浅基础的常规设计(二)

1、7浅基础设计iishallow foundation design17.4 地基承载力7.5 基础底面尺寸的确定7.6 地基变形验算地基稳定性计算无筋扩展基础设计天然地基上的浅基础设计内容和一般步骤(1)选择基础的材料、类型，确定平面布置;(2)选择基础的埋置深度，即确定地基持力层;(3)确定地基承载力特征值；(4 )根据传至基础底面上的荷载效应标准组合和地基承载力特征值,确定基础底面积;(5 )根据传至基础底面上的荷载效应准永久组合进行地基变形验算,根据传至基础底面上的荷载效应基本组合进行地基稳定性验算;(6)根据传至基础底面上的荷载效应基本组合确定基础构造尺寸，进行必要的结构计算;(7)绘

2、制基础施工图。按建筑地基基础设计规范(gb 500072002 )的规定，地基计算包括三项内容：地基承载力计算、地基变形计算、地基稳定计算。7.4地基承载力地基承载力计算是一项最基本的地基计算，所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定;而且地基往往是由多层岩土组成，各层岩土均应满足地基承载力要求;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。地基承载力的确定方法地基土层单位面积所能承受的具有一定可靠度的最大荷载，称为该土层的承载力。由于土为大变形材料，当荷载增加时，随着地基变形的相应增长， 地基承载力也在逐渐加大，很难界定出一个真正的“极限值”；因此，地 基极限承

3、载力的确定，实际上没有一个通用的界定标准，也没有一个适 用于一切土类的计算公式,主要依赖根据工程经验所定下的界限和相应的安全系数加以调整,考虑一个满足工程的要求的地基承载力值。它不仅与土的成因及堆积年代、物理力学性质、土层埋藏顺序有关，而且与基础底面的形状、大小、埋深、上部结构对变形的适应程度、 地下水位的升降、地区经验的差别等有关。另一方面，建筑物的使用有一个功能要求，常常是地基承载力还有潜力可挖，而变形已达到或超过按正常使用的限值。因此，地基设计是采用正常使用极限状态这一原则，所选定的地基承载力是在地基土的压力变形曲线线性变形段内相应于不超过比例界限点的地基压力值，即容许承载力，将这个承载

4、力称为地基 承载力特征值。“特征值”一词，其涵义即为在发挥正常使用功能时所允许采用 的抗力设计值，以避免过去一律提“标准值”时所带来的混淆。地基承载力特征值可由载荷试验或其它原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合确定。(1)载荷试验确定承载力特征值载荷试验主要有浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验。浅层平板载荷试验的承压板面积不应小于0.25m2,对于软土不应小于0.5m2,可测定浅部地基土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力。深层载荷试验的承压板一般采用直径为0.8m的刚性板，紧靠承压 板周围外侧的土层高度应不少于80cm,可测定深部地基土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力。载

5、荷试验都是按分级加荷，逐级稳定，直到破坏的试验步骤进 行，最后得到ps曲线，据曲线，按如下标准确定承载力特征值7a1当ps曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；当极限荷载小于比例界限荷载值的2倍时，取其极限荷载值的一半；当不能按以上方法确定时，可取。力=0.010.015所对应的荷载值，但其 值不应大于最大加载量的一半。(从荷载板宽度或直径)同一土层参加统计的试验点不应少于三点，当试验实测值的极差不超 过其平均值的30%时，取其平均值作为该土层的地基承载力特征值/(2)修正后的承载力特征值7a从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征 值，在地基基础设计中，应考虑基础

6、埋深(超载)和基底尺寸的效应， 建筑地基基础设计规范(gb50007.2002)规定，基础宽度大于3m 或埋置深度大于0.5m时，应按下式进行修正：工=工 k + % y（b 3） + 05）工修正后的地基承载力特征值，kpa;兔地基承载力特征值，kpa;为、” 基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类 别查下表取值；基础底面以下土的重度,kn/m地下水位以下取浮重度;9b基础底面宽度, m,当基宽小于3m按3m取值，大于6nl按 6m取值;基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度,kn/m3;d基础埋置深度，m, 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

7、算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋 内地面标高算起。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，应从室承载力修正系数土的类别为淤泥和淤泥质土01.0人工填土0e或工大于等于0.85的黏性土1.0含水比a >0.8w01 2红黏土cf .=含水比 <0.8 " irlv0.15jl1.4大面积压实系数大于0.95、黏粒含量已之10睇01.5压实填土的粉土、最大干密度大于2.1tm?的级配砂石02.0粉土黏粒含量pt 110%的粉土0.31.5黏粒含量已10%的粉土0.52.0c及人均小于0.85的黏

