基础工程浅基础.ppt

基础工程,地基与基础教研室,Foundation Engineering,浅基础,第 2 章,本章内容,2.1 概述2.2 浅基础的类型2.3 基础埋置深度的选择2.4 浅基础的地基承载力2.5 基础底面尺寸的确定2.6 扩展基础设计2.7 联合基础设计2.8 减轻不均匀沉降危害的措施,几个概念：,天然地基,人工地基,未经处理直接建造基础的地基,人工处理后在建造基础的地基,2.1 概述,天然地基上的浅基础,人工地基上的浅基础,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。,2.1 概述,主要受力层,持力层（受力层）,下卧层,条形基础 3b独立基础 1.5b且 5m（二层以下民用建筑除外）,主要受力层深度,2.1 概述,2.1.1 浅基础的设计内容,选择基础的材料、类型，进行基础平面布置；确定地基持力层和基础埋置深度；确定地基承载力；确定基础底面尺寸，必要时进行地基变形与稳定性验算；进行基础结构设计；绘制基础施工图，提出施工说明。,工程勘察,2.1.2 浅基础设计方法,常规设计法,考虑地基-基础-上部结构相互作用的设计法,将上部结构、地基和基础分离开来，分别计算；满足静力平衡条件，但不满足变形协调条件；适用于沉降较小或较均匀，基础刚度较大的情况。,满足静力平衡和变形协调条件，但计算相对复杂。,第3章,常规设计法（条基上的框架结构）,将框架柱底端简化为固定支座；以图（b）的计算简图计算框架内力；将求得的柱脚支座反力作为基础荷载反向作用在基础上；按线性分布计算基底反力并作用在基础上；以图（c）的计算简图计算基础内力；将基底反力作为柔性荷载反向作用于地基上，验算地基承载力和地基沉降。,2.1.3 地基基础设计原则,设计依据建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）2012年8月实施地基基础设计等级 1.甲级 2.乙级 3.丙级（表2-1）,满足地基承载力计算的有关规定；设计等级为甲级、乙级的建筑物均应按变形设计；表2-2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不做变形验算，如有p9所列五种情况之一时，仍应作变形验算；对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，尚应验算其稳定性；基坑工程应进行稳定性验算；当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。,一、对地基计算的要求,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法 地基基础设计必须满足两个要求：（1）承载力要求（2）正常使用要求（变形要求）,二、地基基础的设计要求,按地基承载力确定基底面积及埋深：采用正常使用极限状态下荷载效应标准组合，抗力采用地基承载力特征值；计算地基变形：采用正常使用极限状态下荷载效应准永久组合，不计风荷载和地震荷载，变形限值为地基变形允许值；计算挡土墙土压力、地基和斜坡稳定及滑坡推力：采用承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，分项系数均为1.0；确定基础高度、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：采用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；验算基础裂缝宽度：采用正常使用极限状态下荷载效应标准组合。由永久荷载效应控制的基本组合值可取标准组合值的1.35倍,三、关于荷载取值的规定,分析拟建场地地质勘察资料，掌握其工程地质条件和水文地质条件；根据上部结构的类型，荷载的性质、大小，建筑布置和使用要求以及施工条件、材料供应等条件，选择基础类型和平面布置方案；确定地基持力层和基础埋置深度；确定修正的地基承载力特征值；按地基承载力（包括持力层和软弱下卧层）确定基础底面尺寸；进行必要的地基稳定性和特征变形验算；进行基础的结构设计和构造设计；绘制基础施工图，并提出工程设计技术说明。