程应进行稳定性验算；（6 6）当地下水埋藏比较浅，存在地下水上浮问题时，尚应进行抗浮）当地下水埋藏比较浅，存在地下水上浮问题时，尚应进行抗浮验算。验算。（三）荷载效应组合规定（三）荷载效应组合规定1 1、按地基承载力

6、确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，、按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标传至基础或承台底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。2 2、计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状、计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态荷载效应的标准永久组合，不应计入风荷载的地震作用。相应的限值态荷载效应的标准永久组合，不应计入风荷载的地震作用。相应的限值

7、应为地基变形允许值。应为地基变形允许值。3 3、计算挡土墙压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承、计算挡土墙压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其荷载分项系数均为载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其荷载分项系数均为1.01.0。4 4、在确定基础或桩承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内、在确定基础或桩承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用

8、相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的荷载分项系数。的荷载分项系数。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。5 5、基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关、基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数规范的规定采用，但结构重要性系数0 0不应小于不应小于1.01.0。地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应符合地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应符合建筑地基基础设计规范

9、建筑地基基础设计规范（GB50007-2002GB50007-2002）规定：）规定：（四）荷载效应组合计算（四）荷载效应组合计算1 1、正常使用状态下，荷载效应的标准组合、正常使用状态下，荷载效应的标准组合S Sk k应用下式表示：应用下式表示：荷载效应的准永久组合值应用下式表示：荷载效应的准永久组合值应用下式表示：2 2、承载能力极限状态下，由可变荷载效应控制的基本组合设计值、承载能力极限状态下，由可变荷载效应控制的基本组合设计值S S应用式应用式7-37-3表达表达对由永久荷载效应控制的基本组合，也可采用简化规则，荷载效应对由永久荷载效应控制的基本组合，也可采用简化规则，荷载效应组合的设

10、计值组合的设计值S S按下式确定：按下式确定：3 3、两种极限状态与承载力计算、两种极限状态与承载力计算（1 1）承载力极限状态。保证地基具有足够的强度和稳定性。）承载力极限状态。保证地基具有足够的强度和稳定性。当轴心荷载作用时，应符合下式要求：当轴心荷载作用时，应符合下式要求：当偏心荷载作用时，除符合（当偏心荷载作用时，除符合（7-57-5）要求外，尚应符合下式要求：）要求外，尚应符合下式要求：（2 2）正常使用极限状态。保证地基的变形值控制在建筑物所允许的）正常使用极限状态。保证地基的变形值控制在建筑物所允许的范围内。所谓建筑物允许的变形值是指地基在荷载及其他因素影响范围内。所谓建筑物允许

11、的变形值是指地基在荷载及其他因素影响下，基础所产生的均匀沉降或不均匀沉降不致于影响建筑物的安全下，基础所产生的均匀沉降或不均匀沉降不致于影响建筑物的安全和正常使用；不能妨碍其设计功能的发挥。和正常使用；不能妨碍其设计功能的发挥。地基的变形值应符合下式要求：地基的变形值应符合下式要求：地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、建地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、建筑布置和上部结构类型，充分考筑布置和上部结构类型，充分考 虑建筑场地和地基岩土条虑建筑场地和地基岩土条件，结合施工条件以及工期、造价等各方面要求，合理选件，结合施工条件以及工期、造价等各方面要求，合理选择地基基础方案，因地制

12、宜、精心设计，以保证建筑物的择地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证建筑物的安全和正常使用。安全和正常使用。地基基础的设计和计算应该满足下列三项基本原则：地基基础的设计和计算应该满足下列三项基本原则：1 1对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度，有足够的安全度，2 2应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地墓变形应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地墓变形允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观，响建筑物的使用功能和外观，3 3基础的型式、构造和尺

13、寸，除应能适应上部结构、基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要，满足地基承载力符合使用需要，满足地基承载力 (稳定性稳定性)和变形要求外，和变形要求外，还应满足对基础结构的强度，刚度和耐久性的要求。还应满足对基础结构的强度，刚度和耐久性的要求。9.2 9.2 基础的类型基础的类型浅基础类型浅基础类型条形基础条形基础箱形基础箱形基础独立基础独立基础筏板基础筏板基础十字交叉梁基十字交叉梁基础础壳体基础壳体基础按构造类型按构造类型适用于多层民用建筑和轻型厂房适用于多层民用建筑和轻型厂房(一一)无筋扩展基础无筋扩展基础(刚性基础）刚性基础）1 1）砌筑材料：砌筑材料：砖、毛石、混凝土

