第八章天然地基的浅基础

1、第四章天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础设计天然地基上的浅基础设计Shallow foundation on natural groundGB50007-20021 地基基础分类，荷载和承载力计算地基基础分类，荷载和承载力计算2 基础埋深和基础尺寸确定基础埋深和基础尺寸确定3 承载力验算和下卧层验算承载力验算和下卧层验算4 基础的冲切验算基础的冲切验算5 基础的抗震验算基础的抗震验算6. 基础的结构设计基础的结构设计7. 算例算例地基基础分类荷载和承载力计算地基基础分类荷载和承载力计算D D一一 地基基础分类地基基础分类(一一)天然地基与浅基础天然地基与浅基础浅基础 埋深小

2、于埋深小于5m，或者埋深大于，或者埋深大于5m，但是小于基础宽度。两侧（四，但是小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽略不计。所以不是简周）的摩阻力忽略不计。所以不是简单的深浅概念。单的深浅概念。天然地基 是不经过对地基土的处理是不经过对地基土的处理人工地基 经过地基处理经过地基处理D D桩基础桩基础下卧层地基与基础地基与基础D埋深D q = D均布荷载持力层（受力层）地基地基基础FG主要受力层主要受力层（表主要受力层（表3 30 02 2）n条形基础3bn独立基础1.5bn且5m（二层以下民用建筑除外）天然地基天然地基 浅基础的分类1 按基础埋深分2 按基础刚度分无筋扩展(刚性)基础扩展基础3

3、 按基础的结构形式分地基基础分类地基基础分类Shallow foundationRigid foundationSpread foundationMat foundationPile foundationIndividual footing(pad foundation) Strip footingCross strip footingBox foundation2 按基础刚度分无筋扩展基础 Rigid foundation 砖、石、灰土，素混凝土 材料抗拉强度很低有基础台阶宽高比(刚性角)要求扩展基础(柔性基础)Spread foundation钢筋混凝土要满足抗弯,抗剪和抗冲切等结构要求0

4、hbtgt1.1 1.5与材料和荷载有关F btb0h0F3 按基础的结构形式分类1单独基础: 柱下或墙下,土质较好Individual footing, pad foundation2 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: :一般是土一般是土质差质差, ,两侧单独基础相连两侧单独基础相连Strip foundation3 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 片筏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, ,游泳馆游泳馆,

5、 ,筏下筏下有肋有肋, ,板下处理板下处理Mat foundation5 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墙外墙内墙内墙6 壳体基础二二 荷载计算荷载计算2 荷载种类荷载种类永久永久( (恒恒) )荷载荷载: :(1)(1)不随时间变化不随时间变化,(2),(2)变化与均变化与均值比可以忽略值比可以忽略,(3),(3)单调变化并趋于极值。单调变化并趋于极值。可变可变(活活)荷载荷载：变化与均值比不可以忽略：变化与均值比不可以忽略偶然偶然(特殊特殊)荷载荷载：在结构使用期间不一定出现，：在结构使用期间不一定出现，一旦出现其值很大，持续时间很短。一

6、旦出现其值很大，持续时间很短。3 荷载的代表值荷载的代表值标准值标准值:为设计基准期内最大荷载统计分布的特为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，如均值征值，如均值组合值组合值：对于可变荷载，组合超越概率与其出对于可变荷载，组合超越概率与其出现概率相同现概率相同频遇值频遇值：对于可变荷载，超越概率为规定的较对于可变荷载，超越概率为规定的较小比率小比率准永久值：准永久值：对于可变荷载，设计基准期内，其对于可变荷载，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。超越的总时间为设计基准期一半的荷载值。荷载计算荷载计算4 荷载的设计值代表值荷载的设计值代表值分项系数分项系数5 荷载效应荷载效应

