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1、基基础工工程程http:/土力学与砌体结构 第9章 天然地基上浅基础的设计_图文 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望本章主要使学生熟悉天然地基上浅基本章主要使学生熟悉天然地基上浅基础的的设计原原则和基和基本本规定，掌握天然地基上浅基定，掌握天然地基上浅基础设计步步骤和相和相应的内容，的内容，包括基包括基础选型、基型、基础埋置深度的埋置深度的选择、地基承、地基承载力特征力特征值的确定、基的确定、基础底面底面积的确定、地基承的确定、地基承载力（包括持力力（
2、包括持力层和和软弱下卧弱下卧层）和）和变形形验算、算、扩展基展基础高度高度验算和算和结构构设计等。了解地基与基等。了解地基与基础的共同作用概念和地基模型，熟悉柱的共同作用概念和地基模型，熟悉柱下条形基下条形基础的的简化化设计方法和步方法和步骤，了解筏板基，了解筏板基础的的设计方法，掌握减方法，掌握减轻不均匀沉降危害的建筑、不均匀沉降危害的建筑、结构和施工措施。构和施工措施。学学习目的和要求目的和要求 9.1概述概述整个整个结构或构或结构的一部分构的一部分(构件构件)超超过某一特定状某一特定状态就就不能不能满足足设计规定的某一功能要求，定的某一功能要求，这一特定状一特定状态称称为该功能的功能的极
3、限状极限状态。（1）承）承载能力极限状能力极限状态这种极限状种极限状态对应于于结构或构件达到最大承构或构件达到最大承载能力或能力或不适于不适于继续承承载大大变形。形。（2）正常使用极限状）正常使用极限状态这种极限状种极限状态对应于于结构或构件达到正常使用或耐久构或构件达到正常使用或耐久性能的某性能的某项规定限定限值。一、概率极限一、概率极限设计方法与极限状方法与极限状态设计原原则二、地基基二、地基基础设计基本基本规定定设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑物 30层以上的高层建筑体型复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体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
4、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开挖深度大于15m的基坑工程周边环境条件复杂、环境保护要求高的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物除甲级、丙级以外的基坑工程丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物 非软土地区且场地地质条件简单、基坑周边环境条件简单、环境保护要求不高且开挖深度小于5.0m的基坑工程地基地基基基础设计等等级计算要求计算要求 地基计算内容地基计算内容 建筑物类型建筑物类型
5、地基承载力计算地基承载力计算设计等级为甲、乙、丙级的建筑物设计等级为甲、乙、丙级的建筑物 地基变形计算地基变形计算设计等级为甲、乙及部分丙级建筑设计等级为甲、乙及部分丙级建筑物物 地基稳定性计算地基稳定性计算经常受水平荷载的高层建筑物；高经常受水平荷载的高层建筑物；高耸结构、挡土墙；建造在斜坡上或耸结构、挡土墙；建造在斜坡上或边坡附近的建筑物或构筑物；基坑边坡附近的建筑物或构筑物；基坑工程工程 抗浮验算抗浮验算当地下水埋藏较浅，建筑物地下室当地下水埋藏较浅，建筑物地下室或地下构筑物存在上浮问题或地下构筑物存在上浮问题荷载取值荷载取值 计算内容计算内容 荷载效应最不利组荷载效应最不利组合合相应的
6、抗相应的抗力及限值力及限值 图示图示按地基承载力确定基按地基承载力确定基底面积及基础埋深底面积及基础埋深正常使用极限状态下荷载正常使用极限状态下荷载效应的效应的标准组合标准组合地基承载地基承载力特征值力特征值 fa(kPa)计算地基变形计算地基变形正常使用极限状态下荷载正常使用极限状态下荷载效应的效应的准永久值组合准永久值组合（不计入风荷载和地震作（不计入风荷载和地震作用）用）地基变形地基变形值值 S计算挡土墙土压力、计算挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定、滑地基和斜坡的稳定、滑坡推力坡推力承载力极限状态下荷载效承载力极限状态下荷载效应的应的基本组合基本组合，但，但分项系数分项系数均为均为1；确定
