土力學(xué)與地基基礎(chǔ)-第8章-淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)課件

8.1概述8.2基礎(chǔ)埋置深度8.3地基承載力和基礎(chǔ)尺寸初步確定8.4地基承載力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算本章目錄第八章淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)8.1概述幾個(gè)概念：d基礎(chǔ)地基埋深第八章淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)FdG主要受力層持力層（受力層）下臥層條形基礎(chǔ)3b獨(dú)立基礎(chǔ)1.5b且5m（二層以下民用建筑除外）主要受力層深度：持力層—基礎(chǔ)直接接觸的土層，天然地基或者樁基礎(chǔ)。持力層具有較高的強(qiáng)度（滿足承載力需要），相對(duì)較高的壓縮模量。深度滿足基礎(chǔ)埋深的要求下臥層—主要受力層范圍，持力層以下各個(gè)土層。當(dāng)土層強(qiáng)度低于持力層時(shí)稱“軟弱下臥層”

基礎(chǔ)類型：天然地基上的淺基礎(chǔ)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。淺基礎(chǔ)的類型按基礎(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)）按基礎(chǔ)剛度分無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)擴(kuò)展基礎(chǔ)(柔性基礎(chǔ))1:1.0–1:2.0與材料和荷載有關(guān)Fbth0F磚、石、灰土，素混凝土材料抗壓性能好，抗拉、抗剪強(qiáng)度很低要求基礎(chǔ)臺(tái)階寬高比（剛性角）符合一定條件（表8.1）鋼筋混凝土要滿足抗彎、抗剪和抗沖切等結(jié)構(gòu)要求基礎(chǔ)不受剛性角限制，其剖面可做成扁平形狀，用較小的基礎(chǔ)高度把上部荷載傳到較大的基礎(chǔ)地面以適應(yīng)承載力的需要。按基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式分1單獨(dú)基礎(chǔ)2條形基礎(chǔ)柱下或者墻下設(shè)置類似梁的條形的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其寬度，是在獨(dú)立基礎(chǔ)不能滿足的情況下用的,提高基礎(chǔ)的整體性

獨(dú)立基礎(chǔ)一般用于小型的框架結(jié)構(gòu),直接設(shè)立在柱下,每個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)沒(méi)有聯(lián)系

