1、2019/4/28,1,第三章 天然地基上浅基础的常规设计,3-1 基础设计的原则、要求和步骤 3-2 地基基础的类型 3-3 浅基础的类型和材料 3-4 基础的埋置深度 3-5 地基计算 3-6 刚性基础设计 3-7 扩展基础设计,设计,原理,2019/4/28,2,3-1 基础设计的原则、要求和步骤,一、地基基础设计原则、要求 二、设计等级 三、浅基础设计步骤,2019/4/28,3,一、地基基础设计原则,1. 保证地基、基础具有足够的强度 2. 保证地基的变形在容许的范围内 3. 稳定性要求 4. 经济性要求,2019/4/28,4,1. 保证地基、基础具有足够的强度,基底压力要小于或等
2、于地基承载力。为了使地基不发生破坏，地基承载力一般应控制在临界荷载 p1/ 4范围内，使大部分地基仍处于弹性压密状态。 当基底压力过大时，地基可能出现连续贯通的塑性破坏区，进入整体破坏阶段，导致地基承载力丧失而失稳。,2019/4/28,5,2. 保证地基的变形在容许的范围内,地基在荷载及其它因素的作用下，要发生变形（沉降），变形过大将危及上部建筑结构的安全（裂缝、倒塌或其它不容许的变形），或影响建筑物的正常使用。因此，对地基变形的控制，实质上是根据建筑物的要求而制定的。 所以，在进行地基设计时，尚应使其变形不超过上部建筑结构的容许变形值（土力学教材P167页表4-8-2）。 在工业与民用建筑
3、中，地基的强度问题一般不大，常常以变形作为控制条件。,2019/4/28,6,3. 稳定性要求,对建造在斜坡上的建筑物以及可能承受很大水平荷载的建筑物的地基还必须有足够的抗滑、抗倾覆稳定性。,建设期的成本 灾害发生引起的损失,2019/4/28,7,4. 经济性要求,2019/4/28,8,二、设计要求,2019/4/28,9,二、三个设计等级,建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)规定：根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计分为三个设计等级，设计时根据具体情况，按表选用。,2019/4/28,10,表2-1 地基
4、基础设计等级,2019/4/28,11,三、浅基础设计步骤,天然地基上浅基础的设计内容和顺序通常是： 1) 调研：阅读和分析地质勘察资料和建筑物的设计资料，进行现场勘察和调查； 2) 选择基础的结构类型和建筑材料； 3) 选择持力层，确定基础的埋置深度； 4) 根据地基承载力和基础上的荷载，确定基底初步尺寸；,5) 进行地基验算。包括承载力验算，以及按规定需要进行的变形验算，根据验算结果调整基底尺寸； 6) 进行基础的结构和构造设计； 7) 绘制基础的设计图和施工图； 8) 编制工程预算书和工程设计说明书。,2019/4/28,12,2019/4/28,13,3-2 地基基础的类型,1. 地基
5、类型 天然地基 人工地基 2. 基础类型 浅基础 单独基础，条形基础，十字交叉基础，筏形和箱形基础 深基础 桩基础，沉井和沉箱基础，地下连续墙基础,2019/4/28,14,3-3 浅基础的类型和材料,一、浅基础的结构类型 二、刚性基础和扩展基础 三、基础的材料,2019/4/28,15,一、浅基础的结构类型,按基础刚度分类,浅,2019/4/28,16,按基础构造分类,浅,筏,按基础设计计算方法不同分类,2019/4/28,17,2019/4/28,18,1. 单独基础,框架结构的柱基以及高炉、烟囱、水塔的基础一般都是单独基础。,柱下单独基础 A single column footing,
6、2019/4/28,19,1.1 柱下单独基础,2019/4/28,20,1.3 墙下单独基础,当建筑物较轻，作用于墙上的荷载不大，基础又需要做在较深处的好土层上时。做条形基础可能不经济，这时可以在墙下加一根过梁，将过梁支撑在单独基础上，称为墙下单独基础。,图 墙下单独基础,2019/4/28,21,2019/4/28,22,1.2 烟囱、水塔单独基础,圆板基础,实体基础,圆环基础,2019/4/28,23,2. 条形基础,当基础的长度大达10倍以上的宽度时就称为条形基础。 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。其横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形。如