7、基础高度、支挡确定基础高度、支挡结构截面；计算基础或结构截面；计算基础或支挡结构内力；确定配支挡结构内力；确定配筋或验算材料强度筋或验算材料强度承载力极限状态下荷载效承载力极限状态下荷载效应的应的基本组合基本组合，采用，采用相应的相应的分项系数；分项系数；F Me F+G三、浅基三、浅基础的的设计内容和步内容和步骤(1)充分掌握拟建场地的工程地质条件和地质勘察资料；（2）综合考虑选择基础类型和平面布置方案；（3）选择地基持力层和基础埋置深度；（4）确定地基土的承载力；（5）确定基础底面尺寸，必要时应验算地基软弱下卧层的强度。（6）进行必要的地基变形验算，使地基的沉降不致引起结构损 坏、建筑倾斜
8、与开裂；（7）进行基础结构和构造设计；（8）绘制基础施工图，并提出必要的技术说明。9.2浅基浅基础类型型浅基浅基础的础的分类分类方法方法按基础材料按基础材料无筋基础无筋基础钢筋混凝土基础钢筋混凝土基础按基础结构类型按基础结构类型扩展基础扩展基础柱下条形基础柱下条形基础柱下交叉条形基础柱下交叉条形基础筏形基础筏形基础箱形基础箱形基础岩层锚杆基础岩层锚杆基础无筋扩展基础无筋扩展基础砖基础砖基础毛石基础毛石基础灰土基础灰土基础素混凝土基础素混凝土基础指由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料组指由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。成的墙下条形基础或柱
9、下独立基础。钢筋混凝土扩展基础钢筋混凝土扩展基础独立柱基独立柱基墙下条基墙下条基指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。钢筋混凝土扩展基础钢筋混凝土扩展基础75阶梯形阶梯形杯口形杯口形锥台形锥台形柱下条形基础柱下条形基础十字交叉条形基础十字交叉条形基础:柱网下沿纵横两向分别设置的柱网下沿纵横两向分别设置的钢筋混凝土条形基础。钢筋混凝土条形基础。单向条形基础单向条形基础:同一轴线（或同一方向）上若干同一轴线（或同一方向）上若干柱下相连的钢筋混凝土条形基础。柱下相连的钢筋混凝土条形基础。筏筏板板基基础础筏板基础筏板基础箱形基础箱形基础岩石
10、锚杆基础岩石锚杆基础9.3基基础埋置深度的埋置深度的选择1 1、基础埋深的相关知识、基础埋深的相关知识埋深定义埋深定义下卧层持力持力层（受力（受力层）FGd设计地面设计地面基础底面基础底面基础埋深基础埋深选择埋深的原则选择埋深的原则1）在满足地基强度、稳定和变形要求的前提下，基础应在满足地基强度、稳定和变形要求的前提下，基础应 尽量浅埋尽量浅埋；当上层地基土的承载力大于下层土时，宜利；当上层地基土的承载力大于下层土时，宜利用上层土作持力层；用上层土作持力层；2）除岩石地基外，除岩石地基外，基础埋深不宜小于基础埋深不宜小于0.5m。浅埋可节约材料，方便施工，缩短工期，降低造价2 2、选择基础埋深
11、的影响因素、选择基础埋深的影响因素1 1）上部结构条件）上部结构条件 在考虑建筑物用途、类型、规模、荷载大小与性质的基在考虑建筑物用途、类型、规模、荷载大小与性质的基础上，以满足地基稳定和变形的要求为前提，基础可以浅埋。础上，以满足地基稳定和变形的要求为前提，基础可以浅埋。但对高层建筑而言尚应考虑下述要求：但对高层建筑而言尚应考虑下述要求：（1）对一般天然地基，不宜小于）对一般天然地基，不宜小于H/15（H建筑物室建筑物室外地坪至檐口的高度），且不宜小于外地坪至檐口的高度），且不宜小于3m；（2）对桩基，不宜小于）对桩基，不宜小于H/18（埋深指室外地坪至承台底）（埋深指室外地坪至承台底）；（
12、3）对岩石地基，埋深不受第（）对岩石地基，埋深不受第（1）款限值，但当建筑物）款限值，但当建筑物高宽比大于高宽比大于4时，应验算倾覆，必要时可设置基础锚杆。时，应验算倾覆，必要时可设置基础锚杆。只有只有轻型建筑型建筑可用，否可用，否则采采用用连续基基础、人工人工处理或深理或深基基础比比较确定确定上硬下软上硬下软尽量浅埋（尽量浅埋（宽基浅埋），但基浅埋），但是如是如h1太小就太小就按情况按情况考考虑 上软下硬上软下硬 h14 m 桩基或基或人工人工处理理好土好土基基础条件由条件由其它条件确其它条件确定定时，基，基础尽可能浅埋尽可能浅埋2 2）工程地质条件和水文地质工程地质条件和水文地质好土好土软
