1、第2章浅基础,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,本节内容：2.3 基础埋置深度的选择2.4浅基础的地基承载力,2.3 基础埋置深度的选择,一、概念：,1、基础埋置深度：是指基础底面至地面（一般指设计地面）的距离。,2、基础埋深选择的意义：,影响：建筑物的安全和正常使用；基础施工技术措施；施工工期；工程造价。安全方面：对高层稳定、滑移的影响；地基强度、变形的影响；基础由于冻胀或水影响下的耐久性。选择了基础埋置深度就选择了地基持力层，反之亦然。,3、基础埋深
2、选择的原则：,在保证建筑物安全、稳定、耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。除基岩外，一般不宜小于0.5米。另外，基础顶面应底于设计外地面100mm以上，以避免基础外露。,2.3 基础埋置深度的选择,二、影响基础埋深的因素：,1、与建筑物有关的条件,类型主要指高层与非高层之分。基础构造，针对基础类别、用途等。,荷载大小与地基承载力间的关系导致持力层选择发生变化。建筑物类型不同，其所受荷载性质发生变化，从而对基础埋深产生影响。高层建筑：水平力作用；输电塔：上拔力作用；砖窑：高温作用；冷库：低温作用；受动力荷载基础：对持力层土要求，不宜为饱和疏松的粉细砂（振动液化）。,2、工程地质
3、条件,持力层和下卧层的概念当建筑物地基由多层土组成时，直接与基础底面接触的土层称为持力层，持力层以下的其它土层称为下卧层。持力层和下卧层都应满足地基设计的要求，但对持力层的要求显然比对下卧层要高。 在选择持力层和基础埋深时，应通过工程地质勘察报告详细了解拟建场地的地层分布、各土层的物理力学性质和地基承载力等资料。,只有低层房屋可用,否则处理,尽量浅埋若h1太小就为II,h14 m 桩基或处理,软土(很深),好土,软土,软土,好土,I II III IV,h1,h1,基础条件由其它条件确定时，尽可能浅埋,2、工程地质条件,1)根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层,2)置于边坡上的基础,=3
4、.5 条形基础 =2.5 矩形基础,3、水文地质条件1、尽量将基础置于地下水位以上。2、防止流砂；3、防止地基因挖土减压而隆起开裂； 应控制承压含水层顶面的有效应力大于0。,2.3 基础埋置深度的选择,4. 地基冻融条件,季节性冻土：是冬季冻结、天暖解冻，每年冻融交替一次的土层，在我国北方地区分布广泛。,多年性冻土：指连续保持冻结状态三年以上的土层，其性质较复杂，属特殊土地基，另见专著。,1.冻土分类,冻胀：冻胀力，地面隆起 融陷：强度降低，建筑物下陷,建筑物开裂损坏,不均匀沉降,冻深,毛细区,地下水,冻结区,（1）冻胀机理,水变成冰的体胀自由水冻结温度0oc，结合水冻结温度-0.5-30oc
5、,吸引毛细水,自由水+外层(弱)结合水冻结,形成冰针,冰透镜,结合水膜变薄,离子浓度加大,吸力增加,吸引地下水,粗粒土：无冻胀 坚硬粘性土：冻胀微弱 粉土：冻胀最严重,基础埋深和尺寸,（2）影响冻胀的因素： 土性(土的粒径大小)，含水量的多少，地下水位高低,（3）冻胀性划分：建筑地基规范根据冻土层的平均冻胀率的大小，将地基土划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。注：冻胀区的基础，应保证有足够的埋深，使基底达到或基本达到冻胀影响深度以下，从而避免冻害。,（4）冻胀土中基础埋深的要求 dmin zd hmax Zd 设计冻深；hmax允许残留冻土最大厚度 Z0 标准冻深,地表无积雪多年
6、实测平均值；,2.3 基础埋置深度的选择,5、场地环境条件,考虑相邻建筑物的影响1)新建筑物基础埋深不宜大于原有建筑物基础。2)当埋深大于原有建筑物基础时，两基础间应保持一定净距，否则要求支护并且严格限制支护的水平位移，分段施工，设置临时加固支撑、打板桩、地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物地基。,2.4 浅基础的地基承载力2.4.1 地基承载力概念,地基承载力是指地基承受荷载的能力。地基承载力特征值：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称为，以fa表示。,两个条件确定fa：,1、要有一定的强度安全储备，即：,2、地基变形不应大于相应的允许值。,由此可知：地基承载
