基础工程第二章天然地基上浅基础的设计(2).ppt

第二章 天然地基上浅基础的设计2.7 扩展基础设计第二章 天然地基上浅基础的设计第二章 天然地基上浅基础的设计2.1 概述2.2 浅基础的设计方法和设计步骤2.3 浅基础的类型和基础材料2.4 基础的埋深2.5 地基计算2.6 无筋扩展基础设计2.7 扩展基础设计2.8减轻建筑物不均匀沉降危害的措施第二章 天然地基上浅基础的设计2.1 概述第二章 天然地基上浅基础的设计2.1 概述如何选择基础类型？如何选择基础类型？需考虑两个因素：需考虑两个因素：1 1）建筑物的性质建筑物的性质：包括它的用途、重要性、结构形式、荷载性质和荷载大小等。2 2）地基的工程地质和水文地质条件）地基的工程地质和水文地质条件：包括土层的分布、岩土的性质和地下水等。需要知道的几个概念：需要知道的几个概念：什么是天然地基？什么是天然地基上的浅基础？如果土层软弱怎么办？如果土层软弱怎么办？三个解决方案(P24)第二章 天然地基上浅基础的设计2.1 概述 如果地基中有软弱土层存在(通常指承载力低于100kPa的土层)，不适于做天然地基上的浅基础时，常用以下3种方法解决：1加固软弱土层，提高土层的承载力，再把基础做在经过人工加固后的土层上。这种地基叫做人工地基。第二章 天然地基上浅基础的设计2.1 概述 2 2在在地地基基中中打打桩桩，把把建建筑筑物物支支撑撑在在桩桩承承台台上上，建建筑筑物物的的荷荷载载由由桩桩传传到到地地基基深深处处较较为为坚坚实实的的土土层层。这种基础叫做这种基础叫做桩基础桩基础第二章 天然地基上浅基础的设计2.1 概述3 3 把把基基础础做做在在地地基基深深处处在在承承载载力力较较高高的的土土层层上上。埋埋置置深深度度大大于于5m5m或或大大于于基基础础宽宽度度，在在计计算算基基础础时时应应该该考考虑虑基基础础侧侧壁壁摩摩擦擦力力的的影影响响。这这类类基基础叫做础叫做深基础。深基础。第二章 天然地基上浅基础的设计2.2 浅基础的设计方法和设计步骤主要内容：主要内容：地基基础的设计方法地基基础的设计方法浅基础的设计步骤浅基础的设计步骤允许承载力设计方法极限状态设计方法可靠度设计方法第二章 天然地基上浅基础的设计2.2 浅基础的设计方法和设计步骤地基基础的设计方法地基基础的设计方法允许承载力设计方法设计要设计要求:u基底压力不能超过地基的极限承载力，而且要有足够的安全度u所引起的地基变形不能超过建筑物允许的变形值需要确定几个指标：需要确定几个指标：基底压力地基的允许承载力基础底面积进一步确定A=S/R第二章 天然地基上浅基础的设计2.2 浅基础的设计方法和设计步骤地基基础的设计方法地基基础的设计方法极限状态设计方法设计要设计要求:特点：变形和允许承载力分别进行验算需满足两种极限状态要求承载力极限状态（稳定极限状态）p f正常使用极限状态（变形极限状态）ss 这种设计方法可称之为单一安全系数的极限状态设计方单一安全系数的极限状态设计方法法。因为地基设计时安全度都是用一个安全系数表示的。第二章 天然地基上浅基础的设计2.2 浅基础的设计方法和设计步骤地基基础的设计方法地基基础的设计方法可靠度设计方法u基本概念基本概念：力学参数都不是固定值，是随机变量，并遵循一定的概率分布用确定数量用确定数量的荷载和单的荷载和单一安全系数一安全系数是不够科学是不够科学u随机变量概念（略）随机变量概念（略）u可靠度设计原理：可靠度设计原理：结构的工作状态荷载效应荷载效应S抗力抗力R建立二者关系（功能函数）：建立二者关系（功能函数）：Z=R-SZ=R-SZ0 Z0 可靠状态、可靠状态、Z=0 Z=0 极限状态、极限状态、Z0Z0失稳状态失稳状态第二章 天然地基上浅基础的设计2.2 浅基础的设计方法和设计步骤地基基础的设计方法地基基础的设计方法可靠度设计方法R、S是随机变量，Z也是随机变量。则三者分布相同，可根据R、S概率分布得出Z概率密度分布Z Zm m=R=Rm m-S-Sm mZ的概率密度分布图中阴影面积表示Z0的概率，也就是结构处于失效状态的概率，称为失效概率失效概率Pf第二章 天然地基上浅基础的设计2.2 浅基础的设计方法和设计步骤地基基础的设计方法地基基础的设计方法可靠度设计方法可靠度分析实用化：可靠度分析实用化：分项系数法分项系数法r rR RR Rk k=r=rs sS Sk k分项系数法和安全系数的区别？分项系数法和安全系数的区别？分项系数与变异系数分项系数与变异系数和可靠性指标相关和可靠性指标相关安全系数是一安全系数是一个工程经验值个工程经验值荷载的分类：荷载的分类：按性质分按性质分永久荷载效应（永久荷载效应（SG）可变荷载效应可变荷载效应（SQ）r rR RR Rk k=r=rG GS SG G+r+rQ QS SQ Q代入上式：代入上式：第二章 天然地基上浅基础的设计2.2 浅基础的设计方法和设计步骤地基基础的设计方法地基基础的设计方法可靠度设计方法荷载代表值种类：荷载代表值种类：标准值：标准值：设计基准期内最大荷载统计分布的特征值设计基准期内最大荷载统计分布的特征值准永久值：准永久值：对于可变荷载，设计基准期内，其超越的总时间对于可变荷载，设计基准期内，其超越的总时间为设计基准期一半的荷载值。