13、土土(很深很深)软土土软土软土好土好土 I II III IVh1h1好土好土地基中有地下水时地基中有地下水时 1 1）基础应尽量置于地下水位以上；基础应尽量置于地下水位以上；2 2）当基础必须置于地下水位以下时，应考虑当基础必须置于地下水位以下时，应考虑排水、围护及扰动，地下水有无侵蚀性，设计时排水、围护及扰动，地下水有无侵蚀性，设计时还应考虑地下室防渗、抗浮等问题；还应考虑地下室防渗、抗浮等问题；3 3）有承压水时，由避免基坑被承压水冲破的有承压水时，由避免基坑被承压水冲破的条件确定。条件确定。Kh00wggh3 3）地基冻融条件地基冻融条件 在季节性冻土地区，冬季因温度下降，地面下一定厚
14、度范围内的地下水会发生冻结，体积膨胀，产生冻胀力，可使基础与墙体上抬而开裂；春季气温回升解冻，冻土层不但体积缩小而且含水量显著增加；强度大幅度下降而产生融陷。多次冻融会使建筑物遭致严重的破坏。根据地基土的的种类（土的粒径大小），土中含水量的多少以及地下水补给的可能性，地基土的冻胀性根据冻土层的平均冻胀率的大小，划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。考虑地基土的冻胀性，确定基础埋深的时应：（1）在季节性冻土地区，基础应埋在冻结深度以下。（2）对于弱冻胀、冻胀和强冻胀土的基础最小埋深，按下式计算：Zddmin室内地面hmax dmin=zd hmax4 4）场地环境）场地环境条件条件d
15、30cm为了保护基础不受人为了保护基础不受人类和其他生物活动等的影响，类和其他生物活动等的影响，基础的顶面宜低于室外设计基础的顶面宜低于室外设计地面地面0.10m0.10m，同时又要便于，同时又要便于周围排水沟的布置。周围排水沟的布置。当土层分布明显不均匀，当土层分布明显不均匀，或建筑物各部分荷载差别较大或建筑物各部分荷载差别较大时，同一建筑物可采用不同的时，同一建筑物可采用不同的埋深来调整不均匀沉降。对于埋深来调整不均匀沉降。对于持力层顶面倾斜的墙下条形基持力层顶面倾斜的墙下条形基础可做成台阶状。础可做成台阶状。对修建于坡高（对修建于坡高（H H）和坡）和坡角（角（）不太大的稳定土坡坡顶）不
16、太大的稳定土坡坡顶的基础，当垂直于坡顶边缘线的的基础，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长基础底面边长 b 3m b 3m 时，则基时，则基础埋深符合下式要求：础埋深符合下式要求：条形基础：条形基础：矩形基础：矩形基础：当存在相邻建筑物时，当存在相邻建筑物时，新基础的埋深不宜超过原有建新基础的埋深不宜超过原有建筑物基础底面，否则应有一定筑物基础底面，否则应有一定间距，即：间距，即：3.4地基承地基承载力力 1.1.地基承载力的概念地基承载力的概念地基承受荷载的能力。地基承受荷载的能力。极限承载力极限承载力:地基即将丧失稳定性时的地基即将丧失稳定性时的承载力承载力;地基承载力特征值地基承载力特征值:
17、地基稳定有足够的安全地基稳定有足够的安全度且度且变形在允许范围内变形在允许范围内时的承载力。时的承载力。2 2.地基承载力特征值确定的方法地基承载力特征值确定的方法根据地基载荷试验的曲线或其他原位试验结根据地基载荷试验的曲线或其他原位试验结果确定果确定;根据地基土的抗剪强度指标以理论公式计算根据地基土的抗剪强度指标以理论公式计算;根据当地工程实践经验确定。根据当地工程实践经验确定。方法方法（1）按地基土的抗剪强度指标确定地基承载力）按地基土的抗剪强度指标确定地基承载力 当偏心距 时，建筑地基基础设计规范推荐以界限荷载 为基础的理论公式结合经验给出计算地基承载力设计值的公式：承载力系数，按承载力
18、系数，按 查表确定查表确定。（1）土的抗剪强度指标土的抗剪强度指标 、c ck k的取值的取值 原状土样，三轴试验，每层土的试验数量原状土样，三轴试验，每层土的试验数量6组；组；（2）地下水对地基承载力的影响地下水对地基承载力的影响 基底上下土的重度基底上下土的重度m、，在地下水位以下采用有效重度，在地下水位以下采用有效重度;（3）基础宽度和埋深对地基承载力的影响基础宽度和埋深对地基承载力的影响 对对 0 0的土，增大基础宽度，地基承载力随之增大；但的土，增大基础宽度，地基承载力随之增大；但b b 6m6m时，取时，取b b=6m=6m；对砂土地基；对砂土地基b pu/2 时，取时，取 pu/
19、2 为地基承载力特征值。为地基承载力特征值。密实砂土、硬塑粘土等低压缩性土密实砂土、硬塑粘土等低压缩性土 地基承载力特征值的确定：当p s曲线上无明显的比例界限 pb和极限荷载pu时，取沉降 s=(0.010.015)b对应的荷载值为地基承载力特征值；且其值不大于最大加载量的一半。pspufa（0.010.015）b0最大加载量由载荷试验确定地基承载力特征值由载荷试验确定地基承载力特征值“缓变型缓变型”p s曲线曲线松砂、填土、可塑粘土等中、高压缩性土松砂、填土、可塑粘土等中、高压缩性土 同一层土参加统计试验点不少于三点试验点不少于三点，所得试验实测值的极差(最大值与最小值之差)不超过平均值的