8、性土0.31.6粉砂，细砂（不包括很湿与饱和时的稍密状态）2.03.0中砂、粗砂、砾砂和碎石土3.04.4注：l强风化和全风化的岩石，可参照所风化成的相应土类取值，其他状 态下的岩石不修正；2.地基承载力特征值按深层平板载荷试验确定时外取0。10(3)根据土的强度理论公式确定承载力特征值根据建筑物地基等级、荷载性质、抗剪强度指标的可靠程度以及地基条件等因素，可取临塑荷载作为承载力值，也可用汉森、太沙基等 极限荷载以安全系数，得到承载力特征值。建筑地基基础设计规范(gb 50007.2002)规定，当偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度时，根据土的抗剪强度指标确定的地基承 载力特征值可按下

9、式计算:工二 +工一由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值，kpa;小、跖、此一承载力系数，按下表确定；b基点底面宽度，in,大于6m时按6m取值，对于秒土小于3m时按3 m取值；4基底下一倍短边宽深度内土的黏聚力标准值，kpa.内摩擦角标准值/、粘聚力标准值q,可按下列规定 计算：1根据室内九组三轴压缩试验的结果，按下列公式计算某 一上件指标的变异系数、试验平均值和标准差：(e.0.1-1)(e.0.1-2)/£晨一硕2jn1(e. 0.1-3)式中6变异系数；4试验平均值；2按下列公式计算内摩擦角和粘聚力的统计修正系数九、t f1.704 . 4.6781叽=1一|臂+生警i或

10、式中 心内摩擦角的统计修正系数；丸粘聚力的统计修正系数；4内摩擦角的变异系数； 媒粘聚力的变异系数。3队=%(e.0.1-4)(e. 0.1-5)(e. 0.1-6)(e. 0.1-7)4=九7承载力系数mc土的内摩擦角 标准值8k（。）如mdme土的内摩擦角 标准值）mb"dmq001.003.14220.613.446.0420.031.123.32240.803.876.4540.061.253.51261.104.376.9060.101.393.71281.404.937.4080.141.553.93301.905.597.95100.181.734.17322.606.

11、358.55120.231.944.42343.407.219.22140.292.174.69364.208.259,97160.362.435.00385.009.4410.80180.432.725.31405.8010.8411.73200.513.065.6618上式并非地基极限承载力理论解的简化公式，而是建筑地基基础设计规范(gb50007.2002)给出的经验公式，相应荷载值略大于临塑荷载，即地基内允许发生塑性破坏区，但塑性破坏区范围很小， 深度不超过基础宽度的1/4。其对偏心距的限制，主要是为避免基底压 力分布很不均匀的情况(与理论假定不符)出现。(4)岩石地基承载力特征值对完

12、整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，可根据室内 饱和单轴抗压强度按下式计算： 式中 工岩石地基承载力特征值，kpa;九岩石饱和单轴抗压强度标准值，kpa;也 折减系数,根据岩体完整程度以及结构面的间距、宽度、 产状和组合，由地区经验确定。无经验时，对完整岩体可取0,5；对 较完整岩体可取0.2 0.5;对较破碎岩体可取0.1 02。7.5基础底面尺寸的确定7.5.1 按地基持力层的承载力计算基底尺寸752软弱下卧层的验算7.5.1按地基持力层的承载力计算基底尺寸持力层地基承载力计算直接支撑基础的地基土层称为持力层，基础底面的压力，应符合下式要求: 当轴心荷载作用时pk / a“一相应于荷

13、载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值，kpa;工一修正后的地基承载力特征值，kpa。当偏心荷载作用时，除符合上式要求外，尚应符合下式要求:pkmax - 1 2一相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值,轴心受压基础偏心受压基础19当轴心荷栽作用好的基础底面压力：pk二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力值，kn;gk基础自重和基础上的土重，kn;a基础底面面积, m*.当偏心荷载作用时(e<bf6 )、pkmax j _ 外一仃卜 + a/k _ 凡 + 仃卜+ 6。)“皿 工甲 1b b臬 + gk相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值；