3十字交叉基礎(chǔ)——條形基礎(chǔ)的變種十字交叉鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)。當(dāng)單向條形基礎(chǔ)的底面積仍不能承受上部結(jié)構(gòu)荷載的作用時(shí)，可把縱橫柱的基礎(chǔ)均連在一起，從而成為十字交叉條形基礎(chǔ)，以增大承載力，并減小不均勻沉降。十字交叉條形基礎(chǔ)可承擔(dān)10層以下的民用住宅。4筏形（筏板）基礎(chǔ)當(dāng)?shù)鼗休d力低，而上部結(jié)構(gòu)的荷載又較大，以致十字交叉條形基礎(chǔ)仍不能提供足夠的底面積來(lái)滿足地基承載力的要求時(shí)，可采用鋼筋混凝土滿堂基礎(chǔ)，這種滿堂基礎(chǔ)稱為筏板基礎(chǔ)。它類似一塊倒置的樓蓋，比十字交叉條形基礎(chǔ)具有更大的整體剛度，有利于調(diào)整地基的不均勻沉降，能夠較好的適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)荷載分布的變化。特別對(duì)于有地下室的房屋或大型貯液結(jié)構(gòu)，如水池、油庫(kù)等，筏板基礎(chǔ)是一種比較理想的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。筏板基礎(chǔ)可分為平板式和梁板式兩種類型。平板式筏板基礎(chǔ)是一塊等厚度的鋼筋混凝土平板;若柱距較大，柱荷載相差也較大時(shí)，板內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生較大的彎矩，此時(shí)宜在板上沿柱軸縱橫向設(shè)置基礎(chǔ)梁即形成梁板式筏板基礎(chǔ)底板外墻內(nèi)墻5箱形基礎(chǔ)由底板、墻和頂板形成箱，整體性更好剛性大，并且挖去了很多土，減少了基礎(chǔ)底面的附加壓力，使建筑物沉降量大大減少，因此又稱“補(bǔ)償性基礎(chǔ)”當(dāng)?shù)鼗休d力較低，上部結(jié)構(gòu)荷載較大，采用十字交叉條形基礎(chǔ)無(wú)法滿足承載力要求，又不允許采用樁基時(shí)，可考慮采用箱形基礎(chǔ)。6殼體基礎(chǔ)高聳建筑物為了充分發(fā)揮鋼筋和混凝土材料的受力特點(diǎn)，可以使用結(jié)構(gòu)內(nèi)力主要是軸向壓力的殼體結(jié)構(gòu)作為筒形構(gòu)筑物（如煙囪、水塔、糧倉(cāng)、中小型高爐等）的基礎(chǔ)。殼體基礎(chǔ)具有材料省和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。可比一般梁、板式的鋼筋混凝土基礎(chǔ)節(jié)約混凝土50%左右，節(jié)省鋼筋30%以上。此外，施工時(shí)一般情況下可不必支模，土方挖運(yùn)量也較少。但對(duì)施工技術(shù)的要求較高，目前主要用于筒形構(gòu)筑物的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)要求滿足：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）設(shè)計(jì)等級(jí)(p74表4.2）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)方法由于巖土性質(zhì)的變異性很大，在巖土工程中，普遍還沒(méi)有達(dá)到采用可靠度設(shè)計(jì)的水平。因此，我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)與大多數(shù)國(guó)家一樣，仍然是采用總安全系數(shù)的方法來(lái)體現(xiàn)巖土工程的安全性，屬于容許承載力方法的范疇，這是由巖土工程技術(shù)水平的發(fā)展現(xiàn)狀所決定的。8.2基礎(chǔ)埋置深度原則：在滿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埋深：基礎(chǔ)底面到天然地面垂直距離。一般自室外地面標(biāo)高算起。1建筑物的用途、結(jié)構(gòu)類型及荷載性質(zhì)與大小基礎(chǔ)埋深的選擇首先需建筑物的用途、有無(wú)地下室、設(shè)備基礎(chǔ)和地下設(shè)施、基礎(chǔ)的類型和構(gòu)造條件等。如果有地下室、設(shè)備基礎(chǔ)和地下設(shè)施，基礎(chǔ)的埋深則要結(jié)合建筑設(shè)計(jì)標(biāo)高的要求確定?；A(chǔ)的埋深還取決于基礎(chǔ)的構(gòu)造高度，例如用磚石等脆性材料砌筑的無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，為了防止基礎(chǔ)本身材料的破壞，基礎(chǔ)的構(gòu)造高度往往很大，因此無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的埋深一般要大于鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。對(duì)于高層建筑，為了滿足穩(wěn)定性的要求、減少建筑物的整體傾斜以及防止傾覆和滑移、在抗震設(shè)防區(qū)天然地基上的箱形基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)，其埋深不宜小于建筑物高度的1/15。對(duì)于作用有較大水平荷載的基礎(chǔ)，還應(yīng)滿足穩(wěn)定要求，當(dāng)這類基礎(chǔ)建筑位于巖石地基上時(shí)，基礎(chǔ)埋深還應(yīng)滿足抗滑要求。