20、30%时，取此平均值为地基承载力特征值fak。即：满足：f =famax famin 0.3fam 有：fak=fam 要求要求3.地基承载力特征值的深、宽修正地基承载力特征值的深、宽修正修正原因:考虑增加基础宽度和埋置深度时，地基承载力也考虑增加基础宽度和埋置深度时，地基承载力也将随之提高，所以，应将地基承载力对不同的基将随之提高，所以，应将地基承载力对不同的基础宽度和埋置深度进行修正，才能供设计使用。础宽度和埋置深度进行修正，才能供设计使用。适用条件:当基础宽度大于当基础宽度大于 3m或埋置深度大于或埋置深度大于0.5m时，从时，从现场载荷试验或其他原位测试等方法确定的现场载荷试验或其他原
21、位测试等方法确定的地基地基承载力特征值承载力特征值应进行修正。应进行修正。修正公式:fa=fak+b (b 3)+d m(d 0.5)基基础宽度和埋深的地承力修正系数度和埋深的地承力修正系数 1、可按载荷试验确定。2、根据室内单轴抗压试验强度计算：fa=r frk 4.岩石地基承载力特征值的确定方法岩石地基承载力特征值的确定方法9.5基基础底面尺寸的确定底面尺寸的确定 建筑物确定了基建筑物确定了基础类型型和埋置深度后，就要确定基和埋置深度后，就要确定基础的底面尺寸。基的底面尺寸。基础的底面的底面尺寸，即基尺寸，即基础底面的底面的长度和度和宽度度。只有知道了基只有知道了基础底面的底面的尺寸，才可
22、以尺寸，才可以进行地基土持行地基土持力力层承承载力力验算。算。GkFkA 1.1.按按地基持力层承载力特征值确定基底面积地基持力层承载力特征值确定基底面积1）中心荷载下的基础计算假定计算假定:基底压力均匀分布基底压力均匀分布荷载组合：荷载组合：标准组合标准组合基底平均压力标准值基底平均压力标准值pk不超过持力层经不超过持力层经修正后的地基承载力特征值修正后的地基承载力特征值f fa，即：，即：pk fa计算要求计算要求GkFk第第 3 3章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计GkFk计算公式计算公式d d lb （a）外墙、外柱基础；（b）内墙、内柱基础第第 3 3章章 天然地基上
23、浅基础的设计天然地基上浅基础的设计 外墙、外柱基础外墙、外柱基础内墙、内柱基础内墙、内柱基础上式中有两个未知数上式中有两个未知数和和，可能要通，可能要通过反复反复试算确定。算确定。计算算时，可先可先对地基承地基承载力只力只进行深度修正，行深度修正，计算算值；然后按然后按计算所得的算所得的，考，考虑是否需要是否需要进行行宽度修正，度修正，使得使得、间相互相互协调一致。一致。矩形基础矩形基础A=l b（一般（一般l/b 2）方形基础方形基础 A=b2 条形基础条形基础A=1b=b沿基础长度方向取沿基础长度方向取1m的计算单元（的计算单元（l=1m）第第 3 3章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上
24、浅基础的设计【例例题】某住宅承重某住宅承重墙厚厚240mm，采用，采用墙下条形基下条形基础；地；地基土表基土表层为杂填土，厚度填土，厚度0.80m，重度，重度17.5kN/m3，其下，其下为粘土粘土层，重度，重度18.5kN/m，承，承载力特征力特征值 fak为 170kPa，孔隙比孔隙比0.86。地下水位在地表下。地下水位在地表下 1.0m处。若已知上部。若已知上部墙体体传来的来的竖向荷向荷载标准准值为195kN/m。试确定基确定基础底面尺寸。底面尺寸。解解:1.确定基确定基础埋深埋深:为了便于施工，基了便于施工，基础宜建在宜建在地下水位以上，故地下水位以上，故选择粘土粘土层作作为持力持力层
25、，初步，初步选择基基础埋深埋深 d=1m。第第 3 3章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计3.取取 1m长的条基作的条基作计算算单元元基基础宽度：度：埋深范埋深范围内土的加内土的加权平均重度：平均重度：2.对持力持力层土土进行深度修正行深度修正:第第3 3 章章 天然地基上浅基础的设计天然地基上浅基础的设计取取该承重承重墙下条形基下条形基础宽度度 b 1.25m。4.验算算:满足要求。足要求。（2）偏心荷）偏心荷载作用下的基作用下的基础计算假定算假定:基底基底压力按直力按直线分布分布荷荷载组合：合：标准准组合合 pk fa pkmax 1.2fa 计算要求计算要求eF+GkFkM