,四、地基基础设计的一般步骤,按基础刚度分,无筋扩展基础（刚性基础）,单独基础（独立基础）、条形基础、筏形基础、箱形基础、壳形基础,按结构形式分,扩展基础（柔性基础）,2.2 浅基础的类型,按基础刚度分,无筋扩展基础,扩展基础(柔性基础),1:1.0 1:2.0与材料和荷载有关,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,钢筋混凝土 要满足抗弯、抗剪和抗冲切等结构要求,“二皮一收”砌法,“二、一间隔收”砌法,砖基础,按基础结构形式分,1 单独基础,2 墙下条形基础,3 柱下条形基础,4 十字交叉基础,双向柱下条形基础,5 联合基础,6 筏形（筏板）基础,7 箱形基础,由底板、墙和顶板形成箱，整体性更好,顶板,8 壳体基础,筒形构筑物,材料省、造价低,小 结,设计要求,满足：承载力、变形要求,设计内容,确定：埋深、型式、结构尺寸（长 宽 高）、材料,验算：承载力、变形、结构本身强度,设计规范,1 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）,2 建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）,原则：,在满足承载力的条件下尽量浅埋,基本要求：,除岩石以外，d不宜小于50cm（表土扰动，植物，冻融，冲蚀）基础顶距离设计地面不小于10cm桥梁或近水建筑基础要求在冲刷深度以下,其它控制因素,2.3 基础埋置深度的选择,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1/181/20；,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。,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II,h1 5m桩基或处理；,2 工程地质条件,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,硬壳层,台阶形,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,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。,4 地基冻融条件,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，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重,外因,内因,土的冻胀性,4 地基冻融条件,土的冻胀性,衡量指标,冻胀性分类,平均冻胀率：,不冻胀 1%弱冻胀 1%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,考虑冻胀的基础埋深,按02规范,dmin zd-hmax,zd:设计冻深hmax：容许残留冻土层最大厚度（查表）,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 0.81.0m哈尔滨 2.0m满洲里 2.8m,10年的实测最大冻深平均值,标准冻深,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（12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,2011年7月21日4时30分许，哈尔滨市南岗区一住宅楼一侧发生垮塌,极限承载力pu,承载力,容许承载力fa：设计承载力,通常所说的承载力指容许承载力即地基承载力特征值 fa,2.4 浅基础的地基承载力,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。fa=pu/K,按土的抗剪强度指标确定；根据现场载荷试验的曲线或其它原位试验结果确定；根据当地工程实践经验或按规范查表确定。以上三类方法各有所长，互为补充，必要时可按多种方法综合确定，确定的精度宜按建筑物安全等级以及地质条件并结合当地经验适当选择。,地基承载力特征值的确定方法,理论公式计算承载力（总结）：,临界荷载 P1/4、P1/3,临塑荷载 Pcr,极限荷载Pu（极限承载力）,普朗特尔-雷斯诺公式,太沙基公式,斯凯普顿公式,汉森公式,fa=pu/K,K=23,我国规范规定：,fa=Mbb+Md md+Mcck,以临界荷载P1/4为理论基础,1 通过公式计算,2 通过载荷试验确定,3 通过经验确定,GBJ7-89 规范：,推荐查表方法,GB50007-2002 规范：,取消了相关表格,1.