7、力特征值（fa）不是定值，因为是允许沉降Sa的函数， Sa 愈大， fa 就愈大。,式中a为地基允许变形值控制系数：,工程中通常以两个指标来表示地基承载力，即地基的容许承载力和极限承载力。 地基规范所称的地基承载力特征值相当于通常所说的地基容许承载力。,地基规范规定，浅基础的基底压力应满足下列要求：,；其中：,；,2.4.2 地基承载力特征值的确定,四类方法：,1.按土的抗剪强度指标以理论公式计算； 2.按地基载荷试验确定； 3.按规范承载力表确定； 4.按建筑经验确定。,1.按土的抗剪强度指标以理论公式计算(1)地基极限承载力理论公式fa=pu/K K=23常用公式：魏锡克公式、汉森公式等等
8、。,该方法不常用，原因主要有： 1） 该方法未考虑地基变形； 2） c、的取值可靠度较低； 3）不同公式的计算结果相差较大。,(2)规范推荐的理论公式,当荷载为中心荷载或偏心很小（偏心距el /30，l 为偏心方向基础边长）时： faMbb+Mdmd+Mcckp1/4 （25）,b基础底面宽度，大于6m时按6m考虑；对于砂土，小 于3m时按3m考虑。,地基沉降可能过大,长期承载力：地基承载力随建筑物荷载的增加而增大。短期承载力：,类似方法又称为 =0法。,长期承载力短期承载力（超强固结土可能例外）。,公式运用的注意问题 （1） 取值,（2）对b的限制。,（3）应进行地基变形验算。,（1）现场载
9、荷试验,2.按地基载荷试验方法确定,反压重物,反力梁,千斤顶,基准梁,荷载板,百分表,地基载荷试验,2. 按地基载荷试验确定（最可靠）浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验、螺旋板载荷试验。,规范要求:对地基基础设计等级为甲级的建筑物采用载荷试验、理论公式计算及其他原位试验等方法综合确定。,载荷板的测试范围：在现场通过0.250.50m2的载荷板对扰动较少的地基土体直接施荷，所测得的成果一般能反映相当于12倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。,载荷板试验的主要优缺点：载荷试验可靠性高；费时、耗资；试验只能反映浅层地基的承载力。,图 载荷板与实际基础对地基的影响深度比较 (a)载荷试验 (b)实际
10、基础,地基静载试验概况,平板载荷试验装置示意图,确定地基承载力特征值,(一) p-s曲线“陡降型”取值主要由地基强度 控制,（二）p-s曲线“缓变型” 取值主要由地基允许 变形控制,常出现于低压缩性土,常出现于中、高压缩性土,(一)p-s曲线“陡降型”,取图中的比例界限荷载作为承载力特征值,对于少数呈“脆性”破坏的土，Pb与极限载荷很接近，当Pu2Pb时，取Pu/2作为承载力特征值。,（二）p-s曲线“缓变型”,当压板面积为0.250.50m2时，规定取s/b=0.010.015所对应的荷载作为承载力特征值 ，但其值不应大于最大加载量的一半。,确定地基承载力特征值,同一层土，应选择三个以上试验
11、点，得到 则 取,3.按规范承载力表确定,野外鉴别结果室内物理力学指标现场动力触探试验锤击数,fak,注意：埋深d的取法，见教材。超载q=md,q,d=q/m,主裙楼一体的情况,考虑增加基础宽度和埋置深度时，地基承载力也将随之提高，所以，应将地基承载力对不同的基础宽度和埋置深度进行修正，才能供设计使用。,修正原因 :,b基础底面宽度（m）；b取值范围36 md基础埋置深度（m）；,4.按建筑经验确定,基槽检验和地基的局部处理： 在基槽挖至接近槽底时，应由设计、施工和勘察人员对槽底土层进行检查，即所谓“验槽”。 对没有地基勘察资料的轻型建筑物，地基浅层情况只能凭验槽了解；有地基勘察报告的工程，主
12、要是核实勘察资料是否符合实际。 通过验槽，可以判断持力层的承载力、地基的均匀程度是否满足设计要求，以防止产生过量的不均匀沉降。 验槽以细致的观察为主，辅以轻便简易的勘探方法，如轻便触探和夯击听音等。,通过观察验槽和钎探后，如不满足要求，应根据具体情况更改设计或进行地基处理。对于槽底的局部人工填土和墓坑、松土坑、废井，一般宜挖除并用碎石、砂、灰土等分层回填夯实。对于局部松软土，一般应挖除至原土。 当上述挖、填方法由于施工困难等缘故而不宜采用时，可考虑采用钢筋混凝土梁板基础，以跨越局部松软土，或采用增大基础埋深、扩大基础面积、布置联合基础、加设挤密桩或局部设置桩基等方法加以解决。 当柱基或部分基槽
