天然地基上的浅基础.ppt

第2章 浅基础,2.1 概述 2.2 浅基础的类型 2.3 基础埋置深度的选择 2.4 浅基础的地基承载力 2.5 基础底面尺寸的确定 2.6 扩展基础设计 2.7 联合基础设计 2.8 减轻不均匀沉降危害的措施,本章目录,2.1 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。,天然地基：天然土层，不对地基土做处理 浅基础： (1)埋深小于5m的柱基或墙基， (2)埋深小于基础宽度的筏基、箱基，埋深大于5m， (3)不考虑侧面摩擦力,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：,2.1 概述,人工地基：加固上部土层，提高承载力。经过地基处理,天然地基上的浅基础设计 Shallow foundation on natural ground GB50007-2002,1 浅基础的设计方法 2 基础分类 3基础埋深确定 4 地基计算承载力、变形、稳定 5 刚性基础设计 6 扩展基础设计 7 基础的结构设计,2.1.1 浅基础设计的内容,2.1.3 地基基础设计原则,1 对地基计算的要求 容许承载力设计方法 地基的容许承载力: (1)基底压力不能超过地基的极限承载力，并且有足够的安全度； (2) 地基变形不能超过允许变形值。,地基基础设计等级见P9表2-1,地基基础的设计和计算应满足下列三项基本原则： （1） 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（承载力）； （2） 应控制地基的特征变形量，使之不超过建筑物 的地基特征变形允许值，以免引起基础和上部 结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观； （表2-2） （3） 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。,2.1.3 地基基础设计原则,地基基础设计应按下列规定采用： 按地基承载力确定基础尺寸及埋深时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。 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下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。 极端挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定性及滑坡推力时，荷载效应应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合。 在确定基础高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确保配筋和演算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。 由永久荷载效应控制的基本组合值可取标准组合值的1.35倍。,2.1.3 地基基础设计原则,浅基础的分类 1 按基础刚度分类 无筋扩展(刚性)基础 扩展基础 2 按基础的结构形式分类 3 按基础材料分类 4 按基础埋深分类,2.2 浅基础的类型,一、选择地基基础类型，主要考虑两方面因素： 1、建筑物的性质；2、地基的地质情况。,二、地基基础方案 1. 天然地基上的浅基础； 2. 人工地基上的浅基础； 3. 天然地基上的深基础、桩基础。,三、天然地基上的浅基础定义,2.2.2 浅基础的类型,扩展基础,刚性基础,柔性基础,联合基础,条形基础,箱形基础,独立基础,筏板基础,十字交叉梁基础,壳体基础,按构造类型,一、扩展基础,适用于多层民用建筑和轻型厂房,(1)无筋扩展基础(刚性基础）,(2)扩展基础(柔性基础）,1、定义 2、受力性能：抗弯和抗剪 性能良好,二、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。,联合基础,三、按构造类型,1、独立基础,2、条形基础长度远大于宽度的基础,3、十字交叉梁基础,4、筏板基础,5、箱形基础 目前在高层建筑中多采用箱形基础,6、壳体基础 适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑 物的基础。,1 按基础刚度分类,无筋扩展基础 Rigid foundation 砖、石、灰土，素混凝土 材料抗拉强度很低 有基础台阶宽高比(刚性角)要求,扩展基础(柔性基础) Spread foundation 钢筋混凝土 要满足抗弯,抗剪和抗冲切等结构要求,1.1 1.5 与材料和荷载有关,浅基础分类,2 按基础的结构形式分类,1) 单独基础: 柱下或墙下,土质较好,Individual footing, pad foundation,独立基础的 主要受力层深度 1.5b,浅基础分类,2) 条型基础,墙下或柱下条形基础, 柱下:一般是土质差,两侧单独基础相连,Strip foundation,条形基础的 主要受力层深度 3.0b,浅基础分类,3) 十字交叉基础,柱下:土质更差,或荷载很大,四面基础相连,浅基础分类,Cross Strip footing,4) 片筏基础,土质更差,单独基础联成整体,游泳馆,筏下有肋,板下处理,浅基础分类,5) 箱形基础,有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好,浅基础分类,6) 壳体基础,浅基础分类,7) 联合基础,浅基础分类,界 限,一柱靠近建筑界线、二柱间距较小、基底面积不够或荷载偏心过大情况下可采用联合基础。