基础工程-浅基础1

1、刚性基础与扩展基础w2-1 概述w2-2 基础埋置深度的选择w2-3 地基承载力w2-4 刚性基础与扩展基础的设计计算2-1 概述w2-1-1 刚性基础的构造要求w2-1-2 钢筋混凝土扩展基础的构造要求2-1-1 刚性基础的构造要求w1、宽高比的要求w2、砌筑材料的要求w刚性基础修筑材料（石料、砼等）的特点：抗压强度较大，而抗弯、抗剪强度较低。w破坏型式：在靠近柱、墙边或断面高度突然变化的台阶边缘处容易弯曲破坏或剪切破坏。w构造措施：限制基础每个台阶的宽度与高度之比。 限制压力分布角的大小，使其不超过刚性角max ， 即 maxw压力分布角（扩散角） ：墩台（柱、墙）底面边缘与基础底面边缘的

2、连线与竖直面之间夹角称为压力分布角。wmax刚性角（最大扩散角） ：基础材料不发生拉裂时，所容许的最大压力分布角。扩散角的由来w1、基础本身传力方式w2、基础外部受力1、基础本身的传力方式381.57ho38ha+1.57ha1.57haow均布荷载在圬工砌体中的压力分布近似梯形底边长a+21.57h；w用面积相同的矩形代替梯形，矩形的长度为a+20.785h；w此时对应的扩散角为38；w可以认为：大于38 的部分不起传力作用。w砼圬工可采用略大的扩散角4045，因为砼扩散能力比块石好。 2、基础外部受力w当压力经过圬工传到地基时，根据文克勒假定，地基沉降与应力成正比。w以基础的悬挑部分，作为

3、一悬臂梁，承受地基反力产生的弯矩和剪力。 地基应力w材力 梁的应力分布w弹力 深梁内应力分布 悬臂梁悬臂长度符合规定的扩散角，弯曲应力和剪应力都可得到满足。w桥梁规范中刚性角要求： 砼： max 4045 片石、块石：5号以下砂浆砌筑时， max 305号以上砂浆砌筑时， max 35w工民建规范要求无筋扩展基础台阶宽高比的允许值 （二）尺寸拟定刚性基础的尺寸基础的底面尺寸（平面尺寸）基础的剖面尺寸（立面、断面、垂直面）1）基础的平面尺寸w一般基础平面型式与桥梁墩身、台身、台底的平面形状相似，常作成长方形（方形）。w平面尺寸的决定与土的承载力、荷载的大小有关系。a）根据构造要求（决定基础最小平

4、面尺寸）w最小宽度：bi1=b0+2Ciw最小长度：ai1=a0+2Ci 襟边Ci的作用： 1.在基础施工和定位时都可能有误差，此时襟边可以调整； 2.保护基顶免于应力集中造成破坏； 3.制作圢身、台身时，可起支模支承点作用； 4.能扩大基底面积。 房屋：一般取515cm 桥梁墩台：一般取2050cmb）根据基础刚度决定最大平面尺寸由最大刚性角来控制：最大宽度：bi2=b0+2H tgmax最大长度：ai2=a0+ 2H tgmaxw当 大时，可用小值（ bi1 ， ai1 ），即不需要扩大基底面积，只要满足构造要求就可以了。w当 小时，可用大值（ bi2 ， ai2 ），可做n阶t=12m；

5、w当 不大不小时，可用中间值。2）基础的剖面形式w台阶高度t： 大桥取 1.02.0m 小桥取 0.5m长方形（矩形）（锥形）梯形（台阶形）阶梯形3）注意事项w基础顶面的要求：水中基础顶面一般不高于最低水位。w剖面形式：一般采用对称形式，偏心荷载较大时，为使基础均匀沉降，可采用非对称形式。w 地基强度低，按刚性角设计扩大底面积不满足要求时： a ）可加深基础埋深，扩大底面积； 但同时导致砌体自重增加，增加对基底压力，可能收不到预期效果。 b）改用其它基础型式砌筑材料的要求w1、砖和砂浆 强度等级根据地基土的潮湿程度和地区的严寒程度不同而不同。w2、石料 要选用质地坚硬、不易风化的岩石，石块的最

6、小厚度不宜不于150mm。基础用砖、石材及砂浆最低强度等级 w3、混凝土 强度等级一般常采用C10C15。w4、灰土 一般采用3：7，即3份石灰粉和7份粘性土（体积比）。w5、三合土（碎砖三合土） 一般由消石灰、砂浆或粘性土和碎砖组成，其体积比 为1：2：4或1：3：6。 所用碎砖，其粒径为2030mm，不得夹杂物。 砂或粘性土中不得有草根、贝壳等有机物。 刚性基础的优、缺点及应用范围w优点：稳定性好，施工简便。w缺点：用料多，自重大。w应用范围：适于6层和6层以下的民用建筑和砌体承重的厂房以荷载小的桥梁基础。2-1-2 钢筋混凝土扩展基础的构造要求w1、锥形基础的边缘高度，不宜小于200mm