承载力公式计算,fa=Mbb+Md md+Mcck,fa：由抗剪强度指标确定的承载力特征值,Mb、Md、Mc：承载力系数，由 k 查表,b：基底宽度，大于6m按6m考虑 对于砂土，小于3m按3m考虑,ck：基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力,e0.033b时,2.载荷试验确定,堆重-千斤顶式,地锚-千斤顶式,试验装置一般由加荷稳压装置、反力装置和观测装置三部分组成；试验一般在试坑内进行，试坑宽度不小于3倍承载板宽度或直径；承载板底面积一般为0.25-0.50m2，常采用方形或圆形。,承载力特征值的确定,当p-s曲线上有比例界限p1时，取 p1 当pu2p1时，取 pu/2当不能按上述要求确定时，当承压板面积为0.250.50m2，可取s/b=0.010.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。,pu,p-s 曲线,s,陡降型,缓变型,p1,3.查表确定,GBJ7-89 规范或地区规范,fk=f f0,fk：承载力标准值,f0：承载力基本值（查表）,f：承载力修正系数,变异系数,粘性土 e、IL粉 土 e、w砂 土 N63.5淤 泥 w,fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5),进行深度和宽度修正：,fak：公式计算或载荷试验等确定的承载力特征值,fa：修正后的承载力特征值（设计值）,b、d：宽度和埋深修正系数,：基础底面以下土的重度,m：基础底面以上土的加权平均重度,b：大于6m按6m考虑，小于3m按3m考虑,例题2-1,作业：,2-1、2-2、2-3,基础尺寸初步确定：,F 作用在顶面的荷载，kN,G 基础及台阶上填土总重，kN,A 基底面积，m2；Alb，一般l/b=1.02.0；条基取 l=1m,G 平均重度，一般取 20 kN/m3,d 基础埋深，m,fa=fak+dm(d-0.5),暂不做宽度修正,单独基础，中心荷载,2.5 基础底面尺寸的确定,条形基础，中心荷载,偏心荷载时：,将上面计算的 A 或 b 扩大至 1.11.4 倍,根据 A 可初步确定 b 和 l，一般l/b=1.22.0,2.5 基础底面尺寸的确定,地基承载力验算,1 持力层承载力验算：,根据初步确定的埋深d与b，确定fa,承载力验算,中心荷载时：,例题2-2,偏心荷载时：,pmax 1.2fapmin0或 el/6考虑地震可能出现 el/6,此时允许 pmin0，但0应力区不能超过 l/4,要求：,以条形面积为例,el/6:梯形,el/6:三角形,偏心荷载时：,偏心荷载时：,增加面积 AA不变，改变 b 和 l，具体看偏心方向采用不对称柱,若不满足承载力要求，则考虑：,例题2-3,2 软弱下卧层承载力验算：,注意：,下卧层承载力 faz 只做 深度修正,深度取至下卧层顶面,条基只有宽度方向的应力扩散,扩散角可查表2-7,计算位置,例题2-5,pz,平均压力,基础底面尺寸设计流程,中心荷载选定l/b，初定l和b,偏心荷载根据M和e，A扩大1.1-1.4倍选定l/b，初定l和b,对fa进行宽度和深度修正,中心荷载：pfa,偏心荷载：pfapmax 1.2fapmin0或e l/6,验算,调整尺寸,NO,YES,软弱下卧层验算：Pcz+pz fazfaz仅作深度修正,NO,结束,YES,分析拟建场地地质勘察资料，掌握其工程地质条件和水文地质条件；根据上部结构的类型，荷载的性质、大小，建筑布置和使用要求以及施工条件、材料供应等条件，选择基础类型和平面布置方案；确定地基持力层和基础埋置深度；确定修正的地基承载力特征值；按地基承载力确定基础底面尺寸；验算地基持力层和软弱下卧层承载力；进行必要的地基变形和稳定性验算；进行基础的结构设计和构造设计；绘制基础施工图，并提出工程设计技术说明。,地基基础设计的一般步骤,建筑物需满足地基变形要求,计算原理：分层总和法,部分建筑物可不做变形验算,沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜,3 地基变形验算,2002规范,计算方法：规范推荐“平均附加应力系数”方法,很多书中将其称为“应力面积法”,Ss,表2-4,地基变形特征,3 地基的变形验算,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-补偿性基础地基处理调整荷载,自学相关规定,4 按允许沉降差调整基底尺寸,基本概念 若两基础的沉降差超过允许值，可通过增大或减小其中一个基础的底面积来调整。