土力学课件第6章浅基础设计.ppt
第六章第六章浅基础设计浅基础设计主主 要要 内内 容容1 1 概述概述2 2 浅基础分类浅基础分类3 3 基础埋深的选择基础埋深的选择4 4 地基承载力的确定地基承载力的确定5 5 浅基础的设计和计算浅基础的设计和计算6 6 梁板式基础梁板式基础7 7 减轻不均匀沉降的措施减轻不均匀沉降的措施自学自学第一节第一节 概述概述一一.天然地基上浅基础的设计内容及步骤天然地基上浅基础的设计内容及步骤1.1.选择基础的材料、类型和平面布置选择基础的材料、类型和平面布置2.2.选择基础的埋置深度选择基础的埋置深度3.3.确定地基承载力设计值确定地基承载力设计值4.4.确定基础底面尺寸确定基础底面尺寸5.5.必要时进行地基变形与稳定性验算必要时进行地基变形与稳定性验算6.6.进行基础结构设计进行基础结构设计7.7.绘制基础施工图并附必要的施工说明绘制基础施工图并附必要的施工说明设设计计步步骤骤No选择基础材料、类型和平面布置选择基础材料、类型和平面布置确定地基承载力特征值确定地基承载力特征值必要时进行地基变形和稳定性验算必要时进行地基变形和稳定性验算绘制基础施工图并附必要的施工说明绘制基础施工图并附必要的施工说明选择基础埋置深度选择基础埋置深度 确定基础底面尺寸确定基础底面尺寸进行基础结构设计进行基础结构设计根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特根据地基复杂程度、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。分为三个设计等级。二二.天然地基上浅基础的设计原则天然地基上浅基础的设计原则建筑地基基础设计规范（建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）甲级甲级 重要的工业与民用建筑物；重要的工业与民用建筑物；30层以上的建筑物层以上的建筑物乙级乙级 除甲级和丙级以外的建筑物除甲级和丙级以外的建筑物丙级丙级 场地和地基简单七层及以下民用建筑与一般工业场地和地基简单七层及以下民用建筑与一般工业 建筑；次要的轻型建筑物建筑；次要的轻型建筑物1.1.所有建筑物的地基基础计算均应满足所有建筑物的地基基础计算均应满足承载力承载力计算的有关规定；计算的有关规定；2.2.设计等级为甲级、乙级及部分丙级建筑物，设计等级为甲级、乙级及部分丙级建筑物，均应按地基均应按地基变形变形设计；设计；3.3.经常承受水平荷载的及建在斜坡附近的建筑经常承受水平荷载的及建在斜坡附近的建筑物、结构物，基坑工程应进行物、结构物，基坑工程应进行稳定性稳定性验算；验算；4.4.存在上浮问题时，应进行存在上浮问题时，应进行抗浮抗浮验算。验算。建筑地基基础设计规范（建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）地基基础设计规定地基基础设计规定第二节第二节 浅基础分类浅基础分类一、按基础材料分类一、按基础材料分类砖砖毛石毛石混凝土混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土1)1)单独基础单独基础:柱下或墙下柱下或墙下,土质较好土质较好二、按结构形式分类二、按结构形式分类2)2)条型基础条型基础墙下或柱下条形基础墙下或柱下条形基础,柱下柱下:一般是土质差一般是土质差,两侧单独基础相连两侧单独基础相连3)3)十字交叉基础十字交叉基础柱下柱下:土质更差土质更差,或荷载很大或荷载很大,四面基础相连四面基础相连纵向条形基础纵向条形基础横向条形基础横向条形基础4)4)筏板基础筏板基础 土质更差土质更差,单独基础联成整体单独基础联成整体5)5)箱形基础箱形基础有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好底板底板外外墙墙内内墙墙按基础的结构形式按基础的结构形式 单独基础单独基础 条形基础条形基础 十字交叉基础十字交叉基础 筏板基础筏板基础 箱形基础箱形基础下卧层下卧层 持力层持力层FGd埋深埋深第三节第三节 基础埋深的选择基础埋深的选择(一）建筑物用途及基础构造一）建筑物用途及基础构造1.1.D D大于大于500mm,500mm,扰动，植物，冻融，冲蚀扰动，植物，冻融，冲蚀2.2.