浅基础设计

天然地基上浅基础设计土力学与基础工程第九章本章作业P214：8-、8-交作业时间：第周星期四第九章天然地基上浅基础设计二、浅基础的类型三、基础埋置深度的确定四、基础底面尺寸的确定五、减少不均匀沉降的危害一、浅基础的设计原则一、地基基础方案类型9.1浅基础的设计原则天然地基上的浅基础人工地基上的浅基础深基础天然地基：天然土层，不做人工处理。埋深小于5m的柱基或墙基；埋深大于5m，但小于基础宽度的筏基、箱基；不考虑基础侧面摩擦力；浅基础：软土人工地基：经过人工处理，加固上部土层，提高承载力。深基础：将上部结构荷载传递到埋深较大的坚硬土层。大直径钻孔桩部分风化及不风化泥岩二、地基基础设计等级《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）将地基基础分为三个设计等级：建筑与地基类型甲级重要的工业与民用建筑；30层以上的高层建筑；体型复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物；大面积的多层地下建筑物(地下车库、商场、运动场等)；对地基变形有特殊要求的建筑物；复杂地质条件下的坡上建筑物(包括高边坡)；对原有工程影响较大的新建筑物；场地和地基条件复杂的一般建筑物；位于复杂地质条件及软土地区的2层及2层以上地下室的基坑工程。乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物。丙级场地和地质条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物。表：地基基础设计等级三、地基基础设计的一般规定①所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的规定；②甲级、乙级建筑物均应按地基变形设计；③某些丙级建筑物，仍应作变形验算；④基坑工程应进行稳定性验算；⑤对经常承受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，应进行其稳定验算；⑥当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在地下室上浮问题时，应进行抗浮验算。(1)按地基承载力确定基础底面面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。四、荷载取值与抗力限值(2)计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。(3)计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0。(4)在确定基础或桩台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态下荷载效应标准组合。(5)基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数γ0不应小于1.0。五、浅基础的设计的步骤和内容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.确定基础底面尺寸；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，编制施工说明。9.2浅基础的类型一、按基础刚度分类0tanhbt1:1.0–1:2.0与材料和荷载有关Fbth01.无筋扩展基础砖、石、灰土，素混凝土材料抗拉强度很低；要求基础台阶宽高比（刚性角）符合一定条件；2.扩展基础(柔性基础)钢筋混凝土要满足抗弯、抗剪和抗冲切等结构要求F二、按基础构造分类条形基础箱形基础独立基础筏板基础十字交叉基础壳体基础构造类型独立基础：单独基础是立柱式桥墩和房屋建筑常用的基础形式之一。它的纵横剖面均可砌筑成台阶式。独立基础的主要受力层深度≤1.5b。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，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。条形基础：分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。条形基础的主要受力层深度≤3.0b十字交叉基础：如地基土很软，基础在宽度方向需进一步扩大面积，同时又要求基础具有空间的刚度来调整不均匀沉降时，可在柱下纵、横两个方向均设置条形基础，成为十字交叉基础。这是房屋建筑常用的基础形式。筏形基础：当荷载较大，地基土质软弱又不均匀时，可采用筏板式钢筋混凝土基础，这样既扩大了基底面积又增加了基础的整体性，并避免建筑物局部发生不均匀沉降。筏板基础在构造上类似于倒置的钢筋混凝土楼盖，它可以分为平板式和梁板式。箱形基础：为增大基础刚度，可将基础做成由钢筋混凝土顶板、底板及纵横隔墙组成的箱形基础。底板外墙内墙壳体基础：适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑物的基础。9.3基础埋置深度的选择基础埋置深度：是指基础底面至地面（一般指室外地面）的垂直距离。基础埋深选择的意义：基础埋深影响建筑物的安全和正常使用、基础施工技术及工期、工程造价。原则：要求：1.除岩石以外，埋深应大于500mm；2.基础顶距离表土应大于100mm；3.桥基要求在冲刷深度以下。在满足承载力的条件下尽量浅埋。一、基础埋置深度选择原则二、影响基础埋深的因素确定基础埋置深度时，应综合考虑以下五个方面的影响因素，从中选出最优的埋置深度。1建筑物的用途、结构类型、荷载大小与性质地震区，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1/12；建筑物的用途：地下室、设备基础、地下设施等；结构类型：对不均匀沉降敏感结构，基础应放在坚实和厚度较均匀的土层上；荷载大小与性质：荷载大，埋深增大；荷载性质复杂，埋深增大。2工程地质条件土层上硬下软：基础尽量浅埋—注意持力层厚度；土层上软下硬：软弱土较厚，采用宽基浅埋或人工地基；基底面做成台阶形，台阶的高宽比为1∶2。软弱土较薄，将基础置于下层坚实土上；地基持力层顶面倾斜较大：3水文地质条件基础尽量置于地下水位之上；基底面低于地下水位：注意渗透破坏、施工排水及对基础的腐蚀；基底面下有承压水位：控制基坑开挖深度；基底面应低于冲刷线一定深度。