地基承载力特征值

1山东大学地基基础工程第一章主讲教师王广月2第一章浅基础设计的基本原理基本内容浅基础的类型基础埋置深度地基基础的设计原则地基承载力按地基承载力确定基础底面尺寸防止不均匀沉降损害的措施3本章学习要点本章将主要介绍浅基础的类型与适用条件，浅基础的设计程序与方法。•重点掌握：•①基础埋深确定原则；•②地基承载力的确定•③基础底面积尺寸计算；4第一节概述建筑物地基可分为天然地基和人工地基，基础可分为浅基础和深基础。深基础埋深较大，其主要作用是把所承受的荷载相对集中地传递到地基深部；而浅基础则是通过基础底面、把荷载扩散分布于浅部地层。5浅基础不同于深基础主要表现在：1.从施工角度看，开挖基坑过程中降低地下水位（当地下水位较高时）和保证坑壁（或边坡）稳定的问题比较容易解决；2.从设计角度来看，浅基础的埋置深度一般较浅，因此可以只考虑基础底面以下土的承载力，而忽略基础侧面土提供的竖向承载力。6浅基础的设计，不能离开地基条件孤立地进行，故常称为地基基础设计。地基基础设计是建筑物结构设计的重要组成部分。基础的型式和布置，要合理地配合上部结构的设计，满足建筑物整体的要求，同时要做到便于施工、降低造价。7天然地基上结构较简单的浅基础，最为经济，如能满足要求，宜优先选用。天然地基、人工地基上浅基础设计的原则和方法基本相同，只是采用人工地基上的浅基础方案时，尚需对选择的地基处理方法进行设计，并处理好人工地基与浅基础的相互影响。8天然地基上浅基础的设计，包括下述各项内容：1.选择基础的材料、类型和平面布置；2.选择基础的埋置深度；3.确定地基承载力；4.确定基础尺寸；5.进行地基变形与稳定性验算；6.进行基础结构设计；7.绘制基础施工图，提出施工说明。910上述浅基础设计的各项内容是相互关联的，设计时可按上述顺序，首先选择基础材料、类型和埋深，然后逐项进行计算，如果发现前面的选择不妥，则需修改设计，直至各项计算均符合要求，各数据前后一致为止。11必须强调的是：地基基础问题的解决，不宜单纯着眼于地基基础本身，按常规设计时，更应把地基、基础与上部结构视为一个统一的整体，从三者相互作用的概念出发考虑地基基础方案。12第二节浅基础的类型※浅基础分类•按材料分类•按构造分类•按受力性能分类13一﹑按材料分类•毛石基础•砼及毛石砼基础•钢筋砼基础•灰土及三合土基础•砖基础14二﹑按构造分类•单独基础•条形基础•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，而扩大结果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。•1.十字交叉•2.筏形•3.箱形15毛石基础：砌筑较方便，抗冻性好，适于6层及以下墙承重结构。砌法：≥MU20毛石M5砂浆每阶≥两皮≥40016砼与毛石砼基础：强度、耐久性和抗冻性均较好，适于荷载大及地下水位以下结构。掺入毛石要求：占体积20~30%，尺寸≤300。墙下砼基础掺入毛石节约水泥柱下砼基础17联合基础相邻两柱距小或一柱在边18条形基础条形基础19柱下十字交叉基础柱梁基础底板20筏形基础（板式与梁板式）梁柱底板21箱形基础22箱型基础23三﹑按受力性能分类•刚性(无筋扩展)基础•柔性(扩展)基础24※（有筋）扩展基础（钢筋砼基础）•适用条件：•在砼优点的基础上，更具良好的抗弯和抗剪性能。相同条件下基础高度小，适于荷载大或土质软的情况下采用。25现浇柱下钢筋砼单独基础：台阶形:施工支模、浇筑简单，用材相对多。结构柱基础底板配筋结构柱配筋26现浇柱下钢筋砼单独基础：锥形：受力与用材合理，施工浇注成型较难。基础底板配筋结构柱配筋27钢筋砼条形基础：墙下条形基础：不带肋与带肋柱下条形基础：带肋柱肋梁砼垫层翼板墙28预制柱下钢筋砼单独杯口基础：分为单支与双支（视柱情况）；低杯口与高杯口。29第三节基础埋置深度确定基础的埋置深度是地基基础设计中的重要内容，它涉及到结构物建成后的牢固、稳定及正常使用问题。在确定基础埋置深度时，必须考虑把基础设置在变形较小，而强度又比较大的持力层上，以保证地基强度满足要求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。30基础埋置深度：指设计室外地坪至基础底面的距离。原则：在满足稳定和变形要求的前提下应浅埋。±0.00－0.45埋深d≥0.5m≥0.1m31影响因素•一、建筑物用途及基础构造•地下室、设施及设备基础•无筋扩展基础构造要求基础深埋•二、作用在地基上的荷载大小与性质•荷载大小:•大:选高承载力的作持力层•小:承载力合适，宜浅埋相对比较•荷载性质:•水平荷载、上拔力作用深埋•震动荷载避开细粉砂土层32三、水文地质条件影响地下水水位宜在地下水水位以上地下水水质防侵蚀性破坏地下水流动基坑排水防产生流砂与管涌3334四、相邻建筑物影响新基础原基础•ΔHL≥(1~2)ΔH新基础埋深≤相邻的否则：L≥(1~2)ΔH否则：分段施工；加固。35五、工程地质条件影响地基土层组成类型好软好软(A)(B)(C)A:考虑荷载情况，按最小埋深要求确定；B:考虑人工地基，按最小埋深要求确定；C:地基土分为两层，上硬下软:•硬土层厚度满足要求时，尽量浅埋；•硬土层厚度很薄时（≤1/4b)，按B情况考虑；•硬土层厚度较薄时，可提高室外设计地面。36六、地基土冻胀和融陷的影响地基土冻胀性分类•《规范》将冻胀性分为如下五类：•不冻胀•强冻胀•弱冻胀•特强冻胀•冻胀影响因素含水量土类型地下水位危害:降低承载力不均匀沉降37第四节地基基础设计的原则3839一﹑地基变形的分类•(一)沉降量1.定义:基础中心的沉降量2.计算方法:基础中心点沉降量计算方法40•(二)沉降差1.定义:相邻两个单独基沉降量的差2.计算方法:21sss41•（三）、倾斜1.定义:单独基础在倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值2.计算方法:bss21tan42•（四）、局部倾斜1.定义:砖石承重墙结构沿纵墙6-10m内沉降差与其距离的比值2.计算方法:lss21tan43二、地基允许变形值•地基允许变形值的确定是一项十分复杂的工作，应通过建筑物沉降观测，并根据建筑物的结构类型及使用情况，从大量资料中加以总结，以及考虑地基和上部结构的共同工作进行全面分析研究确定的。《建筑地基基础设计规范》对容许变形值的规定，见表1-7。