天然地基上的浅基础关键考点讲解

1、天然地基上的浅基础关键考点讲解小结Prandtl 基底光滑,无重介质Terzaghi 可光滑,可粗糙, 0地基承载力极限承载力容许承载力PcrP1/4P1/3BpuDC45245- 290o设计承载力目前规范中设计承载力的确定1. 静载荷试验fa = fak+b (b-3) +dm()fak :静载荷试验确定的承载力-特征值fa ：深宽修正后的承载力特征值荷载板容许承载力承载力的特征值 fak荷载沉降曲线有直线段 取 比例界限pcr 当pu2.0 pcr时 取pu / 2渐变型曲线 s/B低压缩性土 s/B高压缩性土地基勘察方法 pu pcrs (mm)荷载沉降曲线 (kPa)目前规范中设计承

2、载力的确定2. 承载力 公式法： fa= Mb b + Md md+ Mcck fa :承载力特征值（设计值） 相当与 p1/4 = N B /2 + Nq d + Ncc其中ck, k 为抗剪强度指标的标准值 即试验参数的平均值乘以统计修正系数容许承载力第五章天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础设计Shallow foundation in natural groundGB50007-20021 浅基础的设计方法2 基础分类3基础埋深确定4 地基计算承载力、变形、稳定5 基础设计天然地基：天然土层，不对地基土做处理浅基础： (1)埋深小于5m的柱基或墙基， (2)埋深小于基础宽度的筏基、箱基

3、，埋深大于5m， (3)不考虑基础侧面摩擦力DD天然地基下卧层持力层(受力层)主要受力层地基与基础设计地面FGD埋深D q = D均布荷载天然地基浅基础人工地基：加固上部土层，提高承载力。地基处理软土人工地基浅基础桩基础和深基础将荷载传递到下部好土层新加坡发展银行,四墩, 每墩直径大直径钻孔桩风化砂岩及粉砂岩部分风化及不风化泥岩桩基础深基础第1节 浅基础的设计方法和步骤一 地基基础的设计方法 容许承载力设计 正常使用极限状态 单一安全系数设计 基于可靠度的分项系数设计(一) 容许承载力设计方法地基的容许承载力: (1)基底压力不能超过地基的极限承载力，并且有足够的安全度。 (2) 地基变形不能

4、超过允许变形值设计方法承载能力极限状态(二)可靠度设计方法以概率理论为基础的极限状态设计方法 荷载S和抗力R的关系 ZRSZ0 结构处于失效状态, Z0 结构处于极限状态。f(Z)Z=R-SZmzpf采用可靠指标 评价安全性地基基础的设计方法安全系数Fs相同，可靠指标 不同f(R)f(S)S ,RSmRmf(R)f(S)S ,RSm Rm地基基础的设计方法(二)可靠度设计方法结构物在规定条件下和时间内(50年)完成预定功能的概率称为结构可靠度上部结构已经采用这种设计方法地基基础比较难目前采用考虑一定变异性的分项系数的实用方法地基基础的设计方法二 荷载计算1 荷载种类永久(恒)荷载:(1)不随时

5、间变化,(2)变化与均值比可以忽略,(3)单调变化并趋于极值。可变(活)荷载：变化与均值比不可以忽略偶然(特殊)荷载：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。荷载计算2 荷载效应上部结构F：结构自重 屋面楼面荷载 活荷载基础自重G：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，只做校核荷载计算GGGG3 荷载组合极限状态设计标准组合：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，承载力验算基本组合：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)，冲切验算准永久组合：正常使用极限状态设计时，对于可变荷载采用准永

6、久值为荷载代表的组合,沉降验算荷载计算三浅基础设计步骤No结构、地质和环境资料基础结构类型、建筑材料地基承载力 荷载 基础初步尺寸基础结构和构造设计基础设计图、施工图、预算书确定持力层、基础埋深 验算承载力、变形和稳定基坑设计一 浅基础的分类1 按基础埋深分类2 按基础的结构形式分类3 按基础刚度分类无筋扩展(刚性)基础扩展基础4 按基础材料分类浅基础分类第2节 浅基础的类型2 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 foundation独立基础的主要受力层深度 浅基础分类2) 条型基础墙下或柱下条形基础, 柱下:一般是土质差,

7、两侧单独基础相连Strip foundation条形基础的主要受力层深度 浅基础分类3) 十字交叉基础柱下:土质更差,或荷载很大,四面基础相连纵向条形基础横向条形基础浅基础分类Cross Strip footing4) 片筏基础土质更差,单独基础联成整体,游泳馆,筏下有肋,板下处理浅基础分类Mat foundation5) 箱形基础 Box foundation有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好底板外墙内墙浅基础分类6) 壳体基础 Shell foundation浅基础分类2 按基础的结构形式 单独基础 Individual footing pad foundation 条形基础 Strip f