14、mi相应于荷戢效应标准组合时,上部结构传来的力矩值；a相应于荷栽效应标准组合时，作用于基釉上的水平力值；d 水平力作用点距基础底面的距离；甲基础底面的抵抗短;e偏心距；b力矩作用方向基础底面边长；7垂直于力矩作用方向的基础底面边长;p相应于荷载效应标准组合时)基础底面边绿的最小压力值。23当偏心距0 > b / 6时1 pkm也小于0>基础一侧底面与地基土脱开，这种情况下，基底压力分布如图所示，跖四应按下式计算:夕 k max_2（凡+ 6）_2（凡+ gj31a3力作用点至基础底面最大压力边缘的距离。偏心荷载q>b/6）下基底压力计算示意的验算软弱下卧层地基承载力计算当地基

15、受力层范围内存在承载力显著低于持力层的软弱下卧层 时，还必须对软弱下卧层进行承载力验算，即要求作用在软弱下卧层顶面处的总压力不超过它经深度修正后的承载力特征值，基本思路是考虑基底净压力按一定的扩散角向下传递，在软弱下卧层的顶面处，由基底净压力产生的附加应力和由土层自重产生的自重 应力之和应小于该软弱层的承载力特征值。相应的计算公式为:pz + pcz w 几p7:相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值;22pcz：软弱下卧层顶面处土的自重压力值;az：软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。pz + pcz < /azzian 金ftan。软弱下卧层的计算图式26条

16、形基础矩形基础二 b(pk-pc) z 6 + 2ztan对条形基础和矩形基础，2值可按下列公式简化计算:lb(pk -pc)(b + 2z tan 6)(1 + 2z tan 3)b矩形基础或条形基础底边的宽度，m;i矩形基础底边的长度，m；基础底面处土的自重压力值.kpa；z基础底面至软弱下卧层顶面的距离,m。3地基压力扩散线与垂直线的夹角,可按下表采用.地基压力扩散角0%v b0.250.5036023。510e25。1020°30°注：1 %为上层土压缩模量:；%为下层土压缩模量;2 。0.25时取0=0。，必要时，宜由试验确定; 心0,50时®值不变&#

17、176;地基土上硬下软，应力扩散下卧层距基底的距离越大，越易扩散7.6地基变形验算7.6.1 地基变形特征762地基变形验算26761地基变形特征1地基变形验算的范围和变形特征设计等级为甲级、乙级的建筑物，应按地基变形设计；建筑物情况和地基条件复杂的丙级建筑物地基尚应做变形验算,以保证建筑物不因地基沉降影响正常使用。计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应采用按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合值，且不计入风荷载和地震作用;建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值。2地基的变形特征与地基变形允许值地基变形引起的基础沉降可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾 斜这4个基本变形特征值。沉降

18、量：指基础某一点的沉降量，通常指基础中点的沉降量。沉降 量若过大，将影响建筑物的正常使用，如造成室内外上下水管、煤气 管道的断裂等等。沉降差：一般指相邻柱基中点的沉降量之差。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，建筑物将发生裂缝、 倾斜甚至破坏。倾斜：指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。局部倾斜：指砌体承重结构沿纵向6tom内基础两点的沉降差与其 距离的比值。墙体局部倾斜大时，将会使其挠曲变形、开裂，影响正 常使用。由于建筑地基不均匀、荷载差异很大、体型复杂等因素引起的地基 变形，对于砌体承重结构应由局部倾斜值控制；对于框架结构和单层排架结构应由相邻柱基的沉降差

19、控制；对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制；必要时尚应控制 平均沉降量。对不同的建筑结构类型应控制不同的地基特征变形值，使其不超过 变影允许值。建筑地基基础设计规范通过对各类建筑物的实际沉降观测资料 的分析和综合，提出了地基变形允许值。29建筑物的地基变形允许值变形特征地基土类别中、低压缩性土高压缩性土砌体承重结构基础的局部倾斜0.0020.003工业与民用建筑相邻柱基的沉降差(1)框架结构(2)砌体墙填充的边排柱(3)当基础不均匀沉降时不产生附加应力 的结构0.002/0.0007z0.00510.003zd.00u0.005/单层排架结构(柱距为6m)柱基的沉降量 (mm)(120)

20、200桥式吊车轨面的倾斜(按不调整轨道考虑)纵向横向0.0040.003多层和高层建筑的整体帧斜片w2424<hg<60 60 v 修 &100hs>1000.0040.0030.00250.002体型简单的高层建筑基础的平均沉降量(mm)2003变形特征地基土类别中，低压缩性土高压缩性土高耸结构基础的同降量(mm)hg<100100<hg<200200<乩0250400300200高耸结构基础的倾斜hw2020<50<hg<100 100<hg<150 150<hr200 200vh“42500.0080.

