基础工程2.1-2.4

1、Foundation EngineeringFoundation Engineering中南林业科技大学土木工程与力学院中南林业科技大学土木工程与力学院基基 础础 工工 程程1第第2 2章章 天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础 建筑物的安全和建筑物的安全和正常使用正常使用用途和安全等级用途和安全等级建筑场地和地基建筑场地和地基岩土条件岩土条件地基基础方地基基础方案案工期、造价工期、造价施工条件施工条件上部结构类型上部结构类型平面布置平面布置地基基础地基基础类型类型2基础基础具有足够的强度、具有足够的强度、刚度与刚度与耐久性耐久性地基地基应具有足够的强度和稳定性应具有足够的强度和稳定性地基地基

2、满足变形方面的要求满足变形方面的要求3承载力，稳定性，变形承载力，稳定性，变形2.12.1地基基础设计计算原则、设计方法地基基础设计计算原则、设计方法地基基础设计等级地基基础设计等级 地基规范地基规范3.0.13.0.1设计设计等级等级建筑和地基类型建筑和地基类型甲级甲级重要重要的工业与民用建筑物的工业与民用建筑物3030层以上的高层建筑层以上的高层建筑体型复杂、层数体型复杂、层数相差超过相差超过1010层层的高低层连成一体建筑物的高低层连成一体建筑物大面积的多层大面积的多层地下建筑物地下建筑物（地下车库、商场、运动场等）（地下车库、商场、运动场等）对地基变形有特殊要求的建筑物对地基变形有特殊

3、要求的建筑物复杂地质条件下的复杂地质条件下的坡上坡上建筑物（包括高边坡）建筑物（包括高边坡）对原有工程影响较大的新建筑物对原有工程影响较大的新建筑物场地和地基条件场地和地基条件复杂复杂的一般建筑物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工程乙级乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物丙级丙级场地和地基条件场地和地基条件简单简单、荷载分布均匀的、荷载分布均匀的七层及七层以下七层及七层以下民用建民用建筑及一般工业建筑物；筑及一般工业建筑物；次要次要的轻型建筑物的轻型建筑物4承载力计算

4、承载力计算甲级、乙级、丙级均需计算承载力甲级、乙级、丙级均需计算承载力变形验算变形验算甲级、乙级甲级、乙级必须验算变形必须验算变形丙级丙级凡属凡属地基规范地基规范表表2-22-2范围以外的情况都必须范围以外的情况都必须验算变形验算变形虽然在虽然在地基规范地基规范表表2-22-2范围以内，但又符合范围以内，但又符合书中第书中第点规定的点规定的5 5个补充条件之一时，仍然个补充条件之一时，仍然需要验算变形需要验算变形其余情况其余情况不不需要验算变形需要验算变形稳定性验算稳定性验算经常受经常受水平荷载水平荷载的高层建筑、高耸结构和挡土墙等；建造在的高层建筑、高耸结构和挡土墙等；建造在斜坡斜坡上的建筑

5、物和构筑物；上的建筑物和构筑物；基坑工程基坑工程5丙级建筑物可不作地基变形计算的范围地基主要受力层的情况地基承载力特征值 fak (kPa） 80100130160200300各土层坡度（%）5510101010建筑类型砌体承重结构、框架结构（层数）555667(6m柱距)单层排架结构单跨吊车额定起重量(t)510 1015 15202030305050100厂房跨度(m)121824303030多跨吊车额定起重量(t)355101015152020303075厂房跨度(m)121824303030烟囱高度(m)30405075100水塔高度(m)1520303030容积(m3)5050100

6、100200200300300500 5001000v1 1条件：持力层的地基承载力特征值为条件：持力层的地基承载力特征值为150150kPakPa( (土层均匀）土层均匀）, ,在一个小区中拟建造在一个小区中拟建造5 5幢幢6 6层住宅，层住宅，3 3幢幢1212层的小高层，在绿化区拟建层的小高层，在绿化区拟建造造3 3层地下车库层地下车库7v要求：要求：1 1确定地基基础的设计等级确定地基基础的设计等级 2 2判断是否需要进行变形验算判断是否需要进行变形验算v2何种建筑物需作沉降计算何种建筑物需作沉降计算8建筑物建筑物2525层高层建层高层建筑筑4 4层框架办层框架办公楼公楼单层排架一单层