26、kblpkmaxpkminpke基底压力计算基底压力计算基础底面的抵抗矩基础底面的抵抗矩矩形基础矩形基础Mk=(Fk+Gk)eel/6pkmin l/6:出现拉应力区出现拉应力区e计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸逐次渐近试算法逐次渐近试算法计算步骤计算步骤1)按中心受压初步计算基底尺寸：按中心受压初步计算基底尺寸：2)据偏心大小，增加基据偏心大小，增加基 底尺寸底尺寸1040%，即：，即：A1=（1.11.4）A0 3)初选初选 l 和和 b，一般取，一般取l/b=1.22，得实际基底尺寸：，得实际基底尺寸：A A1承载力特征承载力特征值只进行值只进行深度修正深
27、度修正若若b3，则对地基承载力进行宽度修正，则对地基承载力进行宽度修正其中：其中：Mk=M0k+VkH0上部结构上部结构传来的基传来的基底力矩标底力矩标准值准值pk pkmax 4)计算基底算基底应力：力：注意注意：1 1）应满足）应满足 e l(即即pkmin0)2 2）对重要建筑物：）对重要建筑物：pkminpkmax不宜过大，不宜过大，以避免产生过大的不均匀沉降；以避免产生过大的不均匀沉降；3 3）对个别情况可：）对个别情况可：e l6(即即pkmin 0）此时：此时：5)验算验算：pk fa pkmax 1.2fa如不满足要求，应修改尺寸，重复如不满足要求，应修改尺寸，重复上述步骤，直
28、到符合要求为止。上述步骤，直到符合要求为止。【例例题】柱截面尺寸柱截面尺寸300mm400mm，作用在柱底的荷，作用在柱底的荷载标准准值：中心垂直荷：中心垂直荷载700kN，力矩，力矩80kN.m，水平荷，水平荷载13kN。其它参数其它参数见下下图。试根据持力根据持力层地基承地基承载力确定基力确定基础底面尺寸。底面尺寸。此此题为偏心荷偏心荷载作用下的基作用下的基础，解解题思路思路为:对地基承地基承载力力进行深度修正，按中心荷行深度修正，按中心荷载作用初定基作用初定基础底面底面积，考，考虑偏心荷偏心荷载作用作用扩大基大基础面面积，验算地基承算地基承载力，如不合适，力，如不合适，调整基整基底面底面
29、积重复按上述步重复按上述步骤计算。算。【解解】1、求地基承、求地基承载力特征力特征值(以以长度度L方向偏心方向偏心为例例)根据粘性土根据粘性土e=0.7，IL=0.78查表表2-6，得：，得：b=0.3d=1.6.持力持力层承承载力特征力特征值fa（先只考（先只考虑对基基础进行深度修正）：行深度修正）：2、初步、初步选择基底尺寸基底尺寸计算基算基础和回填土重和回填土重Gk时的基的基础埋深埋深 按中心受按中心受压计算基底面算基底面积：由于偏心不大，基由于偏心不大，基础底面底面积按按20%增大，即：增大，即：初步初步选择基基础底面底面积因因不需再不需再对fa进行行宽度修正。度修正。3、验算持力算持
30、力层地基承地基承载力力偏心距：偏心距：即即基底最大基底最大压力：力：最后确定最后确定该柱基柱基础底面底面长 L=2.4m,宽b=1.6m。基底平均基底平均压力：力：满足要求。足要求。基基础和回填土重：和回填土重：【解解】1、求地基承、求地基承载力特征力特征值(以以宽度度B方向偏心方向偏心为例例)根据粘性土根据粘性土e=0.7，IL=0.78查表表2-6，得：，得：b=0.3d=1.6.持力持力层承承载力特征力特征值fa（先只考（先只考虑对基基础进行深度修正）：行深度修正）：2、初步、初步选择基底尺寸基底尺寸计算基算基础和回填土重和回填土重Gk时的基的基础埋深埋深 按中心受按中心受压计算基底面算
31、基底面积：由于偏心不大，基由于偏心不大，基础底面底面积按按20%增大，即：增大，即：初步初步选择基基础底面底面积因因不需再不需再对fa进行行宽度修正。度修正。3、验算持力算持力层地基承地基承载力力偏心距：偏心距：即即基底最大基底最大压力：力：最后确定最后确定该柱基柱基础底面底面长 L=2.3m,宽b=1.7m。基底平均基底平均压力：力：满足要求。足要求。基基础和回填土重：和回填土重：2.地基软弱下卧层承载力验算地基软弱下卧层承载力验算 软弱下卧弱下卧层是指在持力是指在持力层下，成下，成层土地基受力土地基受力层范范围内，内，承承载力力显著低于持力著低于持力层的高的高压缩性土性土层。Fk Pkdz