沉降大的基础增大基底面积；沉降小的基础在满足地基承载力的要求下，减小基底面积。调整原理以弹性力学方法计算实际沉降差，调整某一基底尺寸，使调整后的沉降差公式等于允许沉降差，通过计算相关系数即可得到调整后的基底尺寸。,调整方法,假定,为沉降系数或地基柔度系数，可用弹性力学公式2-32求解。,*为调整尺寸后的沉降系数或地基柔度系数,为沉降影响系数，可查表2-8,例题2-6,5 地基稳定性验算：,水平荷载较大时，稳定验算,建筑在斜坡上时，稳定验算,当b3m时，a2.5m，且要求：,若不满足要求，可根据基底平均压力按圆弧滑动法进行验算,作业：,2-4、2-5,一、无筋扩展基础（刚性基础）,通常由砖石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造；材料具有抗压强度高而抗拉、抗剪强度低的特点；刚性基础设计主要承受压应力，并保证基础内产生的拉应力和剪应力都不超过材料强度；具体设计中主要通过对基础的外伸宽度与基础高度的比值（刚性角）进行验算来实现；基础宽度还应满足地基承载力的要求。,2.6 扩展基础设计,刚性基础（无筋扩展基础）,1:1.0 1:2.0,满足刚性角要求,规范或表2-9,1、初步选定基础高度H,2、确定（验算）基础宽度b,砼基础H200mm;,灰土等基础为150mm的倍数;,砖基础符合砖的模数;,安全,不安全,安全,浪费,如何解决,刚性基础（无筋扩展基础）,砖基础,刚性基础（无筋扩展基础）,“二皮一收”砌法,“二、一间隔收”砌法,一层台阶,两层台阶,锥形断面,刚性基础（无筋扩展基础）,二 柔性基础（扩展基础）,墙下条形基础柱下独立基础,二、扩展基础（钢筋砼基础）,1、墙下钢筋砼条形基础设计,主要构造要求：,1、墙下钢筋砼条形基础设计,基础底板厚度和配筋计算,墙下条型基础受中心荷载作用,（1）中心荷载作用,地基净反力,II截面V、M最大,底板厚度抗剪条件,底板配筋,1、墙下钢筋砼条形基础设计,基础底板厚度和配筋计算,（2）偏心荷载作用,偏心距,基础边缘处净反力,I-I截面处净反力,底板厚度和配筋,II截面处V、M最大,二、扩展基础（钢筋砼基础）,2、柱下钢筋砼独立基础设计,主要构造要求：,对危险部位进行冲切验算,目的：冲切验算控制扩展基础的高度,M,2、柱下钢筋砼独立基础设计,抗弯验算,抗弯验算控制扩展基础的配筋,2、柱下钢筋砼独立基础设计,抗冲切验算与基础高度确定,h0,h0,ac,l,pj为地基净反力A1为红色阴影面积am冲切锥(绿色)的中线,Fl V,Fl=pj A1,V=0.7hp ftamh0,其中：,中心荷载,1、中心荷载作用,h0,h0,ac,pj,抗冲切验算与基础高度确定,h0,h0,ac,l,pj为地基净反力A1为红色阴影面积am=(bc+b)/2,Fl V,Fl=pj A1,V=0.7hp ftamh0,其中：,中心荷载,1、中心荷载作用,h0,h0,ac,bc,h0,h0,b,pj,抗冲切验算与基础高度确定,1、中心荷载作用,h01,a1,b1,当基础剖面为阶梯形时：还应验算变台阶处的有效高度h01。验算方法：与上述基本相同，仅需将上述公式中的bc和ac分别换成变形阶处台阶尺寸b1和a1即可。,若基础底面落在破坏锥体底边以内时，则不需进行冲切验算。,1、中心荷载作用,基础底板配筋,两个方向都要配受力钢筋钢筋面积按两个方向的最大弯矩分别计算：,-截面,-截面,偏心受荷时：,偏心荷载,原理同中心受压,M,1、基础底板厚度,基底净反力以pjmax代替pj,2、基础底板配筋,基底净反力以（pjmax+pjI)/2或（pjmax+pjII)/2 代替 pj,例题2-7、2-8,作业：,2-6、2-7、2-8,2.7 联合基础设计,要解决的问题？当相邻二柱分别设计独立基础时，如果一柱靠近建筑界限或两柱间距较小时，会出现基底面积不足或荷载偏心过大的情况。解决的办法：双柱联合基础设计要求：基底压力分布较均匀设计原则：基底形心接近合力作用点,2.7 联合基础设计,基本假定基础是刚性的；基底压力为线性分布；地基主要受力层内土质均匀；不考虑上部结构刚度的影响。