土力学与地基基础教案.doc

1、周 次 第 12 周，第 1、2 次课章节名称 第 7 章 天然浅基础设计授课方式 课堂讲授（ ） ；实践课（ ） 教学时数 4教学目标1、掌握天然浅基础的类型；2、掌握地基承载力设计；3、掌握浅基础的设计与计算；教学重点与难点重点：基础埋置深度，天然浅基础的设计，地基承载力计算难点：天然浅基础的设计，地基承载力计算地基、基础与上部结构相互作用的概念。地基承载力设计值；基础底面尺寸的确定；软弱下卧层地基承载力的验算方法 教学内容与设计第 7 章 天然浅基础设计本章内容：7.5.1 按土的抗剪强度指标确定一、规范推荐的理论公式对竖向荷载偏心和水平力都不大的基础来说，当荷载偏心距 e b/30(

2、为偏心方向基础边长)时，还可以采用建筑地基基础设计规范推荐的式 7-5 计算。7.5.2 按地基载荷试验确定在现场通过一定尺寸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 倍载荷板宽度的深度以内土体的平均性质。这样大的影响范围为许多其它测试方法所不及。载荷试验虽然比较可靠，但费时、耗资而不能多做。规范只要求对一级建筑物采用载荷试验，理论公式计算及其它原位试验等方法综合确定，对于成份或结构很不均匀的土层，如杂填土、裂隙土、风化岩等，它则显出用别的方法所难以代替的作用。规范地基承载力表所提供的经验性数值也是以静载荷试验成果为基础的。 有关载荷试验方法以及确定承载力和变形

3、参数的内容已经分别在第三章和第六章中介绍，此处不再赘述。新书 198 页， “由于建筑物基础面积。 。 。 。 。 ”7.5.3 按规范承载力表确定我国国家标准建筑地基基础设计规范 GBJ789以各地区静载荷试验资料为基础，通过统计分析，对各类土建立了按野外鉴别结果、室内物理、力学指标，或现场动力触探试验锤击数查取地基承载力基本值 0f或标准值 kf的表格。除岩石地基外，所有表格都是针对基础宽度 b3m、埋置深度 d0.5m 的情况作出的，具体的计算步骤可以看规范。7.6 浅基础的设计与计算7.6.1 轴心荷载作用下基础底面积的确定7.6.2 偏心荷载作用下基础底面积的确定7.6.3 软弱下卧

4、层的验算当地基受力层范围内存在软弱下卧层(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，要求作用在软弱下卧层顶面处的附加应力与自重应力之和不超过它的承载力设计值，即新书 201 页 7-7 。讲到 201 页结束旧书 232 页例题 6-87.6.4 地基变形验算 一、概述按地基承载力适当选定了基础底面尺寸，一般已可保证建筑物在防止地基剪切破坏方面具有足够的安全度，但是，在荷载作用下，地基的变形总要发生。如何控制地基变形，使之不会导致建筑物开裂损坏、有损其使用条件和外观，这是地基基础设计必须予以充分考虑的另一基本问题。解决问

5、题的理想途径是：从地基、基础、上部结构三者之间的变形协调条件和静力平衡条件出发，进行整体的相互作用分析。这种计算如果可以实现，当然就能全面地预测整个体系的内力和变形情况，从而作出理想的设计方案。然而，建筑物与地基变形的相互影响与建筑物的结构类型、整体刚度、体型大小、荷载分布、基础结构、地基土层分布及其工程特性、乃至施工过程和方法等许多因素有关，其复杂程度是可想而知的。目前充其量还只能部分遵循以上原则，采用可行的简化方法进行局部的相互作用计算(例如将在第七章介绍的地基上梁和板的分析)。在常规设计中，一般都针对各类建筑物的结构特点、整体刚度和使用要求的不同，计算地基变形的某一特征值 ，验证其是否不

6、超过相应的允许值 ，即要求满足下列条件： (7-27)上式中各种特征变形值 的预估应以对应于荷载标准值时的基础底面处的附加压力，按第三章的方法计算沉降量后求得。传至基础底面的荷载应按长期效应组合，不应计入风荷载和地震作用。对重要的柱下条形基础、筏板基础和箱形基础等连续基础，初步设计时，可先按常规方法验算，以确定方案的可行性，在详细设计时，可进一步，以考虑地基与基础相互作用的方法计算地基变形。地基变形允许值 的确定涉及的因素很多，它除了要考虑各类建筑物对地基不均匀沉降反应的敏感性以及结构强度贮备等有关情况外，还与建筑物的具体使用要求有关。我国建筑地基基础设计规范综合分析了国内外各类建筑物的有关资