7、挡土墙很长，为了避免在沿墙长方向因沉降不匀而开裂，可根据土质和地形予以分段，设置沉降缝。有时为了增强桥柱下基础的承载能力 ; 将同一排若干个柱子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础.,2019/4/28,24,2.1 墙下条形基础,墙下基础通常设置成条形基础。,墙下条形基础 A strip footing under a wall,挡土墙下条形基础,2019/4/28,25,2.2 柱下条形基础,如果柱子的荷载较大而土层的承载能力又较低，做单独基础需要很大的面积，这时可以采用柱下条形基础，甚至交叉梁基础。,柱下条形基础,2019/4/28,26,墙下钢筋混凝土条形基础,墙下钢筋混凝土条形基础,
8、它的计算属于平面应变间题，只考虑在基础横向受力发生破坏。,2019/4/28,27,柱下钢筋混凝上单向条形基础,柱下钢筋混凝上单向条形基础,2019/4/28,28,2.3 交叉条形基础(十字型条形基础）,2019/4/28,29,2.4 钢筋混凝土条形基础,2019/4/28,30,3. 筏形基础,当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱，用单独基础或条形基础都不能满足地基承载力的要求时，或者地下水位常年在地下室的地坪之上，为了防止地下水渗入室内时，往往需要把整个房屋底面（或地下室部分）做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础。这种用钢筋混凝土做成的连续整片基础就称为筏形基础。,2019/4
9、/28,31,筏形基础（平板式、梁板式）,平板式,梁板式,筏形基础,2019/4/28,32,2019/4/28,33,图 地下室筏形基础（mm）A Mat / Raft Foundation,2019/4/28,34,4、箱形基础,为了进一步增加基础的刚度，减小不均匀沉降，高层建筑往往把地下室的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为箱形基础。,2019/4/28,35,图 箱形基础（常规式）,4.1 箱形基础（常规式）,2019/4/28,36,2019/4/28,37,4.2 箱形基础（套箱式）,为了加大箱形基础的屈板刚度，也可采用“套箱式”的
10、箱形基础。,图 箱形基础（套箱式）,2019/4/28,38,5. 壳体基础(薄壳基础),为了改善基础的受力性能，基础的形状可以不做成台阶状，而做成各种形式的壳体，称为壳体基础。 高耸建筑物（如烟囱、水塔、电视塔等）的基础常做成壳体基础。,图 壳体基础的结构型式,(a) 正圆锥壳；(b) M型组合壳；(c) 内球外锥组合壳,2019/4/28,39,二、刚性基础和扩展基础,根据基础所用材料的性能：刚性基础（无筋扩展基础） 扩展基础,2019/4/28,40,刚性基础（无筋扩展基础）,刚性基础：由砖、毛石、砼或毛石砼、灰土和三合土等材料做成的且不配置钢筋的独立基础或条形基础都称为刚性基础。 无筋
11、扩展基础：（non-reinforced spread foundation)由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的，且不需要配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。,墙下与柱下刚性基础,2019/4/28,41,（a） 墙下刚性基础 （b）柱下刚性基础,扩展基础：（ spread foundation ）,当基础的高度不能满足刚性角要求时，可以做成钢筋混凝土基础。柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础，统称为扩展基础。 将上部结构传来的荷载，通过向侧边扩展成一定底面积，使作用在基底的压应力等于或小于地基土的允许承载力，而基础内部的应力应同时满足材料本身的强度要求，这种
12、起到压力扩散作用的基础称为扩展基础。,2019/4/28,42,2019/4/28,43,图 墙下钢筋混凝土条形基础,图 柱下钢筋混凝土独立基础,2019/4/28,44,2-4 基础的埋置深度,基础底面至室外（内）设计地面的距离，称为基础的埋置深度。 为了保证基础安全，同时减小基础的尺寸，要尽量把基础置于良好的土层上。但是基础埋置过深不但施工不方便，并且还会提高基础的造价；因此，应该根据实际情况选择一个合理的埋置深度。 确定基础埋深的原则是：在满足地基稳定和变形要求（保证安全可靠）的前提下，尽量浅埋。,2019/4/28,45,一、影响基础埋置深度的因素,影响基础埋置深度的因素很多，要综合考
