天然地基上的淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和概述

1、天 然 地 基 上 的 淺 基 礎(chǔ)設(shè)計(jì)和概述5.1 概述 5.2 基礎(chǔ)埋置深度5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定5.4 地基承載力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算5.5 抗震設(shè)計(jì)5.6 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.7 共同作用概念5.8 減輕不均勻沉降危害的措施本章目錄5.1 概述幾個(gè)概念：d基礎(chǔ)地基埋深5.1 概述天然地基上的淺基礎(chǔ)基礎(chǔ)類(lèi)型：樁基礎(chǔ)人工地基上的淺基礎(chǔ)深基礎(chǔ)換土墊層，水泥土樁、碎石樁復(fù)合地基等人工地基：埋深5m特殊方法施工考慮側(cè)壁阻力作用沉井基礎(chǔ)沉箱基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)也屬深基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)：埋深小于5m，或者埋深大于5m，但是小于基礎(chǔ)寬度。兩側(cè)（四周）的摩阻力忽略不計(jì)。所以不是簡(jiǎn)單的深淺概念。5.1 概述FdG主要受力

2、層持力層（受力層）下臥層條形基礎(chǔ) 3b獨(dú)立基礎(chǔ) 且 5m （二層以下民用建筑除外）主要受力層深度：淺基礎(chǔ)的類(lèi)型按基礎(chǔ)剛度分無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)（剛性基礎(chǔ)） 單獨(dú)基礎(chǔ)（獨(dú)立基礎(chǔ)）、條形基礎(chǔ)、筏型基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)、殼型基礎(chǔ)按結(jié)構(gòu)形式分?jǐn)U展基礎(chǔ)（柔性基礎(chǔ)）5.1 概述按基礎(chǔ)剛度分5.1 概述 無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)擴(kuò)展基礎(chǔ) (柔性基礎(chǔ))與材料和荷載有關(guān)Fbth0F 磚、石、灰土，素混凝土 材料抗拉強(qiáng)度很低要求基礎(chǔ)臺(tái)階寬高比（剛性角）符合一定條件鋼筋混凝土要滿(mǎn)足抗彎、抗剪和抗沖切等結(jié)構(gòu)要求按基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式分5.1 概述1 單獨(dú)基礎(chǔ)2 條形基礎(chǔ)3 十字交叉基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)的變種5.1 概述4 筏形（筏板）基礎(chǔ)5.1 概述底板外墻

3、內(nèi)墻5 箱形基礎(chǔ)5.1 概述由底板、墻和頂板形成箱，整體性更好6 殼體基礎(chǔ)高聳建筑物5.1 概述5.1 概述設(shè)計(jì)要求滿(mǎn)足：承載力、變形要求設(shè)計(jì)內(nèi)容確定：埋深、型式、結(jié)構(gòu)尺寸（長(zhǎng) 寬 高）、材料驗(yàn)算：承載力、變形、結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度設(shè)計(jì)規(guī)范1 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ7-89）2 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2002）5.1 概述設(shè)計(jì)等級(jí)02規(guī)范：設(shè)計(jì)等級(jí)甲級(jí)乙級(jí)丙級(jí)設(shè)計(jì)方法允許（容許）承載力設(shè)計(jì)方法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)5.1 概述荷載規(guī)定荷載分類(lèi)永久荷載可變荷載偶然荷載（特殊荷載）：爆炸力、撞擊力建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）荷載的標(biāo)準(zhǔn)值荷載的

4、準(zhǔn)永久值5.1 概述荷載組合基本組合標(biāo)準(zhǔn)組合準(zhǔn)永久組合正常使用極限狀態(tài)下的承載力驗(yàn)算正常使用極限狀態(tài)下的變形驗(yàn)算，不記入風(fēng)荷載和地震作用水平荷載較大的建筑物、擋土墻等，承載力極限狀態(tài)下的穩(wěn)定驗(yàn)算5.1 概述民用建筑樓面均布活荷載的代表值類(lèi)別住宅 宿舍 辦公室 教室 試驗(yàn)室食堂 餐廳禮堂 劇場(chǎng) 影院商店車(chē)站機(jī)場(chǎng)大廳健身房 舞臺(tái)書(shū)庫(kù)檔案庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)值(KN/m2)組合值系數(shù)c準(zhǔn)永久值系數(shù)q5.2 基礎(chǔ)埋置深度原則：在滿(mǎn)足承載力的條件下盡量淺埋基本要求：除巖石以外，D大于50cm（表土擾動(dòng)，植物，凍融，沖蝕）基礎(chǔ)頂距離表土大于10cm，保護(hù)橋要求在沖刷深度以下其它控制因素5.2 基礎(chǔ)埋置深度1 建筑物的用