45图3-13土坡坡顶处基础的最小埋深H8mhd图3-14基坑下埋藏有承压含水层的情况ab隔水层承压含水层AB压力计潜水位承压水位4场地环境条件条形基础d≥(3.5b-a)tanβ位于坡高H≤8m，坡角β≤45°稳定边坡之上的拟建工程，当b≤3m，a≥2.5m时，基础埋深d应符合下列条件:矩形基础d≥(2.5b-a)tanβ新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑物的。当埋深大于原有建筑物的时，两基础间的净距应满足：L≥(1～2)△h。LH已有建筑物新建建筑物如上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物的地基。5地基土冻胀和融陷条件土体冻结，地面隆起（不均匀）。翻浆，融陷，强度降低随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时，地表发生隆起，形成冻胀丘。冻胀丘dmin＝zd–hmax冻土地区基础的最小埋深为：hmax—基底下允许残留冻土层的最大厚度。Zd—设计冻深；9.4基础底面尺寸的计算一、地基持力层承载力确定（见第八章）二、基础底面尺寸的初步确定承载力特征值的计算假定基础底面宽度b≤3m，只按基础埋置深度对地基承载力进行修正。按修正后的承载力初步确定基础底面尺寸。确定基础底面尺寸时，要求作用在基础底面处的基地压力满足如下条件：中心荷载作用时akfp偏心荷载作用时akmax2.1fpakfp1.中心荷载作用下的基础AGFpkkkAdAdGGk20中心荷载作用下基底平均压力为：akfp中心荷载作用下承载力要求为：中心荷载作用下基底面积为：（矩形）dfFAGak（条形）dfFbGakFk—相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值；Gk—基础自重和基础上的土重；A—基础底面面积。b—条形基础底面宽度。pk—相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；fa—修正后的地基承载力特征值。2.偏心荷载作用下的基础偏心荷载作用的基础，通常采用试算法确定基础底面尺寸，即：（1）先按中心荷载作用下的公式预估基础底面积A0或宽度b0；（2）根据荷载偏心情况，将A0或b0增大10%~40%确定基础底面积A；（3）根据A的大小初步确定基础底面边长l和b；（4）计算基底压力、偏心距和基底边缘最大压力；（5）如满足下式要求，则选定的尺寸合适；否则应调整尺寸再行验算，如此反复1~2次即可定出合适的尺寸。akfpakmax2.1fp0kminppkmax——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘处的最大压力值；pkmin——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘处的最小压力值；三、地基持力层承载力验算按基础实际宽度计算基地压力，并按基础的实际宽度和埋置深度对承载力进行修正。按上述计算的基地压力、承载力进行地基承载力验算。akfpakmax2.1fp0kminp四、软弱下卧层承载力验算当地基受力层范围内有软弱下卧层（承载力显著低于持力层的高压缩性土层）时，按持σcdd力层土的承载力计算得出基础底面所需的尺寸后，还必须对软弱下卧层进行验算。软弱下卧层承载力应满足下式要求：azczzfFpdzpcz软土Es1Es2σz—相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值，kPa；σcz—软弱下卧层顶面处土的自重压力，kPa；fa—软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值，kPa。当持力层与下卧层土的压缩模量比值不小于3时，软弱下卧层顶面处的附加应力值可按下式计算：对于矩形基础)tan2)(tan2()(cdkzzbzlblp对于条形基础)tan2()(cdkzzbbp软弱下卧层顶面处的自重应力值可按下式计算：zdmczpk—相应于荷载效应标准组合时的基底平均压力值；l、b—矩形基底边长；Z—基底至软弱下卧层顶面的垂直距离；θ—应力扩散角；γ—基底面至软弱下卧层顶面土的加权平均重度，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。1.变形验算范围《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)规定设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；P186表8-3所列范围内的丙级建筑物可不作变形验算，但如有下列情况之一时，仍应做变形验算：五、地基变形验算（1）地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；（2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；（5）地基内有厚度较大或厚薄不均匀的填土，其自重固结未完成时。（4）相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；（3）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；2.地基变形特征值局部倾斜——砌体承重结构沿6～10m内基础两点的沉降差与其距离的比值沉降量——基础某点的沉降值；沉降差——基础两点或相邻柱基中点的沉降量之差；倾斜——基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中建议的用分层总和法计算地基变形量。3.地基变形计算原理沉降不满足时，需要：•增大尺寸(减少p0)•增加埋深(减少p0),尤其增加地下室—补偿基础•地基处理•调整荷载不均匀沉降，造成建筑物倾斜，墙体、楼地面开裂，严重威胁建筑物的安全和正常使用。消除或减轻不均匀沉降危害的途径通常有：9.5减轻不均匀沉降危害的措施（一）建筑措施1.建筑物体型应力求简单2.控制建筑物的长高比及合理布置纵横墙3.控制相邻建筑物基础间的净距4.调整建筑物的标高5.设置沉降缝建筑物的下列部位宜设置沉降缝：（1）建筑物平面的转折处；（2）建筑物高度或荷载差异处；（3）长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构适当部位；（4）地基土的压缩性有显著差异处；（5）建筑结构或基础类型不同处；（6）分期建造房屋的交界处。（二）结构措施1.减轻建筑物自重建筑物自重在总荷载中所占比例：民用建筑约占