13、虑以下情况。但就每项工程来说，往往只是其中一、两个因素起决定作用。 设计时要善于从实际情况出发，首先抓住主要因素进行考虑。,2019/4/28,46,1、建筑物的功能和特性,基础的埋置深度首先决定于建筑物的功能和使用要求。 （1）建筑物需要有地下室、地下设备层、地下车库、地下商场时，基础埋深至少应大于3m。 （2）有地下管道时，一般要求基础深度低于地下管道的深度，避免管道在基础下穿过，影响管道的使用和维修。 （3）烟囱、水塔等结构的基础埋深应当满足抗倾覆稳定性的要求；输电塔等受有上拔力的基础，应有较大的埋深以提供所需的抗拔力。,2019/4/28,47,（4）高层建筑由于竖向荷载大，又要承受风
14、力和地震力等水平荷载，基础埋深不应小于1/15 1/20的地上高度。,注：建筑地基基础设计规范GB50007-2002：5.1.3 高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。 在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15, 桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/181/20. 位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑要求。,不同基础深度的处理问题,2019/4/28,48,使用要求不同或地基土质变化较大，要求同一建筑物各部分基础埋深不同时，应将基础做成台阶形逐步过渡，台阶的宽高比为1：2，每阶高
15、度不超过500mm,2019/4/28,49,地基承受基础的荷载后将发生沉降。建筑物的结构类型不同，地基沉降可能造成的危害程度不一样。在对荷载大的高层建筑和对不均匀沉降要求严格的建筑物设计中，往往为减少沉降，取得较大的承载力，而把基础埋置在较深的良好土层中，这样，基础的埋置深度也就比较大。,2019/4/28,50,2、地基的工程地质,（1） 基础埋深应大于因气候变化或树木生长导致地基土膨胀、以及其它生物活动形成孔洞等可能达到的深度。 （2） 同时，因为表土一般都松软，不宜作为基础的持力层。故，除岩石地基外，不应浅于0.5m。 （3）基础顶面应低于设计地面100mm，避免基础外露，遭受外界的侵
16、蚀及破坏。 （4）在确定浅基础的埋置深度时，应当详细地分析地质勘探资料，尽量把基础埋置到好土上。 然而土质的好坏是相对的。地基因土层好坏不同，大体上可以分为下列5种典型的情况：,2019/4/28,51,五种典型的情况,图 地基土层的组成类型,2019/4/28,52,（a）第一种情况,地基内部都是好土（承载力高，分布均匀，且压缩性小），土质对基础埋深影响不大。此时，埋深由其他因素确定。,2019/4/28,53,(b)第二种情况,地基内都是软土，压缩性高，承载力很小，一般不宜作天然地基上的浅基础。对于低层房屋，如果采用浅基础时，则应采取相应的措施，如提高房屋的刚度等。,2019/4/28,5
17、4,(c)第三种情况,地基由两层土组成，上层是软土，下层是好土。基础的埋深要根据软土的厚度和建筑物的类型来确定. 1. 软土厚在2m以内时，基础宜埋置到下层的好土上。 2. 软土厚度在24m时，对于低层的建筑物，可将基础做在软土内，避免大量的开挖土方，但要适当加强上部结构的刚度。对于重要的建筑物和带有地下室的混合结构，则应将基础做在下面的好土层上。如果地下水位高的话，就应考虑采用桩基。 3. 软土厚度大于5m时，与第二种情况类似，一般不宜作天然地基上的浅基础。,2019/4/28,55,(d)第四种情况,地基由两层土组成，上层是好土，下层是软土。在这种情况下，应尽可能将基础浅埋，以减少软土层所
18、受的压力。如果好土层很薄，则属于前述第二种情况。,2019/4/28,56,(e)第五种情况,地基由若干层好土和软土交替组成。应当根据各土层的厚度和承载力的大小，选择基础的埋置深度。,2019/4/28,57,3、水文地质条件,（1）基础应尽量埋置在地下水位以上，避免施工时要进行基坑排水。 （2）地下水位以下时，除考虑基坑排水、坑壁围护以及保护地基土不受扰动外，还应注意：涌土、流砂的可能性。,注：GB50007-2002:5.1.4 基础宜埋置在地下水位以上，当必须埋在地下水位以下时，应采取地基土在施工时不受扰动的措施。当基础埋置在易风化的岩层上，施工时应在基坑开挖后立即铺筑垫层。,2019/