5、途、結(jié)構(gòu)類(lèi)型及荷載性質(zhì)與大小地震區(qū)，除巖石地基外，天然地基的筏形和箱形基礎(chǔ)埋深不宜小于建筑物高度的1/15地下管道（上下水，煤氣電纜）應(yīng)在基底以上，便于維修基礎(chǔ)埋深不同時(shí) (1) 主樓與裙房，高度不同,分期施工設(shè)置后澆帶 (2) 臺(tái)階式相連, 如山坡上的房屋新舊及相鄰建筑物有一定距離。否則要求支護(hù)，并且要嚴(yán)格限制支護(hù)的水平位移。5.2 基礎(chǔ)埋置深度2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件盡量在地下水位以上,否則開(kāi)挖降水,費(fèi)用大有承壓水時(shí)，防止承壓水頂破基底基坑5.2 基礎(chǔ)埋置深度根據(jù)土層分布情況確定在滿(mǎn)足其他要求下盡量淺埋只有低層房屋可用，否則處理盡量淺埋。但是如h1太小就為IIh1 5m樁基或處理；好土軟

6、土好土 I II III IV好土軟土軟土(很深)h15.2 基礎(chǔ)埋置深度3 地基土的凍脹5.2 基礎(chǔ)埋置深度凍土多年凍土（凍結(jié)時(shí)間3年）季節(jié)性?xún)鐾涟l(fā)生凍脹的條件（1）土的條件 一般是細(xì)顆粒土（2）溫度條件 低于凍結(jié)溫度（3）水力條件 含水量，具有開(kāi)放性條件，如粉土凍脹最嚴(yán)重外因內(nèi)因土的凍脹性5.2 基礎(chǔ)埋置深度土的凍脹性衡量指標(biāo)凍脹性分類(lèi)平均凍脹率：不凍脹 1%弱凍脹 1% 3.5%凍脹 3.5% 6%強(qiáng)凍脹 6% 12%注意：碎石、砂等中粒徑小于的顆粒含量太高也會(huì)導(dǎo)致凍脹新講義表2-105.2 基礎(chǔ)埋置深度zd=z0 zs zw ze考慮凍脹的基礎(chǔ)埋深按02規(guī)范dmin zd - hmax

7、 zd: 設(shè)計(jì)凍深hmax：容許殘留凍土層最大厚度標(biāo)準(zhǔn)凍深土類(lèi)別凍脹性環(huán)境影響系數(shù)Z0 標(biāo)準(zhǔn)凍深：北 京 哈爾濱 滿(mǎn)洲里 10年的實(shí)測(cè)最大凍深平均值5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定極限承載力承載力容許承載力：設(shè)計(jì)承載力通常所說(shuō)的承載力指容許承載力理論公式計(jì)算承載力：臨界荷載 P1/4、P1/3臨塑荷載 Pcr5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定階段1：彈性段階段2：局部塑性區(qū)階段3：完全破壞段極限荷載Pu（極限承載力）5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定q=0dp2zMZmax=0 ：Zmax= B/4 或 B/3 ： Pcr = 0 dNq+cNcP1/4 = B N1/4+0 d Nq

8、+cNc臨界荷載P1/3= B N1/3+0 d Nq+cNc臨塑荷載極限荷載（極限承載力） Pu 計(jì)算1 普朗德?tīng)?瑞斯納公式5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定 q=0d d2 太沙基公式5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定被動(dòng)區(qū)過(guò)渡區(qū)剛性核太沙基極限承載力：一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)的公式3 斯凱普頓公式5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定對(duì)于飽和軟粘土地基 0： 條形基礎(chǔ)下：普朗德?tīng)?瑞斯納公式的特例 矩形基礎(chǔ)下：斯凱普頓公式4 漢森公式5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定在原有極限承載力公式上修正：基礎(chǔ)形狀修正深度修正荷載傾斜修正地面傾斜修正基底傾斜修正理論公式計(jì)算承載力（總結(jié)）：臨界荷載 P1/4