7、排架一般厂房般厂房大型炼油厂大型炼油厂地基承载力特征值250kPa100kPa150kPa100kPa土层坡度12%跨度21m吊车15t计算项目计算项目计算内容计算内容荷载组合荷载组合地基承载力计算地基承载力计算确定基础底面尺寸确定基础底面尺寸正常使用极限状态下的正常使用极限状态下的标准组合值标准组合值总压力总压力地基变形计算地基变形计算建筑物沉降建筑物沉降正常使用极限状态下的正常使用极限状态下的准永久值准永久值，且不计入风荷载和地震作用；且不计入风荷载和地震作用；附加压力附加压力地基稳定性验算地基稳定性验算土压力、滑坡推力、土压力、滑坡推力、地基及斜坡稳定性地基及斜坡稳定性承载能力极限状态下

8、的基本组合值；承载能力极限状态下的基本组合值；但其但其分项系数均为分项系数均为1.01.0；基础结构承载力基础结构承载力计算计算基础或承台高度、结基础或承台高度、结构截面、结构内力、构截面、结构内力、配筋及材料强度验算配筋及材料强度验算承载能力极限状态下的承载能力极限状态下的基本组合值基本组合值；采用相应的分项系数采用相应的分项系数净压力净压力基础抗裂验算基础抗裂验算基础裂缝宽度基础裂缝宽度正常使用极限状态下的标准组合值正常使用极限状态下的标准组合值这里有点难度这里有点难度, ,很容易出错喔很容易出错喔! !9v1 1确定基底尺寸时，基底压力值确定基底尺寸时，基底压力值v2 2计算地基变形时，

9、基底压力值计算地基变形时，基底压力值v3 3验算地基稳定时，基底压力值验算地基稳定时，基底压力值v4 4计算基础配筋时，基底压力值计算基础配筋时，基底压力值v5 5验算基础裂缝宽度，基底压力值验算基础裂缝宽度，基底压力值v基础埋深是基础埋深是3 3米，基础底面以上土的平均重度为米，基础底面以上土的平均重度为18kPa18kPa，地下水位在基础底面以下，地下水位在基础底面以下10承载能力极限状承载能力极限状态态正常使用极限状态正常使用极限状态土和基础的自重土和基础的自重压力压力基本组合基本组合标准组合标准组合准永久组合准永久组合1.35x165=222.751.35x165=222.751651

10、6515015060603荷载传至基础底面的平均压力（荷载传至基础底面的平均压力（kPa）浅基础浅基础深基础深基础埋置深度埋置深度5m5m5m5m设计计算是否考虑侧摩阻设计计算是否考虑侧摩阻否否考虑考虑施工时是否敞开挖基坑施工基施工时是否敞开挖基坑施工基础础是是否否施工方法施工方法简单简单复杂复杂结构形式结构形式简单简单复杂复杂工程造价工程造价低低较高较高优先考虑优先考虑112.2 2.2 基础类型及基础方案的选用基础类型及基础方案的选用n天然地基天然地基土质地基土质地基岩石地基岩石地基特殊土地基特殊土地基n人工地基人工地基若天然地基软弱，承载力和变形不能满若天然地基软弱，承载力和变形不能满足

11、设计要求时，需对其进行加固处理的足设计要求时，需对其进行加固处理的( (如排水固结如排水固结法等处理法等处理) )地基。地基。n复合地基复合地基由两种不同强度的介质（如软土中加入由两种不同强度的介质（如软土中加入水泥）组成的人工地基。水泥）组成的人工地基。浅基础的类型浅基础的类型独立基础独立基础 条形基础条形基础联合基础（补充）联合基础（补充） 十字交叉基础十字交叉基础按基础刚度分类按基础刚度分类刚性基础刚性基础柔性基础柔性基础按结构形式分按结构形式分筏形基础筏形基础 箱形基础箱形基础壳体基础（补充）壳体基础（补充）13刚性基础刚性基础砌筑材料：砌筑材料：砖、毛石、素砼、灰土、三合土砖、毛石、

12、素砼、灰土、三合土受力特点：受力特点：抗压性能好，抗拉抗压性能好，抗拉、抗剪强度、抗剪强度不高，不高，无挠曲变形无挠曲变形构造：构造：满足满足 的要求的要求 结构形式：结构形式：墙下条形基础、柱下独立基础墙下条形基础、柱下独立基础刚性角刚性角引起注意引起注意哟哟无筋无筋扩展基础扩展基础1415柱或墙柱或墙刚性角kttkkkpfhbfhbpWMhhWbpbpM3tan,tan)(361161211212121222121破坏。刚性基础不会出现强度应力小于抗拉强度，则远大于抗拉强度，如拉的抗剪强度，抗压强度素混凝土、砌体无独立刚性角值来保证刚性角。通过限制不要太小。际上是要保证，故实是由地基承载力