14、或毛石混凝土、灰土和三和土砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三和土砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三和土砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三和土2 2）受力特点：）受力特点：抗压性能好，抗拉、抗剪能力差抗压性能好，抗拉、抗剪能力差抗压性能好，抗拉、抗剪能力差抗压性能好，抗拉、抗剪能力差3 3）结构特点：）结构特点：优点：稳定性好，施工方便，能承受较大荷载优点：稳定性好，施工方便，能承受较大荷载优点：稳定性好，施工方便，能承受较大荷载优点：稳定性好，施工方便，能承受较大荷载 缺点：自重大，当持力层应力小且厚缺点：自重大，当持力层应力小且厚缺点：自重大，当持力层应力小且厚缺点：自重大，当持

15、力层应力小且厚4 4）构造：）构造：满足台阶宽高比允许值（满足台阶宽高比允许值（满足台阶宽高比允许值（满足台阶宽高比允许值（刚性角）刚性角）刚性角）刚性角）的要求的要求的要求的要求地基反力地基反力刚性基础受力破坏简图刚性基础受力破坏简图用途：多用于低层建筑的墙下基础；用途：多用于低层建筑的墙下基础；在寒冷而又潮湿的地区采用不理想。在寒冷而又潮湿的地区采用不理想。优点：可就地取材，建筑方便；优点：可就地取材，建筑方便；缺点：强度低且抗冻性差。缺点：强度低且抗冻性差。要求：砖强度要求：砖强度MU10，砂浆强度，砂浆强度M5；大放脚：砖基础剖面一般砌成阶梯形，大放脚：砖基础剖面一般砌成阶梯形，通常称

16、为大放脚。通常称为大放脚。1 1）砖基础）砖基础2 2）毛石基础）毛石基础要求：强度等级要求：强度等级MU20的毛石，砂浆强的毛石，砂浆强 度度 M5砌筑而成。砌筑而成。优点：抗冻性比较好，在寒冷地区可用于优点：抗冻性比较好，在寒冷地区可用于 6层以上的建筑；层以上的建筑；3 3）混凝土毛石混凝土基础）混凝土毛石混凝土基础混凝土基础：强度、耐久性和抗冻性均混凝土基础：强度、耐久性和抗冻性均 比较好，其混凝土强度等级一般比较好，其混凝土强度等级一般 采用采用C15C15，常用于较大的墙柱基础，常用于较大的墙柱基础 毛石混凝土基础：为了节约混凝土用量，毛石混凝土基础：为了节约混凝土用量，可在混凝土

17、内掺入可在混凝土内掺入15%15%25%25%（体积比）的毛石。（体积比）的毛石。4 4）灰土基础）灰土基础特点：灰土基础造价低可节省材料，特点：灰土基础造价低可节省材料，多用于多用于5 5层以下的民用建筑。层以下的民用建筑。灰土：是用熟化石灰和粉土或黏性土灰土：是用熟化石灰和粉土或黏性土 拌合而成。拌合而成。(二二)扩展基础扩展基础(柔性基础）柔性基础）定定 义：当上部结构荷载较大而地基土较软弱时义：当上部结构荷载较大而地基土较软弱时受力性能：抗弯和抗剪性能良好受力性能：抗弯和抗剪性能良好 ，耐久性和抗冻性都较理想，耐久性和抗冻性都较理想 墙下钢筋混凝土条形基础墙下钢筋混凝土条形基础(a)无

18、肋式无肋式 (b)有肋式有肋式(a)(b)1 1）墙下钢筋混凝土条形基础）墙下钢筋混凝土条形基础2 2）柱下独立基础）柱下独立基础柱下独立基础柱下独立基础(a)(a)阶梯形基础；阶梯形基础；(b)(b)锥形基础；锥形基础；(c)(c)杯形基础杯形基础定定 义：独立基础是柱下基础的的基本形式义：独立基础是柱下基础的的基本形式受力性能：抗弯和抗剪性能良好受力性能：抗弯和抗剪性能良好 ，耐久性和抗冻性都较理想，耐久性和抗冻性都较理想(a)(b)(c)（三）柱下钢筋混凝土条形基础（三）柱下钢筋混凝土条形基础柱子基础顶下部受力钢筋翼板上部受力钢筋梁肋腰筋50ldldld应用条件：应用条件：当柱承受荷载较