为设计基准期一半的荷载值。组合值：组合值：两种及两种以上可变荷载出现的概率很小，当结两种及两种以上可变荷载出现的概率很小，当结构承受两种以上可变荷载应采用荷载的组合值。构承受两种以上可变荷载应采用荷载的组合值。设计值：设计值：代表值代表值分项系数分项系数第二章 天然地基上浅基础的设计2.2 浅基础的设计方法和设计步骤地基基础的设计方法地基基础的设计方法可靠度设计方法几种荷载组合：几种荷载组合：基本组合：基本组合：承载能力极限状态设计时，永久作用与可变作用承载能力极限状态设计时，永久作用与可变作用的组合（分项系数）的组合（分项系数）标准组合：标准组合：正常使用极限状态设计时，采用标准值（或组合正常使用极限状态设计时，采用标准值（或组合值）为荷载代表的组合值）为荷载代表的组合准永久组合：准永久组合：正常使用极限状态设计时，对于可变荷载采用准正常使用极限状态设计时，对于可变荷载采用准永久值为荷载代表的组合永久值为荷载代表的组合满足承载力极限状态的表达式为满足承载力极限状态的表达式为r r0 0SRSR第二章 天然地基上浅基础的设计2.2 浅基础的设计方法和设计步骤地基基础的设计方法地基基础的设计方法地基基础设计规范设计方法要点等级建筑和地基类型甲级 重要的工业与民用建筑物30层以上的高层建筑体型复杂、层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物大面积的多层地下建筑物（地下车库、商场、运动场等）对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）对原有工程影响较大的新建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程乙级 除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物丙级 场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物第二章 天然地基上浅基础的设计2.2 浅基础的设计方法和设计步骤地基基础的设计方法地基基础的设计方法地基基础设计规范设计方法要点（1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力满足承载力的要求（2）设计等级为甲级乙级甲级乙级的建筑物均应按地基变形设计（3）上表所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算可不作变形验算（4）对经常受水平荷载作用的高层建筑高耸结构和挡土墙等以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物应验算其稳定性应验算其稳定性 （5）在确定基础或桩台的高度、支撑结构的截面、计算基础和支挡结构的内力，确定配筋或验算材料强度，采用承载能力极限状态的基本组合极限状态的基本组合（6）设计安全等级、使用年限、结构重要性系数按有关规定采用，重要性系数不小于1基坑工程应进行稳定性验算稳定性验算;当地下水埋藏较浅建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时尚应进行抗浮验算抗浮验算;以及当验算基础裂缝宽度验算基础裂缝宽度时，应用正正常使用极限状态常使用极限状态下荷载效应的标准组合荷载效应的标准组合。第二章 天然地基上浅基础的设计2.2 浅基础的设计方法和设计步骤浅基础设计步骤浅基础设计步骤1.充分掌握拟建场地的工程地质条件和地质勘察资料。2.选择基础材料、类型，确定平面布置方案。3.选择地基持力层和基础埋置深度。4.确定地基承载力和作用在基础上的荷载组合，计算基础的初步尺寸5.按地基等级进行必要计算：承载力验算，变形验算、稳定性验算、抗浮验算，并根据结果修改基础尺寸甚至埋深。6.进行基础的结构和构造设计。7.当有深基坑开挖时，应考虑基坑开挖的支护、排水降水问题。8.绘制基础施工图和设计图。9.编制工程预算书和工程设计说明书第二章 天然地基上浅基础的设计2.3 浅基础的类型和基础材料主要内容：主要内容：u浅基础的结构类型u无筋扩展基础和扩展基础u基础材料要求第二章 天然地基上浅基础的设计2.3 浅基础的类型和基础材料浅基础的结构类型：浅基础的结构类型：独立基础独立基础条形基础条形基础筏形基础和箱型基础筏形基础和箱型基础壳体基础壳体基础第二章 天然地基上浅基础的设计2.3 浅基础的类型和基础材料浅基础的结构类型浅基础的结构类型独立基础独立基础a a是梯形是梯形 b b是锥形是锥形 c c是杯形是杯形柱的基础一般都柱的基础一般都是单独基础。