基础顶距离表土大于基础顶距离表土大于100mm100mm，保护，保护1.1.3.3.地下室建筑物埋深要求地下室建筑物埋深要求2.2.4.4.刚性基础高宽比要求刚性基础高宽比要求d大于大于10cm基础埋深影响因素基础埋深影响因素 F管道管道(二）建筑场地工程地质及水文地质二）建筑场地工程地质及水文地质1.1.在满足强度、变形、稳定和构造的基础上尽量浅埋在满足强度、变形、稳定和构造的基础上尽量浅埋2.2.有地下水时，尽量埋于地下水位以上有地下水时，尽量埋于地下水位以上3.3.有承压水时防基坑突涌有承压水时防基坑突涌(三）基础上荷载大小及性质三）基础上荷载大小及性质 1.1.上部荷载大，水平荷载大，上拔力大，埋深应加大；上部荷载大，水平荷载大，上拔力大，埋深应加大；2.2.位于坡面、坡顶上的建筑物埋深应加大位于坡面、坡顶上的建筑物埋深应加大(四）相临建筑物基础埋深的影响四）相临建筑物基础埋深的影响1.1.新建筑物基础埋深浅新建筑物基础埋深浅2.2.新旧相邻建筑物有一定距离新旧相邻建筑物有一定距离 L/L/H=1-2H=1-2 否则要求支护否则要求支护 严格限制支护水平位移严格限制支护水平位移 新新旧旧L H深基坑在桩体支护下开挖深基坑在桩体支护下开挖南京地铁火车站基坑施工现场南京地铁火车站基坑施工现场在寒冷地区，应该考虑由于季节性的冰冻和融化对地基土引起在寒冷地区，应该考虑由于季节性的冰冻和融化对地基土引起的冻胀影响。的冻胀影响。冻土现象冻土现象冻胀冻胀：某些细粒土在冻结时，体积膨胀，使某些细粒土在冻结时，体积膨胀，使 地面隆起成丘地面隆起成丘危害：危害：路面变形、开裂；建筑物开裂、倾斜、倒塌路面变形、开裂；建筑物开裂、倾斜、倒塌冻融：冻融：天暖解冻，冻土层中冰晶体融化，土天暖解冻，冻土层中冰晶体融化，土 中含水量增加，土体强度降低，沉降中含水量增加，土体强度降低，沉降 加大加大危害：危害：路面融沉、翻浆；建筑物大量下沉、开裂路面融沉、翻浆；建筑物大量下沉、开裂(五）土的冻胀影响五）土的冻胀影响地下冰地下冰因冻胀造成因冻胀造成的路面变形的路面变形因冻胀造成的建因冻胀造成的建筑物外墙开裂筑物外墙开裂冻胀丘冻胀丘路基上层的土体首先融化，下层土体尚未解冻，水分渗透不下路基上层的土体首先融化，下层土体尚未解冻，水分渗透不下去，使土基强度很快降低以至失去承载能力，在行车作用下路去，使土基强度很快降低以至失去承载能力，在行车作用下路面被进一步压坏，泥浆从路面裂缝里面被进一步压坏，泥浆从路面裂缝里挤出挤出来，产生翻浆的现象来，产生翻浆的现象。翻浆翻浆冻融造成的铁路冻融造成的铁路路基下沉路基下沉设计冻结深度设计冻结深度（考虑土的类别、冻胀性和环境影响）（考虑土的类别、冻胀性和环境影响）z zd d z z0 0 zs zs zw zw ze ze （Z Z0 0 标准冻深）标准冻深）考虑冻胀性，基础最小埋置深度考虑冻胀性，基础最小埋置深度d dminminz zd d h hmaxmax （h hmaxmax 残留冻土层厚度）残留冻土层厚度）考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深zdz0dmin室内地面室内地面hmax第四节第四节 地基承载力的确定地基承载力的确定 fa=Mb b+Md md+Mcck f fa a:承载力特征值承载力特征值相当与相当与 p p1/41/4=N=N B B /2+N/2+Nq q d+N d+Nc cc c基础宽度基础宽度b b大于大于6m6m按按6m6m计算，砂土小于计算，砂土小于3m3m按按3m3m计算，计算，先初步估计先初步估计b,b,b b为基础短边为基础短边一、根据土的抗剪强度指标按强度理论一、根据土的抗剪强度指标按强度理论公式计算确定公式计算确定二、根据地基土静载荷试验确定二、根据地基土静载荷试验确定承载力特征值的确定承载力特征值的确定1.1.