19、4/28,58,（3）如果地基有承压水时，则要校核开挖基坑后，承压水层以上的基底隔水层是否会因压力水的浮托作用而发生流土破坏的危险。P33,2019/4/28,59,(4)地表流水是影响桥梁墩台基础埋置深度的因素之一。 基础必须埋置在设计洪水最大冲刷线以下一定深度，以保证稳定性。 公路桥涵地基与基础设计规范,2019/4/28,60,4、场地环境条件,4.1 相邻建筑物基础的关系问题(1) 如果与邻近建筑物的距离很近时，为保证相邻原有建筑物的安全和正常使用，基础埋深不宜大于相邻建筑物的埋置深度。,2019/4/28,61,(2) 如果基础深于原有建筑物基础时，要使新老基础之间的距离L在相邻两基
20、础底面高差H的12倍, 以免开挖基坑时，坑壁塌落，影响原有建筑物地基的稳定。,2019/4/28,62,(3) 如不能满足上述要求，应采取措施，如分段施工，设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物地基。,4.2 坡顶建筑安全问题,位于稳定土坡坡顶的拟建建筑物，靠近土坡边缘的基础与土坡边缘应具有一定的距离。当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时，其基础底面边缘线至坡顶的水平距离应符合下式的要求，且不得小于2.5m。,2019/4/28,63,2019/4/28,64,5、寒冷地区地基的冻融条件,在寒冷地区，冬季时，上层土中的水因温度降低而冻结，冻结的土会产生一种吸
21、力，吸引附近水分渗向冻结区并一起冻结。因此，土冻结后，含水量增加，体积膨胀，这种现象称为土的冻胀现象。 如果冻土层离地下水位较近，冻结产生的吸力和毛细力吸引地下水，源源不断进入冻土区，形成冰晶体，甚至冰夹层，地面将因土的冻胀而隆起。春季气温回升解冻，冻土层不但体积缩小而且含水量显著增加，强度大幅度下降，产生融陷现象。 冻胀和融陷都是不均匀的，如果基底下面有冻土层，就将产生难以预估的冻胀和融陷变形，影响建筑物的正常使用，甚至导致破坏。所以，地基必须埋置在冻结深度以下。,2019/4/28,65,地基内土的冻结深度主要决定于当地的气象条件。气温越低，低温的持续时间越长，冻结深度就越大。 冻结范围内
22、的土是否膨胀，以及冻胀的严重程度，则决定于土的种类、土的含水量和地下水位的情况。 (1) 颗粒粗的土（细砂以上），透水性大，土中的水在冻胀的过程中，多余的水能及时排出，不会引起土骨架体积的变化，所以没有冻胀性。 (2)细粒土：粉砂、粉土和粘性土，透水性小，土中的水在冻结的过程中，体积膨胀，未冻结的水不能及时排出，因此骨架体积要跟着膨胀，故有冻胀性。有冻胀性的土含水量越大，冻胀性就越大。地下水位离冻结区越近（1.52.0m以内），冻结区内水分的补充越快，越充分，土的冻胀性也就越强烈。 建筑地基基础设计规范(2002)中对地基土的冻胀性按影响因素划分为：不冻胀、弱冻胀、冻胀和强冻胀4类。,2019
23、/4/28,66,地基土的冻胀性分类,2019/4/28,67,地基土的冻胀性分类,2019/4/28,68,对于季节性冻胀性土，按下式确定基础的最小埋深d min： d min = z ozszwze - hmax (设计冻深-残留冻土层厚土） 式中：hmax 基底以下允许的残留冻土层厚度，m；z o 标准冻结深度，m；zs 土的类别对冻深的影响系数，粘性土1.0，细砂、粉砂、粉土1.2，中砂、粗砂、砾砂1.3，碎石土1.4；zw 土的冻胀性对冻深的影响系数，不冻胀1.0、弱冻胀0.95、冻胀0.9、强冻胀0.85、特强冻胀0.8；ze 环境对冻深的影响系数，村镇、旷野1.0，城市近郊0.9
24、5，城市市区0.90。,2019/4/28,69,标准冻结深度z o指多年实测的最大冻结深度的平均值。我国一些城市的标准冻结深度为：北京0.81.0m，哈尔滨2.0m，满洲里2.5m，长春1.6m， 西安0.6m，济南0.5m。其他地区的标准冻结深度，可查地基规范中“中国季节性冻土标准冻深线图”。 残留冻土层厚度hmax指基底以下虽然残留有一定的冻土层厚度，但所产生的冻胀量很小，完全为上部结构所允许，所以在确定基础埋深时，这部分土层可以保留，不必挖除。残留冻土层厚度与基础的形式，土的冻胀性，建筑物采暖情况以及基底压力等因素有关，具体数值可查规范。,地基承载力,地基承载力 临塑荷载和极限承载力