7、；阶梯形基础的每阶高度，宜为300500mm；w2、垫层的厚度不宜小于70mm；垫层混凝土强度等级应为C10；w3、底板的受力钢筋的最小直径不宜小于10mm；间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。当有垫层时钢筋保护层厚度不小于40mm，无垫层时不小于70mm。w4、混凝土强度等级不应低于C20。w墙下钢筋混凝土条形基础的其他构造要求： 1、纵向分布钢筋的直径不小于8mm； 2、纵向分布钢筋的间距不大于300mm； 3、每延米分布钢筋的面积应不小于受力钢筋面积的1/10。墙下钢筋混凝土扩展基础 （a）无肋的；（b）有肋的（c）杯口型 柱下钢筋混凝土独立扩展基础类型 （b）锥台型；（a）台

8、阶型；w采用现浇柱的（a）、（b）类构造要求：w1、插筋的数量、直径以及钢筋种类应与柱内纵向受力钢筋相同；w2、插筋的锚固长度满足要求；w3、插筋与柱的纵向受力钢筋连接方法符合混凝土结构设计规范的要求；w4、插筋的下端宜作成直钩放在基础底板钢筋网上。符合一定条件时，可只将柱四角的插筋伸至底板钢筋网上，其余插筋锚固在基础顶面下满足锚固长度要求。柱下钢筋混凝土扩展基础的其它构造要求w杯口型的构造要求： 1、柱的插入深度； 2、杯底厚度和杯壁厚度；2-2 基础埋置深度的选择w2-2-1 建筑结构条件w2-2-2 场地环境条件w2-2-3 工程地质条件w2-2-4 水文地质条件w2-2-5 地基冻融条

9、件w基础的埋置深度：一般指基础底面到室外设计地面的距离。w选择合适埋置深度，满足承载力、变形及稳定性要求。w综合考虑多种因素（标题内容）。w确定基础埋深的原则：在保证安全可靠的前提下，尽量浅埋。w但不应浅于0.5m，因为地表土一般较松软，易受雨水及外界影响，不宜作为地基的持力层。w基础顶面距设计地面的距离宜大于0.1m，尽量避免基础外露，遭受外界的侵蚀及破坏。2-2-1 建筑结构条件w建筑结构条件包括建筑物的用途、类型、规模与性质。w确定基础埋深时，首先考虑建筑物在使用功能和用途方面的要求。w两基础间的净距与底面间的标高差应满足一定要求，否则应按埋深大的基础统一考虑。w高层的电梯处，自地面向下

10、需要有至少1.4m电梯缓冲坑，该处基础埋深需要局部加大。w管道一般不可以在基础底面下，基础需局部加深。w建筑物各部分使用要求不同，对应各部分基础埋深不同，应将基础做成台阶形逐步过渡。相邻基础的埋深要求阶形过渡基础 结构形式对基础埋深要求 上部结构形式不同，对竖向位移的适应能力不同。w静定结构，中、小跨度的简支梁，对确定基础埋置深度影响不大。w超静定结构的基础不均匀沉降会使结构构件内力产生明显变化。基础需埋置于较深的坚实土层上。建筑物类型对基础埋深的要求w土质地基上的高层建筑，为满足稳定性要求，基础埋深应随建筑物高度适当增大。 1、抗震设防区，箱形和筏形基础埋置深度不小于建筑物高度的1/15；

11、2、桩箱或桩筏基础埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/181/20。w岩石地基上的高层建筑，基础埋深应满足抗滑要求。w受上拔力的基础，如输电塔，要求有较大的埋深以满足抗拔要求。w高耸结构，如烟囱、水塔，基础埋深要求满足抗倾覆稳定性的要求。2-2-2 场地环境条件w1）在靠近原有建筑物修建新基础的要求w2）土坡坡顶的建筑基础埋深要求1）在靠近原有建筑物修建新基础的要求w在靠近原有建筑物修建新基础时，如基坑深度超过原有基础的埋深，可能引起原有基础下沉或倾斜。新基础的埋深不宜超过原有基础的底面。否则新旧基础间应满足一定净距和基底标高差的要求（与同一结构的相邻基础要求相同）。2）土坡坡顶的建筑