7、上部结构上部结构F F：结构自重：结构自重 屋面楼面荷载屋面楼面荷载 活荷载活荷载基础自重基础自重G G：设计地面高程（内外地面平均值）：设计地面高程（内外地面平均值）F MFF HF MH一般为前两种情况，横向力不大，只做校核一般为前两种情况，横向力不大，只做校核荷载计算荷载计算荷载计算荷载计算6 荷载组合极限状态设计时，荷载组合极限状态设计时，为保证结构为保证结构可靠性对于同时出现底各种荷载设计值的规定可靠性对于同时出现底各种荷载设计值的规定基本组合基本组合：承载能力极限状态设计时，永久作：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）用与可变作用的组合（分项系数）标准组合标

8、准组合：正常使用极限状态设计时，采用标：正常使用极限状态设计时，采用标准值（或组合值）为荷载代表的组合准值（或组合值）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可变荷载采用准永久值为荷载代表的组合1 原位测试方法原位测试方法 (1) 深，浅层平板荷载板试验深，浅层平板荷载板试验 (2)其他原位试验其他原位试验2 公式计算公式计算3 经验类比经验类比荷载采用标准组合确定地基承载力荷载采用标准组合确定地基承载力niQikcikQGkSSSS21 荷载计算荷载计算SGK 永久荷载效应值永久荷载效应值SQiK 可

9、变荷载效应值，可变荷载效应值，SQ1K 表示起控制的可变荷载表示起控制的可变荷载三三 地基承载力计算地基承载力计算n荷载板试验荷载板试验n规范规定的公式规范规定的公式n经验方法经验方法千斤顶千斤顶荷载板荷载板承载力的标准（特征）值承载力的标准（特征）值fakn比例界限比例界限pcrn当当pu1.5 pcr时，取极限承载力一半时，取极限承载力一半渐变型曲线渐变型曲线ns/b = 0.010.015低压缩性土低压缩性土ns/b = 0.02高压缩性土高压缩性土深度宽度修正的特征值深度宽度修正的特征值)5 . 0()3(dbffmdbkaa（二）（二） 规范中设计承载力的确定规范中设计承载力的确定

10、fa=Mb b+Md md+Mcck fa :承载力特征值（设计值）承载力特征值（设计值）相当与相当与 p1/4=N B /2+Nq d+Ncc但当内摩擦角比较大时，但当内摩擦角比较大时， 2Mb N 基础宽度基础宽度b大于大于6m按按6m计算，砂土小于计算，砂土小于3m按按3m计算计算（三）（三） 经验类比法确定承载力经验类比法确定承载力查表得出承载力的标准值，做基础的宽度和查表得出承载力的标准值，做基础的宽度和深度修正深度修正基础埋深和基础尺寸确定基础埋深和基础尺寸确定下卧层持力层（受力层）持力层（受力层）FGD埋深基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸一一 基础埋深确定基础埋深确定 ( (一）基础

11、埋深确定的基本原则一）基础埋深确定的基本原则在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省料，但是有如下料，但是有如下基本要求基本要求： D大于大于50cm,表土扰动，植物，冻融，冲蚀表土扰动，植物，冻融，冲蚀 基础顶距离表土大于基础顶距离表土大于10cm，保护，保护 桥要求在冲刷深度以下桥要求在冲刷深度以下还有三项还有三项控制因素控制因素D大于大于10cm（二）（二） 结构要求结构要求1 1 地下室，地下管道（上下水，煤气电缆）地下室，地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修，要求地下室应在基底以上，便于维修，要求地下室, ,作用作用: :承载力变

12、形 补偿基础F 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸新旧相邻建筑物有一新旧相邻建筑物有一定距离定距离否则要求支护否则要求支护并且要严格限制支护并且要严格限制支护的水平位移的水平位移L/ H=12（二）（二） 结构要求结构要求LH基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸n基础埋深不同时(1) 主楼与裙房主楼与裙房 高度不同高度不同, ,分期施工设置后浇带分期施工设置后浇带（二）（二） 结构要求结构要求(2) 台阶式相连台阶式相连, 如山坡上的房屋如山坡上的房屋 或者验算边坡稳定性或者验算边坡稳定性L/ H=12三三 基础埋深和尺基础埋深和尺寸寸台北国际金融中心台北国际金融中心（三）地基及地质水文条件1 地下水位以上