13、决定的小一些总是好的，应尽可能小，也就是，须保证为了使低随基底压力的提高而降提高料的抗拉强度的提高而允许的刚性角随结构材角取得最大值kkhbhbbfpfftktt,:1:,3tan,111maxmaxmax1819补充20二一隔收二一隔收两皮一收两皮一收2122柔性基础柔性基础砌筑材料：砌筑材料：钢筋砼钢筋砼受力特点：受力特点：抗弯、抗弯、抗剪性能好，抗剪性能好，有挠曲变形有挠曲变形结构特点：结构特点：适用于具有一定厚度的适用于具有一定厚度的构造：构造：无刚性角的要求无刚性角的要求 基础底面尺寸大（原因：荷载大、地基软弱）基础底面尺寸大（原因：荷载大、地基软弱）？“硬壳层硬壳层”“宽基浅埋宽基

14、浅埋”2324结构柱结构柱基础基础底板底板配筋配筋结构柱结构柱配筋配筋 施工支模、浇筑简单，用材相对多。施工支模、浇筑简单，用材相对多。1 1、柱插筋；、柱插筋；2 2、柱插筋在基础内箍筋作用。、柱插筋在基础内箍筋作用。独立基础（台阶形）独立基础（台阶形）25受力与用材合理，施工浇注成型较难。受力与用材合理，施工浇注成型较难。独立基础（锥形）独立基础（锥形）26。独立基础（杯形）独立基础（杯形）2728条形基础条形基础29墙下独立基础墙下独立基础（图中过梁应为基础梁）（图中过梁应为基础梁）墙墙翼板翼板柱柱肋梁肋梁条形基础条形基础30联合基础联合基础31十字交叉条形基础十字交叉条形基础具有良好的

15、调整不均匀沉降的能力具有良好的调整不均匀沉降的能力32土质更差土质更差, ,防水要求，十字交叉基础底面联成整体防水要求，十字交叉基础底面联成整体, , 如游泳馆如游泳馆, ,筏下有肋筏下有肋, ,板下处理板下处理筏形基础筏形基础33筏形基础筏形基础34梁板式梁板式 平板式平板式箱形基础图示箱型基础箱型基础3536壳体基础壳体基础独立基础（带防水板）独立基础（带防水板）37两种基础混合应用两种基础混合应用独立基础独立基础+柱下条形基础柱下条形基础3839下图设计错误v独立基础合力中心偏离基础底面中心太多4142 2.3 2.3 基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择下卧层下卧层持力层（受力层）持力

16、层（受力层）FGd埋深0.000.45埋深埋深d0.5m0.1m是指基础底面至地面是指基础底面至地面( (一般一般指设计室外地面指设计室外地面) )的距离。的距离。注：注：0.1m0.1m位置错误位置错误基础埋置深度基础埋置深度选择合适的地基持力层选择合适的地基持力层44 基础埋深的计算方法基础埋深的计算方法计算方法一般自室外地面标高算起；一般自室外地面标高算起；填方区可自填土面标高算起，但若填土在上部结构施工后填方区可自填土面标高算起，但若填土在上部结构施工后完成时，应自天然地面标高算起；完成时，应自天然地面标高算起；对于有地下室情况，若采用筏基或箱基，应自室外地面标对于有地下室情况，若采用

17、筏基或箱基，应自室外地面标高算起；若采用独立基础或条基，则从室内地面标高算起。高算起；若采用独立基础或条基，则从室内地面标高算起。 对于桥梁基础，受水流冲刷的基础，由一般冲刷线算起，对于桥梁基础，受水流冲刷的基础，由一般冲刷线算起，不受水流冲刷的基础，由挖方后的地面算起。不受水流冲刷的基础，由挖方后的地面算起。相对比较相对比较基础埋深的考虑因素基础埋深的考虑因素-1. -1. 与建筑物有关的条件与建筑物有关的条件基础埋深的考虑因素基础埋深的考虑因素-2.-2.工程地质条件工程地质条件地基土层地基土层组成类型组成类型好好软软(A)(B)(C)好好软软47v软土厚度不大软土厚度不大, ,埋于好土上

