土力学与基础工程7

1、第七章 浅基础设计7.1 地基基础设计的基本原则7.2 浅基础的类型7.3 基础埋置深度的选择7.4 地基承载力7.5 基础底面尺寸的确定7.6 地基变形验算7.7 扩展基础设计7.8 减轻不均匀沉降的措施7.1 地基基础设计的基本原则一、概述 地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、平面布置和上部结构类型，充分考虑建筑场地和地基岩土条件，结合施工条件以及工期、造价等各方面要求，合理选择地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证建筑物的安全和正常使用。二、选择地基基础类型主要考虑因素1、建筑物的性质2、地基的地质情况三、地基基础方案1.天然地基上的浅基础2.人工地基上的浅基础3.天然地基上的

2、深基础、桩基础人工地基：加固上部土层，提高土层的承载力，再把基础做在这种经过人工加固后的土层上。这种地基叫做人工地基。桩基础：在地基中打桩，把建筑物支撑在桩台上，建筑物的荷载由桩传到地基深处较为坚实的土层。这种基础叫做桩基础。深基础：把基础做在地基深处承载力较高的土层上。埋置深度大于5m或大于基础宽度。在计算基础时应该考虑基础侧壁摩擦力的影响。这类基础叫做深基础。浅基础：做在天然地基上，埋置深度小于5米的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5米，但小于基础宽度的大尺寸基础（如箱形基础），在计算中基础的侧面摩擦力不必考虑，统称为天然地基上的浅基础。四、常规设计 常用浅基础体型不大、结构简单，

3、在计算单个基础时，一般既不遵循上部结构与基础的变形协调条件，也不考虑地基与基础的相互作用。这种简化法也经常用于其它复杂基础的初步设计，称为常规设计。第七章 浅基础设计7.1 地基基础设计的基本原则7.2 浅基础的类型7.3 基础埋置深度的选择7.4 地基承载力7.5 基础底面尺寸的确定7.6 地基变形验算7.7 扩展基础设计7.8 减轻不均匀沉降的措施7.1 地基基础设计的基本原则人工地基：加固上部土层，提高土层的承载力，再把基础做在这种经过人工加固后的土层上。这种地基叫做人工地基。桩基础：在地基中打桩，把建筑物支撑在桩台上，建筑物的荷载由桩传到地基深处较为坚实的土层。这种基础叫做桩基础。深基

4、础：把基础做在地基深处承载力较高的土层上。埋置深度大于5m或大于基础宽度。在计算基础时应该考虑基础侧壁摩擦力的影响。这类基础叫做深基础。浅基础：做在天然地基上，埋置深度小于5米的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5米，但小于基础宽度的大尺寸基础（如箱形基础），在计算中基础的侧面摩擦力不必考虑，统称为天然地基上的浅基础。常规设计 常用浅基础体型不大、结构简单，在计算单个基础时，一般既不遵循上部结构与基础的变形协调条件，也不考虑地基与基础的相互作用。这种简化法也经常用于其它复杂基础的初步设计，称为常规设计。1、选择基础的材料和类型2、选择基础的埋置深度3、确定地基承载力4、根据地基承载力，确

5、定基础的构造尺寸，必要时进行下卧层强度验算。5、进行必要的地基验算（包括变形与稳定性验算）6、进行基础的高度设计7、绘基础施工图天然浅基础设计内容及步骤满足如下要求：1、承载力2、变形3、稳定4、基础本身（强度、刚度、耐久性、抗裂）设计基本原则两种极限状态设计承载能力极限状态：以结构内力（地基荷载）超过其承载能力为依据-各种失稳、结构破坏。正常使用极限状态：以结构（地基）的变形、裂缝、振动参数（老化蠕变）的限值为依据。有时间接通过应力控制（例如最大塑性深度的限制-容许承载力）五、地基基础设计的基本原则1. 防止地基土发生剪切破坏和丧失稳定性，应具有足够的安全度；2. 控制地基的变形量，使之不超

6、过建筑物的地基特征变形允许值；3. 基础本身应具有足够的强度、刚度和耐久性。建筑地基规范将地基基础设计分为三个设计等级某谷仓的地基整体破坏地基液化引起的建筑物破坏墨西哥市艺术宫 于1904年落成，至今已有100余年的历史。当地表层为人工填土与砂夹卵石硬壳层，厚度5m；其下为超高压缩性淤泥，天然孔隙比高达712，天然含水量高达150%600%，为世界罕见的软弱土，层厚达25m。因此，这座艺术宫严重下沉，沉降量竟高达4m。临近的公路下沉2m，公路路面至艺术宫门前高差达2m。参观者需步下9级台阶，才能从公路进入艺术宫。下沉量为一般房屋一层楼有余，造成室内外连接困难和交通不便，内外网管道修理工程量增加

