浅基础类型设计与计算

第3章天然地基上的浅基础本章内容3.1概述3.2浅基础类型和特点3.3基础埋深的确定3.4地基承载力特征值的确定3.5基础底面尺寸的确定3.6软弱下卧层的验算3.7地基变形验算3.8地基稳定性验算3.9浅基础设计实例3.10地基、基础与上部荷载的共同作用3.11减少地基不均匀沉降对建筑物危害的措施浅基础的地基承载力第3章天然地基上的浅基础1天然地基上的浅基础2人工地基上的浅基础3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。3.1概述第3章天然地基上的浅基础StrongRock基础：在地表以下与地基接触的下部建筑物称为基础。地基:支承基础的、受建筑物影响的那部分土层（土体或岩体）。上部结构下部结构（地基、基础）基础工程：研究地基基础相互作用共同承担上部结构所产生的各种变形与稳定问题。3.1概述第3章天然地基上的浅基础基础工程的特点基础工程的特点一般位于地下，具有隐蔽性施工环境较差，质量较难控制问题不易发现，纠正起来困难造价较高（25%），工期较长（25~30％）第3章天然地基上的浅基础如何设计地基与基础？三种方案都可以，要做方案的技术经济比较。杂填土软土天然地基Naturalground桩基Pile好土地基处理Groundimprovement第3章天然地基上的浅基础按结构型式可分为扩展基础、联合基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础。扩展基础通常指墙下条形基础和柱下单独基础；扩展基础又可分为无筋扩展基础（刚性基础）和钢筋混凝土扩展基础（柔性基础）。一、扩展基础3.2浅基础的类型第3章天然地基上的浅基础（一）无筋扩展基础：材料：通常是由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土。特点：抗压强度高，而抗拉、抗剪强度较低。为了使基础内的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值，设计时需要加大基础高度，基础几乎不发生挠曲变形，所以也称为刚性基础。砖基础（下铺垫层）毛石基础（下铺垫层）混凝土或毛石混凝土基础灰土或三合土基础第3章天然地基上的浅基础第3章天然地基上的浅基础（二）钢筋混凝土扩展基础钢筋混凝土扩展基础系指墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础。墙下钢筋混凝土条形基础：墙下钢筋混凝土条形基础多用于地质条件较差的多层建筑物，其截面形式可做成无肋式或有肋式两种。(a)(b)图2-3墙下钢筋混凝土条形基础(a)无肋的；（b）有肋的底板肋垫层第3章天然地基上的浅基础柱下钢筋混凝土独立基础：钢筋混凝土扩展基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。由于这类基础的高度不受台阶宽高比的限制故适宜于需要宽基浅埋的场合下采用。(a)台阶形基础(b)锥形基础(c)杯口基础第3章天然地基上的浅基础联合基础二、联合基础第3章天然地基上的浅基础三、柱下条形基础和柱下十字交叉条形基础柱下条形基础: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。柱下十字交叉条形基础:柱网下沿纵横两向分别设置的钢筋混凝土条形基础。第3章天然地基上的浅基础柱下条形基础当地基承载力较低，且柱下钢筋混凝土独立基础可能产生较大的差异沉降，可将柱下连成一体优点:该基础抗弯刚度大,调整基础的不均匀沉降能力大肋梁翼板(a)(b)图2-6柱下条形基础(a）等截面的（b）柱位处加腋的第3章天然地基上的浅基础柱下交叉条形基础当地基软弱,并且在两个方向分布不均匀,需要基础在两个方向具有一定的刚度来调整不均匀沉降。可在柱网下纵横两向分别设置钢筋混凝土条形基础。柱下交叉条形基础连梁交叉条形基础第3章天然地基上的浅基础四、筏形基础覆盖于建筑物地基上的整体钢筋混凝土板状基础。当交叉基础满足不了地基承载力或不均匀沉降要求时，可在柱、墙下布置满堂筏形基础。