19、大而当柱承受荷载较大而地基土软弱，采用地基土软弱，采用柱柱下独立基础，基础底下独立基础，基础底面积大的几乎相连接。面积大的几乎相连接。在框架结构中采用。在框架结构中采用。联合基础联合基础 当为了满足地基土的强度要求，必须扩大基础平面尺寸，与相邻的单个当为了满足地基土的强度要求，必须扩大基础平面尺寸，与相邻的单个基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。（四）柱下十字交叉基础（四）柱下十字交叉基础应用条件：应用条件：对于荷载较大的高层建筑，如果地基软弱土且在两个方向分布不均，需对于荷载较大的高层建筑，如果地基软弱土且在

20、两个方向分布不均，需要基础纵横两向都有一定的抗弯刚度来调整基础的不均匀沉降。要基础纵横两向都有一定的抗弯刚度来调整基础的不均匀沉降。（五）筏形基础（五）筏形基础 平板式平板式 梁板式梁板式 应用条件：应用条件：对于地基很软弱，荷载很大，采用十字交叉基础仍不能满足要求；或相对于地基很软弱，荷载很大，采用十字交叉基础仍不能满足要求；或相邻基础距离很小，或设置地下室时，可把基础底板做成一个整体的等厚邻基础距离很小，或设置地下室时，可把基础底板做成一个整体的等厚度的钢筋混凝土板，形成无梁式筏形基础。度的钢筋混凝土板，形成无梁式筏形基础。（六）箱型基础（六）箱型基础外墙外墙内墙内墙底板底板顶板顶板柱柱概

21、念：概念：当柱荷载很大，地基又特软当柱荷载很大，地基又特软弱，基础可作成由钢筋混凝弱，基础可作成由钢筋混凝土底板、顶板、侧墙及纵横土底板、顶板、侧墙及纵横墙组成箱形基础。墙组成箱形基础。优点：整体性好，抗弯刚度优点：整体性好，抗弯刚度大且空腹埋深等特点。大且空腹埋深等特点。1 1）桩基础）桩基础桩基础的分类：桩基础的分类：（1 1）按桩身材料分类）按桩身材料分类木桩、混凝土桩、木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩、钢筋混凝土桩、钢桩、其它组合材料桩。其它组合材料桩。水泥土搅拌桩深基础的类型深基础的类型(2)按施工方法分类预制桩预制桩钻孔灌注桩钻孔灌注桩按施工方法可分为预制桩、灌注桩两大类。按施工

22、方法可分为预制桩、灌注桩两大类。3.3 3.3 深基础深基础(3)(3)按承载性状分类按承载性状分类:端承型桩和摩擦型桩。端承型桩和摩擦型桩。端承型桩端承型桩摩擦型桩摩擦型桩3.3 3.3 深基础深基础直接堆载直接堆载锚桩反力梁法锚桩反力梁法 锚桩d=1.8m横梁：横梁：1.7m2.7m3.3 3.3 深基础深基础2 2）地下连续墙）地下连续墙天津百货大楼地下连续墙天津百货大楼地下连续墙 3.3 3.3 深基础深基础3.3 3.3 深基础深基础3 3）墩基础）墩基础 在人工或机械成孔的大直径孔在人工或机械成孔的大直径孔中浇筑混凝土（钢筋混凝土）而成，中浇筑混凝土（钢筋混凝土）而成，我国多用人工

23、开挖，亦称大直径人我国多用人工开挖，亦称大直径人工挖孔桩。工挖孔桩。墩基础墩基础 4 4）沉井基础）沉井基础沉井基础沉井基础 3.3 3.3 深基础深基础江阴大桥沉井平面尺寸江阴大桥沉井平面尺寸50m69m,h为为58m 10 刚性基础与扩展基础刚性基础与扩展基础 设计浅基础一般要妥善处理下列几方面问题：设计浅基础一般要妥善处理下列几方面问题：1 1充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察资料；资料；2 2了解当地的建筑经验，施工条件和就地取材的了解当地的建筑经验，施工条件和就地取材的可能性，并结合实际考虑采用先进的施工技术和经济、可能性，并结合实际考虑