,2 按基础的结构形式 单独基础 Individual footing pad foundation 条形基础 Strip footing 十字交叉基础 Cross strip footing 筏板基础 Mat foundation 箱形基础 Box foundation 壳体基础,浅基础分类,3 按基础材料分类 砖 石料 混凝土 钢筋混凝土 灰土 三合土,浅基础分类,浅基础设计步骤,No,结构、地质和环境资料,基础结构类型、建筑材料,地基承载力、荷载和基础初步尺寸,基础的结构和构造设计,基础设计图、施工图、预算书,确定持力层、基础埋深,基坑设计,2.3 基础埋置深度的选择,独立基础主要受力层 1.5b 条形基础主要受力层 3.0b,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： 1 D大于50cm。表土扰动，植物，冻融，冲蚀 2 基础顶距离表土大于10cm，保护 3 桥要求在冲刷深度以下,2.3 基础埋置深度的选择,2.3.1 与建筑物有关的条件,结构要求,地下室、地下管道(上下水，煤气电缆)应在基底以上，便于维修，要求地下室的作用: 承载力 变形 补偿基础,2.3 基础埋置深度的选择,2.3.1 与建筑物有关的条件,筏基和箱基的埋深不宜小于建筑物高度的1/15；桩筏和桩箱基础 的埋深（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/181/20。,1 地下水位以上 否则开挖降水,费用大，易扰动 2 土层分布情况 (1) 浅基础还是深基础(桩基础) (2) 天然还是人工地基 (3) 天然地基, 埋深根据土层分布定,2.3 基础埋置深度的选择,2.3.2 工程地质和水文地质条件,在满足其他要求下尽量浅埋,只有低层房屋可用,否则处理,尽量浅埋但是如h1太小就为II,h14 m 桩基或处理,软土 (很深),好土,软土,软土,好土,I II III IV,h1,h1,2.3 基础埋置深度的选择,2.3.2 工程地质和水文地质条件,尽量在地下水位以上,否则开挖降水,费用大,有承压水时，防止承压水顶破基底,2.3 基础埋置深度的选择,2.3.2 工程地质和水文地质条件,1 冻胀危害及机理 冻胀及冻拔 地面隆起(不均匀) 翻浆,融陷,强度降低 如果冻结深度大于融沉，称为永冻土,地下冰,2.3 基础埋置深度的选择,2.3.3 地基冻融条件,2.3 基础埋置深度的选择,2.3.3 地基冻融条件,1 冻胀危害及机理,冻深,毛细区,地下水,1928-1929 Casagrande做了较深入的研究, 美国北部: 冰深45cm, 冻胀量13cm, =8%12%, 60%110%, 冰透镜达13cm,冻结区,机理 复杂,开始认为是水变成冰的体胀. 自由水冻结温度0oc,结合水冻结温度-0.5-30oc,总结:开敞式水源,冻结慢,形成透镜体,吸引毛细水,自由水+外层(弱)结合水冻结,形成冰针,冰透镜,结合水膜变薄, 离子浓度加大 吸力增加,吸引地下水,2 发生冻胀的条件,(1) 土的条件 一般是细颗粒土。 砂土的毛细高度小，发生冰冻时体积膨胀，孔隙水容易排走，骨架不变。太细的土，水分供应不及时，冻胀也不明显。 (2) 温度条件 低于冻结温度 (3) 水文条件 含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重,2.3 基础埋置深度的选择,2.3.3 地基冻融条件,3 按冻胀的地基土分类 不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻胀，特强冻胀,土的冻胀性分类 冻胀率=冻胀量/冻前厚度 土类，含水量，地下水位 Z0标准冻深多年实测最大冻结深度的平均值, 夏季地面开始往下算。 北京 1.0m，哈尔滨 2.0m，满洲里 2.5m,4 考虑冻胀的基础埋深,设计冻结深度 zd z0 zs zw ze Z0 标准冻深；soil, , envi.,考虑冻胀的基础埋深,4 考虑冻胀的基础埋深,设计冻结深度 zd z0 zs zw ze Z0 标准冻深；soil, , envi. 考虑冻胀性，基础最小埋置深度 dmin zd - hmax hmax 残留冻土层厚度,考虑冻胀的基础埋深,4 考虑冻胀的基础埋深,dmin = zd hmax Zd 设计冻深；hmax允许残留冻土最大厚度,Zd,Z0,dmin,室内地面,hmax,考虑冻胀的基础埋深,1 新建筑物基础埋深浅 2 新旧相邻建筑物有一定距离 L/ H=12 否则要求支护 严格限制支护水平位移,新,旧,L,H,2.3 基础埋置深度的选择,2.3.4 场地环境条件,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 的地基承载力称为地基承载力的特征值fa。 具有一定的强度安全储备。 地基变形不应大于相应的允许值。