华科基础工程浅基础

《基础工程设计原理》教学课件适用专业：土木工程（建工方向本科）配套教材：基础工程第3版（华南理工大等）土力学第3版（龚文惠主编）华中科技大学龚文惠1一、建筑地基基础的设计方案天然地基上浅基础人工地基上浅基础深基础1.3地基基础工程设计原则埋深≤5m，或可用常规方法施工的~埋深5m，且需用专门方法施工的~第2章常规浅基础（Shallowfoundation）常规浅基础的设计方法3浅基础的设计内容和步骤：1.选择基础材料、类型、平面布置方式2.选择基础埋置深度3.确定地基承载力（特征值）4.选定基底尺寸5.地基的变形和稳定性验算6.基础的构造和结构设计7.绘制基础施工图42.1浅基础的类型一、按材料分类刚性基础（Rigidfoundation）柔性基础（Flexiblefoundation）5刚性基础砖基础石基础三合土基础灰土基础砼基础毛石砼基础（一）刚性基础61.砖基础（Brickfoundation）◆砌法53115240606012012060606060二一间隔收12012012012060606060两皮一收78◆特点简便、经济强度低、抗冻性差、抗水性差◆适用条件地下水位较低、≤5层砌体结构、非承重墙下◆构造要求基底尺寸：砖尺寸的倍数砖标号：≥M7.592.石基础（Stonefoundation）◆砌法及构造要求¡Ý400¡Ý400¡Ý3²ã¡Ü2001011条石基础毛石基础12◆特点强度较高抗水性较好◆适用条件≤7层砌体结构中：墙下、构造柱下3.三合土、灰土基础（Limeclayfoundation）◆砌法631421：：或：：石灰：砂：粘土200¡«250150¡Ü4507382：或：石灰：粘土1314◆特点施工简便、经济强度低、抗冻性差、抗水性差◆适用条件地下水位低、≤4层砌体结构4.砼、毛石砼基础（Rubbleconcretefoundation）◆砌法≥30015◆特点强度高，耐久性、抗冻性、防水性好◆适用条件砌体结构的承重墙、柱下大体积基础毛石掺加量：≤30%（体积），d≤300mm16（二）柔性基础杯形基础扩展基础肋（梁）板基础17板式基础（一）单独基础（Isolatedfoundation）1.柱下单独基础预制柱下~现浇柱下~18二、按结构分类19阶梯形单独基础20锥形单独基础21带杯口的锥形单独基础底面为T形的单独基础（1）地基均匀且坚硬时均质坚硬地基石石土（2）地基软硬不均匀时222.墙下单独基础（二）墙下条形基础（Stripfoundation）23（三）柱下条形基础（Beamfoundation）1.单向梁式~◆地基软弱、荷载大时：联合基础24◆地基在平面上单向分布不均时2526单向梁式基础施工现场2.柱下十字型基础（Crossfoundation）◆荷载大、地基承载力低◆地基在平面上双向分布不均2728十字交叉梁式基础施工现场（四）筏板基础（Raftfoundation）1.平板式~（Slabraftfoundation）◆地基软弱分布不均时◆板面平整可利用◆板薄易冲切292.肋板式~（Beam-slabraftfoundation）荷载大、平板式抗冲切不满足时上肋板式下肋板式3031上肋板式基础下肋板式基础（五）箱型基础（Boxfoundation）上部结构箱型基础空间刚度大、补偿效应、中空部分可利用3233箱型基础施工现场补偿效应（Compensatingaction）深基坑开挖时，基底处所撤除的自重应力较大；地下水位较高时，基础受水的浮力较大。二者之和可以抵消建筑物荷载所产生的部分或全部基底压力，这种作用称为~。F+Gdγ0σcppo00ppd34（六）壳体基础（Shellfoundation）35材料节省、但设计施工技术要求高36浅基础的结构类型（一）常规浅基础墙下条形~、独立~、联合~（二）梁板式浅基础柱下条形~、筏板~、箱型~37三、按设计计算方法分类浅基础刚性基础柔性基础单独基础墙下条形基础柱下梁式基础筏板基础箱型基础壳体基础按材料按结构常规浅基础梁板式基础按计算方法3839基础平面布置图140基础平面布置图241基础平面布置图32.2基础埋置深度的选择基础埋置深度d（DepthofFoundationembedment）基础底面至设计（或天然）地面的距离设计地面天然地面42一、考虑建筑物的自身条件（一）建筑物的功能要求（二）建筑物的结构类型1.上部结构敏感结构、非敏感结构2.基础结构刚性、柔性（梁、板式）434445（三）建筑物荷载大小和性质dddd46二、建筑物的周围环境（一）场地的工程地质条件持力层（Bearingstratum）下卧层（Subsoil）d持力层下卧层Z4748五种情况：1.地基全部由坚实土组成2.地基全部由软弱土组成493.地基土由上软、下硬土组成（1）软弱土层较薄d软弱土层h12~坚硬土层（2）软弱土层较厚——换土垫层法d软弱土层h1=2~~6~坚硬土层垫层（3）软弱土层很厚（h16~m）时——按全部软土处理504.地基土由上硬、下软土组成（1）坚实土层较厚时d软弱土层h15~坚硬土层Z（2）坚实土层较薄时——按全部软土处理软弱下卧层验算51525.地基由软、硬土层交互组成53（二）水文地质条件●地下水位稳定时●地下水位变化时（三）相邻建筑物的影响新建基础已建基础新建基础已建基础¡÷hL¡Ý(1~2)¡÷h54（四）地基冻胀和融陷的影响冻胀（Frostheave）土中水冻结，土体体积发生膨胀的现象融陷（Meltsettlement）土中冰晶体融化致使土体发生下陷的现象55Zd——设计冻深(m)Z0——标准冻深(m)ψzs——土的类别对冻深的影响系数ψzw——土的冻胀性对冻深的影响系数ψze——环境对冻深的影响系数hmax——基底下允许残留冻土厚mindmaxdZhdminZdhmax冻土未冻土d0zszwzeZZ5657582.3地基承载力一、基本概念地基承载力（Groundbearingcapacity）地基在达到（承载力或正常使用）极限状态前所能承受的最大荷载。