9、、P1/3臨塑荷載 Pcr極限荷載Pu（極限承載力）普朗特爾-雷斯諾公式太沙基公式斯凱普頓公式漢森公式5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定我國(guó)規(guī)范中?。?.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定fa=Mbb+Md md+Mcck以臨界荷載P1/4為理論基礎(chǔ)1 通過(guò)公式計(jì)算2 通過(guò)載荷試驗(yàn)確定3 通過(guò)經(jīng)驗(yàn)確定GBJ7-89 規(guī)范：推薦查表方法GB50007-2002 規(guī)范：取消了相關(guān)表格承載力公式計(jì)算：5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定fa=Mbb+Md md+Mcck fa：承載力特征值（設(shè)計(jì)值） Mb、Md 、Mc：承載力系數(shù)，由 k 查表 b：基底寬度，大于6m按6m考慮， 對(duì)于砂土小于3m按

10、3m考慮 ck：基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力查表計(jì)算：5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定GBJ7-89 規(guī)范fk=f f0 fk：承載力標(biāo)準(zhǔn)值 f0：承載力基本值（查表） f ：承載力修正系數(shù)變異系數(shù)粘性土 e、IL粉 土 e、w砂 土 N淤 泥 w5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)進(jìn)行深度和寬度修正：fak ：查表計(jì)算或靜載荷試驗(yàn)確定的承載力標(biāo)準(zhǔn)值fa ：深寬修正后的承載力特征值（設(shè)計(jì)值）b、d ：寬度和埋深修正系數(shù) ：基礎(chǔ)底面以下土的重度m ：基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度b ：大于6m按6m考慮，小于3m按3m考慮5.3 地基承載力和基

11、礎(chǔ)尺寸初步確定f=fak+dm(d-0.5)基礎(chǔ)尺寸初步確定：GFdF 作用在頂面的荷載，kNG 基礎(chǔ)及臺(tái)階上填土總重，kNA 基底面積，m2G 平均重度，一般取 20 kN/m3d 基礎(chǔ)埋深，m 暫不做寬度修正單獨(dú)基礎(chǔ)，中心荷載5.3 地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定GFd條形基礎(chǔ)，中心荷載偏心荷載時(shí)：將上面計(jì)算的 A 或 b 擴(kuò)大至 1.11.4 倍根據(jù) A 可初步確定 b 和 L5.4 地基承載力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算1 持力層承載力驗(yàn)算：根據(jù)初步確定的埋深d與b，確定f承載力驗(yàn)算偏心荷載時(shí)：5.4 地基承載力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算pmaxf高層建筑(筏,箱基) ：pmin0考慮地震可能出現(xiàn) eb/6, 此

12、時(shí)允許 pmin0，但0應(yīng)力區(qū)不能超過(guò) 25%blN=F+G要求：以條形面積為例beNeb/6: 三角形偏心荷載時(shí)：5.4 地基承載力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算偏心荷載時(shí)：5.4 地基承載力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算blN=F+G增加面積 AA不變，改變 b 和 l，具體看偏心方向采用不對(duì)稱(chēng)柱若不滿(mǎn)足承載力要求，則考慮：5.4 地基承載力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算2 軟弱下臥層承載力驗(yàn)算：F pdzpcz軟土Es1Es2注意：下臥層承載力 f 只做深度修正條基無(wú)后一項(xiàng)擴(kuò)散角可查表3 其它驗(yàn)算：水平荷載較大時(shí)，穩(wěn)定驗(yàn)算建筑在斜坡上時(shí)，穩(wěn)定驗(yàn)算抗震驗(yàn)算5.4 地基承載力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算后面介紹PhPv建筑物需滿(mǎn)足地基變形要求計(jì)算原理：

13、分層總和法部分建筑物可不做變形驗(yàn)算沉降量、沉降差、傾斜等5.4 地基承載力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算新講義表2-74 地基變形驗(yàn)算：計(jì)算方法：規(guī)范推薦“平均附加應(yīng)力系數(shù)”方法高大釗書(shū)中將其稱(chēng)為“應(yīng)力面積法”注意：荷載應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合，不應(yīng)計(jì)入風(fēng)荷載和地震荷載5.4 地基承載力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算dzizi-10i沉降不滿(mǎn)足時(shí)，需要：增大尺寸(減少p0)增加埋深(減少p0),尤其增加地下室-補(bǔ)償基礎(chǔ)地基處理調(diào)整荷載5.5 抗震設(shè)計(jì)5.5.1 概述 5.5.2 地基抗震驗(yàn)算5.5.3 飽和砂土與粉土的振動(dòng)液化5.5.4 抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)5.5.1 概述地震定義：由內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用引起