32、pcd软土土Es1Es2Gk pcz软卧层顶面处自重应力软卧层顶面处自重应力验算要求：验算要求：作用于下卧层顶面的全部作用于下卧层顶面的全部压力（自重应力和附加应压力（自重应力和附加应力），不超过软卧层的承力），不超过软卧层的承载力。即：载力。即：当持力当持力层下有下有软土土时，可能在此，可能在此层破坏，破坏，需要需要验算算软弱下卧弱下卧层的地基承的地基承载力力 pz +pcz faz 软卧层顶面处的软卧层顶面处的附加应力标准值附加应力标准值软弱下卧层顶面的附加应力简化计算软弱下卧层顶面的附加应力简化计算-压力扩散角法压力扩散角法假设基底处的附加应力向下传递时按某一角度向外扩散，假设基底处的附
33、加应力向下传递时按某一角度向外扩散，并均匀分布于较大面积的软弱下卧土层上。并均匀分布于较大面积的软弱下卧土层上。条件条件矩形基础：条形基础软卧层顶面处附加应力软卧层顶面处附加应力=基底处基底处附加应力附加应力 应力扩散后面积应力扩散后面积注意注意:扩散角 与Es1/Es2及z/b有关，持力层太薄不起作用Fk Pkdz软土土Es1Es2Gk 软弱下卧层地基承载力特征值软弱下卧层地基承载力特征值faz计算计算 faz=fak+dm（d+z 0.5）对软弱下卧层地基对软弱下卧层地基承载力只进行深度承载力只进行深度修正，修正深度从修正，修正深度从地面到软卧层顶面地面到软卧层顶面 pz +pcz faz
34、 Fk Pkdzpcd软土土Es1Es2Gk pcz当上述验算不能满足时可采取的措施当上述验算不能满足时可采取的措施1)采用采用“宽基浅埋宽基浅埋”方案，尽量减少基础埋深，方案，尽量减少基础埋深，增加基底至软弱下卧层的距离，使传至软弱下卧增加基底至软弱下卧层的距离，使传至软弱下卧层的附加应力减小；层的附加应力减小；2)增大基础宽度，减小基底压力，增大基础宽度，减小基底压力，使传至软卧层使传至软卧层 的附加应力减小（但可能增加软弱卧层变形）的附加应力减小（但可能增加软弱卧层变形）;3)采用人工地基或采用人工地基或采用深基础避开软弱下卧层采用深基础避开软弱下卧层。【例题例题】某承重某承重墙厚厚 ，
35、传来来轴力力标准准值 基基础埋埋深深 ，地地基基资料料如如下下图所所示示，试确确定定基基底底尺尺寸寸并并验算算软弱下卧弱下卧层。【解解】1、持力、持力层承承载力力验算：算：中心荷中心荷载作用，沿作用，沿墙长方向取方向取。埋深范埋深范围内土的加内土的加权平均重度平均重度 先先进行深度修正：行深度修正：由于：由于：不不须进行行宽度修正。度修正。基底平均基底平均压力力标准准值：确定基底尺寸：确定基底尺寸：淤泥淤泥质土承土承载力修正：力修正：2、软弱下卧弱下卧层验算：算：软弱下卧弱下卧层顶面面处自重自重应力力则：满足要求足要求软弱下卧弱下卧层顶面面处的附加的附加应力：力：软弱下卧弱下卧层顶面以上土的加
36、面以上土的加权平均重度：平均重度：地基变形验算目的地基变形验算目的保证建筑物安全、正常使用和外观。变形验算的要求变形验算的要求：建筑物的地基特征变形计算值，不应大于地基特征变形允许值，即 s 地基变形计算值 s地基变形允许值。注：传至基础上的荷载应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合准永久组合（不应计入风荷载和地震作用）。ss9.6地基地基变形形验算算 沉沉降降量量沉沉降降差差倾倾斜斜局局部部倾倾斜斜建筑地基规范将地基变形依其特征分为以下四种：建筑地基规范将地基变形依其特征分为以下四种：9.7无筋无筋扩展基展基础设计无筋扩展基础(刚性基础）材料：材料：砖、石、灰土、三合土及混凝土砖、石、灰
37、土、三合土及混凝土工作条件：工作条件：犹如一倒置的承受地基反力的两端外伸的悬臂梁。犹如一倒置的承受地基反力的两端外伸的悬臂梁。特点：特点：砖、石、灰土，素混凝土材料抗压强度较高，抗拉和抗剪强度很低，受弯后易剪切破坏。设计方法：设计方法：采用限制基础采用限制基础外伸宽度与高度之比（台外伸宽度与高度之比（台阶宽高比）即刚性角不超阶宽高比）即刚性角不超过允许值的构造措施。此过允许值的构造措施。此时，刚性基础按刚性角设时，刚性基础按刚性角设计一般具有足够的刚度，计一般具有足够的刚度，不需要再做抗弯、抗剪验不需要再做抗弯、抗剪验算。算。定义定义刚性基础刚性基础：用用砖、石抗拉和抗剪、石抗拉和抗剪强度度较
38、低的材料低的材料建造，在构造上受建造，在构造上受刚性角限制，受力性角限制，受力后不后不发生生挠曲曲变形的基形的基础。应用范围应用范围：一般用于六层及一般用于六层及六层以下（三合土不超过四层）六层以下（三合土不超过四层）的民用建筑和轻型厂房。的民用建筑和轻型厂房。类型：型：柱下独立基柱下独立基础和和墙下条形基下条形基础受力模型：受力模型：倒置的倒置的悬臂梁。臂梁。主要主要问题：弯曲，剪切，冲切。弯曲，剪切，冲切。扩展基展基础适用范适用范围 适用于适用于上部上部结构荷构荷载较大大，有，有时为偏心荷偏心荷载或承受弯矩、或承受弯矩、水平荷水平荷载的建筑物基的建筑物基础。在地基。在地基表表层土土质较好、