是单独基础。第二章 天然地基上浅基础的设计2.3 浅基础的类型和基础材料条形基础条形基础: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，在这种情况也可采用很大的面积，在这种情况也可采用柱下条形基础柱下条形基础，甚至柱下的甚至柱下的交叉梁交叉梁基础基础。相反。当建筑物较轻，作用于墙上的荷载不大，基础又需要做。相反。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，将过梁支在单独基础上，称为一根过梁，将过梁支在单独基础上，称为墙下单独基础墙下单独基础。第二章 天然地基上浅基础的设计2.3 浅基础的类型和基础材料筏形基础和箱形基础筏形基础和箱形基础 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以上，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以上，为了防止地下水渗入室内时，往往需要把整个房屋底面为了防止地下水渗入室内时，往往需要把整个房屋底面(或地下室部分或地下室部分)做做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础、称为成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础、称为筏形基础筏形基础。为了增加。为了增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑物往往把地下室的底板、顶基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑物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，称为形结构，称为箱形基础箱形基础。第二章 天然地基上浅基础的设计2.3 浅基础的类型和基础材料浅基础的结构类型浅基础的结构类型筏形基础和箱型基础筏形基础和箱型基础筏形基础筏形基础：第二章 天然地基上浅基础的设计2.3 浅基础的类型和基础材料浅基础的结构类型浅基础的结构类型筏形基础和箱型基础筏形基础和箱型基础箱型基础箱型基础底板底板外外墙墙内内墙墙整体性更好整体性更好第二章 天然地基上浅基础的设计2.3 浅基础的类型和基础材料壳体基础壳体基础 为改善基础的受力性能，而做成各种形式的壳体，称为壳体基础。为改善基础的受力性能，而做成各种形式的壳体，称为壳体基础。壳体结构内主要是轴向压力，可以充分发挥钢筋和混凝土材料的受力壳体结构内主要是轴向压力，可以充分发挥钢筋和混凝土材料的受力特点，具有节省材料、降低造价、加快施工速度等优点。特点，具有节省材料、降低造价、加快施工速度等优点。高耸建筑物，如烟囱、水塔、电视塔等基础常做成壳体基础高耸建筑物，如烟囱、水塔、电视塔等基础常做成壳体基础。第二章 天然地基上浅基础的设计2.3 浅基础的类型和基础材料无筋扩展基础和扩展基础无筋扩展基础和扩展基础无筋扩展基础：无筋扩展基础：又称又称刚性基础刚性基础，系指由砖、石、混凝土或毛石混凝土、灰土、三合土等系指由砖、石、混凝土或毛石混凝土、灰土、三合土等材料组成的满足刚性角要求的墙下条形基础或柱下独立基础。材料组成的满足刚性角要求的墙下条形基础或柱下独立基础。工作条件：工作条件：像倒置的悬臂梁，这种结构受力像倒置的悬臂梁，这种结构受力后，在靠柱边、墙边或断面高度突然变化的台后，在靠柱边、墙边或断面高度突然变化的台阶边缘处容易产生弯曲破坏。阶边缘处容易产生弯曲破坏。要求要求:基础有一定的高度，使弯曲所产生的拉应力不会超过材料的抗拉强敌控制的方法是什么？控制的方法是什么？使基础的外伸长度使基础的外伸长度b bt t和基础高度和基础高度h h的的比值不超过规定的容许值比值不超过规定的容许值第二章 天然地基上浅基础的设计2.3 浅基础的类型和基础材料刚性角：刚性角：容许的容许的b bt t/h h值相应的角度值相应的角度。满足刚性角要求的基础，各台阶满足刚性角要求的基础，各台阶的内缘应落在墙边或柱边铅垂线成的内缘应落在墙边或柱边铅垂线成 角的斜线上。角的斜线上。应用范围应用范围:刚性基础用于刚性基础用于6 6层和层和6 6层以下的一般民用建筑和承重墙的轻型厂房，层以下的一般民用建筑和承重墙的轻型厂房，超过此范围时，必须验算基础强度，三合土的基础不宜用于超过此范围时，必须验算基础强度，三合土的基础不宜用于4 4层以上的层以上的建筑。建筑。