13、地下水位以上,否则开挖降水否则开挖降水,费用大费用大扰动扰动2 土层分布情况土层分布情况(1) 浅基础还是深基础浅基础还是深基础(桩基础桩基础)(2) 天然还是人工地基天然还是人工地基(3) 如果是天然地基如果是天然地基,基础埋深的确定基础埋深的确定 根据土层分布根据土层分布 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸在满足其在满足其他要求下他要求下尽量浅埋尽量浅埋只有低层只有低层房屋可用房屋可用, ,否则处理否则处理尽量浅埋尽量浅埋但是如但是如h h1 1太小就为太小就为IIIIh14 m 桩基桩基或处理或处理（三） 地基及地质水文条件好土好土软土软土( (很深很深) )好土好土软土软土软土软土好土好土

14、I II III IVh1 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸h1（四）（四） 冻结深度冻结深度冻胀丘冻胀丘Pingo随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时，地随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时，地表就发生隆起，便形成冻胀丘。表就发生隆起，便形成冻胀丘。基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸冰椎冰椎 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸（四）（四） 冻结深度冻结深度1 冻胀危害及机理（1）冻胀及冻拔 地面隆起(不均匀) 翻浆,融陷,强度降低如果冻结深度大于融沉，称如果冻结深度大于融沉，称为永冻土

15、为永冻土 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸1 冻胀危害及机理冻胀危害及机理冻深毛细区毛细区地下水地下水1928-1929 Casagrande做了较深入的研究,美国北部:冰深45cm,冻胀13cm,=8%12%, 60%110%, 冰透镜达13cm冻结区冻结区基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸毛细水毛细水土颗粒土颗粒结合水结合水冰冰(2) 机理机理 复杂复杂,开始认为是水变成冰的体胀开始认为是水变成冰的体胀.自由水冻结温度自由水冻结温度0oc,结合水冻结温度结合水冻结温度-0.5-30oc基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸总结:开敞式水源,冻结慢,形成透镜体吸引毛细水吸引毛细水自由水自由水+ +外层外层( (

16、弱弱) )结合水冻结结合水冻结, ,形成冰针形成冰针, ,冰透镜冰透镜结合水膜变薄结合水膜变薄, ,离子浓度加大离子浓度加大, ,吸力增加吸力增加吸引地下水吸引地下水基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸2 发生冻胀的条件发生冻胀的条件（1） 土的条件土的条件 一般是细颗粒土。一般是细颗粒土。 砂土的毛细高度小，发生冰冻时体积膨胀，砂土的毛细高度小，发生冰冻时体积膨胀，孔隙水排走，骨架不变。太细的土，水分供应孔隙水排走，骨架不变。太细的土，水分供应不及时，冻胀也不明显。不及时，冻胀也不明显。（2） 温度条件温度条件 低于冻结温度低于冻结温度（3） 水力条件水力条件含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重

17、含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸3 按冻胀的地基土分类 老规范 土类，含水量，地下水位土类，含水量，地下水位Z0标准冻深多年实测最大冻结深度的平标准冻深多年实测最大冻结深度的平均值均值, 夏季地面开始往下算。夏季地面开始往下算。 北京北京 1.0m，哈尔滨，哈尔滨 2.0m，满洲里，满洲里 2.5m4 考虑冻胀的基础埋深dmin z0 t dfrZ0 标准冻深；dfr残留冻土层厚度Z0 tZ0dmin室内地面室内地面dfr4 4 考虑冻胀的基础埋深考虑冻胀的基础埋深冻胀率冻胀率 ：地面最大冻胀量：地面最大冻胀量/设计冻深设计冻深(%)hw冻结面与地下水的距离