39、下好、下层土土质软弱弱的情况，利用表的情况，利用表层好土好土层设计浅埋基浅埋基础，最适宜采用，最适宜采用扩展基展基础。9.8扩展基展基础设计一、一、扩展基展基础的构造要求的构造要求(地基基地基基础规范范)1、墙下条基的构造要求：下条基的构造要求：2、独立柱基的构造要求：、独立柱基的构造要求：锥形基础锥形基础阶形基础阶形基础独立基础地板配筋长度减短独立基础地板配筋长度减短1010构造构造二、二、扩展基展基础的的设计计算算进行行扩展基展基础结构构计算，确定基算，确定基础配筋和配筋和验算材料算材料强度度时，上部上部结构构传来的荷来的荷载效效应组合合应按荷按荷载效效应的的基本基本组合合值；相相应的基底
40、反力的基底反力为净反力。反力。确定基底面确定基底面积时，传至基至基础底面上的荷底面上的荷载效效应组合合应按荷按荷载效效应的的标准准组合合值。比比 较不不计基基础及其上覆土自重及其上覆土自重时的基底反力的基底反力（一）（一）墙下下钢筋混凝土条形基筋混凝土条形基础的的结构构计算算1、轴心荷心荷载作用下作用下简化化计算：算：2、偏心荷载作用、偏心荷载作用基底基底边缘处的最大和最小的最大和最小净反力反力计算基底偏心距：算基底偏心距：悬臂支座臂支座处-截面的地基截面的地基净反力反力-截面截面处的弯距的弯距M和剪力和剪力V：（二）柱下（二）柱下钢筋混凝土筋混凝土单独基独基础结构构计算算（1）基）基础底板厚
41、度底板厚度 柱下柱下钢筋混凝土筋混凝土单独基独基础的底板厚度（即基的底板厚度（即基础高度）高度）主要由受冲切承主要由受冲切承载力力计算决定。算决定。1、轴心荷心荷载作用下：作用下：对矩形截面柱的矩形基矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基算柱与基础交接交接处以及以及基基础变阶处的受冲切承的受冲切承载力；力；a.当冲切破坏当冲切破坏锥体在基体在基础底面以内底面以内时，受冲切承，受冲切承载力力应按下列公式按下列公式验算：算：中心受压柱下独立基础冲切破坏验算（中心受压柱下独立基础冲切破坏验算（冲切破坏锥体在基础底面以内）b.当冲切破坏当冲切破坏锥体在基体在基础底面以外底面以外时，柱与基，柱与基础（或（或
42、阶形基形基础上上阶与下与下阶）交接）交接处不存在受冲切不存在受冲切问题，仅需需对基基础进行斜截面受剪承行斜截面受剪承载力力验算，基算，基础高度由受剪切承高度由受剪切承载力控制，力控制，按以下公式按以下公式验算：算：阶形或锥形基础截面的折算宽度和截面的有效高度计算方法阶形或锥形基础截面的折算宽度和截面的有效高度计算方法对于阶梯形基础截面A2A2锥形基础AA 截面（2）基）基础底板配筋底板配筋 基础底板在地基净反力作用下，如同固定于台阶根部或基础底板在地基净反力作用下，如同固定于台阶根部或柱边的倒置悬臂板，基础沿柱的周边向上弯曲。当地基净反柱边的倒置悬臂板，基础沿柱的周边向上弯曲。当地基净反力产生
43、的弯矩超过基础的截面抗弯强度时，就会发生弯曲破力产生的弯矩超过基础的截面抗弯强度时，就会发生弯曲破坏，呈井字形。坏，呈井字形。基础底板的配筋，应按受弯承载力确定。基础底板的配筋，应按受弯承载力确定。1）独立柱基础底面长短边之比）独立柱基础底面长短边之比时时 当基础台阶的宽高比小于或等于2.5时，图中各种情况的最大弯矩可按下列公式计算：2）独立柱基础底面长短边之比）独立柱基础底面长短边之比时时 基础底板以长边受力为主。基础底板短向钢筋应按下述方法布置：将短向全部钢筋面积乘以 后求得的钢筋，均匀分布在与柱中心线重合的宽度等于基础短边的中间带宽范围内。其余的短向钢筋则均匀分布在中间带宽的两侧。长向配
44、筋应均匀分布在基础全宽范围内。1）基础高度）基础高度 偏心荷载作用下，基础底面净反力呈梯形分布。为保证基底反力呈线性分布且基础底面与地基土之间不出现零应力区，必须使基础台阶的宽高比小于或等于2.5且偏心距小于或等于1/6基础长度，此时，基础边缘处的最大和最小地基净反力为：2、偏心荷、偏心荷载作用下：作用下：偏心受压基础高度计算与轴心受压情况基本相同。只需在基础受冲切和剪切验算时，将公式 中的 用 代替即可。2）基础底板配筋）基础底板配筋3.9地基、基地基、基础与上部与上部结构的相互作用构的相互作用 常规设计法是把上部结构、基础与地基三者作为彼此离散常规设计法是把上部结构、基础与地基三者作为彼此