13、下方存在过于坚硬的旧基础、树根和岩石等障碍物时，均应尽可能挖除，以防建筑物产生不均匀沉降或开裂。【例题2-1】P25,2.4.3 地基变形验算,建筑物的地基变形计算值应不大于地基变形允许值 ，即要求满足下列条件： （215）,回顾,地基变形按其特征可分为四种：沉降量独立基础中心点的沉降值或整幢建筑物基础的平均 沉降值；沉降差相邻两个柱基的沉降量之差；,倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；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距离的比值。,不同结构类型需验算的地基变形：砌体承重结构：由局部倾斜控制；框架结构和单层排架结构：由沉降差控制；高耸结构和高层建筑：由建筑物的整
14、体倾斜（特别是横向整 体倾斜）控制，必要时应控制平均沉降量。,沉降观测,在必要情况下，需要分别预估建筑物在施工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，考虑连接方法和施工顺序。此时，一般多层建筑物在施工期间完成的沉降量，对于砂土可认为其最终沉降量已完成80%以上，对于其他低压缩性土可认为已完成最终沉降量的50%80%，对于中压缩性土可认为已完成20%50%，对于高压缩性土可认为已完成5%20% 。,如果地基变形计算值大于地基变形允许值，一般可以先考虑适当调整基础底面尺寸（如增大基底面积或调整基底形心位置）或埋深，如仍未满足要求，再考虑是否可从建筑、结构、施工诸方面采取有效措
15、施以防止不均匀沉降对建筑物的损害，或改用其他地基基础设计方案。,室内外平均埋深,从已固结完毕的老天然地面算起,注意以下三式中d的区别：,2.5 基础底面尺寸的确定,2.5.1 按地基持力层的承载力计算基底尺寸,2.5.2 地基软弱下卧层承载力验算,式中 fa修正后的地基承载力特征值。 pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；,1.当轴心荷载作用的基础,2.5.1 按地基持力层的承载力计算基底尺寸,需满足的条件：,Fk相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础 顶面的竖向荷载。,Gk基础自重和基础上的土重。,A基础底面面积。,式中：,G20kN/m3,d基础的平均埋深,由,可得基础
16、底面积：,（1）对于矩形单独基础，按上式计算出A后，先选定b或L，再计算另一边长，使ALb，一般取 L/b1.02.0。（2）对于条形基础，取1m长计算，底面积A=1b，式可改写为：,（3）对于正方形基础，底面积A=bb，公式可改写为：,计算中一般先要对地基承载力特征值fak进行深度修正，然后按计算得到的基底宽度b，考虑是否需要对fak进行宽度修正。如需要，修正后重新计算基底宽度，如此反复计算直到满足为此。最终确定的基底尺寸b和L均应力100mm的倍数。,某粘性土重度m为18.2kN/m3 ，孔隙比e=0.7，液性指数IL=0.75，地基承载力特征值fak为220kPa。现修建一外柱基础，作用
17、在基础顶面的轴心荷载Fk830kN，基础埋深（自室外地面起算）为1.0m，室内地面高出室外地面0.3m，试确定方形基础底面宽度。,【解】 先进行地基承载力深度修正。自室外地面起算的基础埋深d=1.0m ,查表25，得d=1.6，由式（214）得修正后的地基承载力特征值为：,例题22,fa= fak +dm (d -0.5) =220 +1.618.2(1.0-0.5)=235 kPa,取b=2m。因b3m，不必进行承载力宽度修正。,计算基础及其上土的重力Gk时的基础埋深为：d=(1.0+1.3)/2=1.15m。由于埋深范围内没有地下水，hw=0。由式（219）得基础底面宽度为：,2.对于偏心