比例界限比例界限2.2.极限荷载的一半极限荷载的一半3.3.无明显界限值，取对应无明显界限值，取对应 沉降量的荷载值沉降量的荷载值123SP0比比例例界界限限极极限限荷荷载载PcrPu临临塑塑荷荷载载P-SP-S曲线曲线取取1.2.项中较小值项中较小值三、根据规范对特征值进行修正三、根据规范对特征值进行修正 b b、d d 为宽度深度修正系数，按持力层土查为宽度深度修正系数，按持力层土查当基础宽度大于当基础宽度大于3 3米或埋深大于米或埋深大于0.50.5米时，按米时，按规范公式修正规范公式修正第五节第五节 浅基础的设计与计算浅基础的设计与计算一、初步确定基底尺寸一、初步确定基底尺寸基本条件：基底平均压力基本条件：基底平均压力p p不大于持力层承载不大于持力层承载力的特征值力的特征值fafap p fa fa1)1)确定基础尺寸确定基础尺寸2)2)验算持力层承载力验算持力层承载力GFfa1.1.中心荷载中心荷载柱基础柱基础(1)(1)底面积底面积A A的确定的确定荷载荷载F+GF+G G=AG=A d d,是基础加土的容重是基础加土的容重=20kN/m=20kN/m3 3承载力特征值承载力特征值 f fa a (暂不做宽度修正暂不做宽度修正)基底面积基底面积F+G F+G=AfAfa aG GF F(2)(2)长和宽长和宽,高度的确定高度的确定单独无筋扩展基础单独无筋扩展基础b L b L A A b b b b0 0+2+2h tgh tg L L L L 0 0+2+2h tgh tg 满足满足d d h h+0.1m+0.1m确定确定b,Lb,L和和h h=45=45o o(1:1)(1:1)30 30o o(1:2)(1:2)b bt tF FL LL L0 0b b0 0b bh h 条形基础条形基础 单位长度，确定基础宽度单位长度，确定基础宽度Fh b b b b0 0+2+2htghtg 确定确定h h砖墙砖墙:承重墙承重墙b b 60-70cm,60-70cm,b b0 0为为24,37,48cm24,37,48cm 非非承重墙承重墙b b 50cm50cm2.2.偏心荷载偏心荷载以柱下独立基础为例以柱下独立基础为例(1)(1)按中心荷载确定底面积按中心荷载确定底面积A A1 1(2)(2)考虑偏心考虑偏心A=(1.1-1.4)AA=(1.1-1.4)A1 1 根据偏心大小和根据偏心大小和A A1 1初步确定初步确定b b和和L LF Me F+G二、承载力验算二、承载力验算下卧层下卧层d q=q=d d 均布均布荷载荷载 持力层持力层基础基础FG主主要要受受力力层层初步确定了埋深和尺寸后初步确定了埋深和尺寸后,需要一系列验算需要一系列验算(一一)持力层验算持力层验算1.1.承载力的设计值的确定承载力的设计值的确定b 6m b 6m 按按6 m,3m 6 m,3m 按按3m 3m 荷载板试验荷载板试验f fa a=M=Mb b b+Mb+Md d m md+Md+Mc cc ck k 根据实际宽度和深度计算根据实际宽度和深度计算 f fa a:承载力特征值（设计值）承载力特征值（设计值）2.2.承载力验算承载力验算根据初步确定的根据初步确定的d d与与b b，确定宽深修正后的，确定宽深修正后的f fa a(1)(1)中心荷载中心荷载(2)(2)偏心荷载偏心荷载 blM要求要求:(二二)软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算存在软弱下卧层时，要验算存在软弱下卧层时，要验算1)1)按照中心荷载确定基底压力按照中心荷载确定基底压力 p p=(=(F F+G G)/A)/A2)2)基底原自重应力基底原自重应力 czcz3)3)基底附加应力基底附加应力 P P0 0=P P-czcz4)4)扩散角扩散角 与与E Es1s1/E Es2s2及及z/bz/b有关有关 持力层太薄不起作用持力层太薄不起作用F p-c0dz c0 cz软土软土Es1Es25)5)软弱下卧层顶部附加应力软弱下卧层顶部附加应力 查表查表6 61919，条基无后一项条基无后一项6)6)软弱下卧层承载力做深度修软弱下卧层承载力做深度修正，不做宽度修正正，不做宽度修正F p-c0dz c0 cz软土软土Es1Es21.1.