7、。比萨斜塔-不均匀沉降始建于1173年，60米高。1271年建成平均沉降2米，最大沉降4米。倾斜5.5，顶部偏心2.1米相邻建筑物引起的不均匀沉降膨胀土地基上的建筑物7.2 浅基础的类型1、 砖石砌体 砖:标号不应低于MU10，大放角基础。两皮一收或两皮一收与一皮一收相间。毛石：未经加工整平的石料。注意其构造要求及台阶高宽比要求。 一、按基础材料分类2、混凝土和毛石混凝土 3、钢筋混凝土 4、灰土 石灰和土的体积比一般为3：7或2：8灰土干重度14.515.5KN/m3 ,容许承载力可达250300KPa。应：捏紧成团，落地开花5、三合土 其体积比一般为1：3：6或1：2：4（石灰：砂子：骨料

8、）。二、按构造分类1、独立基础: 烟囱、水塔、高炉等构筑物，有时也可采用壳体基础外，更多的是采用钢筋混凝上圆板或圆环基础及混凝土大块式基础2、条形基础：长度远大于宽度的基础。3、柱下十字形基础4、筏板基础(满堂红)5、箱形基础:目前在高层建筑中多采用6、壳体基础:一般适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑物的基础。 7.2 浅基础的类型1、刚性基础三.按材料性能分类（1）材料：砖、块石、毛石、砼、三合土等（2）特性：抗压强度大，抗拉、抗剪强度小（3）高度由构造满足要求 允许刚 性角（允许宽高比）（4）目的：使得基础内部产生压力而不产生拉力允许刚性角允许宽高比2、柔性基础三.按材料性能（

9、1）材料：钢筋混凝土（2）特性：抗压、抗拉、抗剪强度都大（3）高度由抗冲切验算满足（4）目的：使得基础不产生冲切破坏7.3 基础埋置深度的选择 一、概念1、基础埋置深度 基础底面至地面（一般指室外设计地面）的距离。2、基础埋深选择的意义影响：建筑物的安全和正常使用；基础施工技术措施；施工工期；工程造价。安全方面：对高层稳定、滑移的影响；地基强度、变形的影响；基础由于冻胀或水影响下的耐久性。3、基础埋深选择的原则在保证建筑物安全、稳定、耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。除基岩外，一般不宜小于0.5米。基础顶面应低于设计外地面100mm以上，以避免基础外露。1、建筑物的用途类型

10、及荷载大小性质(1)建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施等(2)上部结构对不均匀沉降敏感(3)基础承受较大垂直与水平荷载(4)在地震区或有振动荷载的基础(5)同一建筑物基础埋深不同(6)刚性基础构造要求二、影响基础埋深的因素2、工程地质条件和水文地质条件(1)根据工程地质条件选择合适的土层作为地基持力层是确定基础埋深的主要因素； 二、影响基础埋深的因素密实土A松软土B松软土C密实土密实土D软弱土第七章 浅基础设计7.1 地基基础设计的基本原则7.2 浅基础的类型7.3 基础埋置深度的选择7.4 地基承载力7.5 基础底面尺寸的确定7.6 地基变形验算7.7 扩展基础设计7.8 减轻不均

11、匀沉降的措施1、选择基础的材料和类型2、选择基础的埋置深度3、确定地基承载力4、根据地基承载力，确定基础的构造尺寸，必要时进行下卧层强度验算。5、进行必要的地基验算（包括变形与稳定性验算）6、进行基础的高度设计7、绘基础施工图天然浅基础设计内容及步骤3、基础埋深选择的原则在保证建筑物安全、稳定、耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。除基岩外，一般不宜小于0.5米。基础顶面应低于设计外地面100mm以上，以避免基础外露。1、建筑物的用途类型及荷载大小性质(1)建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施等(2)上部结构对不均匀沉降敏感(3)基础承受较大垂直与水平荷载(4)在地震区

12、或有振动荷载的基础(5)同一建筑物基础埋深不同(6)刚性基础构造要求二、影响基础埋深的因素2、工程地质条件和水文地质条件(1)根据工程地质条件选择合适的土层作为地基持力层是确定基础埋深的主要因素； 二、影响基础埋深的因素密实土A松软土B松软土C密实土密实土D软弱土2、工程地质条件和水文地质条件(2)合理选择地基持力层应考虑动态（渗流力、浮托力）的作用；二、影响基础埋深的因素承压水位Dh0粘土层卵石层h粘土层底面土压力应大于粘土层底部单位面积上受到承压水的浮托力，以免开挖基槽，坑底土被承压水冲破引起突涌或流砂现象。2、工程地质条件和水文地质条件(3)一般基底宜设置在地下水位以上；(4)必须置于地

13、下水位以下时，则应考虑地下水对基础是否有侵蚀性，以及施工时基坑排水及坑壁围护等问题。二、影响基础埋深的因素3、相邻建筑物的基础埋深(1)当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑物的基础埋深。(2)当埋深大于原有建筑物的基础埋深时，两基础之间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑物荷载大小、基础型式和土质情况而定。 (3)如上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物的地基。二、影响基础埋深的因素3、相邻建筑物的基础埋深二、影响基础埋深的因素4、地基土冻胀和融陷的影响二、影响基础埋深的因素1、选择基础的材料和类型2、选择基础的埋