7、料，提出了附表 7-16 所列的地基变形允许值供设计时采用。对表中未包括的其它建筑物的地基变形允许值，可根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求自行确定。二、地基变形特征 地基变形特征一般分为：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；局部倾斜砌体承重结构沿纵向 6l0m 内基础两点的沉降差与其距离的比值。具体建筑物所需验算的地基变形特征取决于建筑物的结构类型、整体刚度和使用要求。三、要求验算地基变形的建筑物范围进行地基变形验算，必须具备比较详细的勘探资料和土工试验成果。这对于建筑物安全等级不高的大量中、小型工程来说，

8、往往不易办到。为此， 建筑地基基础设计规范在制订各类土的地基承载力表时，已经考虑了一般中、小型建筑物在地质条件比较简单的情况下对地基变形的要求。所以，只要是安全等级为三级，或地基条件和建筑类型符合规范要求的二级建筑物，在按规范表格提供的承载力确定基础底面尺寸之后，就可以不进行地基变形验算。7.7 防止不均匀沉降损害的措施 前面已反复说明，地基的过量变形将使建筑物损坏或影响其使用功能。特别是高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基上的建筑物，如果考虑欠周，就更易因不均匀沉降而开裂损坏。因此，如何防止或减轻不均匀沉降造成的损害，是设计中必须认真考虑的问题。通常的办法不外有：(1) 采用

9、柱下条形基础、筏基和箱基等；(2) 采用桩基或其它深基础；(3) 采用各种地基处理方法；(4) 从地基、基础、上部结构相互作用的观点出发，在建筑、结构或施工方面采取本节介绍的某些措施。前三类措施造价偏高，桩基、深基和许多地基处理方法还需要具备一定的施工条件才能采用。此外，只处理地基有时还不能完全解决问题，往往需同时辅以某些建筑、结构和施工措施，才能取得预期的效果。在很多场合下，采取了这些措施以后，便可降低对地基处理的要求，有时还可免于处理。7.7.1 建筑措施一、建筑物的体型应力求简单建筑物平面和立面上的轮廓形状，构成了建筑物的体型。复杂的体型常常是削弱建筑物整体刚度和加剧不均匀沉降的重要因素

10、。因此，地基条件不好时，在满足使用要求的前提下，应尽量采用简单的建筑体型，如长高比小(建筑物长度或沉降单元长度与自基础底面算起的总高度之比)的等高“一”字形建筑物。实践表明，这样的建筑物，由于整体刚度好，地基受荷均匀，所以较少发生开裂。平面形状复杂(如“ L”、 “T”、 “” 、 “”等)的建筑物，纵、横单元交叉处基础密集，地基中由各单元荷载产生的附加应力互相重叠，必然出现比别处大的沉降。加之这类建筑物的整体性差，各部分的刚度不对称，很容易遭受地基不均匀沉降的损害。建筑物高低(或轻重)变化太大，地基各部分所受的荷载轻重不同，自然也容易出现过量的不均匀沉降。据调查，软土地基上紧接高差超过二层的

11、砌体承重结构房屋，低者很多开裂，因此，当地基软弱时，建筑物的紧接高差以不超过一层为宜。二、控制长高比及合理布置墙体砌体承重房屋的长高比大，整体刚度就差，纵墙很容易因挠曲过度而开裂。根据调查认为，二层以上的砌体承重房屋，当预估的最大沉降量超过 120mm 时，长高比不宜大于 2.5；对于平面简单，内、外墙贯通，横墙间隔较小的房屋，长高比的控制可适当放宽，但一般不大于 3.0。不符合上述要求时，一般要设置沉降缝。合理布置纵、横墙，是增强砌体承重结构房屋整体刚度的重要措施之一。一般房屋的纵向刚度较弱，故地基不均匀沉降的损害主要表现为纵墙的挠曲破坏。内、外纵墙的中断、转折，都会削弱建筑物的纵向刚度。地

12、基不良时，应尽量使内、外纵墙都贯通。纵横墙的联结形成了空间刚度。缩小横墙的间距，可有效地改善房屋的整体性，从而增强了调整不均匀沉降的能力。因此，许多长高比小，内外纵墙贯通，横墙间距较小的房屋(例如小开间集体宿舍)，尽管沉降较大，也能保持完好无损，反之，因不注意长高比的控制和合理布置墙体，致使建筑物开裂的事例也不少。三、设置沉降缝用沉降缝将建筑物(包括基础)分割为两个或多个独立的沉降单元，可有效地防止地基不均匀沉降产生的损害，分割出的沉降单元，原则上都要求具备体型简单，长高比小、结构类型不变以及所在处的地基比较均匀等条件。为此，沉降缝的位置通常选择在下列部位上：(1)长高比过大的建筑物的适当部位