24、采用先进的施工技术和经济、可行的地基处理方法。可行的地基处理方法。3 3选择基础类型和平面布置方案，并确定地基持选择基础类型和平面布置方案，并确定地基持力层和基础埋置深度力层和基础埋置深度 4 4按地基承载力确定基础底面尺寸，进行必要的按地基承载力确定基础底面尺寸，进行必要的地基稳定性和变形验算地基稳定性和变形验算 5 5以简化的、或考虑相互作用的计算方法进行基以简化的、或考虑相互作用的计算方法进行基础结构的内力分析和截面设计。础结构的内力分析和截面设计。10.1 10.1 浅基础设计应处理的几个问题浅基础设计应处理的几个问题10.2 地基基础设计步骤地基基础设计步骤在一般情况下，进行地基基础

25、设计时，需具备下列资料：在一般情况下，进行地基基础设计时，需具备下列资料：（1 1）建筑场地的地形图；）建筑场地的地形图；（2 2）建筑场地的工程地质资料；）建筑场地的工程地质资料；（3 3）建筑物的平面、立面、剖面图及使用要求，作用在）建筑物的平面、立面、剖面图及使用要求，作用在基础上的荷载、设备基础以及各种管道的布置和标高基础上的荷载、设备基础以及各种管道的布置和标高；（4 4）建筑材料的供应情况。）建筑材料的供应情况。1 1）设计资料）设计资料刚性浅基础设计计算的一般步骤和内容为刚性浅基础设计计算的一般步骤和内容为:（1 1）选定基础的材料选定基础的材料 (用块石砌筑还是片石混凝土用块石

26、砌筑还是片石混凝土)，初步拟定基础的形状，初步拟定基础的形状和尺寸和尺寸;（2 2）初步选定基础的埋置深度初步选定基础的埋置深度;（3 3）确定地基承载力特征值确定地基承载力特征值 (持力层和软弱下卧层持力层和软弱下卧层););（4 4）确定基础底面尺寸，必要时进行下卧层强度验算确定基础底面尺寸，必要时进行下卧层强度验算;（5 5）对设计等级为甲级、乙级的建筑以及不符合表对设计等级为甲级、乙级的建筑以及不符合表7-27-2规定的丙级建筑物，规定的丙级建筑物，进行地基变形验算进行地基变形验算;（6 6）对于建于斜坡上的建筑物和构筑物及经常承受较大水平荷载的高层建对于建于斜坡上的建筑物和构筑物及经

27、常承受较大水平荷载的高层建筑和高耸结构，进行地基稳定性验算；筑和高耸结构，进行地基稳定性验算；（7 7）确定基础的剖面尺寸，进行基础结构计算；）确定基础的剖面尺寸，进行基础结构计算；（8 8）绘制基础施工图。）绘制基础施工图。验算中如发现某项设计要求得不到满足，或虽然满足，但尺寸或埋深显得验算中如发现某项设计要求得不到满足，或虽然满足，但尺寸或埋深显得过大而不经济，则需适当修改尺寸或埋置深度，重复各项验算，直到各项过大而不经济，则需适当修改尺寸或埋置深度，重复各项验算，直到各项要求全部满足，使基础尺寸较为合理为止要求全部满足，使基础尺寸较为合理为止。2 2）地基基础设计步骤）地基基础设计步骤1

28、0.310.3基础的埋置深度的确定基础的埋置深度的确定1)1)基础的埋置深度基础的埋置深度 指基础的底面至室外设计地面的距离。确定基础埋指基础的底面至室外设计地面的距离。确定基础埋深时，除了要考虑持力层的情况外，还应考虑使用功能、深时，除了要考虑持力层的情况外，还应考虑使用功能、地下室、地下设施、基础形式、荷载、地质水文条件、地下室、地下设施、基础形式、荷载、地质水文条件、相邻建筑物以及冻胀、冲刷等因素。相邻建筑物以及冻胀、冲刷等因素。2)2)基础埋深的确定原则基础埋深的确定原则 在保证安全可靠的前提下尽量浅埋。但基础埋深不在保证安全可靠的前提下尽量浅埋。但基础埋深不得小于得小于0.5m0.5