25、竖向荷载下地基的破坏形式,2019/4/28,70,2019/4/28,71,按载荷试验p-s线确定地基承载力,2019/4/28,72,取试验得到的p-s曲线的比例界限，即临塑荷载pcr，或以极限荷载pu除以2以上的安全系数，作为承载力特征值（基本值） f0。 对同一土层上的数点（一般不小于3点）进行试验，当个试验点所得的承载力特征值的极差不超过其平均值的30%时，得平均的承载力，就是该土层的地基承载力特征值（标准值） fak。 考虑到同一场地载荷试验的数目有限，还应参考地基承载力理论公式的计算结果，以及其他原位试验的结果，进行综合分析，使确定的承载力更为准确可靠。,地基承载力特征值的确定,
26、2019/4/28,73,承载力基本值、特征值、修正值的关系,单次试验，一个试验点，基本值； 同一土层，几个试验点，平均后得特征值 ； 标准值经深度、宽度修正后的特征值。,2019/4/28,74,承载力设计值修正,由荷载试验、公式或经验确定的承载力特征值 f a是指基础宽度小于3m，埋置深度等于0.5m时的承载力。 更一般情况下的地基承载力设计值（特征值）需由地基承载力特征值经宽度和深度修正后得到修正后的地基承载力特征值。宽度和深度修正公式为：f a( f )= f ak ( f k ) + b(b-3) + dm(d - 0.5) b，d 基础宽度和埋深的承载力修正系数，按基底以下土的类型
27、查表2-18。,2019/4/28,75,表 承载力修正系数,2019/4/28,76,fa = Mb b + Md m d + Mcc k (2-9)式中：f v 由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值（设计值），kPa；Mb，Md ，Mc 承载力系数，b 基底宽度，大于6m时按6m取值，对于砂土，小于3m时按3m取；ck 基底下深度等于一倍短边宽度范围内土的粘聚力标准值。,按理论公式确定地基承载力,2019/4/28,77,承载力系数M b、Md、Mc,2019/4/28,78,岩石地基承载力特征值,GB50007-2002:5.2.6： （1）可按地基规范附录H岩基载荷试验方法确定。
28、（2）对完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，可根据室内饱和单轴抗压强度按下式计算：fa= r frkr折减系数；经验，完整0.5,较完整0.20.5,较破碎0.10.2frk岩石饱和单轴抗压强度标准值（kpa);,复习：天然地基上的浅基础,2019/4/28,79,复习：基础埋深的影响因素,（1）建筑物本身的特点、性质、荷载大小； 地下室管道不宜在基础下高层建筑埋深要求 （2）场地环境条件； 临近建筑物边坡 （3）工程地质条件； 0.5， 0.， 0. （4）水文地质条件； 尽量地下水位以上，排水降水承压水基坑隆起桥梁冲刷 （5）地基冻融条件,2019/4/28,80,2019/4/2
29、8,81,3-5 地基计算,2019/4/28,82,地基验算主要包括3个内容：,一.地基承载力计算及验算 二.地基变形验算 三.地基稳定验算,2019/4/28,83,一、地基承载力验算,对于所有等级的建筑物都必须进行承载力验算。 对于持力层： 如何确定持力层基底压力？轴心荷载，偏心荷载，大偏心荷载 如何确定地基容许承载力？ 如果存在软弱下卧层： 如何确定软弱下卧层顶面处的压力？ 如何确定软弱下卧层顶面处的容许承载力？,2019/4/28,84,1. 持力层的承载力验算,（1） 当基础只承受轴心荷载作用时:要求持力层满足: pk fa pk 相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；
30、kPafa修正后的地基承载力特征值, kPa 。（容许承载力）,2019/4/28,85,2019/4/28,86,一般情况下，基底压力pk均可简化为直线分布，用材料力学方法求得。 pk = (Fk + Gk) / A 式中：Fk 相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面竖向力的设计值；Gk 基础自重和基础上的土重；对一般实体基础。可近似取Gk=20AdA 基础底面面积，m2。,【例题3-3】,某砖墙承重住宅建筑，内横墙采用钢筋混凝土条形基础，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Fk=200kN/m，基底下土为粘性土,e=0.83,IL=0.75,fak=160kPa，