13、；(2)平面形状复杂的建筑物转折部位；(3)地基土的压缩性有显著变化处；(4)建筑物的高度或荷载有很大差别处；(5)建筑物结构类型(包括基础)截然不同处；(6)分期建造房屋的交界处；(7)拟设置伸缩缝处(沉降缝可兼作伸缩缝)。四、控制相邻建筑物间距地基中附加应力的向外扩散，使得相邻建筑物的沉降互相影响。在软弱地基上，两建筑物的距离太近时，相邻影响产生的附加不均匀沉降，可能造成建筑物的开裂或互倾。这种相邻影响主要表现为：(1)同期建造的两相邻建筑物之间的彼此影响，特别是当两建筑物轻(低)重(高)差别太大时，轻者受重者的影响；(2)原有建筑物受邻近新建重型或高层建筑物的影响。为了避免相邻影响的损害

14、，软弱地基上的建筑物基础之间要有一定的净距。其值视地基的压缩性，影响建筑(产生影响者)的规模和重量，以及被影响建筑(受影响者)的刚度等因素而定。这些因素可以归结为影响建筑的预估沉降量和被影响建筑的长高比两个综合指标。五、调整某些设计标高 建筑物的沉降改变了原有的标高，严重时将影响建筑物的使用功能，预防措施有：(1)根据预估的沉降量事先提高室内地坪或地下设施的标高；(2)建筑物各部分(或设备之间)有联系时，可将沉降较大者的标高适当提高；(3)在建筑物与设备之间，留有足够的净空；(4)有管道穿过建筑物时，应预留足够尺寸的空洞。7.7.2 结构措施一、减轻建筑物的自重基底压力中，建筑物自重(包括基础

15、及覆土重)所占的比例很大，据估计，工业建筑物为 12 左右，民用建筑物可达 35 以上，为此，对于软弱地基上的建筑物，常采用下列一些措施减轻自重，以便达到减少沉降量的目的。1、减少墙体的重量。许多建筑物(特别是民用建筑物)的自重，大部分以墙体的重量为主，为了减少这部分重量，从长远来看，应大力发展轻质高强墙体材料。混凝土墙板、各种空心砌块，多孔砖以及其它轻质墙，都能不同程度地达到减少自重的目的，可以考虑选用。此外，某些非承重墙，可用轻质隔墙代替，不过要注意不使建筑物的整体刚度过于削弱。2、选用轻型结构。例如可采用预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构及各种轻型空间结构等。工业厂房屋盖的重量往往很大，应注

16、意减轻。如过去常用的大型屋面板加外防水屋盖，重量就很可观，如改用各种自防水预制轻型屋面板，重量就可减轻不少。3、减少基础和回填土的重量，可选用自重轻、回填土少的基础型式，如墙下的浅埋钢筋混凝土条形基础、壳体基础等。如要求大量抬高室内地坪时，可考虑用架空地板代替室内厚填土。二、设置圈梁对于砌体承重墙房屋，不均匀沉降的损害突出地表现为墙体的开裂。因此，实践中常在墙内设置圈梁来增强其承受挠曲应力的能力。这是防止出现裂缝及阻止裂缝开展的一项有效措施。当墙体挠曲时，圈粱的作用犹如钢筋混凝土梁内的受拉钢筋，它主要承受拉应力，弥补了砌体抗拉强度不足的弱点，当墙体正向挠曲时，下方圈粱起作用，反向挠曲时，上方圈

17、梁起作用。因不容易正确估计墙体在某一段内可能发生的挠曲方向，故通常在上、下方都设置圈梁。另外，圈粱必须与砌体结合成整体，否则便不能发挥应有的作用。一般的经验是：二、三层的房屋，在基础面附近及顶层门窗顶处各设圈梁一道，多层房屋除上述二道外，中间各层隔层设置(必要时也可层层设置)，位置在窗顶或楼板下面，对于单层的厂房及仓库，可结合基础梁、联系梁：过梁等酌情设置。圈梁有两种，一种是现浇的钢筋混凝土梁。梁宽一般同墙厚，梁高不应小于120mm，混凝土强度等级不低于 C15，纵向钢筋不宜少于 48，箍筋间距不宜大于300mm。兼作跨度较大的门窗过梁时，按过梁计算另加钢筋。另一种是钢筋砖圈梁，即在水平灰缝内