工作条件:犹如倒置的楼盖结构结构型式墙下筏基--平板式柱下筏基平板式梁板式第3章天然地基上的浅基础(a)平板式(b)梁板式筏形基础(a)(b)图2-9筏形基础（a）平板式（b）梁板式平板式筏板基础：是一块等厚度的钢筋混凝土平板。当柱荷载较大，设墩基以防止筏板被冲剪破坏。梁板式筏板基础：当柱距较大，柱荷载相差也较大时板内会产生较大的弯矩，宜在板上沿柱轴纵横向设置基础梁。这时板的厚度比平板式小得多。第3章天然地基上的浅基础第3章天然地基上的浅基础1）有较大基底面积，不仅易于满足软弱地基承载力的要求,而且减少了基底的附加压力，并在与上部结构共同工作的条件下使沉降比较均匀；2）对上部结构刚度较好的多层房屋，能增加整体性能，减少相对沉降，增强抗震性能；3）可跨越土中浅层小洞穴和局部软弱层，防止因局部下沉造成的房屋损坏；4）可作为水池、油库等的防渗底板；5）有地下室时，可提供较宽敞的使用空间；6）有地下室或架空地板时，具有一定的补偿性效应。筏基的功能不足之处1)无力调整过大的差异沉降2)上下配筋，经济指标较高第3章天然地基上的浅基础五、箱形基础当地基承载力较低，上部结构荷载较大时采用筏形基础无法调整差异沉降，又不合适采用桩基时，可采用箱形基础。是由钢筋混凝土底板、顶板和纵横内隔墙组成，形成一只刚度大的箱子。第3章天然地基上的浅基础底板外墙内墙第3章天然地基上的浅基础适用条件：软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降要求严格的建筑物1）基础埋深大、中空形式，使开挖卸去的土重部分抵偿了上部结构传来的荷载，能显著减小基底压力、降低基础沉降量；2）整体刚度大，只能产生大致的均匀沉降或整体倾斜，抗震性能好；3）具有较大地下空间可供各种使用功能，但因内墙分隔而使使用受限；4）经济指标高，施工技术复杂，对防水通风要求较高。第3章天然地基上的浅基础六、壳体基础基础材料：钢筋混凝土特点：1）材料省、造价低，2）施工技术要求高。适用条件：可用作柱基础和筒形构筑物基础第3章天然地基上的浅基础第3章天然地基上的浅基础第3章天然地基上的浅基础筏形基础（梁板式）第3章天然地基上的浅基础第3章天然地基上的浅基础独立基础柱下条形基础箱形和筏形基础基底面积越来越大、对上部结构荷载的扩散作用越来越强在相同的上部结构荷载作用下，基底压力和基底附加压力越来越小，整体刚度越来越大，可以适应更软弱的地基，可以减小地基的沉降变形在相同的地基条件下，可以承受更大的上部结构荷载作用设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高浅基础的特点：小结第3章天然地基上的浅基础3.3基础埋深的确定第3章天然地基上的浅基础原则：在满足承载力的条件下尽量浅埋基本要求：1.除岩石以外，d不宜小于50cm（表土扰动，植物，冻融，冲蚀）2.基础顶距离设计地面不小于10cm3.桥梁或近水建筑基础要求在冲刷深度以下其它控制因素3.3基础埋深的确定第3章天然地基上的浅基础1建筑物的用途、结构类型及荷载性质与大小地震区，除岩石地基外，天然地基的筏形和箱形基础埋深不宜小于建筑物高度的1/15；桩筏或桩箱基础的埋深（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/18~1/20；土质地基上的建筑物，基础埋深应随建筑物高度适当增大；岩石上的高层建筑，基础埋深应满足抗滑要求；受上拔力的基础埋深要满足抗拔要求；烟囱、水塔等高耸结构，应满足抗倾覆稳定性要求；受温度影响的建筑物，基础埋深要考虑对地基的冻胀或干缩效应。第3章天然地基上的浅基础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IIh12m基底在好土；h1=2m~4m高楼好土，低楼软土；h15m桩基或处理；好土软土好土IIIIIIIV好土软土软土(很深)h12工程地质条件硬壳层台阶形基础应尽可能埋置在良好的持力层上，存在软弱下卧层时，软弱下卧层也要满足承载力和地基变形的要求。