18、冻结面与地下水的距离Zd设计冻深设计冻深 (h - z)冻胀后地面冻胀后地面原地面原地面 zzdh实测冻土厚度实测冻土厚度4 考虑冻胀的基础埋深dmin zd hmaxZd 设计冻深；hmax允许残留冻土最大厚度ZdZ0dmin室内地面hmax思考题：思考题：在辽宁某地修建一在辽宁某地修建一6 6层宿舍楼，层宿舍楼，9 9月底月底开工挖地基，开工挖地基，3 3月份建成第一层时发月份建成第一层时发现基础和墙面由于冻胀而开裂。设计现基础和墙面由于冻胀而开裂。设计的基础埋深完全满足冻深的要求，解的基础埋深完全满足冻深的要求，解释为什么发生冻胀破坏？释为什么发生冻胀破坏？ 5 5 基础尺寸的确定基础尺

19、寸的确定基本条件：基底压力的标准值不基本条件：基底压力的标准值不大于承载力的特征值大于承载力的特征值pk fa三三 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸中心荷载柱基础柱基础（1）底面积）底面积A的确定的确定*荷载荷载Fk+Gk Gk=Ad, 是基础加土是基础加土=20KN/m3*承载力特征值承载力特征值fa（暂不做宽度修正）（暂不做宽度修正）*基底面积Fk+Gk =Afa)5.0( fadDdfFAAfdAFakak三三 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸GkFk(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bl A, b b0+2htg , l l0+2htg 满足满足d h+

20、0.1m确定确定b, l 和和hhbtgt =45o (1:1) 30o (1:2)Fll0b0bbth三三 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸条基单位长度，确定基础宽度FhdfFbbfdbFakakbb0+2htg 确定h砖墙:承重墙b 6070cm, b0为24,37,48cm 非承重墙b 50cm三三 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸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)考虑偏心A=(1.11.4) A1 根据偏心大小根据A初步确定b和ldfFAak1F MeF+G三三 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸扩展基础（钢筋混凝土）n

21、埋置深度和平面尺寸的确定方法一埋置深度和平面尺寸的确定方法一刚性基础相同刚性基础相同n基础高度较小基础高度较小. .F btb0h0F三三 基础埋深和尺寸基础埋深和尺寸承载力和下卧层验算承载力和下卧层验算下卧层D埋深D q = D均布荷载持力层（受力层）持力层（受力层）基础FG主要受力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 承载力的设计值的确定b6m 按按6m, b/6, 此时此时pminb/6, 此时pmin1016%, 79度不液化* 非液化土层du很厚,地下水位dw很深(一定值) 不必进一步判断例: du 69

22、m, dw 58m,2 规范法判断地基液化液化(2)复判复判在以上初在以上初判的基础上判的基础上,用标准惯入击数用标准惯入击数N63.5反映砂土密度反映砂土密度首先饱和首先饱和,地下水以下地下水以下,砂土或粉土砂土或粉土cwscrddNN3)(1.09.00ds标惯点深度；标惯点深度； dw地下水深度，地下水深度， dsdw非液化非液化 c粘粒含量，粘粒含量，N0基准基准标惯击数标惯击数N0基准基准标惯击数标惯击数 7 8 9近震近震 6 10 16远震远震 8 12 /裂度裂度远近远近基础的结构设计基础的结构设计一一 砖基础砖基础240560240560二二 砖石基础砖石基础30030030

23、080 150 150素混凝土基础素混凝土基础一层台阶一层台阶120200240 60 170240 60 150 150两层台阶两层台阶算例算例 e=0.1 Il=0.2 w=0.1n=6(样本数样本数)北京地区，居民住宅，北京地区，居民住宅，条形基础，无地下室条形基础，无地下室，案例题案例题F=300kN/m素填土，素填土，.9kN/m3 Es=4MPa0.00-1.50-6.50-14.50w=29%; ; 9kN/m3; e=0.80; wl=37.7%,; wp=18.0% ,Es=8.8MPack=25kPa; k=18 。粘土。粘土-1.205m8mw=38%; ; 8kN/m3