29、m，基础顶面距地面的距离宜大于，基础顶面距地面的距离宜大于0.1m0.1m。同一建筑物下面各部分的基础埋深可以不一致。同一建筑物下面各部分的基础埋深可以不一致。一、建筑结构条件与场地环境条件一、建筑结构条件与场地环境条件建建筑筑结结构构条条件件包包括括建建筑筑物物用用途途、类类型型、规规模模与与性性质质。当当有有地地下下室室、设设备备基基础础和和地地下下设设施施时时，往往往往要要求求加加大大基基础础埋埋深深；基基础础的的形形式式和和构构造造有有时时也也对对基基础础埋埋深深起起决决定定作作用用。承承受受较较大大水水平平荷荷载（如高层建筑输电塔）需要较大的基础埋深。载（如高层建筑输电塔）需要较大的

30、基础埋深。影响基础埋深的因素影响基础埋深的因素影响基础埋深的因素影响基础埋深的因素1 1）一般新建筑物基础埋深不宜大于）一般新建筑物基础埋深不宜大于相邻原基础的基础。相邻原基础的基础。2 2）当必须深于原基础时，两基础之）当必须深于原基础时，两基础之间净距，数值根据原有建筑荷载大小间净距，数值根据原有建筑荷载大小和土质情况确定。一般取两相邻地面和土质情况确定。一般取两相邻地面高差的高差的1 12 2倍。倍。二、工程地质条件二、工程地质条件 持力层持力层 下卧层下卧层 软弱下卧层软弱下卧层三、水文地质条件三、水文地质条件否则，应考虑：否则，应考虑：流砂；流土。流砂；流土。对对有侵蚀性有侵蚀性的地

31、下水，的地下水，还应考虑：地下结构防渗；还应考虑：地下结构防渗；地下结构抗浮，例如设置地下结构抗浮，例如设置抗浮锚杆抗浮锚杆基础应尽量埋置在地下水位以上。基础应尽量埋置在地下水位以上。（一）地基土冻胀性分类与基础最小深度（一）地基土冻胀性分类与基础最小深度四、四、地基土冻胀和融陷的影响地基土冻胀和融陷的影响冻胀：土冻结后其体积增大的现象。冻胀：土冻结后其体积增大的现象。条件：土的冻胀取决于条件：土的冻胀取决于当地气温当地气温土的类别土的类别冻前含水量冻前含水量地下水位置地下水位置建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范（GB50007-2002GB50007-2002）按平均冻胀率按平均冻胀率

32、将地基的将地基的冻胀类别分为五类：冻胀类别分为五类：不冻胀不冻胀弱冻胀弱冻胀冻胀冻胀强冻胀强冻胀特强冻胀特强冻胀季节性冻季节性冻土在冻融土在冻融过程中过程中使土的强度使土的强度降低，压缩降低，压缩性增大性增大反复产生冻胀和融陷反复产生冻胀和融陷 作用在基础上的冻涨力作用在基础上的冻涨力FTTTTPG冻结深度基础当基础位于冻胀区内时，当基础位于冻胀区内时，基础上作用有图中所示力：基础上作用有图中所示力：如果荷载如果荷载F F和基础自重和基础自重G G足以平衡足以平衡冻胀力冻胀力p p 基础受冻胀力的作用而上抬基础受冻胀力的作用而上抬温度升高温度升高p p消失基础消失基础产生下沉产生下沉 融 陷

33、和 上 抬 不 均匀建筑产生方向相反、相互交叉的裂缝建筑产生方向相反、相互交叉的裂缝基础最小埋置深度按下式计算：基础最小埋置深度按下式计算：为了使建筑免遭冻害，对于埋置在冻胀土中的基础，应保证为了使建筑免遭冻害，对于埋置在冻胀土中的基础，应保证基础有相应的最小埋置深度基础有相应的最小埋置深度d dminmin以消除基底冻胀力。以消除基底冻胀力。式中的式中的z zd d 设计冻深设计冻深式中式中 z z0 0 标准冻深标准冻深 h hmaxmax-基底面下允许残留冻土层的最大厚度基底面下允许残留冻土层的最大厚度 冻结深度有效冻涨区残留冻土层深度（m)冻涨量（）土的冻涨量示意图土的冻涨量示意图10