12、基础埋深要求w无法满 足上述两式时，应进行地基稳定性验算。3.5tandab2.5tandab矩形基础w靠近土坡边缘的基础与土坡边缘应具有一定距离。wb 3m时，a要满足以下要求，且 2.5m。 条形基础2-2-3 工程地质条件w直接支承基础的土层称为持力层。w持力层以下的各土层称为下卧层。w基础应尽可能埋置在良好的持力层上。w当地基受力层（或沉降计算深度）范围内存在软弱下卧层，软弱下卧层的承载力和地基变形也应满足要求。基底面积较大而埋深较浅上层土的承载力低于下层土时取上层土为持力层方案比较取下层土为持力层基底面积较小而埋深较大w基础埋置于风化软质岩层上，基坑开挖后立即铺垫层，以免岩层表面暴露

13、时间过长而被风化，以及浸水软化。w避免将基础一部分置于基岩上，一部分置于土层中，防止不均匀沉降。2-2-4 水文地质条件w选择基础埋深应注意地下水的埋藏条件和动态及地表水的情况。w相应的工程问题： 涌土、 流砂、 地下水浮力引起基础底板内力变化 河流冲刷掏空基底土层等w当有地下水存在时，基础底面应尽量埋置在地下水位以上。基坑下埋藏有承压含水层的情况w对埋藏有承压含水层的地基，控制基坑开挖的深度， 使u ，宜取u/ 0.7 u-承压含水层顶部的静水压力，u=wh ； -坑底土产生的总覆盖压力，=izi ； h-由最高承压水位确定； i-各层土的重度； zi-各履盖层厚度。桥梁工程基础埋深考虑地表

14、流水的冲刷作用，w基础应设计在最大冲刷线以下一定深度。2-2-5 地基冻融条件w冻土：当地基土的温度处于负温时，其中含有冰的各种土。w季节性冻土，土体出现冻胀和融沉。建筑物开裂、倾斜甚至倒塌。路面破坏冻胀融沉w季节性冻土地基的设计冻深 wzd设计冻深；wz0标准冻深。wzs土的类别对冻深的影响系数；wzw土的冻胀性对冻深的影响系数；wze环境对冻深的影响系数 0dzszwzezzw对于埋置于可冻胀土中基础，其最小埋深可按下式确定：wzd-季节性冻土地基的设计冻深；whmax-基础底面下允许残留冻土层的最大厚度；minmaxddzh2-3 地基承载力w地基承载力是指地基土单位面积上承受荷载的能力

15、。w地基规范要求：pk fapkmax 1.2 fa pk -相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值 ； pkmax -相应于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 。w公路桥涵地基与基础设计规范要求： max max -基底最大压力； -地基土修正后的容许承载力。w地基承载力的确定方法： 按土的抗剪强度指标以理论公式计算； 按地基载荷试验或触探试验确定； 按有关规范提供的承载力或经验公式确定。2-3-1 按土的抗剪强度指标确定w按土的抗剪强度指标确定地基承载力fa可采用极限承载力pu除以安全系数K（一般取23）。wpu计算采用太沙基、汉森

16、、魏锡克等人的极限承载力计算公式。w根据影响承载力的各种因素对上式进行修正，如基础底面的形状、偏心和倾斜荷载、基础两侧覆盖层的抗剪强度、基底和地面倾斜、土的压缩性影响等。 12ucqpcNqNbNuapfK2-3-2 按地基载荷载试验确定（a）陡降型；w根据载荷试验的p-s曲线来确定地基承载力特征值。（b）缓变型“陡降型”破坏密实砂土、较硬的粘性土w一般取比例界限荷载p1（曲线起始直线段的终点处荷载）为承载力特征值 ；w当pu2p1时，取pu/2为承载力特征值 。“缓变型”破坏松砂、较软的粘性土w承压板面积为0.250.5m2 ，取s=0.010.015b（b为承压板的宽度）对应的荷载为承载力

17、特征值，同时其值不应大于最大加载值的一半。载荷试验的要求w对同一层土，宜选取三个以上的试验点，当各试验点所得的承载力特征值 的极差不超过平均值 的30%，则取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。2-3-3 按规范的承载力公式确定w荷载偏心距e 0.033（b为偏心方向基础边长），地基承载力特征值计算（地基规范）abbdmckfMMdM cw从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值fak，用于基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，应按下式进行基础宽度和深度修正（地基规范） ：wb,d -基础宽度和埋深的地基承载力修正系数w -基础底面以下的重度，地下水位以下取浮重