8、ooting 十字交叉基础 Cross strip footing 筏板基础 Mat foundation 箱形基础 Box foundation 壳体基础浅基础分类Mat foundation3 按基础刚度分类无筋扩展基础 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1.1 1.5与材料和荷载有关Fbth0F浅基础分类4 按基础材料分类砖石料混凝土钢筋混凝土灰土三合土浅基础分类三浅基础设计步骤No结构、地质和环境资料基础结构类型、建筑材

9、料地基承载力、荷载和基础初步尺寸基础的结构和构造设计基础设计图、施工图、预算书确定持力层、基础埋深 验算承载力、变形和稳定基坑设计第3节 基础的埋置深度独立基础主要受力层 条形基础主要受力层 下卧层持力层(受力层)设计地面FG埋深 D基础埋深和尺寸一 基础埋深确定 (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。省工省时省料，但是有如下基本要求：1 D大于50cm,表土扰动，植物，冻融，冲蚀2 基础顶距离表土大于10cm，保护3 桥要求在冲刷深度以下还有三项控制因素D大于10cm(二) 结构要求1 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,作用:承载力变

10、形 补偿基础 基础埋深和尺寸F管道美国世贸大厦地下7层(二) 结构要求1 新建筑物基础埋深浅2 新旧相邻建筑物有一定距离 L/ H=12 否则要求支护 严格限制支护水平位移 基础埋深和尺寸新旧LH(二) 结构要求基础埋深不同时(1) 主楼与裙房 高度不同,分期施工(2) 台阶式相连, 如山坡上的房屋 或者验算边坡稳定性三 基础埋深和尺寸台北国际金融中心L/ H=12(三)地基及地质水文条件1 地下水位以上 否则开挖降水,费用大扰动2 土层分布情况(1) 浅基础还是深基础(桩基础)(2) 天然还是人工地基(3) 天然地基, 埋深根据土层分布定 基础埋深和尺寸台北国际金融中心珠海祖国广场在满足其他

11、要求下尽量浅埋只有低层房屋可用,否则处理尽量浅埋但是如h1太小就为IIh14 m 桩基或处理(三) 地基及地质水文条件好土软土(很深)好土软土软土好土 I II III IVh1 基础埋深和尺寸h1(四) 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，称为永冻土 基础埋深和尺寸地下冰基础埋深和尺寸冻胀丘Pingo 基础埋深和尺寸冻胀丘Pingo 基础埋深和尺寸热融1 冻胀危害及机理冻深毛细区地下水1928-1929 Casagrande做了较深入的研究,美国北部: 冰深45cm, 冻胀量13cm, =8%12%, 60%110%,

12、冰透镜达13cm冻结区考虑冻胀的基础埋深(2) 机理 复杂,开始认为是水变成冰的体胀.自由水冻结温度0oc,结合水冻结温度-0.5-30oc毛细水土颗粒结合水冰考虑冻胀的基础埋深总结:开敞式水源,冻结慢,形成透镜体自由水+外层(弱)结合水冻结,形成冰针,冰透镜结合水膜变薄,离子浓度加大吸力增加吸引毛细水吸引地下水毛细水土颗粒结合水冰考虑冻胀的基础埋深2 发生冻胀的条件(1) 土的条件 一般是细颗粒土。砂土的毛细高度小，发生冰冻时体积膨胀，孔隙水容易排走，骨架不变。太细的土，水分供应不及时，冻胀也不明显。(2) 温度条件 低于冻结温度(3) 水文条件含水量，具有开放性条件，粉土冻胀严重 毛细高度

13、大 渗透性相对较低考虑冻胀的基础埋深天然地基上的浅基础设计Shallow foundation on natural groundGB50007-20021 浅基础的设计方法2 基础分类3基础埋深确定4 地基计算承载力、变形、稳定5 刚性基础设计6 扩展基础设计7. 基础的结构设计 无筋基础刚性角无筋扩展基础 砖、石、灰土，素混凝土 材料抗拉强度较低有基础台阶宽高比(刚性角)要求扩展基础(柔性基础)钢筋混凝土满足抗弯,抗剪和抗冲切等结构要求与材料和荷载有关Fbth0F小节基础埋深小节一 基础埋深确定 确定的基本原则 满足承载力的条件下尽量浅埋。基本要求： 1 D大于50cm 2 基础顶距离表土