18、；埋于好土上；v软土厚度大，采用人工地基或深基础；软土厚度大，采用人工地基或深基础；(D)(D)(E)(E)地基土层组地基土层组成类型成类型好好软软基础埋深的考虑因素基础埋深的考虑因素-2.-2.工程地质条件工程地质条件48基础埋深的考虑因素基础埋深的考虑因素-2.-2.工程地质条件工程地质条件持力层为倾斜面持力层为倾斜面49基础埋深的考虑因素基础埋深的考虑因素-2.-2.工程地质条件工程地质条件H8m45dab修筑在稳定土坡坡顶修筑在稳定土坡坡顶基础埋深的考虑因素基础埋深的考虑因素-3.-3.水文地质条件水文地质条件控制基坑开挖最大控制基坑开挖最大深度深度v冻胀与融陷冻胀与融陷v危害危害:

19、:降低承载力、不均匀沉降降低承载力、不均匀沉降v要求：基底宜埋置在冻结线以下。如果埋置于冻要求：基底宜埋置在冻结线以下。如果埋置于冻胀土中，需满足胀土中，需满足基础埋深的考虑因素基础埋深的考虑因素-4.-4.地基冻融条件地基冻融条件52frtdzd0minmaxminhzdd基础埋深的考虑因素基础埋深的考虑因素-5.-5.场地环境条件场地环境条件新旧建筑物新旧建筑物53基础埋深的考虑因素基础埋深的考虑因素-5.-5.场地环境条件场地环境条件主楼与裙房高度不同主楼与裙房高度不同, ,分期施工设置后浇带分期施工设置后浇带地下管道（上下水，煤气电缆）、沟、坑应在基地下管道（上下水，煤气电缆）、沟、坑

20、应在基底以上，便于维修底以上，便于维修临水建筑物桥要求在冲刷深度以下临水建筑物桥要求在冲刷深度以下540.000.45埋深埋深d0.5m0.1m基础埋深基本要求基础埋深基本要求Min值值Min值值55v条件：确定建筑物基础埋置深度时拟考虑下列一些因素：条件：确定建筑物基础埋置深度时拟考虑下列一些因素：v1 1 工程地质条件，工程地质条件，2 2地基冻融条件，地基冻融条件，3 3水文地质条件，水文地质条件，4 4建建筑物使用功能，筑物使用功能，5 5建筑物的长度，建筑物的长度，6 6地下水地下水，7 7建筑物的建筑物的高度高度v（A A） 1,2,3 1,2,3 （B B）1,2,3,4 1,2

21、,3,4 v（ C C）1,2,3,4,6,7 1,2,3,4,6,7 （ D D）1,2,3,4,5,6,7 1,2,3,4,5,6,7 56思考1.名词解释：名词解释： 柔性基础柔性基础 刚性基础刚性基础 2.地基基础设计时，所采用的荷载效应按哪些地基基础设计时，所采用的荷载效应按哪些规定执行？规定执行？3.确定基础埋置深度时应考虑哪些因素影响？确定基础埋置深度时应考虑哪些因素影响？ 2.4 2.4 地基承载力地基承载力581. 1.按土的按土的抗剪强度抗剪强度指标确定指标确定2. 2.按载荷试验确定按载荷试验确定v有一定的强度安全储备，即有一定的强度安全储备，即v变形不超过允许值。变形不

22、超过允许值。这是第一次出现的新概念哦!地基土单位面积上承受荷载的能力。地基土单位面积上承受荷载的能力。通常称为通常称为地基承载力特征值地基承载力特征值，以，以fa a表示。表示。kPfua/59补充地基极限承地基极限承载力载力允许沉允许沉降量降量地基承载地基承载力特征值力特征值地基土的承载地基土的承载力特征值是对力特征值是对应哪种状态确应哪种状态确定的？定的？601. 1.按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定（1 1）建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范推荐的理论公式推荐的理论公式公式：公式：承载力系数，按表2-4查取取值范围：取值范围：,6,6基底以上各层土的加权平均重度，地下水

23、位以下取浮重度。基底下一倍短边宽度的深度范围内土的粘聚力标准值；kcmdbacMdMbMf 基底以下土的重度，地下水位以下取浮重度前提条件？前提条件？61公式：公式：bLepkmaxpkminddFkkcmdbacMdMbMf 偏心方向边偏心方向边长长30/bek62前提条件？前提条件？v4 4条件：条基，基底宽条件：条基，基底宽b=2.0mb=2.0m，埋深，埋深d=1.5md=1.5m，e=0.05me=0.05m，地基为粉质黏土，地基为粉质黏土， =10kPa=10kPa， =20 =200 0，地下水距地表地下水距地表1.0m1.0m，地下水位以上，地下水位以上土的重度土的重度=18k