對(duì)于受有上拔力的結(jié)構(gòu)（如輸電塔等）基礎(chǔ)，也要求有較大的埋深以滿足抗拔要求。對(duì)不均勻沉降較敏感的建筑物，如層數(shù)不多而平面形狀較復(fù)雜的框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)將基礎(chǔ)埋置在較堅(jiān)實(shí)和厚度比較均勻的土層上。因地基持力層傾斜或建筑物使用上的要求，基礎(chǔ)可做成臺(tái)階形，由淺向深逐步過(guò)渡，臺(tái)階的高寬比一般為1:21建筑物的用途、結(jié)構(gòu)類型及荷載性質(zhì)與大小當(dāng)管道(上下水，煤氣電纜)與基礎(chǔ)相交時(shí)，基礎(chǔ)埋深應(yīng)低于管道，并在基礎(chǔ)上面預(yù)留有足夠間隙的孔洞，以防止基礎(chǔ)沉降壓壞管道。對(duì)于橋墩基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)頂面應(yīng)位于河流最低水位以下。為防止橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)四周和基底以下土層被水流淘空沖走導(dǎo)致坍塌，其埋置深度還應(yīng)考慮河床的沖刷深度，基礎(chǔ)必須埋置在設(shè)計(jì)洪水的最大沖刷線以下一定的深度，以保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。一般情況下，小型橋涵的基礎(chǔ)底面應(yīng)設(shè)置在設(shè)計(jì)洪水沖刷線以下不少于1m。在滿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<2m基底在好土；h1=2m~4m高樓好土，低樓軟土；h1>5m樁基或處理；好土軟土好土III IIIIV好土軟土軟土(很深)h12工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件工程地質(zhì)條件（根據(jù)土層分布情況確定埋深）（加固上層土或用短樁基礎(chǔ)施工是否方便，是否經(jīng)濟(jì)）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水文地質(zhì)條件3相鄰建筑物的基礎(chǔ)埋深為了保證在新建建筑物施工期間，相鄰的原有建筑物的安全和正常使用，新建建筑物的基礎(chǔ)埋深不宜深于相鄰原有建筑物的基礎(chǔ)埋深。若新建建筑物荷載很大，樓層高，基礎(chǔ)埋深一定要超過(guò)原有建筑物的基礎(chǔ)埋深時(shí)，為避免新建建筑物對(duì)原有建筑物的影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮與原有基礎(chǔ)保持有一定的凈距。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)荷載大小、基礎(chǔ)形式和土質(zhì)條件而定，一般取相鄰兩基礎(chǔ)底面高差的1～2倍若基礎(chǔ)凈距不能滿足要求，應(yīng)采用其它措施，如分段施工，設(shè)臨時(shí)加固支撐，如板樁、水泥攪拌樁擋墻或地下連續(xù)墻等施工措施，或加固原有建筑物地基，以避免新基坑開(kāi)挖使原有基礎(chǔ)地基松動(dòng)。凍土多年凍土（凍結(jié)時(shí)間3年）季節(jié)性凍土作為建筑地基的凍土，根據(jù)持續(xù)時(shí)間可分為季節(jié)性凍土和多年凍土兩大類。多年凍土是指凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)三年或三年以上的土；季節(jié)性凍土是指凍土地表層冬季凍結(jié)、夏季全部融化的土。季節(jié)性凍土在我國(guó)主要分布于東北、西北、華北地區(qū)，季節(jié)性凍土層厚度一般在50cm以上，有些地方凍土層厚度可達(dá)3m。若基礎(chǔ)埋于凍脹土內(nèi)，由于土體膨脹在基礎(chǔ)周圍和基礎(chǔ)底部，產(chǎn)生凍脹力使基礎(chǔ)上抬，造成門窗不能開(kāi)啟，嚴(yán)重的甚至?xí)饓w開(kāi)裂。當(dāng)溫度升高土體解凍時(shí)，又由于土中水分的高度集中，使土質(zhì)變得十分松軟而引起融陷，且建筑物各部分的融陷也是不均勻的。多次凍融會(huì)使建筑物遭致嚴(yán)重的破壞。土具有凍脹和融陷的特點(diǎn)，因此，在季節(jié)性凍土地區(qū)設(shè)計(jì)建筑物時(shí)應(yīng)考慮地基凍脹和融陷對(duì)基礎(chǔ)埋深的影響。4地基土凍脹和融陷的影響發(fā)生凍脹的條件（1）土的條件一般是細(xì)顆粒土（結(jié)合水含量多）（2）溫度條件低于凍結(jié)溫度（3）水力條件若地下水位高或通過(guò)毛細(xì)水能使水分向凍結(jié)區(qū)補(bǔ)充，則凍脹較嚴(yán)重。所以，在季節(jié)性凍土地區(qū)，基礎(chǔ)應(yīng)埋在凍結(jié)深度以下。外因內(nèi)因土的凍脹性土的凍脹性衡量指標(biāo)凍脹性分類（根據(jù)土的類別、含水量大小、地下水位高低）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%特強(qiáng)凍脹>12%注意：碎石、砂等中粒徑小于0.075mm的顆粒含量太高也會(huì)導(dǎo)致凍脹──凍結(jié)前土的體積；──凍結(jié)后土的體積；──凍結(jié)引起的土的體積增量。P181表8-2考慮凍脹的基礎(chǔ)埋深按02規(guī)范dmin