14、的地殼振動(dòng)現(xiàn)象的總稱(chēng)唐山地震：24萬(wàn)人關(guān)東地震：大火、龍卷風(fēng)阪神地震地震類(lèi)型構(gòu)造地震：占90%火山地震陷落地震激發(fā)地震：水庫(kù)誘發(fā)、核爆炸甘肅地震：20萬(wàn)人5.5 抗震設(shè)計(jì)蘇門(mén)答臘地震：20 萬(wàn)人1995年阪神地震1995年1月17日，日本兵庫(kù)縣南部阪神淡路地區(qū)發(fā)生了里氏級(jí)強(qiáng)烈地震，死5438人，傷24523人，直接經(jīng)濟(jì)損失約800億美元。震區(qū)的大開(kāi)等多個(gè)地鐵車(chē)站遭到嚴(yán)重的破壞?，F(xiàn)代地下結(jié)構(gòu)在地震中遭到嚴(yán)重破壞的第一個(gè)實(shí)例。地震：嚴(yán)重的自然災(zāi)害5.5 抗震設(shè)計(jì)震 源：發(fā)生地震的部位震 中：震源在地面的投影震 中 距：地面上某一點(diǎn)到震中的距離震源深度：震源到震中距離。 深度 橫波 面波5.5 抗震

15、設(shè)計(jì)震級(jí)：表示地震本身強(qiáng)度大小的等級(jí)， 是衡量震源釋放能量大小的一種量度M: 震級(jí)A: 標(biāo)準(zhǔn)地震儀在距震中100km處記錄的以微米為單位記錄的最大水平地動(dòng)位移（單幅值）里希特（Richter)里氏M2: 無(wú)感2M5： 破壞M7： 強(qiáng)烈一般，震級(jí)增加一級(jí)能量增加30倍左右5.5 抗震設(shè)計(jì)上限?烈度：地面及建筑物受地震影響的強(qiáng)烈的程度烈度大?。?2度（中國(guó)）比震中烈度低一度：近震比震中烈度低2度及以上：遠(yuǎn)震震級(jí)震源深度距震中距離場(chǎng)地巖土情況與等有關(guān)5.5 抗震設(shè)計(jì)5.5 抗震設(shè)計(jì)地震烈度的定量描述極其復(fù)雜烈度地震現(xiàn)象12度人們一般沒(méi)感覺(jué)，只有地震儀才能記錄到3度室內(nèi)少數(shù)人感覺(jué)到輕微震動(dòng)45度人們有

16、不同程度的感覺(jué)6度人行不穩(wěn)，器血傾斜，房屋出現(xiàn)裂縫，少數(shù)受到坡壞78度人立不住，大部分房屋遭到破壞，高大煙囪可以斷裂，有時(shí)有噴砂冒水現(xiàn)象910度房屋嚴(yán)重破壞，地表烈縫很多，湖泊水庫(kù)中有大浪，部分鐵軌彎曲、變形1112度房屋普遍倒坍，地面變形嚴(yán)重，造成巨大的自然災(zāi)害地震烈度表基本烈度：一個(gè)地區(qū)今后一定時(shí)期內(nèi)，一般場(chǎng)地條件下可能遭遇的最大地震烈度。目前我國(guó)基本上取50年超越概率為10的烈度值作為基本烈度抗震設(shè)防烈度：一個(gè)地區(qū)作為抗震設(shè)防依據(jù)的烈度設(shè)計(jì)烈度：各類(lèi)不同建筑物抗震設(shè)計(jì)所采用的烈度甲類(lèi)構(gòu)造物：專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，采用特殊抗震措施。乙類(lèi)構(gòu)造物：烈度提高一度丙類(lèi)構(gòu)造物：按設(shè)防烈度丁類(lèi)構(gòu)造物：降低一度（6