倾斜地基可采用不同基础埋深第3章天然地基上的浅基础3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基坑wwhh对于尺寸较大的基础，应有不小于1.1的安全系数。还应注意防侵蚀、抗浮及防渗问题。第3章天然地基上的浅基础4地基冻融条件第3章天然地基上的浅基础冻土•多年冻土（冻结时间3年）•季节性冻土发生冻胀的条件（1）土的条件一般是细颗粒土（2）温度条件低于冻结温度（3）水力条件含水量含水量越大，冻胀性越强，如粉土冻胀最严重地下水位：离冻结区越近，水分补充越快外因内因土的冻胀性4地基冻融条件第3章天然地基上的浅基础土的冻胀与融陷毛细水土颗粒结合水冰冻胀—土冻结后体积的膨胀冻胀机理融陷—冻土融化后引起建筑物沉陷的现象。结冰时水的膨胀可达10%左右，且膨胀力很大，达2MPa量级，当膨胀力大于基底压力时，基础被抬起第3章天然地基上的浅基础土的冻胀性•衡量指标•冻胀性分类平均冻胀率：hh不冻胀1%弱冻胀1%3.5%冻胀3.5%6%强冻胀6%12%特强冻胀12%注意：碎石、砂等中粒径小于0.075mm的颗粒含量太高也会导致冻胀规范附录G第3章天然地基上的浅基础冻深对基础埋深的要求Zddmin室内地面hmaxdmin=zd–hmax式中：zd––设计冻深；hmax––允许残留冻土最大厚度。第3章天然地基上的浅基础zd=z0zszwze标准冻深土类别冻胀性环境影响系数Z0标准冻深：北京0.8~1.0m哈尔滨2.0m满洲里2.8m10年的实测最大冻深平均值第3章天然地基上的浅基础标准冻深第3章天然地基上的浅基础当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有的建筑物基础；当埋深大于原有建筑物基础时，两基础间应保持一定净距（1~2倍基底高差），其数值应根据原有建筑荷载大小、基础形式和土质情况确定；当上述条件不能满足时，应分段施工，设置临时加固支撑等或加固原有建筑物基础；基础底面一般低于管沟等地下设施的底面。5场地环境条件第3章天然地基上的浅基础第3章天然地基上的浅基础一、地基承载力概念为了满足地基强度和稳定性的要求，设计时必须控制基础底面最大压力不得大于某一界限值，这一界限值称为地基承载力。3.4浅基础的地基承载力极限承载力:地基即将丧失稳定性时的承载力;允许承载力:地基稳定有足够的安全度且变形在允许范围内时的承载力。(地基承载力特征值)第3章天然地基上的浅基础地基承载力特征值fa—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。特点：1.地基承载力特征值实质就是允许承载力；2.按正常使用极限状态原则确定；3.以地基的变形作为控制标准。第3章天然地基上的浅基础二、地基承载力特征值的确定地基承载力特征值的确定方法主要有以下四种：根据土的抗剪强度指标以理论公式计算确定；按载荷试验或其它原位试验确定；（需做深宽修正）按规范提供的承载力表；（需做深宽修正）土质基本相同时，根据邻近场地条件相似的建筑物经验确定；（需做深宽修正）结合工程实践经验很重要！第3章天然地基上的浅基础1根据土的抗剪强度指标确定：（1）地基极限承载力理论公式式中：Kpfuapu—地基极限承载力，具体方法见《土力学》；K—安全系数,其值与地基设计等级、荷载性质、土的抗剪强度指标的可靠性、地基条件等因素有关，长期荷载一般为K=2~3。fa—地基承载力特征值；按该方法确定的地基承载力特征值，只保证地基强度有足够的安全度，未能保证满足变形要求，故还应进行地基变形验算。第3章天然地基上的浅基础（2）规范推荐的理论公式《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）规定，当基底偏心距e≤0.033b（b为基底宽度）时，根据土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值可按下式计算：kcmdbacMdMbMf第3章天然地基上的浅基础几点说明：①公式仅适用于e0.033b，因为该公式理论模式是基底压力均匀分布，当受到较大水平荷载或偏心荷载使合力偏心距过大时，地基反力就会很不均匀，为了使计算的地基承载力符合其理论模式，