31、m=19kN/m3，d=1.8m，求基础宽度。,2019/4/28,87,墙下条形基础、求基础宽度b,2019/4/28,88,2019/4/28,89,（2）当基础承受偏心荷载作用时需要满足：pk fapkmax 1.2fa,偏心荷载作用下基础,2019/4/28,90,2019/4/28,91,pkmax = (Fk + Gk) /A + Mk / W pkmin = (Fk + Gk) /A - Mk / W 其中：pkmax ，pkmin 相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大和最小压力值，kPa；Mk作用于基础底面的力矩值，M = (Fk + Gk)e；W 基础底面的抗弯矩，m
32、3。, 当偏心距e l/6时：,2019/4/28,92,因为： pkmax(3a)b /2 = Fk + Gk 故： pkmax = 2(Fk + Gk) / (3ab),偏心荷载下基底压力示意图,(只有在考虑了地震作用后才是允许的) 计算的pkmin 0，实际上是不可能的，只有基础底面与地基土脱开，基底压力必将重新分布，, 当l /4 e l /6,2019/4/28,93,实际设计时，Pkmax和Pkmin不宜相差过大： 中、高压缩性土：e l/6； 低压缩性土：e l/4。,【例题3-4】,一矩形基础，荷载、埋深、持力层参数见图3-24，地下水位在基底面以下，试确定基础底面积。,201
33、9/4/28,94,2019/4/28,95,2. 软弱下卧层承载力验算,位于持力层以下且承载力明显低于持力层的土层，称为软弱下卧层。 如果软弱下卧层埋藏不够深，扩散到下卧层的应力大于下卧层的承载力时，地基仍然有失效的可能，因此需要进行软弱下卧层的承载力验算。,控制标准,作用在下卧层顶面的应力不应超过它的承载能力：pz + pc z f d+z 式中：pz 软弱下卧层顶面的附加压力，kPa；pc z 软弱下卧层顶面处的自重压力，kPa；f d+z 软弱下卧层顶面处的地基承载力特征值，kPa。（只要进行深度修正，不要进行宽度修正）,2019/4/28,96,2019/4/28,97,先求基底附加
34、压力（应力） 再按扩散理论求解软弱下卧层顶面的附加压力（应力） 为简化计算，通常假定基底附加压力以某一角度向下向外扩散，如图所示。 根据基底总的附加压力与扩散面上总的附加压力相等的条件， (2-17),图 软弱下卧层顶面的压力,软弱下卧层顶面附加压力（应力）求解,2019/4/28,98,条形基础作用在软弱下卧层上的附加应力为：矩形基础作用在软弱下卧层上的附加应力为：地基压力扩散角主要决定于持力层与软弱下卧层的压缩模量之比 = Es1 / Es2，以及下卧层的埋藏深度。一般是压缩模量之比 越大，地基压力扩散角就越大；下卧层埋藏越深，地基压力扩散角也越大。,【例题3-5】,已知某柱下单独基础，基
35、底尺寸lb=2.61.8m2,埋深d1.5m,上部荷载传至基础顶面轴向力Fk=800kN， 第一层：杂填土：厚度1m, =16kN/m3; 第二层（持力层）：粘土：厚度2.5m, 1=19KN/m3；fak1=210 KN/m2，b=0.3, d=1.6,扩散角22度； 第三层（软弱下卧层）：淤泥质土：2=17.5KN/m3;fak2=90 KN/m2; b=0, d=1.0。 试验算持力层和软弱下卧层地基承载力是否满足要求。,2019/4/28,99,2019/4/28,100,二、地基变形验算,对于重要的建筑物及以地基土层分布复杂，容易引起过大变形，或不均匀变形时，要进行地基变形验算。,2
36、019/4/28,101,地基变形验算必须满足: -地基变形的某一特征变形值；对应于荷载效应标准组合时，以基底附加应力为基础，按土力学方法求解。荷载按长期效应组合，不应计入风荷载和地震荷载。 -相应的允许特征变形值。,2019/4/28,102,主要内容,地基沉降的类型 地基沉降的影响因素 地基沉降的计算（土力学内容） 容许变形的确定,2019/4/28,103,1.地基变形的四种类型,按变形特征，地基变形可以归纳为：（1）沉降量 （2）沉降差 （3）倾斜 （4）局部倾斜,2019/4/28,104,（1） 沉降量,在建筑物荷载比较均匀，地基土体亦比较均匀时，建筑物或基础下各点的沉降都比较均匀
