1、地基与基础工程,主讲教授 马石城,浅基础设计,7.1地基基础设计的基本原则 7.2浅基础的类型 7.3基础埋置深度的选择 7.4地基承载力 7.5基础底面尺寸的确定 7.6地基变形验算 7.7扩展基础设计 7.8柱下钢筋混凝土条形基础设计 7.9筏型基础设计 7.10减轻不均匀沉降损害的措施,7.1地基基础设计的基本原则,7.1.1概述 基础是连接上部结构与地基之间的过渡结构，起 承上启下的作用。,地基的分类天然地基与人工地基基础的分类-浅基础与深基础,地基基础设计内容和一般步骤： （1）充分掌握拟建场地的工程地质条件和地质勘查资料 （2）选择基础的材料、类型，确定平面布置； （3）选择基础的
2、埋置深度，即确定地基持力层； （4）确定地基承载力特征值； （5）根据传至基础底面上的荷载效应和地基承载力特征值，确定基础底面积； （6）根据传至基础底面上的荷载效应进行相应的地基验算（变形和稳定性验算）； （7）根据传至基础底面上的荷载效应确定基础构造尺寸，进行必要的结构计算； （8）绘制基础施工图。,7.1.2概率极限设计方法与极限状态设计原则,承载力极限状态 正常使用极限状态 结构极限状态设计 应满足下列要求g(x1,x2,xn)=0 R-S=0,地基基础设计基本规定,地基基础设计等级-甲、乙、丙 地基基础设计和计算应满足的三项原则 1. 在剪切破坏和稳定性方面要有足够的 安全度 2.控
3、制地基的变形，使之不超过允许值 3.满足强度、刚度和耐久性的要求,7.2浅基础类型,7.2.1无筋扩展基础,扩展基础通常指墙下条形基础和柱下单独基础； 扩展基础又可分为无筋扩展基础（刚性基础） 和钢筋混凝土扩展基础（柔性基础）。,1. 无筋扩展基础 刚性基础可用于六层和六层以下（三合土基 础不宜超过四层）的民用建筑和墙承重的厂 房。常见基础有砖基础、毛石基础、三合土 基础、灰土基础、混凝土基础和毛石混凝土 基础。砖基础有等高砌法和二一间隔砌法两 种，如下图。,(a)等高切法 (b)二一间隔砌法 砖基础,毛石基础 三合土基础,灰土基础 混凝土基础,无筋扩展基础的主要缺点是自重大，并且当持力层为软
4、弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基承载力而影响结构物的正常使用。所以对于荷载大或上部结构对差异沉降较敏感的结构物，当持力层土质较差又较厚时，无筋扩展基础作为浅基础是不适宜的。,无筋扩展基础的材料虽具有较好的抗压性能，但其抗拉、抗剪强度却不高。设计时必须保证发生在基础内的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度值。这种保证通常是通过对基础构造的限制来实现的，即基础每个台阶的宽度与其高度之比（宽高比）都不得超过规范规定的台阶宽高比的允许值。,7.2.2扩展基础,当基础荷载较大，地质条件较差时，基础底面尺寸也将扩大，此时若采用无筋扩展基础
5、，为满足宽高比等要求，往往需增大埋深，同时材料用量也增大，也给施工带来诸多不便，此时可采用钢筋混凝土材料筑造的基础扩展基础. 优点：基础抗弯和抗剪性能较好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用,(a)无肋式 (b)有肋式 墙下钢筋混凝土条形基础,其他基础,7.2.3柱下条形基础 7.2.4筏型基础 7.2.5壳体基础,条形基础长度远大于宽度的基础,十字交叉梁基础,筏板基础,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。,7.3基础埋置深度的选择,基础埋置深度是指基础底面至地面的距离（天然地面），选择基础埋置深度就是选择合适的地在持力层。选择基础
6、埋置深度应考虑的几个因素： 1.建筑结构条件与场地环境条件 2.工程地质条件 3水文地质条件 4地基冻融条件,对于某一个具体工程来 说，往往是其中一、两种因 素起决定性作用，所以在设计时，必须从实际出发，抓住主要因素进行分析研究，确定合理的埋置深度。,相邻建筑物间的基础埋深,地基土冻胀和融陷对基础埋深的影响,7.4地基承载力,总安全系数设计原则将安全系数作为控制设计的标准，以极限承载力表达 容许承载力设计原则将满足强度和变形的两个基本要求作为地基承载力控制设计的标准 概率极限状态设计原则地基承载力采用特征值，实质上是地基容许承载力,地基承载力公式,P-基础底面的压力（kPa) Pu-地基极限承