18、受压基础,2.对于偏心受压基础,需满足的三个条件：,Pk fa,Mk相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值。,式中：,l/6,确定基础底面积尺寸时，为同时满足上三式，一般可按下述步骤进行：,（1）先按中心荷载作用下的公式计算基础底面积A0；,（2）考虑偏心荷载作用的影响，加大A0，即：使,对矩形基础，按A初步选择基础长边L和短边b，一般：,（3）计算偏心荷载作用下的基底最大压力Pkmax和偏心距e(或Pkmin )，验算是否满足：,如不满足，可调整基底尺寸再验算，如此反复，直至满足为止。,l/6,同例题22，但作用在基础顶面处的荷载还有力矩200kNm和水平荷载20kN（见例图2-3
19、），试确定矩形基础底面尺寸。,解 （1）初步确定基础底面尺寸考虑荷载偏心，将基底面积初步增大20%，由式（225）得,例题23,取基底长短边之比n=l/b=2，于是,因b=1.5m3m，故fa无需作宽度修正。,（2）验算荷载偏心距e,基底处的总竖向力：Fk+Gk= 830+201.53.01.15= 933.5 kN基底处的总力矩： Mk= 200+200.6 = 212 kNm偏心距： e = Mk/ ( Fk+Gk ) =212/ 933.5 = 0.227 m 1.2fa = 282 kPa （不行）,（4）调整底面尺寸再验算 取b=1.6m，l=3.2m，则Fk+Gk= 830+201
20、.63.21.15= 947.8 kN e=212/947.8=0.224m,所以基底尺寸为1.6m3.2m。,软弱下卧层顶面处的附加应力,软弱下卧层顶面处土的自重应力,软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值,2.5.2 地基软弱下卧层承载力验算,当持力层下存在软弱下卧层时，需进行下卧层承载力验算：,简化法计算：软弱下卧层顶面处的附加应力,条形基础：,矩形基础：,地基压力扩散角值 表2-7,注：z0.25b 时取 =0，必要时， 宜由试验确定；z0.50b时值不变。,例图2-5中的柱下矩形基础底面尺寸为 5.4m2.7m，试根据图中各项资料验算持力层和软弱下卧层的承载力是否满足要求。,
21、例题25,解 持力层承载力验算b=0，d=1.0 , fa=209+1.018.0(1.8-0.5)=232.4 kPa,Fk+Gk=1800+220+202.75.41.8 =2545kN Mk=950+1801.2+2200.62=13302kNm,软弱下卧层承载力验算,由Es1/Es2=7.5/2.5=3, z/b=2.5/2.70.50,查表2 -7得 =23，tan = 0.424。,cz = 18.01.8+(18.7-10)2.5 =54.2 kPa,faz = 75+1.012.6(4.3-0.5)=122.9 kPa, cz + z =54.2+57.2 =111.4 kPa
22、 faz （可以）,2.5.3 按允许沉降差调整基础底面尺寸,(1)基底尺寸对沉降的影响,s=(1-2)bp0/E0 (2-31),a. 对比按pk=fa原则设计的两个基础（基底压力相同）,因为、p0、E0为常量，所有s b 故基础底面积越大，沉降越大。,b.对同一基础而言（F常量）,p0F/A s (1-2)F/lE0 (2-32)故加大基础底面积（l 增大）或长宽比n（减小）可以减少沉降量。,(2)减少沉降量的措施,a.加大底面积A(A加大10%，沉降约减少4.6%)；b.增大长宽比n(当n从1增大到3时，沉降约减少6%)。,(3)减少不均匀沉降的措施a.若小基础的强度储备足够，可减少其底
23、面积；b.小基础尽量做方，大基础n尽量大；c.将大基础的底面积增大（有软弱下卧层时例外）。,2.5.4 地基稳定性验算 对于经常承受水平荷载作用的高层建筑 、高耸结构，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，应对地基进行稳定性验算。,K = Mr /Ms 1.2 (2-42),对修建于坡高和坡角不太大的稳定土坡坡顶的基础（图2-18），当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长b3m时，如基础底面外缘至坡顶边缘的水平距离a不小于2.5m，且符合下式要求： ab d /tan （2-43） 则土坡坡面附近由基础所引起的附加压力不影响土坡的稳定性。式中为土坡坡角，d为基础埋深，系数取3.5（对条形基础）或2.5（对矩形基础和圆形基础）。,