zd

-hmax

zd:

設(shè)計(jì)凍深hmax：容許殘留凍土層最大厚度zd=z0zs

zw

ze標(biāo)準(zhǔn)凍深土類別凍脹性環(huán)境影響系數(shù)Z0標(biāo)準(zhǔn)凍深：北京0.8~1.0m哈爾濱2.0m滿洲里2.8m10年的實(shí)測(cè)最大凍深平均值8.3地基承載力和基礎(chǔ)底面尺寸初步確定極限承載力承載力容許承載力：承載力特征值通常所說(shuō)的承載力指容許承載力一、地基承載力理論公式計(jì)算承載力（總結(jié)）：臨界荷載P1/4、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我國(guó)規(guī)范中?。篺a=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P111(5.28)fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)進(jìn)行深度和寬度修正：fak

：按現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)或其它原位測(cè)試、經(jīng)驗(yàn)值等方法確定的地基承載力特征值；fa

：深寬修正后的承載力特征值b、d

：寬度和埋深修正系數(shù)p113表5.3：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考慮承載力公式計(jì)算：fa=Mbb+Md

md+Mcck——fa：承載力特征值——Mb、Md

、Mc：承載力系數(shù)，由k

查表5-2——b：基底寬度，大于6m按6m考慮，對(duì)于砂土小于3m按3m考慮——ck：基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力FdG主要受力層持力層（受力層）下臥層條形基礎(chǔ)3b獨(dú)立基礎(chǔ)1.5b且5m（二層以下民用建筑除外）主要受力層深度：持力層—基礎(chǔ)直接接觸的土層，天然地基或者樁基礎(chǔ)。持力層具有較高的強(qiáng)度（滿足承載力需要），相對(duì)較高的壓縮模量。深度滿足基礎(chǔ)埋深的要求下臥層—主要受力層范圍，持力層以下各個(gè)土層。當(dāng)土層強(qiáng)度低于持力層時(shí)稱“軟弱下臥層”

確定基礎(chǔ)類型和埋深后，已知基礎(chǔ)底面尺寸，即可進(jìn)行地基土持力層承載力驗(yàn)算。若地基受力層范圍內(nèi)存在有承載力低于持力層的土層，稱為軟弱下臥層，還須驗(yàn)算軟弱下臥層的承載力。若基礎(chǔ)底面尺寸不知道，可以根據(jù)外荷載和地基承載力進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

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

——基礎(chǔ)及回填土平均重度，一般取20kN/m3d

——基礎(chǔ)埋深，mfa=fak+dm(d-0.5)

——暫不做寬度修正單獨(dú)基礎(chǔ)，中心荷載二、基礎(chǔ)底面尺寸初步確定條形基礎(chǔ)，中心荷載持力層承載力驗(yàn)算：根據(jù)初步確定的埋深d與A(b),確定最終的承載力修正值fa承載力驗(yàn)算GFd偏心荷載時(shí)：將上面計(jì)算的A

或b

擴(kuò)大至1.1~1.4倍根據(jù)A

可初步確定b

和L首先根據(jù)中心荷載公式加以擴(kuò)大初選截面尺寸持力層承載力驗(yàn)算：根據(jù)初步確定的埋深d與A(b),確定最終的承載力修正值fa承載力驗(yàn)算pmax1.2faF+G

eebpmaxpmin作用于基礎(chǔ)底面形心上的力矩M=(F+G)?e

基礎(chǔ)底面抵抗矩；矩形截面W=lb2/6

l討論：當(dāng)e<b/6時(shí)，pmax，pmin>0，基底壓力呈梯形分布;當(dāng)e=b/6時(shí)，pmax>0，pmin=0，基底壓力呈三角形分布;當(dāng)e>b/6時(shí)，pmax>0，pmin<0，基底出現(xiàn)拉應(yīng)力；pmaxpmine<b/6pmaxpmin=0e=b/6e>b/6pmaxpmin<0基底壓力重分布pmaxpmin=0但基底與土之間是不能承受拉應(yīng)力的，產(chǎn)生拉應(yīng)力部分的基底將與地基土脫開(kāi)而不能傳遞荷載，基底壓力重新分布。根據(jù)平衡條件求得重分布后的基底最大壓應(yīng)力。基底壓力重分布偏心荷載作用線應(yīng)與基底壓力的合力作用線重合

le>b/6b/2-e3(b/2-e)bleb/2-e3(b/2-e)總結(jié)：對(duì)于獨(dú)立基礎(chǔ)：當(dāng)e≤b/6時(shí)

當(dāng)e>b/6時(shí)，對(duì)于條形基礎(chǔ)：當(dāng)e≤b/6時(shí)

當(dāng)e>b/6時(shí)，pmax1.2fa

在軟土地區(qū)，持力層一般不太厚，在持力層以下受力層范圍內(nèi)存在軟土層（即稱軟弱下臥層），此時(shí)只滿足持力層的要求是不夠