第二章 天然地基上浅基础的设计2.3 浅基础的类型和基础材料扩展基础扩展基础 当基础的高度不能满足刚性角要求时，可以做成钢筋混凝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，统称为扩展基础础，统称为扩展基础。第二章 天然地基上浅基础的设计2.3 浅基础的类型和基础材料1.1.砖砖 基基础础所所用用的的砖砖和和砂砂浆浆的的标标号号，根根据据地地基基土土的的潮潮湿湿程程度度和和地地区区的的寒寒冷冷程程度度而而有有不不同同的的要要求求。此此外外，用用石石灰灰及及砂砂所所制制成成的的灰灰砂砂砖和其他轻质砖均不得用于基础。砖和其他轻质砖均不得用于基础。2.2.石石料料 料料石石(经经过过加加工工，形形状状规规则则的的石石块块)、毛毛石石和和大大漂漂石石有有相相当高的强度和抗冻性，是基础的良好材料。当高的强度和抗冻性，是基础的良好材料。基础材料基础材料 基础埋在土中、经常受潮，容易受侵蚀，而且它是建筑物的基础埋在土中、经常受潮，容易受侵蚀，而且它是建筑物的隐蔽部分，破坏了不容易发发现，也不容易修复，所以必须保证隐蔽部分，破坏了不容易发发现，也不容易修复，所以必须保证基础的材料有足够的强度。基础的材料有足够的强度。3.3.混混凝凝土土 混混凝凝土土的的耐耐久久性性、抗抗冻冻性性和和强强度度都都比比砖砖好好，且且便便于于机机械械化化施施工工和和预预制制，可可建建造造比比砖砖和和砌砌石石有有较较大大的的刚刚性性角角的的基基础础。因因此此，同同样样的的基基础础宽宽度度，用用混混凝凝土土时时，基基础础的的高高度度可可以以小小一一些些。但但是是混混凝凝上上基基础础造造价价稍稍高高，耗耗水水泥泥量量较较大大，较较多多用用于于地地下下水水位位以以下下的的基基础础及及垫垫层层。标标号号一一般般采采用用C7.5C10C7.5C10。为为节节约约水水泥泥用用量量，可以在混凝上中掺入可以在混凝上中掺入20203030毛石，称为毛石混凝土。毛石，称为毛石混凝土。4.4.钢钢筋筋混混凝凝土土 钢钢筋筋混混凝凝土土具具有有较较强强的的抗抗弯弯、抗抗剪剪能能力力，是是质质量量很很好好的的基基础础材材料料。用用于于荷荷载载大大、土土质质软软弱弱的的情情况况或或地地下下水水位位以以下下的的扩扩展展基基础础、筏筏形形基基础础、箱箱形形基基础础和和壳壳体体基基础础。对对于于一一般般的的钢钢筋筋混混凝凝土土基基础础，混混凝凝土土的的标标号号应应不不低低于于C15C15。壳壳体体基基础础的的混混凝凝土土标标号应不低于号应不低于C20C20。5.5.灰灰土土 我我国国在在10001000多多年年以以前前就就采采用用灰灰土土作作为为基基础础垫垫层层，效效果果很很好好。基基础础砌砌体体下下部部受受力力不不大大时时，也也可可以以利利用用灰灰土土代代替替砖砖、石石或或混混凝凝土土。作作为为基基础础材材料料用用的的灰灰土土，一一般般为为三三七七灰灰土土，即即用用三三分分石石灰灰和和七七分分粘粘性性土土(休休积积比比)拌拌匀匀后后分分层层夯夯实实。若若在在灰灰土土中中加加入入适适量量的的水泥做成三合土，可以有更高的强度和抗水性。水泥做成三合土，可以有更高的强度和抗水性。第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 2.4 基础埋置深度基础埋置深度第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度定义：定义：基础底面埋在地面（一般指设计地面）下的深度，称为基础底面埋在地面（一般指设计地面）下的深度，称为基础的埋置深度基础的埋置深度d大于大于10cm原则：原则：在保证安全可靠的前提下，在保证安全可靠的前提下，尽量浅埋。尽量浅埋。注意事项：注意事项：1.1.基础埋深不小于基础埋深不小于0.5m0.5m（表土一般松软，易受雨水及外界影响）（表土一般松软，易受雨水及外界影响）；随建筑物高度适当增大。；随建筑物高度适当增大。2.2.基础顶面低于设计地面基础顶面低于设计地面0.1m0.1m以上，避免基础外露，受外界破以上，避免基础外露，受外界破坏。坏。3.3.桥要求在冲刷深度以下桥要求在冲刷深度以下第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度影响基础埋深有哪些因素？影响基础埋深有哪些因素？u建筑物的用途、结构类型和荷载性质与大小建筑物的用途、结构类型和荷载性质与大小u地基的地质和水文地质条件地基的地质和水文地质条件u寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度建筑物的用途、结构类型和荷载性质与大小建筑物的用途、结构类型和荷载性质与大小基础埋深首先取决于基础埋深首先取决于建筑物的用途建筑物的用途 用途和结构类型对基础埋深用途和结构类型对基础埋深的影响：的影响：1 1、使用上需要不同的基础、使用上需要不同的基础埋深：将基础做成台阶型，埋深：将基础做成台阶型，逐步由浅过渡到深，台阶高逐步由浅过渡到深，台阶高宽比为宽比为1 1：2 2。