17、度時(shí)不降）一般6度以下可不進(jìn)行地震作用計(jì)算5.5 抗震設(shè)計(jì)場(chǎng)地土類(lèi)型場(chǎng)地覆蓋層厚度建筑場(chǎng)地類(lèi)別： 場(chǎng)地土類(lèi)型中硬堅(jiān)硬中軟軟弱根據(jù)土層剪切波速劃分5.5 抗震設(shè)計(jì)建筑場(chǎng)地類(lèi)別：地震震害：地震液化地震滑坡和地裂軟土震陷5.5 抗震設(shè)計(jì)5.5 抗震設(shè)計(jì)抗震承載力：5.5.2 地基抗震驗(yàn)算pE=s f s（軟硬），抗震承載力提高系數(shù)，可查表 在動(dòng)荷載作用下，動(dòng)強(qiáng)度有所高 特殊荷載，安全系數(shù)可降低5.5 抗震設(shè)計(jì)地震作用（地震力）計(jì)算：FE=GeqGeq 等效重力荷載：?jiǎn)螌?Ge，多層Ge 相應(yīng)于結(jié)構(gòu)物基本周期 T 的地震影響系數(shù)5.5 抗震設(shè)計(jì)地震影響系數(shù)：T (s)3Tg 00.1max0.45ma

18、x我國(guó)規(guī)范，查圖T 結(jié)構(gòu)物的基本周期Tg 場(chǎng)地的特征周期取決于場(chǎng)地類(lèi)別（） 地震類(lèi)型（近震，遠(yuǎn)震）內(nèi)因外因max 與地震烈度有關(guān) （69度）?5.5 抗震設(shè)計(jì)基底壓力計(jì)算：GGEdFE beN將地震作用等效為慣性力,按靜荷載分析計(jì)算擬靜力法驗(yàn)算要求：0應(yīng)力面積 25%GE 結(jié)構(gòu)的總重力荷載G 基礎(chǔ)與周?chē)恋幕旌现谾E 、M 地震慣性力和力矩M 地震液化：5.5.3 飽和砂土與粉土的振動(dòng)液化粘土有粘聚力c, 不易液化對(duì)于飽和松砂、細(xì)砂，在振動(dòng)荷載下(剪切力)土有由松變密的趨勢(shì)。這個(gè)過(guò)程中，由于水來(lái)不及排走，顆粒在一段時(shí)間內(nèi)處于懸浮狀態(tài)。有效應(yīng)力變?yōu)榱?，抗剪?qiáng)度喪失液化液化條件：飽和；松散；細(xì)砂或

19、粉土注意：密砂, 不液化埋深15m以下，一般不液化5.5 抗震設(shè)計(jì)液化機(jī)理示意5.5 抗震設(shè)計(jì)地基液化可能性判斷方法5.5 抗震設(shè)計(jì)1 規(guī)范法2 抗液化剪應(yīng)力法（）3 動(dòng)力反應(yīng)分析法4 概率統(tǒng)計(jì)法（谷本喜一）規(guī)范推薦的地基液化可能性判斷方法1 初步判別2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別若初步判別為不液化土，可不進(jìn)行第二步判別5.5 抗震設(shè)計(jì)以下情況不液化：第四紀(jì)晚更新世(Q3)烈度為6度小于（粘粒）的百分率： 7度：不少于10 8度：不少于13 9度：不少于16非液化土層du很厚,地下水位dw很深，即滿(mǎn)足下列條件之一則不液化： du d0+ db- 2 dw d0+ db- 3 du+ dw0+ 2db 1

20、 初步判別地面以下15米內(nèi)有飽和砂土、粉土，要進(jìn)行初判5.5 抗震設(shè)計(jì)2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別對(duì)于初步判別為液化的土，進(jìn)一步判斷ds標(biāo)慣點(diǎn)深度； dw 地下水深度； c 粘粒含量（去掉百分號(hào)），小于3時(shí)取c 3；N0 基準(zhǔn)標(biāo)慣擊數(shù)，可查表N 155.5 抗震設(shè)計(jì)液化指數(shù) ILENiNcr 才計(jì)入抗震設(shè)計(jì)基本原則：5.5.4 抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)加大埋深；增強(qiáng)地基、上部結(jié)構(gòu)整體性抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：擬靜力法1 以預(yù)防為主“小震不壞，大震不倒”2 選擇有利地形 選擇較好場(chǎng)地； 使建筑物基本周期避開(kāi)地層特征周期（卓越周期）3 做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)5.5 抗震設(shè)計(jì)防止液化的工程措施：全部消除液化沉降的措施 采用樁基； 深基礎(chǔ)； 加密法； 挖除全部可液化土層部分消除液化沉降的措施加密；挖除減小液化不均勻沉降危害的措施減小埋深，離開(kāi)液化土層；箱基、筏基、十字交叉基礎(chǔ)；增加上部結(jié)構(gòu)剛度、近對(duì)稱(chēng)5.5 抗震設(shè)計(jì)5.6