24、N/m=18kN/m3 3，地下水位以下土的饱和地下水位以下土的饱和重度为重度为 satsat=19.5kN/m=19.5kN/m3. 3.v要求：确定该地基土的承载力特征值。要求：确定该地基土的承载力特征值。kck632. 2.按载荷试验确定按载荷试验确定载荷试验载荷试验P-SP-S曲线曲线确定确定 fa a原位荷载试验装置原位荷载试验装置荷荷 载载试坑试坑支墩支墩次梁次梁主梁主梁承压板承压板千斤顶千斤顶百分表百分表基准梁基准梁64按地基载荷试验确定地基的承载力特值按地基载荷试验确定地基的承载力特值 65按地基载荷试验确定地基的承载力特值按地基载荷试验确定地基的承载力特值66低压缩性土低压缩

25、性土-“陡降型陡降型”-“强度安全强度安全”控制控制p1pups02p1ps02p1pup10.5pu地基承载力特征地基承载力特征 值值 （未修正）（未修正）akf（a）（b）67中、高压缩性土中、高压缩性土-“缓变型缓变型”-“允许沉降量允许沉降量”控制控制P0.015ps0（c）S=0.015b68地基承载力特征地基承载力特征 值值 （未修正）（未修正）akfv有明显拐点（低压缩性土）有明显拐点（低压缩性土）v无明显拐点（中、高压缩性土）无明显拐点（中、高压缩性土）uakuakupfpppfpp5 . 022111时，当时，当2. 2.按载荷试验确定按载荷试验确定015. 0pfak注意：

26、同一土层试验点应选注意：同一土层试验点应选3 3个以上，若所得特征值的极差不个以上，若所得特征值的极差不超过平均值的超过平均值的30%30%，则取该平均值作为，则取该平均值作为fakfak，若超过应增加试，若超过应增加试验点。验点。69例题例题5 5：地基承载力特征值的确定（载荷试验）：地基承载力特征值的确定（载荷试验）p条件：在某粉土层上进行三个静载试验，整理后得条件：在某粉土层上进行三个静载试验，整理后得到地基承载力实验值为到地基承载力实验值为 f f1 1=238kPa=238kPa，f f2 2=280kPa, f=280kPa, f3 3=225kPa,=225kPa,p要求：该粉土

27、层的承载力特征值要求：该粉土层的承载力特征值fakfak70v旁压试验v螺旋压板载荷试验v静力触探试验v标准贯入试验v十字板剪切试验713. 3.其它试验方法确定其它试验方法确定v岩石地基载荷：完整，较完整，较破碎v平板载荷试验：破碎，极破碎 完整，较完整，较破碎还可根据下列公式： 折减系数 岩石饱和单轴抗压强度标准值 完整：0.5 较完整：0.2-0.5 较破碎：0.1-0.2724. 4.岩石地基承载力的确定岩石地基承载力的确定arrkff734. 4.岩石地基承载力的确定岩石地基承载力的确定1. 1.极限荷载极限荷载除以除以3 3的安全系数，所得值与对应于比例界限的荷的安全系数，所得值与

28、对应于比例界限的荷载相比较，谁小则为岩石地基承载力特征值。载相比较，谁小则为岩石地基承载力特征值。2. 2.每个场地载荷试验的数量不应少于每个场地载荷试验的数量不应少于3 3个，取个，取最小值最小值作为岩石作为岩石地基承载力特征值。地基承载力特征值。岩石地基承载力岩石地基承载力不进行深宽修正不进行深宽修正。岩石地基载荷试验注意事项岩石地基载荷试验注意事项：74地基承载力特征值的修正地基承载力特征值的修正地基承载力特征值的修正地基承载力特征值的修正75地基承载力特征值的修正地基承载力特征值的修正v前提：前提：b 3mb 3m或或d 0.5md 0.5m时修正时修正v公式：公式：)5 . 0() 3(mdbakadbff修正后的修正后的地基承载地基承载力特值力特值宽度和埋深的修正系数，按宽度和埋深的修正系数，按基底下土的类别查表基底下土的类别查表25基底以下土的重度，基底以下土的重度，有水取浮重度有水取浮重度基底以上