且基础深度要。且基础深度要低于地下管线深度。低于地下管线深度。第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度建筑物的用途、结构类型和荷载性质与大小建筑物的用途、结构类型和荷载性质与大小用途和结构类型对基础埋深的影响：用途和结构类型对基础埋深的影响：2 2、有相邻建筑物时：基础深度易浅于或等于相邻建筑物基础埋深。、有相邻建筑物时：基础深度易浅于或等于相邻建筑物基础埋深。当需深于原基础时当需深于原基础时：新旧相邻建新旧相邻建筑物必须有一定距离筑物必须有一定距离 L/L/H=12 H=12，否则要求支护，并且要，否则要求支护，并且要严格限制支护的水平位移严格限制支护的水平位移第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度建筑物的用途、结构类型和荷载性质与大小建筑物的用途、结构类型和荷载性质与大小荷载对埋深的影响：荷载对埋深的影响：u荷载大，变形大，当需控制沉降时需深埋荷载大，变形大，当需控制沉降时需深埋u水平荷载大和地震区，为保证稳定性，需具有一定的深埋水平荷载大和地震区，为保证稳定性，需具有一定的深埋第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度工程地质和水文地质条件工程地质和水文地质条件考虑地基因素时，需与建筑物性质相结合！考虑地基因素时，需与建筑物性质相结合！地基因土层性质不同的五种典型情况：地基因土层性质不同的五种典型情况：好土好土软土软土好土好土好土好土软土软土软土软土(很深很深)好土好土软土软土好土好土 IIIIIIIVV情况一：情况一：土质对埋深影响不大，埋深由其他情况确定土质对埋深影响不大，埋深由其他情况确定情况二：情况二：一般不易采用浅基础，对于低层，浅基础需采用特殊措施，如一般不易采用浅基础，对于低层，浅基础需采用特殊措施，如增强建筑物刚度增强建筑物刚度情况三：情况三：基础埋深取决于：软土厚度和建筑物类型基础埋深取决于：软土厚度和建筑物类型分三种情况分三种情况：h h1 1 2m 5m 5m 桩基或处理桩基或处理情况四：情况四：尽量浅埋尽量浅埋情况五：情况五：根据各土层厚度和承载力大小，参照以上四种情况选择埋深根据各土层厚度和承载力大小，参照以上四种情况选择埋深第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度工程地质和水文地质条件工程地质和水文地质条件其他因素的影响：其他因素的影响：基础应尽量埋置在地下水位以上，基础应尽量埋置在地下水位以上，避避免免施施工工时时要要进进行行基基槽槽排排水水。如如果果地地基基中中有有承承压压水水存存在在，则则要要校校核核开开挖挖基基槽槽后后，承承压压水水层层以以上上的的基基底底隔隔水水层层是是否否会会因因承承压压力力水水的的浮浮托托作作用用而而发发生生流流土土破破坏坏的的危危险险。并并要要考考虑虑地地下下水水对对基础材料的腐蚀作用。基础材料的腐蚀作用。第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性主要内容：主要内容：u地基土的冻胀性对埋深的影响地基土的冻胀性对埋深的影响u地基土的冻结深度对埋深的影响地基土的冻结深度对埋深的影响u季节性冻土地区基础的最小埋置深度季节性冻土地区基础的最小埋置深度第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性土的冻胀性土的冻胀性主要原理：主要原理：水结冰膨胀，水结冰膨胀，冻结中的土冻结中的土产生吸力，吸附附近水分产生吸力，吸附附近水分渗向冻结区一起冻结，因此，土冻结后，水分转移渗向冻结区一起冻结，因此，土冻结后，水分转移含水量增加，体积膨胀，这种现象称为含水量增加，体积膨胀，这种现象称为冻胀现象冻胀现象。相对应冻胀现象的融陷现象：相对应冻胀现象的融陷现象：春季气温回升，冻土层融化体积缩小，且土层春季气温回升，冻土层融化体积缩小，且土层含水量显著含水量显著增加增加，强度大幅度降低而产生，强度大幅度降低而产生融陷现象融陷现象冻融是不均匀的，所产生的变形，影响建筑物的使冻融是不均匀的，所产生的变形，影响建筑物的使用甚至破坏用甚至破坏冻胀融沉冰丘表土层下冰第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性土的冻胀性土的冻胀性土的冻胀性取决于什么？土的冻胀性取决于什么？