45、离散的独立结构单元进行力学分析，的独立结构单元进行力学分析，不难看出常规设计法有不合理不难看出常规设计法有不合理之处，因为地基、之处，因为地基、基础和上部基础和上部结构沿接触面分离后，虽然满足结构沿接触面分离后，虽然满足静力平衡但却完全忽略了三者之间受荷前后的变形连续性。静力平衡但却完全忽略了三者之间受荷前后的变形连续性。一、地基、基础与上部结构相互作用的概念一、地基、基础与上部结构相互作用的概念 其实，地基、基础和上部结构三者是相互联系成整体来承其实，地基、基础和上部结构三者是相互联系成整体来承担荷载而发生变形的。这时，三部分都将按各自的刚度对变形担荷载而发生变形的。这时，三部分都将按各自的
46、刚度对变形产生相互制约的作用，从而使整个体系的内力（包括柱脚和基产生相互制约的作用，从而使整个体系的内力（包括柱脚和基底的反力）和变形（包括基础沉降）发生变化。显然，当地基底的反力）和变形（包括基础沉降）发生变化。显然，当地基软弱、结构物对不均匀沉降敏感时，上述常规分析结果与实际软弱、结构物对不均匀沉降敏感时，上述常规分析结果与实际情况的差别就愈大。情况的差别就愈大。由此可见，合理的分析方法，由此可见，合理的分析方法，原则上应该以地基、基础、原则上应该以地基、基础、原则上应该以地基、基础、原则上应该以地基、基础、上部结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前上部结构之间必须同时满足静力
47、平衡和变形协调两个条件为前上部结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前上部结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前提。提。提。提。只有这样，才能揭示它们在外荷作作用下相互制约、彼此只有这样，才能揭示它们在外荷作作用下相互制约、彼此影响的内在联系，从而达到安全、经济的设计目的。影响的内在联系，从而达到安全、经济的设计目的。二、地基和基础的相互作用二、地基和基础的相互作用二、地基和基础的相互作用二、地基和基础的相互作用（一）基底反力的分布规律（一）基底反力的分布规律（一）基底反力的分布规律（一）基底反力的分布规律 1.柔性基础柔性基础 柔性基础的抗弯刚度很小。它好比柔性基础的抗
48、弯刚度很小。它好比放在地上的柔软薄膜，可以随着地基的放在地上的柔软薄膜，可以随着地基的变形而任意弯曲。基础上任意一点的荷变形而任意弯曲。基础上任意一点的荷载传递到基底时不可能向旁边扩散分布，载传递到基底时不可能向旁边扩散分布，象直接作用在地基上一样。基底反力分象直接作用在地基上一样。基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致，布与作用于基础上的荷载分布完全一致，均布荷载下柔性基础的基底沉降是均布荷载下柔性基础的基底沉降是中部中部大大、边沿小边沿小。(a)(b)2.2.刚性基础刚性基础刚性基础刚性基础 刚性基础具有非常大刚性基础具有非常大刚性基础具有非常大刚性基础具有非常大的抗弯刚度，受荷后基
49、础的抗弯刚度，受荷后基础的抗弯刚度，受荷后基础的抗弯刚度，受荷后基础不挠曲，因此，原来是平不挠曲，因此，原来是平不挠曲，因此，原来是平不挠曲，因此，原来是平面的基底，沉降后仍然保面的基底，沉降后仍然保面的基底，沉降后仍然保面的基底，沉降后仍然保持持持持平面平面平面平面。此处把刚性基础。此处把刚性基础。此处把刚性基础。此处把刚性基础能跨越基底中部，将所承能跨越基底中部，将所承能跨越基底中部，将所承能跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中地传至担的荷载相对集中地传至担的荷载相对集中地传至担的荷载相对集中地传至基底边缘的现象叫做基础基底边缘的现象叫做基础基底边缘的现象叫做基础基底边缘的现象叫做基础的的
50、的的“架越作用架越作用架越作用架越作用”。图3-59 基础相对刚度与架越作用（a）基础刚度大；（b）基础刚度适中；（c）基础刚度适中小结论：基础相对刚度越大，架越作用越明显，基底压结论：基础相对刚度越大，架越作用越明显，基底压力分布与上部荷载分布越不一致。力分布与上部荷载分布越不一致。3.基础相对刚度的影响基础相对刚度的影响（二）地基非均质性的影响（二）地基非均质性的影响（二）地基非均质性的影响（二）地基非均质性的影响 当地基压缩性显著不均匀时，按常规设计法求得的基础内力可能与实际情况相差很大。地基压缩性不均匀时的情况地基压缩性不均匀时的情况二、二、二、二、地基变形对上部结构的影响地基变形对上