24、; e=1.10; wl=25.0%,; wp=14.0% ,Es=3.0MPack=12kPa; k=10 。淤泥质土。淤泥质土密实砂砾密实砂砾石层石层1根据给定条件，比较合理的埋深应为：根据给定条件，比较合理的埋深应为：n(A)2.00mn(B)1.00mn(C)1.40mn(D)3.50m2.用经验类比（查表）法，第二层土的承载用经验类比（查表）法，第二层土的承载力标准值最接近于：力标准值最接近于：n(A)180kPan(B)200kPan(C)250kPan(D)150kPae=0.80; w=29%; wl=37.7%; wp=18.0% IL(w-wp)/Ip=0.558查表得承载

25、力基本值查表得承载力基本值215.36kPa e=0.1， IL=0.2， w=0.1n=6(样本数样本数)，回归修正系数回归修正系数 f 0.832承载力标准值承载力标准值179.2kPa.3.用经验类比（查表）法，第三层土的承载用经验类比（查表）法，第三层土的承载力标准值最接近于：力标准值最接近于：n(A)100kPan(B)80kPan(C)95kPan(D)112kPaw=38%;查表得承载力基本值查表得承载力基本值95kPa回归修正系数回归修正系数 f 0.832承载力标准值承载力标准值79.0kPa4.如果基础埋深定为如果基础埋深定为1.5米；基础宽度为米；基础宽度为1.7米。米。

26、根据理论公式计算，第二层土的承载力设计根据理论公式计算，第二层土的承载力设计值最接近于：值最接近于：n(A)220kPan(B)250kPan(C)300kPan(D)175kPafa=Mb b+Md md+Mcck表表5.2.5 k=18 , Mb0.43, Md2.72, Mc=5.31, =9kN/m3, m=18.92kN/m3fa=0.4391.7+2.7218.921.5+5.3125217kPa 承载力设计值承载力设计值 5. 如果基础埋深定为如果基础埋深定为1.5米；基础宽度为米；基础宽度为1.7米。米。根据查表计算，第二层土的承载力设计值最根据查表计算，第二层土的承载力设计值

27、最接近于：接近于：n(A)230kPan(B)210kPan(C)300kPan(D)175kPa承载力标准值承载力标准值179.2kPa进行宽度和深度修正进行宽度和深度修正 b0.3 d=1.6,承载力设计值承载力设计值fa179.2+1.618.92（1.50.5）=209.5kPa)5 . 0()3(dbffmdbkaa6软弱下卧层顶面处的土层自重应力最接近软弱下卧层顶面处的土层自重应力最接近于（于（kPa)：n(A)50n(B)100n(C)70n(D)80自重应力自重应力18.91.2+0.31994.7=70.7kPa7.基底的净压力（基底的净压力（P0)最接近于（最接近于（kPa

28、):n(A)155n(B)166n(C)177n(D)200(300+19.61.71.5)/1.7-18.91.5177kPa8.软弱下卧层顶面处的土层附加应力最接近软弱下卧层顶面处的土层附加应力最接近于（于（kPa)：n(A)72n(B)67n(C )83n(D)56z/b0.5, 模量比约为模量比约为3， 23o z(1771.7)/(1.7+24.7tan23o） 53kPa9.根据查表软弱下卧层的承载力设计值根据查表软弱下卧层的承载力设计值最接近于最接近于(kPa)：n(A)100n(B)120n(C)140n(D)150)5 . 0()3(dbffmdbkaa承载力标准值承载力标准值79.0kPa , d=1.1， m=11.4kN/m3承载力设计值承载力设计值fa79.+1.111.4（6.50.5）=154.2kPa10.将二、三两层分别按一层计算沉降，不进将二、三两层分别按一层计算沉降，不进行修正（设行修正（设 s=1.0)时，其沉降最接近于时，其沉降最接近于(cm):n(A)20n(B)30n(C)10n(D)3