14、置深度3、确定地基承载力4、根据地基承载力，确定基础的构造尺寸，必要时进行下卧层强度验算。5、进行必要的地基验算（包括变形与稳定性验算）6、进行基础的高度设计7、绘基础施工图天然浅基础设计内容及步骤7.4 地基承载力 一、概念1、地基承载力：地基在保证其稳定的前提下，满足建筑物各类变形要求时的承载能力。2、地基承载力的确定方法：a、按土的抗剪强度指标确定；b、按地基载荷试验确定；c、按地基规范承载力表确定；d、根据相邻条件相似的建筑物经验确定。7.4 地基承载力 二、按土的抗剪强度指标确定1、建筑地基规范推荐的理论公式2、魏锡克公式（或汉森公式）当e0.033b，根据土的抗剪强度指标确定地基承

15、载力fa 土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值Mb、Md、Mc 承载力系数（可根据k查表7.9得到)地基土的重度，地下水位以下取浮重度d基础埋置深度(m)，从室外地面标高计算m基础底面以上土的加权重度，地下水位以下取浮重度b 基础底面宽度，大于6m时，按6m取值，对于砂土小于 3m时按3m取值ck 基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值1、建筑地基规范推荐的理论公式 二、按土的抗剪强度指标确定2、魏锡克公式（或汉森公式）-总安全系数设计原则三、按地基载荷试验确定1、载荷试验法 是在保持地基土天然应力和结构状态情况下，模拟建筑物荷载条件，通过一定面积的承压板向地基施加垂向荷载，研究地基土变形和

16、强度规律的一种原位试验。试验中土的受力条件近似无侧限压缩。三、按地基载荷试验确定1、载荷试验法 pup0s千斤顶荷载板平衡架 拉锚由拐点得地基极限承载力pu，除以安全系数K得容许承载力p平板载荷试验要点0.5m 0.5m, 0.71 m 0.71m, 1.0m 1.0mB3b(3d)，以消除侧向土自重引起的超载影响 同一土层参加统计的试验点不应少于3点，各试验实测值的极差不得超过其平均值的30%，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。逐级加荷，逐级观测、记录土的变形量，直至地基土达到破环状态(承压板周围土出现明显裂缝或隆起，变形急剧增加，p-s曲线出现陡降段等)。 8-10级每级稳定的

17、标准承载力的标准（特征）值按载荷试验成果确定地基承载力特征值ps0 p-s曲线确定地基承载力特征值1.当ps曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；2.当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；3.当不能按上述二点确定时，如压板面积为0.250.50m2，可取s/b=0.010.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。ps02、静力触探试验法（CPT） (cone penetration test)探头QfQcF钻杆用静压力匀速将装有标准规格探头的触探器压入土中，通过压力传感器及电阻应变仪测出土层对探头的贯入阻力。探头贯入阻力的大小直接反映了土的强度的

18、大小，把贯入阻力与荷载试验所得到的地基容许承载力建立相关关系，从而即可按照实测的贯入阻力确定地基的容许承载力值。还可以把土的贯入阻力与土的变形模量及压缩模量建立相关关系，从而可以确定变形模量和压缩模量 方法介绍：探头阻力Q可分为两个部分1.锥头阻力Qc 2.侧壁摩阻力Qf 比贯入阻力：探头单位截面积的阻力 3、标准贯入试验法（SPT） (standard penetration test)试验时，先行钻孔，再把上端接有钻杆的标准贯入器放至孔底，然后用质量为63.5kg的锤，以76cm的高度自由下落将贯入器先击入土中15cm，然后测继续打30cm的所需要锤击数，该击数称为标准贯入击数 建立标准贯

19、入击数与地基承载力之间的对应关系，可以得到相应标准贯入击数下的地基承载力 四、 按地基规范承载力表确定规范规定：当b3m或d0.5m，地基承载力特征值应该进行修正fa 修正后的地基承载力特征值fak 地基承载力特征值，根据强度指标确定b、 d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（可查表7.10）说明：规范规定地基承载力特征值还可以由载荷试验或其它原位测试、并结合工程经验等方法综合确定五、例题分析【例】某一柱下钢筋混凝土单独基础如图所示，已知基础底面尺寸为3.05.1m。1、按第2层粉质粘土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值 ；2、已知土层2的地基承载力特征值 ，试按地基规范承载力表确定地基承载力特征值。F1M粉质粘土F2粉质粘土淤泥质土10005003.05.1m7.5 基础底面尺寸的确定天然地基上浅基础的设计包括内容：1.选择基础的材料、类型和平面布置；2.选择基础的埋置深度；3.确定地基承载力；4.确定基础尺寸；5.进行地基变形与稳定性验算；6.进行基础结构设计；7.绘制基础施工图，提出施工说明。 一、按地基持力层的承载力计算基底尺寸 设计时，先选定埋深d并初步选择基底尺寸，求得持力层承载力设计值fa ，再验算并调