u土的性质土的性质u冻土区水的补给冻土区水的补给 土的颗粒越粗，透水性越大，冻结过程中未冻结水被排除冰土的颗粒越粗，透水性越大，冻结过程中未冻结水被排除冰冻区的可能性越大，土的冻胀性越小；冻区的可能性越大，土的冻胀性越小；高塑性土高塑性土由于得不到水由于得不到水分补充，所以冻胀性也较小，当土的自由水的含量越高，则冻分补充，所以冻胀性也较小，当土的自由水的含量越高，则冻胀性越强。胀性越强。冻土区与地下水位距离越近，土的冻胀性越高。冻土区与地下水位距离越近，土的冻胀性越高。第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性土的冻胀性土的冻胀性衡量土的冻胀性的指标：衡量土的冻胀性的指标：平均冻胀率平均冻胀率冻胀性分类冻胀性分类 :=h/h见见P45 P45 表表2-102-10由土的类别、含水量、地下水位、冻胀率确定五个等级由土的类别、含水量、地下水位、冻胀率确定五个等级第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性地基土的冻结深度地基土的冻结深度地基土的冻结深度取决于什么？地基土的冻结深度取决于什么？u气象条件：越冷、时间越长，越深气象条件：越冷、时间越长，越深u土的性质：粗粒土导热系数大，冻结深度大土的性质：粗粒土导热系数大，冻结深度大u建筑所处环境：城市居于热岛效应建筑所处环境：城市居于热岛效应明确几个概念：明确几个概念：永久冻土：永久冻土：季节性冻土：季节性冻土：两年及两年以上不融化的冻土两年及两年以上不融化的冻土随季节变化而冻结融化相互交替变化的冻土随季节变化而冻结融化相互交替变化的冻土第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性地基土的冻结深度地基土的冻结深度季节性冻土地基设计时需要用到的季节性冻土地基设计时需要用到的设计冻结深度设计冻结深度第二章 天然地基上浅基础的设计2.4 基础埋置深度寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性寒冷地区地基的冻结深度及土的冻胀性基础的最小埋深基础的最小埋深 在确保在确保冻结时地基内所产生的冻胀应力不超过外荷载在确保在确保冻结时地基内所产生的冻胀应力不超过外荷载在在相应位置所引起的附加应力相应位置所引起的附加应力的原则下，基础允许存在一定厚的原则下，基础允许存在一定厚度的冻土层。度的冻土层。d dminmin Z Zd d h hmaxmaxZ Zd d 设计冻深；设计冻深；h hmaxmax基底基底下残留冻土层最大厚度下残留冻土层最大厚度基础的最小埋置深度：基础的最小埋置深度：ZdZ0dmin室内地面室内地面hmax 土的平均冻胀率越大，土的平均冻胀率越大，冻胀性越高冻胀性越高则允许的则允许的hmax越小；越小；基底基底压力越大压力越大地基土越不容易产生冻胀变形，则地基土越不容易产生冻胀变形，则hmax可以越大。可以越大。第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 2.5 地基计算地基计算第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算主要内容：主要内容：u地基承载力验算地基承载力验算u地基变形验算地基变形验算u地基稳定性验算地基稳定性验算地基承载力确定方法地基承载力确定方法持力层承载力验算持力层承载力验算软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算地基变形验算的范围和变形特征地基变形验算的范围和变形特征地基变形量计算地基变形量计算地基的允许变形地基的允许变形第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算地基承载力验算地基承载力验算地基承载力的确定方法地基承载力的确定方法验算地基承载力所用的荷载组合是：验算地基承载力所用的荷载组合是：正常使用极限状态下荷载效应的标准组合正常使用极限状态下荷载效应的标准组合确定地基承载力的方法：确定地基承载力的方法：原位测试方法、经验公式、工程实践经验原位测试方法、经验公式、工程实践经验原位测试方法：原位测试方法：用原位试验确定地基承载力时，没有考虑基础宽度和埋置深度对承用原位试验确定地基承载力时，没有考虑基础宽度和埋置深度对承载力的影响。需要做载力的影响。需要做深度和宽度深度和宽度修正，才能得到实际设计用的地基修正，才能得到实际设计用的地基承载承载力特征值力特征值第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算地基承载力验算地基承载力验算地基承载力的确定方法地基承载力的确定方法f fa af fa ak k b b (b b3)3)d d m m(d d0.5)0.5)b-b-基础底面宽度基础底面宽度，当，当b3mb6mb6m时按时按6m6m取值。