7、载力（kPa) K-总安全系数,p-地基容许承载力（kPa),建筑地基规范推荐的理论公式,fa-由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值 Mb,Md,Mc-承载力系数，根据k查表确定 b-基础底面宽度，大于6m按6m取值，对于砂土，小 于3m按3m取值 ck-基底下一倍短边宽度范围内土的粘聚力标准值 k-基底下一倍短边宽度范围内土的内摩擦力标准值 -基础底面下土的重度，地下水位以下取浮重度 m-基础埋深范围内各层土的加权平均重度，地下 水位以下取浮重度,魏锡克公式（或汉森公式）,Pu-地基土极限承载力 A-与土接触的有效基底面积 A-基底面积,按地基载荷试验确定,载荷试验确定地基土承载力特征值
8、fak 由载荷板试验确定 具体考虑p-s曲线 岩石的地基承载力特征值fa 由其他原位试验确定地基承载力,按地基载荷试验确定地基的承载力特值,按载荷试验成果确定 地基承载力特征值,p,s,0,极限荷载,比例界限,承载力特征值的确定方法：1.当ps曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；2.当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的1.5倍时，取极限荷载值的一半；3.当不能按上述二点确定时，如压板面积为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。,按地基规范承载力表确定,建筑地基规范承载力表-区域化 地基承载力的修正,fa-修正后的地基承载力
9、特征值 fak-地基承载力特征值 b d-分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数 -基底持力层的重度 m-基础底面以上埋深范围内土的加权平均重度 b-基础底面宽度，小于3m取3m，大于6m取6m d-基础埋置深度，小于0.5m取0.5m,基础底面尺寸的确定,pk-相应荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值 pkmax-相应荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力 值 fa-修正后的地基承载力特征值,按地基持力层的承载力计算基底尺寸,中心荷载作用下的基础Fk-相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础底面的竖向力值 G-基础及回填土的重度，一般取20，地下水位以下取10 d-基础平均埋深
10、,偏心荷载作用下的基础,7.5.2软弱下卧层的强度验算,软弱下卧层顶面处的附加应力设计值,软弱下卧层顶面处的自重应力设计值,地基承载力设计值,7.6地基变形验算,1地基变形的特征 沉降量 沉降差 倾斜 局部倾斜 2,s-地基变形值 s-变形允许值,7.7扩展基础的设计,扩展基础是指柱下钢筋混凝土单独基础和墙下钢筋混凝土条形基础，由于不受刚性角限制，设计上可以做到宽基浅埋，充分利用浅层好土层作为持力层。与刚性基础相比较，钢筋混凝土基础具有较大的抗拉、抗弯能力，能承受较大的竖向荷载和弯矩，因此，钢筋混凝土扩展基础普遍应用于单层和多层结构中。,现浇柱基础构造示意图,扩展基础的构造要求1锥形基础边缘高
11、度一般不小于200mm，坡度i13；台阶形基 础每阶高度一般为300500mm，当基础总高度h350mm时，可 用一阶，350h900mm用二阶，h900mm用三阶。 2混凝土强度等级不宜低于C20。基础下通常设置C10混凝土垫层 ，垫层厚度为70100mm，每边伸出基础边缘100mm。 3对单独基础底板受力钢筋通常采用HPB235级钢筋，直径不宜小 于10mm，间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。当设有垫层 时钢筋保护层厚度不宜小于40mm，无垫层时不宜小于70mm。当基 础底面边长大于或等于2.5m时，该方向钢筋长度可减少10%，并均 匀交错布置。,7.2.7扩展基础的计算,墙下
12、钢筋混凝土条形基础的底板厚度及配筋 中心荷载作用,（1）基础底板厚度,满足抗剪强度要求基础底板配筋 偏心荷载作用下 一般情况下按最大应力取，结果偏于安全,柱下钢筋混凝土单独基础底板厚度和配筋计算,中心荷载作用基础底板配筋按最大弯矩配筋 偏心荷载作用与中心受荷基本相同,7.8柱下钢筋混凝土条形基础设计,地基基础与上部结构相互作用的概念 基本概念 相对刚度的影响上部结构+基础与地基的刚度比，两种极限情况，相对刚度无穷小，相对刚度无穷大，一般都是第三情况，相对刚度有一具体数值,柱下钢筋混凝土条形基础的构造要求 外形尺寸 钢筋混凝土 柱下钢筋混凝土条形基础内力计算方法 弹性地基梁法基床系数法，半地限弹性体法 简化计算方法倒梁法，剪力平衡法,倒梁法,基本假定：相对刚度无穷大，地基压力呈直线分布，合力中心与荷载中心重合剪力平衡法用各个截面的剪力平衡来求内力,建筑措施,结构措施,施工措施,7.10减轻不均匀沉降危害的措施,一、建筑措施,二、结构措施,三、施工措施,