34、.4 10.4 地基承载力地基承载力 地基承载力地基承载力是指地基单位面积上承受荷载的能力。是指地基单位面积上承受荷载的能力。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 的地基承载力称为的地基承载力称为地基承载力特征值地基承载力特征值 fa。地基承载力是一个定值，对吗？工程中通常以两个指标来表示地基承载力，工程中通常以两个指标来表示地基承载力，即地基的容许承载力和极限承载力。即地基的容许承载力和极限承载力。地基规范地基规范所称的所称的地基承载力特征值地基承载力特征值相相当于通常所说的当于通常所说的地基容许承载力地基容许承载力。地基规

35、范地基规范规定，浅基础的基底压力应满足规定，浅基础的基底压力应满足下列要求：下列要求：10.4.1 10.4.1 地基承载力特征值的确定地基承载力特征值的确定1.1.按土的抗剪强度指标以理论公式计算；按土的抗剪强度指标以理论公式计算；2.2.按地基载荷试验确定；按地基载荷试验确定；3.3.按规范承载力表确定；按规范承载力表确定；确定方法：确定方法：1)1)按土的抗剪强度指标以理论公式计算按土的抗剪强度指标以理论公式计算(1)(1)地基极限承载力理论公式地基极限承载力理论公式f fa a=p pu u/K K K K=2-3=2-3常用公式：魏锡克公式、汉森公式等等。常用公式：魏锡克公式、汉森公

36、式等等。该方法不常用，原因主要有：该方法不常用，原因主要有：1 1）该方法未考虑地基变形；该方法未考虑地基变形；2 2）c c、的取值可靠度较低；的取值可靠度较低；3 3）不同公式的计算结果相差较大。）不同公式的计算结果相差较大。(2)规范推荐的理论公式规范推荐的理论公式 当荷载为中心荷载或偏心很小（偏心距当荷载为中心荷载或偏心很小（偏心距el/30，l 为偏心为偏心方向基础边长）时：方向基础边长）时：faMbb+Mdmd+Mcckp1/4 （25）b基础底面宽度，大于基础底面宽度，大于6m时按时按6m考虑；对于考虑；对于砂土砂土，小，小 于于3m时按时按3m考虑。考虑。地基沉降可能过大地基沉

37、降可能过大2)按地基载荷试验确定（最可靠）按地基载荷试验确定（最可靠）浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验、螺旋板载荷试验。浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验、螺旋板载荷试验。地基静载试验概况地基静载试验概况平板载荷试验装置示意图平板载荷试验装置示意图百分表百分表堆堆 载载荷载板荷载板主主梁梁平台平台千斤顶千斤顶优缺点：优缺点：能较好的反映天然土体的压缩性；试验工作量和 费用较大，时间较长。fa的确定方法：的确定方法：(1)当当ps曲线上有比例界限曲线上有比例界限p1时，取时，取fak=p1；确定地基承载力实测值确定地基承载力实测值：(2)当当pu2p1时，取时，取fak=pu/2；(3)当不能

38、按上述二款要求确定时，可取当不能按上述二款要求确定时，可取s/b=0.010.015所对所对应的荷载作为应的荷载作为fak，但其值不应大于最大加载量的一半。，但其值不应大于最大加载量的一半。对同一土层，应选择三个以上的试验点，当试验实测值对同一土层，应选择三个以上的试验点，当试验实测值的极差（最大值与最小值之差）不超过其平均值的的极差（最大值与最小值之差）不超过其平均值的30%时，时，取其平均值作为该土层的地基承载力特征值取其平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。确定地基承载力特征值确定地基承载力特征值：3)按规范承载力表确定按规范承载力表确定野外鉴别结果野外鉴别结果室内物理力学指标室内物

39、理力学指标现场动力触探试验锤击数现场动力触探试验锤击数fak注意注意：埋深埋深d的取法，见教材。的取法，见教材。超载超载q=mdqd=q/m主裙楼一体的情况主裙楼一体的情况10.510.5刚性基础设计计算刚性基础设计计算一、作用在基础上的荷载一、作用在基础上的荷载计算作用在基础底面的总荷载时，应计算作用在基础底面的总荷载时，应从建筑物的檐口（屋顶）开始计算从建筑物的檐口（屋顶）开始计算计算屋计算屋面恒载面恒载和活载和活载由上至下房屋各层由上至下房屋各层结构（梁、板）自结构（梁、板）自重及楼面活载重及楼面活载墙和柱的自重墙和柱的自重最后加上基础最后加上基础自重和基础上自重和基础上的土重的土重G