取值。d-d-基础埋置深基础埋置深度度，当，当d0.5md0.5m时按时按0.5m0.5m取值，一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，取值，一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从自然地面可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从自然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏板时，基础埋置深度自室外标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏板时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算地基承载力验算地基承载力验算地基承载力的确定方法地基承载力的确定方法规范建议经验公式法：规范建议经验公式法：条件：竖向偏心很小，荷载的偏心矩条件：竖向偏心很小，荷载的偏心矩e0.033be0.033b（b b为偏心方为偏心方向基础边长），基底压力近似于均布。向基础边长），基底压力近似于均布。按土的抗剪强度指标，按土的抗剪强度指标，以理论公式计算地基承载力设计值以理论公式计算地基承载力设计值f fa afa=Mb b+Md md+Mcck第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算地基承载力验算地基承载力验算地基承载力的确定方法地基承载力的确定方法工程实践经验：工程实践经验：根据以往工程经验总结得到的地基承载力表，已不列入规范。仅具根据以往工程经验总结得到的地基承载力表，已不列入规范。仅具有参考价值。有参考价值。第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算地基承载力验算地基承载力验算地基承载力的确定方法地基承载力的确定方法工程实践经验：工程实践经验：根据以往工程经验总结得到的地基承载力表，已不列入规范。仅具根据以往工程经验总结得到的地基承载力表，已不列入规范。仅具有参考价值。有参考价值。第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算持力层的承载力验算持力层的承载力验算第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算持力层的承载力验算持力层的承载力验算第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算持力层的承载力验算持力层的承载力验算ce3c第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算确定基础底面积确定基础底面积A A或基础底面宽度或基础底面宽度b(b(条形、正方形条形、正方形)第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算偏心荷载作用下，基础底面积的确定偏心荷载作用下，基础底面积的确定第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算偏心荷载作用下，基础底面积的确定偏心荷载作用下，基础底面积的确定 如不满足要求，或应力过小，地基承载力未能充分发挥，如不满足要求，或应力过小，地基承载力未能充分发挥，应调整基础尺寸，直到既满足要求又能发挥地基承载力为止。应调整基础尺寸，直到既满足要求又能发挥地基承载力为止。基础高度的确定方法与受中心荷载作用的方法相同。基础高度的确定方法与受中心荷载作用的方法相同。若地基中有软弱下卧层时，应进行软弱下卧层的承载力验若地基中有软弱下卧层时，应进行软弱下卧层的承载力验算。若建筑物属于必需进行变形验算的范围，应按要求进行变算。若建筑物属于必需进行变形验算的范围，应按要求进行变形验算。必要时还要对尺寸进行调整，并重新进行各项验算。形验算。必要时还要对尺寸进行调整，并重新进行各项验算。第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算软弱下卧层验算软弱下卧层验算 持力层以下存在承载力明显低于持力层的土层，持力层以下存在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，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。的承载力验算。