59◆极限荷载pu——地基发生整体剪切破坏之前所能承受的最大荷载。◆承载力特征值fa——在保证地基稳定的前提下，使建筑物沉降不超过允许值的地基承载力。pcrpups06061理论公式法静载荷试验法经验类比法二、fa的确定方法1.按地基极限承载力公式（一）理论公式法——按c、φuapfKK——安全系数，按设计等级、地基条件、试验方法、荷载等确定（K=2~3）pu——理论计算的极限承载力。6263Terzaghi公式0.5ucqpcNqNbN1.20.4ucqpcNdNbN1.20.6ucqpcNdNbN条形基础方形基础圆形基础2.按规范推荐的理论公式(30)/elMb、Md、Mc——承载力系数，按P21表2-3ck、φk——抗剪强度指标标准值abdmckfMbMdMc0104cot/4cot2cdbpd64ck、φk——6组以上原状土样三轴试验ci、φi平均值1nmiiccn1nmiin2211nimiccncn2211niminn变异系数标准差修正系数ccmcm21.7044.6781ccnn21.7044.6781nnkcmcckm标准值65（二）静载荷试验法——按p~s曲线静载荷试验：在一定面积承压板上，向地基土逐级施加荷载，以测求地基土p~s特性。当承压板采用平板时，称为平板静载荷试验PLT(PlateLoadTest)，适用于浅层地基。当承压板采用螺旋板时，称为螺旋板静载荷试验SPLT(ScrewPlateLoadTest)，适用于深层或地下水位以下的地基。66载荷板千斤顶百分表平板静载荷试验示意图167平板静载荷试验（堆载方式）68平板载荷试验承压板、千斤顶及百分表69平板静载荷试验示意图27071螺旋承压板板头面积：100cm2、200cm2、500cm2螺旋板静载荷试验1——螺旋承压板2——测力传感器3——传力杆4——油压千斤顶5——反力钢梁6——位移计7——位移固定锚8——反力地锚72731.确定fak——承载力特征值的标准值（1）曲线有明显曲折时——急进破坏、陡降型pcrpups01.5pcrpu＜1.5pcr时fak=pu/2pu≥1.5pcr时fak=pcr1.5pcrpups0pcr7475（2）曲线无明显曲折时——渐进破坏、缓变型ps0fak[s]松砂、填土、中高压缩性粘性土：m=0.01~0.015mbs][762.特征值fa——规范修正法(3)(0.5)aakbdmffbdηb、ηd——承载力修正系数P24表2-5γ——基底以下土的重度γm——基底以上土的平均重度(3)(0.5)aakbdmffbd●b3m时，按b=3m计b6m时，按b=6m计●d从设计、天然地面中较低者算起●d0.5m时，按d=0.5m计7778（三）经验类比法调查临近周围的建筑物的结构类型、基础形式、地基条件和使用现状等，按相似类比的原则凭经验确定拟建建筑物地基的承载力特征值。同时结合现场的开挖情况进行修正。2.4基底尺寸确定基底尺寸地基承载力地基变形持力层软弱下卧层验算调整、验算计算选定79一、按持力层承载力计算基底尺寸（一）中心受压的基础(axialcompressedfoundation)kapfkkkFGpAkaGwwFAfdhpk——荷载效应标准组合时的基底压力Fk——荷载效应标准组合时基顶集中力Gk——基础及回填土重kGwwGAdAhhw——地下水位至基底距离8081标准组合：恒+活适用于正常使用状态的计算，如挠度、裂缝计算基本组合：1.2恒+1.4活或1.35恒+1.0活适用于承载力使用极限状态的计算，即强度计算821.矩形基础（Rectangularfoundation）设l/b=n（n=1~2，≤10）bkaGwwFfdh2.方形基础（Squarefoundation）kaGwwFAfdh833.条形基础（Stripfoundation）取l=1m计kaGwwFbfdh4.圆形基础（Circularfoundation）()kaGwwFRfdh（二）偏心受压的基础(eccentriccompressedfoundation)kapfkmaxa1.2pfkmin0p6lekmaxkminkkkFGMpAW26blW84方法Ⅰ——试算法（Trial-and-errorMethod）0kaGwwFAfdh0)5.1~1.1(AAakpfkmax1.2apfkmin0p2.考虑Mk作用，将A0增大（约10~50%）3.选定l、b4.验算1.先按中心荷载作用计算A085方法Ⅱ——直接算法（DirectMethod）规定偏心率n→A→l→b1.216kaGwwFAfdhnenl11()306nAblelnkkkMeFG86二、软弱下卧层(softsubsoil)承载力验算原则：软弱下卧层顶面处：aczzfσc——软弱下卧层顶面处的竖向自重应力σz——荷载效应标准组合时软弱下卧层顶面处的附加应力faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后的承载力特征值87881.σcZ坚硬持力层软弱下卧层d¦Ãm¦Ãmcdz2.σz应力扩散简化理论0(2)(2)zplblZtgbZtgZ¦Òzpo¦È¦Èl+2Ztg¦Èl(b)坚硬持力层软弱下卧层d¦Ãm¦Ãθ——查P34表2-70kmppd02zpbbZtg（矩形基础）（条形基础）89903.faz——软弱下卧层承载力特征值aam(0.5)zkdffdZ