,矩形联合基础梯形联合基础连梁式联合基础,2.7.2 矩形联合基础,设计步骤计算柱荷载的合力作用点位置；确定基础长度，使基础底面形心尽可能与柱荷载重心重合；按地基土承载力确定基础底面宽度；按反力线性分布假定计算基底净反力设计值，并用静定分析法计算基础内力；根据受冲切和受剪承载力确定基础高度（一般先假定，后验算）；按最大正负弯矩进行纵向配筋计算；按等效梁概念进行横向配筋计算。,2.7.2 矩形联合基础,冲切承载力验算,Fl 0.7hp ftumh0,Fl 荷载基本组合时冲切力的设计值，取柱轴心荷载设计值减去冲切破坏锥体范围内的基底净反力。,um 临界截面的周长，取距离柱周边h0/2处板垂直截面的最不利周长。,单面冲切取该截面单边长度，即bm。,um,2.7.2 矩形联合基础,受剪承载力验算,V 0.7h ftbh0,V 荷载基本组合时截面剪力设计值，验算截面按梁宽可取在冲切破坏锥体底面边缘处。,h 截面高度影响系数,当h02000mm时，取2000mm。,2.7.2 矩形联合基础,按等效梁概念进行横向配筋计算,例题2-9,波勒斯建议：柱边以外各取等于0.75h0的宽度与柱宽合计作为等效梁宽度。基础横向受力钢筋按横向等效梁的柱边截面弯矩计算并配置在该截面内，等效梁以外区段按构造配筋。基底净反力取相应等效梁上的柱荷载计算。,2.7.3 梯形联合基础,适用范围：l/3 x l/2,a,b,注意：纵向净反力为梯形分布，内力最大截面不一定是最不利截面；等效梁该段取平均长度。,例题2-10,2.7.4 连梁式联合基础,适用条件：两柱间距较大的情况设计目的：减小柱距过大在基底跨中引起的较大弯矩设计方法：通过采用不着地的连梁，把某一侧基础由于偏心产生的负弯矩传递给另一侧的柱基，使两个基础的基底反力都均匀分布。,2.7.4 连梁式联合基础,基本要点：连梁为刚性，梁宽不应小余最小柱宽；两基础底面尺寸应满足地基承载力和沉降要求；连梁底面不应着地，以免计算困难，连梁自重可忽略不计。,例题2-11,作业：,2-10,扩展基础结构设计小结,设计内容：确定基础高度H和基底配筋As设计方法：先假定基础高度再验算和计算基础高度的验算：根据不同基础的破坏形式确定计算控制截面：墙边、柱边及变台阶处基底配筋的计算：求基底Mmax注意：基底反力取净反力，荷载取基本组合；注意设计的构造要求。,V 0.7h ftbh0,联合基础的设计小结,设计要求：基底压力分布均匀设计原则：基底形心与合力作用点重合连梁：连系梁（拉梁）调节不均匀沉降，平衡柱底弯矩，承担底层墙重,2.8 减轻不均匀沉降危害的措施,均匀沉降：影响使用功能不均匀沉降：造成结构开裂,增强上部刚度减小地基沉降,建筑措施,结构措施,施工措施,2.8 减轻不均匀沉降危害的措施,减小地基沉降的措施增强基础刚度 柱下条基、筏基、箱基等采用深基础 桩基础等进行地基处理 换填法、水泥搅拌桩法等从相互作用的观点出发，综合处理,经济合理,2.8.1 建筑措施,建筑物的体型应力求简单控制建筑物的长高比及合理布置墙体设置沉降缝相邻建筑物基础间应有一定的净距调整某些设计标高,2.8.2 结构措施,减轻建筑物的自重设置圈梁设置基础梁减小或调整基底附加压力设置地下室调整基底尺寸采用对不均匀沉降欠敏感的结构型式,2.8.3 施工措施,遵照先重（高）后轻（低）的施工程序注意堆载、沉桩和降水等对邻近建筑物的影响注意保护坑底土体,浅基础的设计举例,浅基础的施工,基槽的开挖,浅基础的施工,基槽的开挖,浅基础的施工,风镐钻挖基槽,浅基础的施工,基槽底碾压,浅基础的施工,基础垫层,浅基础的施工,基础垫层,浅基础的施工,基础支模,浅基础的施工,基础配筋插筋及模板,浅基础的施工,基础全貌,浅基础的施工,基础完成,浅基础的施工,毛石基础,浅基础的施工,毛石基础,浅基础的施工,毛石基础,浅基础的施工,地基梁施工,浅基础的施工,地基梁施工,浅基础的施工,回填土压实,本章小结,2.1 概述2.2 浅基础的类型2.3 基础埋置深度的选择2.4 浅基础的地基承载力2.5 基础底面尺寸的确定2.6 扩展基础设计2.7 联合基础设计2.8 减轻不均匀沉降危害的措施,按基础刚度分,无筋扩展基础（刚性基础）,单独（独立）基础、条形基础、筏型基础、箱型基础、壳型基础,按结构形式分,扩展基础（柔性基础）,浅基础的类型,基础设计步骤：,1 计算各土层的承载力,2 确定基础埋深,3 根据承载力初步确定基础尺寸,4 地基承载力验算、稳定验算,5 地基变形验算,6 基础结构设计,冲切验算,抗弯验算,刚性角？,刚性基础,扩展基础,通过公式计算,通过载荷试验确定,通过经验确定,