37、，这种比较均匀的沉降就称为沉降量。通常以基础中点的沉降值来代表。,2019/4/28,105,（2） 沉降差,相邻两个独立柱基或两个建筑构件之间沉降量的差值，也可以是一个水平设置的构件两端沉降的差值。沉降差对建筑结构特别是超静定结构的安全有严重的威胁，同时也会引起使用上的问题，例如行车梁的倾斜可以使行车产生滑轨事故。但沉降差对建筑物的安全和使用的危害不仅在于沉降差绝对数量的大小，而且与两点之间的距离有关，因而，通常采用沉降量的差值与两点之间距离的比值来表示沉降差。,2019/4/28,106,（3）倾斜,指整个建筑物或基础中心线偏离铅垂线的程度。倾斜主要用以控制高层建筑或高耸建筑物的整体变形。
38、通常用基础两侧的沉降差与基础宽度的比值表示。倾斜容易对建筑结构产生次生应力，危及结构的安全，也会对建筑物的正常使用造成不良的后果。比如，电梯井倾斜后将影响电梯的运行，当人们发觉建筑物的倾斜后就会产生心理恐慌。,2019/4/28,107,（4）局部倾斜,砌体承重结构沿纵向610m内基础两点的沉降差与其间距离的比值。,2019/4/28,108,2.地基变形影响因素,地基变形s的计算是一个影响因素多，比较复杂的问题。 建筑物荷载的大小及分布， 地基土层的压缩性、压缩层厚度及其分布， 荷载作用下地基上的变形性状等。 应力历史（超固结、固结、次固结） 沉降与时间的关系（透水性、荷载大小）,2019/
39、4/28,109,3.地基变形的计算,地基变形s的计算是一个影响因素多，比较复杂的问题，在土力学中作了详细的讲述。 计算的几点假设 （1）地基上为均匀、等向的半无限空问弹性体。建筑物荷载作用下，土中的应力与应变呈直线关系。因此，可应用弹性理论方法计算地基中的附加应力； （2）地基沉降计算的部位，按基础中心点下土柱所受附加应力进行计算。 （3）地基士的变形条件为侧限条件，即在建筑物的荷载作用下，地基土层只产生竖向压缩变形，侧向下能膨胀变形因而在沉降计算中，可应用实验室测定的侧限压缩试验指标值。 （3）沉降计算的深度，理论上应计算至无限大，工程上因附加应力扩散随深度面减小，计算至某一深度（即受压层
40、，压缩层）即可，在受压层以下的土层附加应力很小所产生的沉降量可忽略不计。若受压层以下尚有软弱上层，则应计算至软弱土层底部,2019/4/28,110,附加应力计算：布辛尼斯克解（荷载作用在半无限弹性空间表面），明德林解 分层总和法 规范推荐法,2019/4/28,111,分层总和法,分层总和法假定地基土为直线变形体，在外荷载作用下的变形只发生在有效厚度的范围内（即压缩层），将压缩层厚度内的地基土分层，分别求出各分层的应力，然后用上的应力一应变关系式求出各分层的变形量，再将变形量累加作为地基的最终沉降量。,2019/4/28,112,计算要点：,分层计算沉降，叠加，物理概念明确； 计算深度：一般
41、土0.2倍土的自重应力软土0.1倍土的自重应力； 绘制土的自重应力曲线 绘制地基中的附加应力曲线 找到计算深度 计算每一分层沉降，分层厚度小于0.4倍基础宽度。,2019/4/28,113,2019/4/28,114,规范推荐法,建筑地基基础设计规范（GB 500072002）提出的沉降计算方法，是一种简化了的分层总和法，其引入了平均附加应力系数的概念，并在总结大量实践经验的前提下，重新规定了地基沉降计算深度的标准及沉降计算经验系数。,2019/4/28,115,应当注意：平均附加应力系数 :系指基础底面计算点至第i层土底面范围全部土层的附加应力系数平均值，而非地基中第i层土本身的附加应力系数
42、,2019/4/28,116,计算要点：,以分成总和法为基础； 引入附加应力系数，并运用了平均附加应力系数计算；替代分成计算沉降； 引入沉降经验系数，使计算结果更接近实际； 在沉降计算中，应该考虑相邻荷载的影响，采用角点法计算。,2019/4/28,117,在沉降s的计算中，传至基础底面上附加压力应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久效应组合计算，不应计入风荷载和地震作用。 变形计算深度：计算至某一厚度层，其变形量小于总变形量的2.5%； 某一厚度层的具体厚度确定按照下表。,2019/4/28,118,对深基础来讲，应当计算基坑开挖后地基土体的回弹变形。 在必要的时候，还要分别预估建筑物在施工
43、期间和使用期间的地基变形值，以便预留建筑物有关部分之间的净空，选择连接方法与施工顺序，一般砂土地基上的多层建筑物在施工期间完成的沉降量可达最终沉降量的80%以上，其他低压缩性土上的多层建筑物一般在5080%，在中等压缩性土上只有2050%，对于高等压缩性土一般只有520%。,2019/4/28,119,4.容许变形,建筑物的结构类型和使用功能不同，对地基变形的敏感程度就不同。或者说同样的地基变形对不同建筑结构使用功能的影响和可能造成的危害情况并不一样。 (1)排架结构对柱基之间沉降差的反应要比对沉降量的反应更灵敏； (2)高耸建筑物对地基倾斜变形比沉降变形应有更严格的限制； (3)砖石承重墙基