18、夹筋形成钢筋砖带，高度为 4-6 皮砖，用 M5 砂浆砌筑，水平统长钢筋不宜少于 46，水平间距不宜大于 120mm，分上、下两层设置。此外，如果墙体因开大洞而受到严重削弱，且地基又很软弱时，还可考虑在削弱部位适当配筋，或用钢筋混凝土边框加强。三、减小或调整基底附加压力四、采用刚性结构7.7.3 施工措施在软弱地基上进行工程建设，合理安排施工程序，注意某些施工方法，也能收到减小或调整部分不均匀沉降的效果。当拟建的相邻建筑物之间轻(低)重(高)悬殊时，一般应按照先重后轻的程序进行施工；有时还需要在重建筑物竣工之后间歇一段时期后，再建造轻的邻近建筑物。如果重的主体建筑物与轻的附属部分相连时，也可按

19、上述原则处理。 在已建成的轻型建筑物周围，不宜堆放大量的建筑材料或土方等重物，以免地面堆载引起建筑物产生附加沉降。拟建的密集建筑群内如有采用桩基础的建筑物，桩的设置应首先进行。在进行井点排水降低地下水位及挖深坑修建地下室(或其它地下结构)时，应密切注意到对邻近建筑物可能产生的不良影响。在淤泥及淤泥质土的地基上开挖基坑时，要注意尽可能不扰动土的原状结构，通常可在坑底保留 200mm 左右厚的原土层，待施工垫层时才临时铲除。如发现坑底软土已被扰动，可挖去扰动部分，用砂、碎石(砖)等回填处理。四、本章常见问题：常见问题 7-1设计浅基础一般要妥善处理哪几方面问题？答案：浅基础设计一般要妥善处理下列几

20、方面问题：1.充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察资料2.了解当地的建筑经验、施工条件和就地取材的可能性。 3.在研究地基勘察资料的基础上，结合上部结构的类型，荷载的性质、大小和分布，建筑布置和使用要求以及拟建的基础对原有建筑或设施的影响，从而考虑选择基础类型和平面布置方案，并确定地基持力层和基础埋置深度。4.按地基承载力确定基础底面尺寸，进行必要的地基稳定性和变形验算。5.以简化的、或考虑相互作用的计算方法进行基础结构的内力分析和截面设计，以保证基础具有足够的强度、刚度和耐久性。最后绘制施工详图并作出施工说明。常见问题 7-2地基与基础相互作用主要受哪些因素影响？答案：基础相对刚度及地基

21、非均质情况。常见问题 7-3为何采取扩展基础，它包括哪几种类型？答案：上部结构通过墙、柱等承重构件传递的荷载，在其底部横截面上引起的压强通常远大于地基承载力。以便将墙或柱荷载扩散分布于基础底面，使之满足地基承载力和变形的要求，这就有必要在墙、柱之下设置水平截面向下扩大的基础扩展基础，扩展基础包括配筋或不配筋的条形墙基础和单独柱基础。常见问题 7-4基础埋置深度的确定要考虑哪些因素？答案：基础埋置深度的确定要考虑以下因素：1与建筑物有关的条件；2工程地质条件；3水文地质条件；4地基冻融条件；5场地环境条件。常见问题 7-5-1确定地基容许承载力的方法。答案：确定地基容许承载力的方法主要有：（1）

22、理论公式计算：用地基极限承载力除以安全系数，或按控制地基中塑性区发展范围。（2）按地基规范承载力表：按野外鉴别，室内物理力学性质指标，标贯试验锤击数与轻便触探试验贯入击数查表确定。（3）原位试验：载荷试验，静力触探试验，标贯试验，旁压试验等。另：确定地基容许承载力的方法。答：（1）根据塑性区发展理论求容许承载力（2）根据地基规范承载力表确定容许承载力（3）根据原位测试求容许承载力（4）根据地基极限承载力求容许承载力（5）根据建筑物的容许沉降量求容许承载力常见问题 7-5-2何谓承载力基本值？何谓承载力标准值？何谓承载力设计值？答案： 承载力基本值是指按有关规范规定的一定的基础宽度和埋深条件下的

23、地基承载能力，按有关规范查表确定。承载力标准值是指按有关规范规定的标准方法试验并经过统计处理后的地基承载能力。承载力设计值是地基承载力标准值经过深度修正后的地基承载力。常见问题 7-7地基变形特征一般分为哪几种?答案：地基变形特征一般分为：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；局部倾斜砌体承重结构沿纵向 6l0m 内基础两点的沉降差与其距离的比值。常见问题 7-8对于软弱地基上的建筑物，常采用哪些措施减轻自重，以便达到减少沉降量的目的?答案：对于软弱地基上的建筑物，常采用下列一些措施减轻自重，以便达到减少沉降量的目的。1、减少墙体的重量。2、选用轻型结构。3、减少基础和回填土的重量。