40、Gk k在墙或柱的在墙或柱的承载面以内承载面以内的总和的总和就是上部结构就是上部结构传至基础底面传至基础底面的竖向力值的竖向力值F Fk k+=+(a)(a)外墙或外柱外墙或外柱 室外设计地面室外设计地面室内设计地面室内设计地面室内外平均标高室内外平均标高HFK(b)(b)内墙或内柱内墙或内柱 天然地面天然地面室内设计地面室内设计地面HFK二、中心荷载作用下的基础二、中心荷载作用下的基础1 1、柱下独立基础、柱下独立基础 在中心荷载作用下，基础底面上的平均压力应小于或等于修正后在中心荷载作用下，基础底面上的平均压力应小于或等于修正后的地基承载力特征值，即的地基承载力特征值，即由此可得基础底面积

41、为：由此可得基础底面积为：矩形基础矩形基础对于柱下矩形基础，如果取基础长边对于柱下矩形基础，如果取基础长边l l与短边与短边b b的比例为的比例为l/bl/b一般取一般取1.51.52.02.0，例如，例如 ：取：取l/b=2,l/b=2,则则l=2b,A=2bl=2b,A=2b2 2.基底长边基底长边 l=2bl=2b方形基础方形基础2 2、墙下条形基础、墙下条形基础墙下条形基础通常沿墙纵向单位长度（墙下条形基础通常沿墙纵向单位长度（l=1ml=1m）为计算单元，）为计算单元，Fk Fk 为为每延长米的荷载，则条形基础宽度为：每延长米的荷载，则条形基础宽度为：如果计算带有窗口的墙下基础时，应

42、取一个开间为荷载计算单元。如果计算带有窗口的墙下基础时，应取一个开间为荷载计算单元。三、偏心荷载作用三、偏心荷载作用要求：要求：pk fapkmax 1.2 fae l/6（或（或pkmin0）试算法步骤：试算法步骤：（1）进行深度修正，初步确定修正后的地基承载力特征值）进行深度修正，初步确定修正后的地基承载力特征值fa。（2）根根据据荷荷载载偏偏心心情情况况，将将按按轴轴心心荷荷载载作作用用计计算算得得到到的的基基底底面积增大面积增大10%40%，即取，即取（3）选取基底长边）选取基底长边l与短边与短边b的比值的比值n（一般取（一般取n2），于是有），于是有（4 4）考虑是否应对地基承载力进

43、行宽度修正。如需要，在承）考虑是否应对地基承载力进行宽度修正。如需要，在承 载力修正后，重复上述载力修正后，重复上述2 2、3 3两个步骤，使所取宽度前后两个步骤，使所取宽度前后 一致。一致。（5）计算偏心距）计算偏心距e和基底最大压力和基底最大压力pkmax，并验算是否满足式，并验算是否满足式 （221）和（）和（224）的要求。）的要求。（6）若）若b、l 取值不适当（太大或太小），可调整尺寸再行验取值不适当（太大或太小），可调整尺寸再行验 算，如此反复一二次，便可定出合适的尺寸。算，如此反复一二次，便可定出合适的尺寸。四、四、地基软弱下卧层承载力验算地基软弱下卧层承载力验算要求：要求：标

44、准值标准值仅作深度修正仅作深度修正矩形基础：矩形基础：条形基础：条形基础：地基压力扩散角地基压力扩散角值值 表表2-72-7Es1/Es2z=0.25bz0.50b3623 510 25 1020 30 注：注：z0.25b 时取时取=0，必要时，必要时，宜由试验确定；宜由试验确定；z0.50b时时值不变。值不变。【例例10-110-1】墙下条形基础在荷载效应标准值组合时，作用在基础顶面上的轴墙下条形基础在荷载效应标准值组合时，作用在基础顶面上的轴向力向力F Fk k=280kN/m,=280kN/m,基础埋基础埋d=1.5m,d=1.5m,室内外高差室内外高差0.6m0.6m，地基为黏土，地

45、基为黏土（b b=0.3,=0.3,d d=1.6)=1.6)，其重度，其重度kN/mkN/m3 3,地基承载力特征值地基承载力特征值f fakak=150kPa=150kPa求该条形基础宽度。求该条形基础宽度。【解解】（1 1）求修正后的地基承载力特征值）求修正后的地基承载力特征值假定基础宽度假定基础宽度b3m,b0.5md0.5m，故进行性地基承载力深度修正。，故进行性地基承载力深度修正。（2 2）求基础宽度）求基础宽度因为室内外高差因为室内外高差0.6m0.6m，故基础自重计算高度，故基础自重计算高度基础宽度：基础宽度：取取b=2mb=2m，由于与假定相符，最后取由于与假定相符，最后取b