21、0060.0050.0040.0030.002注:1本数值为建筑物地基实际最终变形允许值;2有括号者仅适用于中压缩性土；3/为相邻柱基的中心距离(mm);4为自室外地面起算的建筑物高度(m);4倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；5局部倾斜指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。31762地基变形验算建筑地基基础设计规范(gb 50007-2002 )总结了大量工程经验，建议采用分层总和法，计算地基变形时，地基内的应力分布，可采用各向同性均质线性变形体理论。其最终变形量可按下式 计算：基础沉降计算的分层示意32s =二 “51 等（4% z-zt i=l %s

22、地基最终变形量，mm；s'按分层总和法计算出的地基变形量，mm；义沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无地区经验时 可采用规范推荐的数值；p。林地基变形计算深度范围内所划分的土层数；对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力，kpa,等于基础 底面压力减去底面处的自重压力;且基础底面下第/层土的压缩模量，mpa应取土的自重压力至土的自重 压力与附加压力之和的压力段计算；z*i基础底面至第，层土、第力-1层土底面的距离，m;环、且7基础底面计算点至第1层土，第层土底面范围内平均附加应力 系数，矩形面积上均布荷载作用下角点的平均附加应力系数可采用规范推荐的 数值q沉降计

23、算经验系数叽f (mpa)基底附加总2.54.07.015.020.01.41.31.00.40.200mo. 75 拉1.11.00.70.40.2注：无为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，应按下式计算:式中 4第，层上附加应力系数沿土层厚度的积分值。45成层地基中第i分层的沉降量的计算公式:地基沉降计算深度zesi 纥地基最终沉降量计算公式:2乌一名二乌）s=s=匕建筑地基基础设计规 范规定zn应满足下列条件（ 包括考虑相邻荷载的影响）：w <0.025yay；ilii=无相邻荷载影响，基础 中点的地基沉降计算深度也 可按下列经验公式计算：z =b(2.50.41nb)rfijz天

24、然地面标离adoaih 附加应力曲线。ka 平均附加应力曲线7t7ftttt7第i层变形比法矩形面积上均布荷载作用下角点的平均附加应力系数瓦"+1.0l.21.41.61出w.02.42,63,23.64.05.0iq. ；(l0。二 5000.z5000z5000.25000-25000.2500cl250aumuil25001l25u0也双hi0.250(ojsoo仇20.24960.24970.24970.z4980.24wn.2450.24w0.24989.24980.249sd. 249bkn*(1锹(1.40.24740.24790/24810 2侬0.346&0

25、.24&i0.24850.2435仇2：侬0.24850.21850.24850.24850>60.24230.24370/24440-244ft0.24s10.2452。；4540.24551).24550.24559.2*550.2455(1.2456。方0.23460.2372(l23870-2395。丽0.244130.24070.24080.24090.24090.24100/41。(l24wiji。.决20 2 2910 23130.232652335u.234j0.23460.2il90.23s10.2352il 23520-23530.2353l20.21490.

26、21990-222s口 .丝帽k然仪10.2z780,22330.22850,22班0,22670.228®(l2289l4u.2w心】u20-214(10.2iim0.21600,21910.22040.22110.22150.22170.221s0.222(10,2221 11.6*内狗0.2006,0/20490.2079o.20«i0.21130.21300.2138值21430.21464i.2uhk215g0.2152lscm 8400.1912(m财0j994i0.2018o.aml). 2055口.刀解o.207j<1.2077a. 2ti7qil2o

27、r2(1.2084dj74fi jujb220.115750.19120j9380.19580.1982li .19%0.30040.2009低 2012(lm50-20 ibq-16s90j737oj榜0.18330al&620.幽30 j91!ijj927q. 1937(1.19430.1947ft-1952(1.1955j0j5780.16570.17150.17s7d.17jw。.20jr4?048420.18711网)(1 1885oisw(kl 附i0 js130.15e0.16420.16s60.17190j7450.17791).17990.18120 . is200,

28、18250j8320.1838cm4k0.i5j40.15740.1619仅 1634d.lfehi)0.17171).17390.17530.1砥3也 17fly(l17770.17843.00 j%90.14490.15100.11560.15920.16190.16580j6«20.16980.17080j7150j72504733工会d.b10ojw0.m5d0.1497fl.13350.1512o.w0.162ft0.164$0.1637tt.1664().16750.1685八40.1256043340/13940.14410.147r0.150ft0.15500.157