18、度；wb-基础底面宽度，当b6m时，取b=6mw m-基础底面以上的土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；wd-基础埋置深度。3()0.5()aakbdmffbd 公路桥涵地基与基础设计规范中承载力的计算w采用了容许承载力的概念，而不是承载力特征值。w软土地基，推荐用下列公式： m-安全系数，可视软土灵敏度及基础长宽比等因素选用1.52.5； cu-不排水抗剪强度； 2-基底以上土的重度，地上水位以下采用浮重度； h-基础埋置深度。当受水流冲刷时，由一般冲刷线算起；25.14 pukchmb-基础宽度；l-垂直于b边的长度。当有偏心荷载时，b与l分别由b 和l 代替； b =b-2eb； l

19、 =l-2el。eb、el分别为荷载在基础宽度方向、长度方向的偏心距；Q-荷载的水平分力。0.41 0.21pubQklblcw对于小桥、涵洞基础，也可用下式计算容许承载力 0-可根据软土的天然含水量查表确定02 (3)hw当基础宽度b超过2m，基础埋深超过3m，且h/b 4时，地基的容许承载力，按下式计算：0 -根据土的物理、力学指标查表得的地基土的容许承载力；b-基础底面的最小边长度，当b10m时，按10m计；h-基础底面的埋置深度，h3m，取3m；1-基底以下持力层土的天然重度。持力层在水面以下取有效重度；2-基底以上土的重度，或不同土层的加权平均重度； 如持力层在水面以下且为不透水者，

20、不论基底以上土的 透水性质如何，一律采用饱和重度； 如持力层为透水者，一律采用浮重度。k1、 k2 地基土容许承载力随基础宽度、深度的修正系数， 按持力层土决定。01 12223 ()()kbkh2-4 刚性基础与扩展基础的设计计算w2-4-1 地基承载力验算w2-4-2 软弱下卧层验算w2-4-3 基础和地基的稳定性验算w2-4-4 钢筋混凝土扩展基础结构设计w2-4-5 地基变形验算2-4-1 地基承载力验算w1、中心受荷基础w2、偏心受荷基础中心受荷基础w基底平均压力不大于修正后的地基承载力特征值，即，pk faw基底平均压力表示为：wFk-相应于荷载标准组合时，上部结构传至基础的竖向力

21、值；wGk-基础自重和基础上的土重。对于一般实体基础，可近似取Gk=GAd ，但在地下水位以下部分应扣去浮托力。w则基础底面积A需满足：w墙下条形基础b满足：kaGFAfdkaGFbfdkkkFGpA偏心受荷基础持力层强度验算（桥梁）也可改写为 maxminNMAW max00min1N eeNNAAA图（a）， e0= ， ， ，基底压应力分布为三角形。图（b） ，e0， ，基底压应力分布为梯形。图（a）， e0=0， ，基底压力均匀分布，压应力分布为矩形。NA010e010emin0e0， ，此时， ，基底一侧出现拉应力。因此需考虑基底应力重分布，假定全部荷载由受压部分承担 基底应力重分布

22、仍按三角形分布010emin001,32bKb Ke0bb32e max0max113222bNabae max0232Nbae 偏心竖直力作用在任意点 maxminyxxyMMNAWW工民建w基底反力呈梯形分布时，基础底面边缘的最大、最小压力值分别为：wWy基础底面抵抗矩wMyk相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值，如上图，则Myk=Mk+Qkd maxykkkkyMFGpAWminykkkkyMFGpAWw基底压力满足以下要求pk fapkmax 1.2 faw对于承受双向偏心荷载作用的基础，基底边缘最大、最小压力按下式计算：wWx，Wy -基础底面对x轴和y轴的截面抵抗矩；w

23、ex，ey -荷载对x轴和y轴的偏心距。maxminykkkxkkxykMFGMpAWWmaxmin661ykkxkkeFGepAblw当采用上述公式时，可能出现pkmin 0，即产生拉应力。此时，基底边缘最大压力的计算公式为：wa-偏心荷载作用点至最大压应力作用边缘的距离，a=(l/2)-e；max2()3kkkFGpbaw偏心荷载下基础底面积的设计，采用逐次渐近试算法： 1）用中心荷载估算基础底面积A0或宽度b0； 2）考虑偏心影响，根据偏心距大小将A0或b0增大10%40%作为首次试算尺寸A或b； 3）根据A的大小初步选定矩形基础的底面边长l和b； 4）根据已选定的l和b验算偏心距e和基