44、础对地基不均匀变形的适应能力较低等等。 对不同建筑物应选用对其影响最大的地基特征变形作为地基容许变形的控制依据。,2019/4/28,120,2019/4/28,121,进行地基变形验算，防止建筑物产生危害性的不均匀沉降，是建筑设计中极为重要的问题。 地基变形验算的影响因素很多，目前采用的地基变形值计算方法还不太完善，例如尚难考虑地基变形过程中土的压缩特性的变化，也很难估计基础和上部结构刚度对地基变形的影响等。 容许变形值还涉及结构类型与建筑物使用的要求。 所以确定建筑物的变形控制指标，应紧密结合实际，参照当地的建筑经验，查阅有关资料，综合考虑各种因素的影响，才能得到比较合理的结果。,2019
45、/4/28,122,三、地基稳定验算,在承载力验算中，实际上只验算了竖向荷载作用下地基的稳定性，而未涉及水平荷载的作用。 对经常承受水平荷载的建筑物，如高层建筑、高耸建筑、水工建筑物、挡土结构物等，地基的稳定问题可能成为地基验算中的主要问题。 地基稳定分析与土力学中讲的土坡稳定分析及挡土墙的稳定分析原理相同。整体圆弧滑动法，瑞典条分法，毕肖甫条分法，普通条分法等。,2019/4/28,123,1. 地基失稳破坏的形式,竖向荷载作用下地基的破坏模式分为三种：(1) 整体剪切破破坏(2) 局部剪切破坏(3) 冲剪破坏,2019/4/28,124,有水平荷载时的地基破坏模式,图 有水平荷载作用时地基
46、失稳破坏的形式,在水平和竖向荷载共同作用下，地基失稳破坏的形式有三种 （1）表层滑动；（2）深层整体滑动破坏（3）基础倾覆,2019/4/28,125,2. 表层滑动的验算,对于表层滑动，可用式（2-19）计算滑动稳定安全系数。(2-19)式中：Fs 表层滑动安全系数，可根据建筑物等级，查有关设计规范，一般为1.21.4；F 作用于基底的竖向力的总和，kN；H 作用于基底的水平力的总和，kN；f 基础与地基土的摩擦系数。,2019/4/28,126,基础与地基土的摩擦系数,2019/4/28,127,3. 深层滑动的验算,对于深层滑动，可用圆弧滑动法或土力学中的其他方法进行验算。 稳定安全系数
47、指作用于最危险的滑动面上诸力对滑动中心产生的抗滑力矩与滑动力矩的比值，其值应满足下式要求：MR 抗滑力矩，kNm；MS 滑动力矩，kNm； 位于斜坡上的建筑物，也必须验算地基的稳定性。,2019/4/28,128,4.基础倾覆稳定性计算,绕基础某点转动 承受较大的单向水平推力且其作用点离基础底面较高。,2019/4/28,129,3-6 刚性基础设计,基础类型 埋置深度 基础底面积 基础的高度 基础的构造,2019/4/28,130,本节主要内容：,.刚性基础高度计算 .刚性基础构造设计,2019/4/28,131,确定刚性基础的高度,刚性基础在设计时，无需进行内力分析和截面强度计算，而是在宽
48、度确定后，按刚性角的要求，确定刚性基础的高度，如图2-21所示。 若墙或柱的宽度为bo，基础的宽度为b，基础两侧的外伸长度为：bt = (b - bo)/2，则，按刚性角的要求，应当有：,图2-21 刚性基础高度(mm),2019/4/28,132,由刚性角所规定的基础台阶的最大宽高比见前面的表2-3。 为了保护基础不受外力的破坏，基础的顶面必须埋在设计地面以下100150mm，所以基础的埋置深度d必须大于基础的高度h加上保护层的厚度，并且要大于0.5m。不满足这项要求时，必须加大基础的埋深或者采取其他措施。,（2-24）,2019/4/28,133,刚性基础的构造,上述各项验算都满足要求后，
49、就可以最后确定基础的构造了。 刚性基础经常做成台阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定刚性基础构造尺寸时最主要的一点是要保证断面各处都能满足刚性角的要求，同时要经济合理，方便施工。,2019/4/28,134,1. 砖基础,砖基础的砌法有两种，一种是按台阶的宽高比为1:1.5来砌，称为“两皮一收与一皮一收相间” (间隔式)砌法，即从基础底面起，先砌两皮砖，每边内收1/4砖长(60mm)，再砌一皮砖(60mm)，每边仍然内收1/4砖长，依此规律，两皮与一皮交替向上砌筑，如下图(a)所示；另一种是按台阶的宽高比为1:2来砌，称为“两皮一收”砌法(等高式)，即每砌两皮砖(120mm)，每边内收1/4砖长，如下图(b)所示。,