当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应按下当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应按下式验算：式验算：p pz zp pczczf fa az z 式中式中p pz z软弱下卧层顶面处的附加压力设计值；软弱下卧层顶面处的附加压力设计值；p pczcz软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值；软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值；f fa az z 软弱下卧层顶面经深度修正后的地基承载力软弱下卧层顶面经深度修正后的地基承载力第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算软弱下卧层验算软弱下卧层验算第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算地基变形验算地基变形验算主要内容：主要内容：u地基变形验算的范围和变形特征地基变形验算的范围和变形特征u地基变形量计算地基变形量计算u地基的允许变形地基的允许变形在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大可能在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大可能引起地基产生过大的不均匀沉降时引起地基产生过大的不均匀沉降时 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时 相邻建筑距离过近可能发生倾斜时，或者地基内有厚度较大相邻建筑距离过近可能发生倾斜时，或者地基内有厚度较大或厚薄不均的填土其自重固结未完成时或厚薄不均的填土其自重固结未完成时地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算地基变形验算地基变形验算地基变形验算的范围和变形特征地基变形验算的范围和变形特征 建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值。地建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值。地基变形必须满足基变形必须满足 s s地基变形验算的范围：地基变形验算的范围：设计等级为甲级和乙级的建筑物，均应按地基变形设计，对丙设计等级为甲级和乙级的建筑物，均应按地基变形设计，对丙级按前表级按前表2-72-7（P36)P36)范围内建筑物可不作变形验算，但对丙级范围内建筑物可不作变形验算，但对丙级有下列情况之一者仍应进行变形验算：有下列情况之一者仍应进行变形验算：地基承载力特征值小于地基承载力特征值小于130kPa130kPa且体型复杂的建筑且体型复杂的建筑 第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算地基变形验算的范围和变形特征地基变形验算的范围和变形特征 对于不同建筑物应选用对其影响最大的地基变形对于不同建筑物应选用对其影响最大的地基变形特征作为地基允许变形的特征作为地基允许变形的控制依据控制依据。对于对于砌体承重结构砌体承重结构应由局部倾斜控制；应由局部倾斜控制；对于对于框架结构和单层排架结构框架结构和单层排架结构应由相邻柱基的沉降应由相邻柱基的沉降差控制；差控制；对于对于多层或高层建筑和高耸结构多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制。应由倾斜值控制。第二章 天然地基上浅基础的设计2.5 地基计算地基变形验算地基变形验算地基变形验算的范围和变形特征地基变形验算的范围和变形特征地基地基变形变形特征：特征：沉降量沉降量 沉降差沉降差 倾斜倾斜 局部倾斜局部倾斜沉降量沉降量指基础指基础某一点某一点的沉降量，的沉降量，通常指基础中点通常指基础中点的沉降量。的沉降量。沉降量若过大，将影响建筑物的正常使用，如造成室内外上下沉降量若过大，将影响建筑物的正常使用，如造成室内外上下水管、煤气管道的断裂等等。水管、煤气管道的断裂等等。沉降差沉降差一般指一般指相邻柱基中点的沉降量之差相邻柱基中点的沉降量之差。相邻柱基沉降差。相邻柱基沉降差过大，就会导致上部结构产生额外的应力，严重时，建筑物将过大，就会导致上部结构产生额外的应力，严重时，建筑物将发生裂缝、倾斜甚至破坏。对于框架结构和排架结构，设计时发生裂缝、倾斜甚至破坏。对于框架结构和排架结构，设计时应由相邻柱基的沉降差控制。应由相邻柱基的沉降差控制。倾斜倾斜指基础倾斜方向指基础倾斜方向两端点两端点的沉降差与其距离的比值。对于的沉降差与其距离的比值。对于高耸结构及长高比很小的高层建筑，其地基的主要特征变