地基变形验算地基变形验算(一一)地基变形要求地基变形要求甲级和部分乙级建筑，在满足承载力要甲级和部分乙级建筑，在满足承载力要求外，还要验算沉降求外，还要验算沉降大部分乙级建筑物查表确定承载力，无大部分乙级建筑物查表确定承载力，无需验算沉降需验算沉降特殊原因，需验算特殊原因，需验算地基变形特征：地基变形特征：沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜三、地基变形和稳定性验算三、地基变形和稳定性验算基础稳定性验算基础稳定性验算地基稳定性验算地基稳定性验算抗倾覆抗倾覆抗滑移抗滑移2.2.稳定性验算稳定性验算 N M Hya抗滑移稳定系数抗滑移稳定系数抗倾覆稳定系数抗倾覆稳定系数圆弧滑动面法圆弧滑动面法 四、基础结构设计四、基础结构设计（一）刚性基础（一）刚性基础无筋扩展基础无筋扩展基础砖、石、灰土，素混凝土砖、石、灰土，素混凝土 材料抗拉强度很低材料抗拉强度很低有基础台阶宽高比有基础台阶宽高比(刚性角刚性角)要求要求F F b bt th h0 0与材料和荷载有关与材料和荷载有关砖基础砖基础240240560560240240560560基础的结构设计基础的结构设计砖石基础砖石基础30030030030030030080 150 15080 150 150素混凝土基础素混凝土基础一层台阶一层台阶120120200200240 60 170240 60 170240 60 150 150240 60 150 150两层台阶两层台阶基础高度较小，要满足冲切要求基础高度较小，要满足冲切要求（二）钢筋混凝土扩展基础（二）钢筋混凝土扩展基础1.1.扩展基础破坏形式扩展基础破坏形式2 21 1 2 21 1纯剪纯剪斜压斜压弯曲弯曲F F冲切冲切2.2.单独基础冲切破坏验算单独基础冲切破坏验算荷载采用基本组合荷载采用基本组合基底压力计算时只考虑基底压力计算时只考虑F,F,不考虑不考虑G G4545o o1 1）单独基础中心荷载）单独基础中心荷载F F1 1=A=Ac cppn nV=0.7V=0.7 h hf ft tb bp ph h0 0A Ac c 为阴影面积为阴影面积b bp p 冲切锥体破坏面上下冲切锥体破坏面上下 边周长的平均值边周长的平均值f ft t 混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度h h0 0h h0 0a ac ca a h h 冲切截面高度影响系数冲切截面高度影响系数h h0 03 3）单独基础弯矩计算）单独基础弯矩计算b b0 0(b-bc)/2(b-bc)/2b b(b-bb-bc c)/2)/2a ac ca a(a-a(a-ac c)/2)/2bbaaI IIIIIa a1 1IIII(a-a(a-ac c)/2)/2截面截面I II I，IIIIIIII处的弯矩处的弯矩b0(b-bc)/2b(b-bc)/2(a-ac)/2aca(a-ac)/2IIIa1II第七节第七节 减轻不均匀沉降的措施减轻不均匀沉降的措施一、建筑设计措施一、建筑设计措施1.建筑物体型力求简单建筑物体型力求简单2.控制建筑物的长高比控制建筑物的长高比3.设置沉降缝设置沉降缝4.相邻建筑物间距相邻建筑物间距5.调整建筑物标高调整建筑物标高二、结构措施二、结构措施1.减轻建筑物自重减轻建筑物自重2.设置圈梁和钢筋混凝土构造柱设置圈梁和钢筋混凝土构造柱3.减小或调整基础底面的附加压力减小或调整基础底面的附加压力4.采用梁板式基础采用梁板式基础5.采用能适应不均匀沉降的结构采用能适应不均匀沉降的结构三、施工和使用方面的措施三、施工和使用方面的措施1.减小基底土扰动减小基底土扰动2.调整施工顺序调整施工顺序3.注意打桩、降水及开挖的影响注意打桩、降水及开挖的影响4.避免地面堆载避免地面堆载5.工前预压，控制加载速度工前预压，控制加载速度6.重视基坑验槽重视基坑验槽