46、=2mb=2mP0PCPZPCZZ软弱下卧层软弱下卧层【例例10-210-2】某柱下矩形单独基础。已知按荷载效应标准组合传至基础顶某柱下矩形单独基础。已知按荷载效应标准组合传至基础顶面的内力值面的内力值F Fk k=920kN,V=920kN,Vk k=15KN,M=15KN,MK K=235KN.m=235KN.m；地基为粉质粘土，其；地基为粉质粘土，其重度为重度为=18.5KN/m=18.5KN/m3 3,地基承载力特征值地基承载力特征值f fakak=180kPa(=180kPa(b b=0.3,=0.3,d d=1.6)=1.6)基础埋深基础埋深d=1.2md=1.2m，试确定基础地面

47、尺寸。，试确定基础地面尺寸。【解解】（1 1）求修正后的地基承载力特征值）求修正后的地基承载力特征值假定基础宽度假定基础宽度b3m,b3m,则则（2 2）初步按轴心受压基础估算基底面积）初步按轴心受压基础估算基底面积考虑偏心荷载的影响，将底面积考虑偏心荷载的影响，将底面积A A0 0增大增大20%20%，则则A=5.21.2=6.24mA=5.21.2=6.24m2 2。取基底长短边之比。取基底长短边之比l/b=2l/b=2，得，得 取取b=1.8m,l=3.6mb=1.8m,l=3.6m。（3 3）验算地基承载力）验算地基承载力基础及其台阶上土重基础及其台阶上土重基底处力矩基底处力矩偏心矩偏

48、心矩基底边缘最大压力基底边缘最大压力 满足要求，故基底尺寸长满足要求，故基底尺寸长l=3.6m,b=1.8ml=3.6m,b=1.8m合适。合适。【例例10-310-3】有一轴心受压基础，上部结构传来轴向力有一轴心受压基础，上部结构传来轴向力F FK K=850kN,=850kN,地质条地质条件如图所示，试根据图示地质资料，验算软弱下卧层承载力是否满足要件如图所示，试根据图示地质资料，验算软弱下卧层承载力是否满足要求。求。【解解】（1 1）计算下卧层修正后的地基）计算下卧层修正后的地基承载力特征值承载力特征值已知按持力层承载力求得基础尺寸已知按持力层承载力求得基础尺寸l=3m,b=2m,l=3

49、m,b=2m,基础埋深基础埋深d=1.5md=1.5m，下卧层埋，下卧层埋深应为深应为d+z=5md+z=5m。下卧层埋深范围内土的加权平均重度为：下卧层埋深范围内土的加权平均重度为：经深度修正下卧层承载力设计值为经深度修正下卧层承载力设计值为(2)(2)下卧层顶面处的自重应力下卧层顶面处的自重应力（4 4）计算基底平均压力和土的自重压力）计算基底平均压力和土的自重压力（5 5）计算下卧层顶面处的附加压力）计算下卧层顶面处的附加压力pzpz满足要求。满足要求。（6 6）验算下卧层承载力）验算下卧层承载力（3 3）确定地基压力扩角）确定地基压力扩角按持力层与下卧层压缩模量之比按持力层与下卧层压缩

50、模量之比：五、无筋扩展基础设计五、无筋扩展基础设计 无筋扩展基础材无筋扩展基础材料抗拉、抗剪强料抗拉、抗剪强度，而抗压性能度，而抗压性能相对较高相对较高在地基反力作用在地基反力作用下，基础挑出部下，基础挑出部分如同悬臂梁一分如同悬臂梁一样向上弯曲样向上弯曲基础外伸悬臂基础外伸悬臂长度越大，基长度越大，基础越容易因弯础越容易因弯曲而拉裂曲而拉裂所以必须减少外伸梁的长度或增加基础高度，所以必须减少外伸梁的长度或增加基础高度，使基础宽高比减小而刚度增大使基础宽高比减小而刚度增大材料及底面积确定后，只要限材料及底面积确定后，只要限制宽高比制宽高比b b2 2/H/H0 0 200kpa200kpa，增