29、70.15950.160711.1636(m62a0.1639160.12(15042821).13420.1硼0.14270.i4560j5000.15280, l54h0.15610,15700,15830.15953.h0.h5k0423411 j 2950.13400.b7b0.h080.1452(m4x20.1502(1.1516ft. 15260.15410.1554地基变形计嵬深度马应符合下式要求n/s，40.025x /s11=1式中 版在计算深度范围内，第2层土的计算变形值x一在由计算深度向上取厚度为止的土层计算变形值如确定的计算深度下部仍有较软土层时，应继续计算b (m)w

30、22<ft<44<ft<88<baz (m)0.30.60.81.0当无相邻荷载影响，基础宽度在1 30m范围内时，基础中点的地 基变形计算深度也可按下列简化公式计算：丁斗(25。411访)b:基础宽度(m)。在计算深度范围内存在基岩时冬可取至基岩表面;当存在较厚的坚硬粘性土层洪孔隙比小于05、压缩模量大于50mpa,或存在较厚 的密实砂卵石层，其压缩模量大于80mpa时否可取至该层土表面。计算地基变形时，应考虑相邻荷载的影响，其值可按应力叠加原理采用角点法计算。当建筑物地下室基础埋置较深时，需要考虑开挖基坑地基土的回弹。在同一整体大面积基础上建有多栋高层和低层建

31、筑，应该按照上部结构、基础与地基的共同作用进行变形计算。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，选择连接方法和施工顺 序。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，对于其它低压缩性土可认为已完成最终沉降量 的50%80%,对于中压缩性士可认为已完成20% 50%,对于高压缩 性士可认为已完成5% 20%。地基稳定性计算竖向荷载导致地基失稳的情况很少，所以满足地基承载力的一般建筑物不需要进行地基稳定验算。经常承受水平荷载的建筑物，如水工建筑物、挡土结构以及高层建筑和高耸结构等，地基的稳定性可能成

32、为设计中的主要问 题，因此，对于经常承受较大水平作用力或位于河岸、斜坡区域的 基础需要验算地基和基础的稳定性o地基稳定性计算采用的荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为（单一安全系数的极限 状态设计方法）地基稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算，最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩应符合下式要求：a4/afs>1,2ms滑动力矩；a/更抗滑力矩。位于稳定土坡坡顶上的建筑，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时，其基础底面外边缘线至坡顶的水平距离应符合下式要求，但不得小于 2. 5m：条形基础a > 3,5b矩形基础a >

33、2.5b-tan /?q一基础底面外边缘线至坡顶的水平距离;b 一垂直于坡顶边缘线的基础底面边长;d 一基础埋置深度;尸一边坡坡角3基础底面外边缘线至坡顶的水平距离示意图tail j3当基础底面外边缘线至坡顶的水平距离不满足上两式要求时，可 根据基底平均压力按mr /必 1.2确定基础距坡顶边缘的距离和基础 埋深q当边坡坡角大于45。、坡高大于8m时，尚应按&/砥之1.2验算 坡体稳定性。无筋扩展基础设计无筋扩展基础指由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。无筋扩展基础适用于多层民用建筑和轻型厂房。无筋扩展基础可按下列步骤进行结构设计:选择基

34、础的材料和立面形式;选择地基持力层并决定基础的埋置深度;计算基础底面积并决定其尺寸（循环试算）；必要时计算地基基础的稳定性和沉降;验算基础的刚性角或台阶宽高比；决定基础的细部尺寸并绘制结构图。1无筋扩展基础的构造要求采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱，其柱脚高度名不得小于 bv并不应小于300mm且不小于20d （d为柱中的纵向受力钢筋的最大 直径）。当柱纵向钢筋在柱脚内的竖向锚固长度不满足锚固要求时， 可沿水平方向弯折，弯折后的水平锚固长度不应小于104也不应大于0)44无筋扩展基础构造示意2基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定，必须满足地基承载力的要求，即满足持力层和下卧层承载力要求。(1)轴心受压基础作用在基底形心的荷载只有竖向荷载，没有力矩荷载存在的情况，为轴心 受压基础。在轴心荷载作用下，要求基底压力小于或等于修正后的地基承载力特征值:pka + gk = fkfada a/ > '解得：fid457；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力值; d基础平均埋置深度；a基础底面积;/g基础及基础上填土的平均重度，一般取zokn/n?计算；地下水位以下部分取浮重度计算。