14、大于10cm 3 桥基础在冲刷深度以下三项控制因素 结构要求 地质水文条件 冻胀要求2 发生冻胀的条件(1) 土的条件粉土冻胀严重 毛细高度大 渗透性相对较低砂土 不易冻胀 粘土 水分供应不及时，冻胀也不明显。(2) 温度条件 低于冻结温度(3) 水文条件 含水量高，具有开放性水分补给条件考虑冻胀的基础埋深3 按冻胀的地基土分类 不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻胀，特强冻胀考虑冻胀的基础埋深冻胀后地面h设计冻深 zd(h -h)z0 ( h)实测冻土厚度原地面zdz0标准冻深多年实测最大冻结深度的平均值z0z0标准冻深多年实测最大冻结深度的平均值北京 ，哈尔滨 ，满洲里 考虑冻胀的基础埋深4 考虑冻

15、胀的基础埋深设计冻结深度 zd z0 zs zw zeZ0 标准冻深 受土性和环境因素影响考虑冻胀的基础埋深设计冻深 zd(h -h)冻胀后地面原地面hZ0 ( h)实测冻土厚度zd4 考虑冻胀的基础埋深设计冻结深度 zd z0 zs zw ze考虑冻胀性，基础最小埋置深度dmin zd - hmaxhmax 残留冻土层厚度zdz0dmin室内地面hmax考虑冻胀的基础埋深案例分析8：在辽宁某地修建一6层宿舍楼，9月底开工挖地基，3月份建成第一层时发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，解释为什么发生冻胀破坏？ 考虑冻胀的基础埋深一 地基承载力计算和基础底面积的确定(一

16、) 承载力计算1 荷载板试验2 规范规定的公式3 经验方法千斤顶荷载板第四节 地基计算地基计算现场载荷试验确定承载力特征值fak经验方法确定确定承载力特征值fak深度宽度修正的特征值 p50地基承载力计算b 、d 为宽度深度修正系数，按持力层土查基础宽度b大于6m按6m计，小于3m按3m计本章基础宽度和埋深符号采用小写 b和d2 规范中设计承载力的确定 fa = Mbb + Md md + Mcck fa :承载力特征值(设计值)相当与 p1/4=NB /2+Nq d+Ncc基础宽度B大于6m按6m计算，砂土小于3m按3m计算，先初步估计B, B (b)为基础短边地基承载力计算bl(二) 根据

17、持力层承载力确定基础面积基本条件：基底平均压力p不大于持力层承载力的特征值fap fa1) 确定基础尺寸2) 验算持力层承载力持力层承载力GFfa1 中心荷载柱基础(1) 底面积A的确定荷载F+G G=A d, 是基础加土的容重=20kN/m3承载力特征值 fa (如果是荷载板试验暂不做宽度修正)基底面积F+G =AfaGF基础底面积(2) 长和宽,高度的确定单独无筋扩展基础b l A b b0+2h tg l l 0 +2h tg满足d h确定b, l 和h=45o (1:1) 30o (1:2)基础底面积Fll0b0bbth2 条形基础单位长度，确定基础宽度Fhbb0+2htg 确定h砖墙

18、:承重墙b 6070cm, b0为24,37,48cm 非承重墙b 50cm持力层承载力和基础底面积3 偏心荷载以柱下独立基础为例(1) 按中心荷载确定底面积A1(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lF MeF+G持力层承载力和基础底面积4 扩展基础(钢筋混凝土)埋置深度和平面尺寸的确定方法一刚性基础相同基础高度较小.Fbth0F持力层承载力和基础底面积(三) 承载力验算初步确定了埋深和尺寸后,需要一系列验算(一) 持力层验算1 承载力根据实际宽度计算 b 6m 按6 m, 3m 按3m 荷载板试验fa = Mb b + Md md + Mc ck 基础宽度

19、b大于6m按6m计算，砂土小于3m按3m计算地基承载力验算2 承载力验算根据初步确定的d与b，确定fa(1)中心荷载(2)偏心荷载 * *高层建筑 *地震可能出现eb/6, pmin0基础的验算地基承载力验算blMae3ae采用不对称柱实际基底与土之间不能传递拉应力，基底压应力分布如图。一部分脱开。要求3a b，即脱开面积小于25%不满足时 增加A 增加l, 减少b, A不变 采用不对称柱地基承载力验算(三) 软弱下卧层承载力验算存在软弱下卧层时，要验算1) 按中心荷载确定基底压力 p = (F+G)/A2) 基底原自重应力 c03) 基底附加应力 p0=pk-c04) 扩散角 与Es1/ E