4445•三、地基基础设计等级•《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）规定：（考虑地基、建筑物规模与功能）•甲级：重要的工业与民用建筑物、30层以上高层、体型复杂且高低层差超10、对沉降有特殊要求、场地与地质条件复杂等。•乙级：甲、丙以外的工业与民用建筑。•丙级：场地与地基条件简单7层及以下建筑、次要轻型建筑。46四、地基基础设计规定•所有建筑地基均应满足承载力计算要求；•设计为甲、乙级的建筑均按地基变形设计；•丙级建筑物符合规范要求的可不验算变形；•经常受水平荷载的高层建筑与结构、挡土墙、斜坡上建筑与构筑物尚应验算稳定性；•基坑工程应进行稳定性验算；•地下水位较浅，有上浮问题，应验算抗浮。47概述：第五节地基承载力地基承载力特征值是指在保证地基稳定条件下，地基单位面积上所能承受的最大应力。影响因素：土性质、基础埋深与宽度、施工方法地基承载力特征值应按下列规定综合考虑：1.甲、乙级的建筑物采用载荷试验、理论公式计算及其他原位试验等方法综合确定；2.丙级的建筑物可按土的物理力学指标、标准贯入、轻便触探等方法确定。3.次要建筑物可根据邻近建筑物的经验确定。480sppcrpuabcp＜pcrpcr＜p＜pup≥pu塑性变形区连续滑动面oa段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中τ＜τf,地基处于弹性平衡状态b.弹塑性变形阶段ab段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区bc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化一、平板载荷试验确定地基承载力（一）地基变形的三个阶段1．直线变形阶段（压密阶段）：p≤pcr2．局部剪切阶段（塑性变形阶段）：pcr＜p＜pu3.失稳阶段(完全破坏阶段）：p≥pu49(二)地基的破坏形式地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基地压力称为临塑荷载pcr地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基地压力称为极限荷载pu1.整体剪切破坏a.p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段b.地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面c.荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起502.局部剪切破坏a.p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段b.塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起3.冲剪破坏b.地基不出现明显连续滑动面c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷a.p-s曲线没有明显的转折点51(三)平板载荷试验确定地基承载力由试验结果可绘制p～s关系曲线，并推断出地基的极限荷载与承载力特征值。承载力特征值由载荷试验p～s关系曲线确定荷载试验p～s曲线0spcrpuabcs1p52原位荷载试验装置荷载试坑支墩次梁主梁承压板千斤顶百分表基准梁53按地基载荷试验确定地基的承载力特值54香港国际机场55※地基承载力确定方法1.当p～s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；2.当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；3.当不能按上述要求确定时，当压板面积为0.25～0.50m2，可取s/b=0.01～0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。4.同一土层实验不应少于三点，当试验实测值的极差不超过其平均值的30%时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。56(四)、地基承载力特征值的修正当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：)5.0()3(dbffmdbaka式中fa—修正后的地基承载力特征值（kPa）；fak—地基承载力特征值（kPa）；γ—基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度（kN／m3）；57γm—基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度（kN／m3）；b—基底宽度(m)，小于3m时按3m取值，大于6m按6m取值；ηb、ηd—基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别取值；d—基础埋置深度（m）,一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。58二、理论公式确定地基承载力塑性区范围不超过一定限度，可采用一定深度的塑性区的基底压力pcz作为地基承载力特征值。当偏心距e≤0.33倍基础底面宽度时，通过抗剪强度指标计算地基土承载力特征值。abdmckfMbMdMc59fa—地基承载力特征值（kPa）；γ—基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度（kN／m3）；γm—基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度（kN／m3）；Mb、Md、Mc—承载力系数，按表确定；b—基底宽度（m），当基底宽度大于6m按6m考虑，对于砂土小于3m时按3m考虑；ck—基底下一倍基础底面短边宽深度内土的粘聚力标准值（kPa）。60三、确定地基承载力的其它方法（一）其它试验方法确定地基承载力上述载荷试验只能用来测定浅层土的承载力，如果需要测定的土层位于地下水位以下或位于比较深的地方，应采用如下载荷试验的方法：深层平板载荷试验、旁压试验和螺旋压板载荷试验，适用于地下水位以下的土层和埋藏很深的土层，是较理想的原位测定地基承载力的方法。611.间接原位测试的方法静力触探试验和标准贯入试验与载荷试验结果对比分析，建立经验关系，间接确定地基承载力。2．规范推荐的地基承载力表应注意