24、底边缘最大压力； 5）满足要求或稍有富余，则选定l和b；如不满足要求或尺寸太大，则需重新调整l和b再进行验算。如此反复一、二次，便可定出合适的尺寸。2-4-2 软弱下卧层验算w软弱下卧层顶面处土体的附加应力pz与自重应力pcz之和不超过软弱下卧层的承载力faz ，即, pz+pczfaz w软弱下卧层顶面处土体的附加应力pz考虑应力扩散作用。w扩散满足条件：基底平面处附加压力合力等于扩散后作用于下卧层顶面处附加压力合力。w对于矩形基础w对于条形基础()(2 tan )(2 tan )kczpp l bplzbz()(2 tan )kczpp bpbz2-4-3 基础和地基的稳定性验算w地基失去

25、稳定而破坏的形式有三种： 1、沿基底产生表层滑动； 2、偏心荷载过大而使基础倾覆； 3、深层整体滑动破坏。1、地基抗水平滑动的稳定性验算w当水平荷载较大而竖向荷载相对较小时，一般需验算地基抗水平滑动稳定性。w采用安全系数法，基底抗滑动摩擦阻力与作用于基底的水平力之比满足安全系数要求。 K-表层滑动安全系数，根据建筑安全等级，取1.21.4； F+G-作用于基底的竖向力的总和； H-作用于基底的水平力的总和； f-基底与地基土的摩擦系数。()FGfKH2、基础倾覆稳定性验算w承受较大的单向水平推力而其合力作用点又离基础底面较高，需考虑基础的倾覆稳定性。 抗倾覆稳定系数K=y/ e0 y-截面重心

26、至压力最大一边距离； e0 外力合力偏心距。w在主要荷载组合时，要求K 1.5w在各种附加荷载组合时，要求K=1.11.3。3、地基整体滑动稳定验算w在竖向和水平向荷载共同作用下，若地基内又存在软土或软土夹层，则需进行地基整体滑动稳定性验算。w采用圆弧滑动面法进行验算。w最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩MR与滑动力矩MS应满足： MR/MS1.2 2-4-4 钢筋混凝土扩展基础结构设计w1、墙下钢筋混凝土条形基础w2、柱下钢筋混凝土独立基础1、墙下钢筋混凝土条形基础w其内力计算一般可按平面应变问题处理，在长度方向可取单位长度计算。w截面设计内容： 1、基底宽度b；（地基承载力设计

27、时已确定） 2、基础的高度h； 3、基础底板配筋。w基底反力：作用于基底上的总竖向荷载（包括墙或柱传下的荷载及基础自重）除以基底面积。w地基净反力：仅由基础顶面标高以上部分传下的荷载所产生的地基反力为地基净反力，以pj表示。b1-基础边缘至墙脚的距离；a-验算截面I-I距离基础边缘的距离； 混凝土墙，a=b1； 砖墙，墙脚伸出不大于1/4砖长时，a=b1+0.06m。墙下条形基础的验算截面 （a）砖墙情况；（b）混凝土墙情况基础高度的验算w基础有效高度除满足构造要求外，由混凝土的抗剪切条件确定。w基础验算截面处的剪力VI为：w荷载无偏心时，剪力采用简化计算：wpjmax， pjmin -相应于

28、荷载效应基本组合时，基底边缘最大和最小地基净反力设计值。maxmin(2)2IjjaVba papbIjVap00.7tVf h基础底板的配筋w基础底板的配筋除满足构造要求外，由验算截面的弯矩决定。w弯矩计算式：wpj-计算截面的净反力。22max()23IIIjaaMppp00.9syMAf h2、柱下钢筋混凝土独立基础w截面设计： 1、基础截面抗冲切验算确定基础高度 2、基础截面抗弯验算确定基础底板的双向配筋抗冲切验算w基本原则：基础可能冲切面以外地基净反力产生的冲切力应小于基础可能冲切面上的混凝土抗冲切力。00.7lhptmFf a h()/2mtbaaaljlFp A锥台式独立基础冲切

29、计算 （b）bbc+2h0；（c）bbc+2h0 （a）基础截面；台阶型独立基础冲切计算 （ b）（ a）MNMNalh04545h0labbh0albablh04545底板抗弯配筋计算模式 w在地基净反力作用下，基础沿柱的周边向上弯曲。一般矩形基础的长宽比小于2，故为双向受弯。w当弯曲应力超过了基础的抗弯强度时，就发生弯曲破坏。w其破坏特征是裂缝沿柱角至基础角将基础底面分裂成四块梯形面积。w故配筋计算时，将基础板看成四块固定在柱边的梯形悬臂板。 w地基净反力pj对柱边II截面产生的弯矩为：wA1234梯形1234的面积： wl0梯形1234的形心O1至柱边的距离：w平行于l方向（垂直于II截面）的受力筋面积可按下式计算： I1234 0jMp Al12341()(