20、s2及z/b有关 持力层太薄不起作用地基承载力验算p0=pk-c0F dzc0cz软土Es1Es25) 软弱下卧层顶部附加应力 查表2176) 软弱下卧层承载力 (规范)按基础宽度和下卧层深度计算 (荷载板)做深度修正不做宽度修正地基承载力验算F p-c0dzc0cz软土Es1Es2(四) 地基的稳定验算深层滑动PhPv表层滑动PhPv地基承载力验算二 地基变形验算(一) 地基变形要求甲级和部分乙级建筑，在满足承载力要求外，还要验算沉降大部分乙级建筑物查表确定承载力，无需验算沉降特殊原因地基变形：沉降量、沉降查、倾斜和局部倾斜地基变形验算沉降计算时的荷载准永久组合(1)基本原理:分层总合法,

21、规范为方便采用“平均附加应力系数法” 有应力的量纲 (2)计算最终沉降S=s Si 计算深度确定 s 0.025 S2 沉降计算地基变形验算平均附加应力系数法：Ai = p0(izi- i-1 zi-1)si=zihi/Esi=Ai/Esis=s siz0zi-1zihizib地基变形验算(3)地基最终沉降S=sSs沉降计算经验系数,因为在前面计算中,忽略了侧向变形及取样扰动s=1.4 0.2, (1)与土质软硬Es有关,是多层平均值,(2)与基底净附加应力p0/fk的大小有关，地基变形验算3 沉降不满足时,修改设计增大尺寸(减少p0)增加埋深(减少p0),尤其增加地下室-补偿基础地基处理调整

22、荷载地基变形验算 荷载计算二 基础尺寸三 基础高度四 基础验算第五节 刚性基础设计取一延米计算荷载取1开间算总荷载，再均分刚性基础设计砖基础基础的结构设计240560240560刚性基础设计砖石基础30030030080 150 150刚性基础设计素混凝土基础一层台阶120200240 60 170240 60 150 150两层台阶刚性基础设计天然地基上的浅基础设计Shallow foundation on natural groundGB50007-20021 浅基础的设计方法2 基础分类3基础埋深确定4 地基计算承载力、变形、稳定5 刚性基础设计6 扩展基础设计7. 基础的结构设计基础高

23、度较小，要满足冲切要求第六节 扩展基础设计一 扩展基础破坏形式2121纯剪斜压弯曲F冲切扩展基础设计二 单独基础冲切破坏验算荷载采用基本组合基底压力计算时只考虑F,不考虑G刚性基础设计45o1单独基础中心荷载F1=Acpehftbph0Ac 为阴影面积bp 冲切锥体破坏面上下 边周长的平均值ft 混凝土抗拉强度h0h0acah 冲切截面高度影响系数h045o2 单独基础偏心荷载冲切破坏四 基础的验算amh0h0l0lh 冲切截面高度影响系数F1=Acpeh ft am h0Ac为阴影面积bp冲切锥体破坏面上下边的平均值ft 混凝土抗拉强度3 单独基础弯矩计算b0(b-bc)/2b(b-bc)/

24、2(a- ac)/2aca(a- ac)/2四 基础的验算baIIIa1II截面II，IIII处的弯矩b0(b-bc)/2b(b-bc)/2(a- ac)/2aca(a- ac)/2IIIa1II三浅基础设计步骤No结构、地质和环境资料基础结构类型、建筑材料地基承载力、荷载和基础初步尺寸基础的结构和构造设计基础设计图、施工图、预算书确定持力层、基础埋深 验算承载力、变形和稳定基坑设计第七节 基础的抗震验算Kobe earthquake, 1995环球火山地震带欧亚大陆日本1995 发生破坏的大开车站阪神地震中液化液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变成流动状态的一种现象神户码头：大面积砂土液

25、化很大的侧向变形和沉降，建筑物倒塌或严重损伤 储油罐倾斜液化引起的河道破裂Concrete-frame structure with a mid-story collapse 1999 年9月21日台湾大地震台中县，石冈坝由于通过逆冲断层破坏台中县太平市1999 年9月21日台湾大地震台中县台中县雾峰乡 一 抗震验算(一) 动荷载和抗震承载力1 抗震承载力 pE=sf s=11.5(软硬)为提高系数 由于特殊荷载安全系数降低 在动荷载作用下,动强度偏高抗震验算2 基底压力计算(拟静力法)将地震作用等效为惯性力,按静荷载分析计算(1) 荷载组合 GE计算地震时结构总荷载 G 基础加周围土重 FE 地震引起的惯性力 M FE引起的地面位置的力矩pmaxFEGMGED抗震验算(2)ae3a不脱离脱离抗震验算3 水平地震力FE的计算FE=Geq 单层Geq = Ge 多层Geq = 0.8