,2.4 浅基础的地基承载力,2.4.1 地基承载力的概念,1 按土的抗剪强度指标确定 （1）地基极限承载力理论公式,2.4 浅基础的地基承载力,2.4.2 地基承载力特征值的确定,K与建筑物的安全等级、荷载性质、强度指标的可靠度以及 地基条件等有关，对于长期承载力 K=23,（2） 规范推荐的理论公式,fa = Mbb + Md md + Mcck fa :承载力特征值（设计值） 相当与 p1/4=NB /2+Nq d+Ncc 基础宽度b大于6m按6m计算，砂土小于3m按3m计算， 先初步估计b, b为基础短边,b,l,2.4 浅基础的地基承载力,2.4.2 地基承载力特征值的确定,Mb、Md、McP21表2-3,2 按地基载荷试验确定,2.4 浅基础的地基承载力,2.4.2 地基承载力特征值的确定,压力的影响深度是承 载板的1.52倍。,对于密砂和硬黏土，P-S曲线呈陡降型，承载力特征值以强度 安全控制，故采用Pcr作为承载力特征值。当Pu1.5Pcr，以Pu/2 作为承载力特征值。,对于松砂和软黏土，P-S曲线呈缓变型，承载力特征值以允许 沉降量控制，规范规定取s=(0.010.015)b所对应的荷载作为 承载力特征值。,fak,试验平均值,3 按规范承载力表确定 原位试验资料经回归分析并结合经验确定承载力特征值fak,经深度、宽度修正的特征值 p23,b 、d 为宽度深度修正系数，按持力层土的类别查表2-5,2.4 浅基础的地基承载力,2.4.2 地基承载力特征值的确定,4 按建筑经验确定,fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5),进行深度和宽度修正：,fak ：查表计算或静载荷试验确定的承载力标准值,fa ：深宽修正后的承载力特征值（设计值）,b、d ：宽度和埋深修正系数, ：基础底面以下土的重度,m ：基础底面以上土的加权平均重度,b ：大于6m按6m考虑，小于3m按3m考虑,2.4 浅基础的地基承载力,2.4.2 地基承载力特征值的确定,地基变形验算的要求：,2.4 浅基础的地基承载力,2.4.3 地基变形验算,地基变形特征值,沉降量独立基础中心点的沉降值或整栋建筑物基础的平均沉降值；,沉降差相邻两个柱基的沉降量之差；,倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；,局部倾斜砌体承重结构沿纵向610m内基础两点的沉降差 与其距离的比值。,P26表2-6，建筑物的地基变形值,建筑物等级对地基不均匀沉降的敏 感程度以及对结构强度贮备的要求,地基变形要求 甲级和部分乙级建筑，在满足承载力要求外，还要验算沉降 大部分乙级建筑物查表确定承载力，无需验算沉降 特殊原因,2.4 浅基础的地基承载力,2.4.3 地基变形验算,沉降不满足时,修改设计,增大尺寸(减少p0) 增加埋深,尤其增加地下室-补偿基础 地基处理 调整荷载,2.4 浅基础的地基承载力,2.4.3 地基变形验算,基本条件：基底平均压力p不大于持力层承 载力的特征值fa pk fa,根据持力层承载力确定基础面积,确定基础尺寸 验算持力层承载力,fa,2.5 基础底面尺寸的确定,1 轴心荷载作用,荷载Fk+Gk， Gk=A Gd, G是基础加土的重度 G=20kN/m3 承载力特征值 fa (暂不做宽度修正),基底面积 Fk+Gk Afa,d,pk fa,2.5 基础底面尺寸的确定,柱基础底面积A的确定,条形基础单位长度确定基础宽度,2.5 基础底面尺寸的确定,2 偏心荷载作用,2.5 基础底面尺寸的确定,要求：,pk fa,2.5 基础底面尺寸的确定,计算步骤： 1 进行深度修正，初步确定修正后的 地基承载力特征值；,2,3,4 对地基承载力进行宽度修正,5 计算e和Pkmax，并验算是否满足要求,6 若b、L不适当，可调整尺寸再进行验算。,pk fa,承载力验算,2.5 基础底面尺寸的确定,2.5.2 软弱下卧层承载力验算,存在软弱下卧层时，要验算 1) 按照中心荷载确定基底压力 pk = (Fk+Gk)/A 2) 计算基底原自重应力 cd 3) 计算基底附加应力 p0=pk-cd 4) 扩散角 与Es1/ Es2及z/b有关 持力层太薄不起作用,2.5 基础底面尺寸的确定,cz,2.5 基础底面尺寸的确定,查表27，条基无后一项 6) 软弱下卧层承载力做深度修正，不做宽度修正,2.5 基础底面尺寸的确定,5）软弱下卧层顶部附加应力,1) 要求最危险的滑动面上各力对滑动圆心所产生的抗滑力矩与滑动力矩之比满足：,2.5.4 地基稳定性验算,a,b,d,2）位于斜坡上的基础，要求：,荷载计算 二 基础尺寸 三 基础高度 四 基础验算,2.6 扩展基础设计,2.6.1 无筋扩展基础设计,条形基础单位长度确定基础宽度,bb0+2htg 确定h 砖墙:承重墙b 6070cm, b0为24,37,48cm 非承重墙b 50cm,2.6 扩展基础设计,2.6.1 无筋扩展基础设计,b0,b,长、宽和高度的确定,单独无筋扩展基础 b l A b b0+2h tg l l 0 +2h tg 满足d h+0.1m,确定b, l 和h,=45o (1:1) 30o (1:2),2.6 扩展基础设计,2.6.1 无筋扩展基础设计,2.8 减轻不均匀沉降危害的措施,如何防止或减轻不均匀沉降？,设法增强上部结构对不均匀沉降的适应能力； 设法减少不均匀沉降或总沉降量。,措施： 采用扩展基础，或筏基和箱基； 采用桩基或其他深基础； 人工地基； 考虑地基、基础、上部结构相互作用，在建筑、结构和 施工方面采取措施。,1 建筑物的体型力求简单,2.8 减轻不均匀沉降危害的措施,2.2.2 建筑措施,M型,建筑物立面高差过大,47m,39,150,194,199,175,87,沉降曲线(m