第七章天然地基上的浅基础设计课件

城市轨道交通学院天然地基上浅基础的设计城市轨道交通学院天然地基上浅基础的设计1基础的分类基础埋置深度减小不均匀沉降的措施浅基的设计和计算讲授内容基础的分类基础埋置深度减小不均匀沉降的措施浅基的设计和计算讲2

常用的砖、灰土、混凝土、毛石、三合土等,属于刚性材料，抗压强度较高，但抗拉及抗剪强度偏低，由刚性材料制作的基础称为刚性基础。

刚性基础一、基础的分类

常用的砖、灰土、混凝土、毛石31）砖：就地取材，价格低廉，施工简便，但强度、耐久性、抗冻性差。2）灰土:石灰和粘性土按3：7或2：8混合而成，逐层虚铺并夯实，其脆性大。3）混凝土：为节省水泥用量，可掺入30%体积的毛石，强度和耐久及抗冻均较好。4）毛石：未加工整平的石料，就地取材，强度高未风化。5）三合土：用石灰、砂、骨料按体积为1：2：4~1：3：6配成。南方地区常用。开拓知识点1）砖：就地取材，价格低廉，施工简便，但强度、耐久性、抗冻性4柔性基础用抗拉、抗压、抗弯、抗剪均较好的钢筋混凝土材料做基础（不受刚性角的限制），用于地基承载力较差、上部荷载较大、设有地下室且基础埋深较大的建筑.在混凝土基础底部配置受力钢筋，利用钢筋受拉，这样基础可以承受弯矩，也就不受刚性角的限制。所以钢筋混凝土基础也称为柔性基础。一、基础的分类柔性基础用抗拉、抗压、抗弯、抗剪均较好的钢筋混凝土材51、独立基础：也叫“单独基础”，最常用的是柱下基础。2、条形基础：条形基础是墙下最常用的一种基础形式，当柱下独立基础不能满足要求时，也可以使用条形基础。条形基础分为1）墙下条形基础2）柱下条形基础3）十字交差钢筋混凝土条形基础”。若是相邻两柱相连，又称“联合基础”或“双柱联合基础”。3、筏板基础：按其构造形式可以分为“梁板式”和“平板式”。4、箱型基础：由钢筋混凝土底板、顶板和纵横交错的内外隔墙组成。具有很大的空间刚度和抵抗不均匀沉降的能力，抗震性能好，且顶板与底板之间的空间可以做地下室。5、壳体基础：其现阶段主要用于筒形构筑物的基础。6、岩层锚杆基础：高塔工程中应用。一、基础的分类浅基础1、独立基础：也叫“单独基础”，最常用的是柱下基础。一、基6正倒椎M形组合壳体基础筏板基础（平板式和肋梁式）一、基础的分类浅基础正倒椎M形筏板基础一、基础的分类浅基7一、基础的分类深基础位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础，称为深基础，如桩基、地下连续墙、墩基和沉井等。墩基础桩基础一、基础的分类深基础位于地基深处承载力较高的土层上，81)建筑物的用途，有无地下设施，基础和形式和构造；

2)作用在地基上的荷载大小和性质；

3)工程地质和水文地质条件；

4)相邻建筑物的基础埋深；

5)地基土冻胀和融陷的影响。

小桥涵基础埋深还应考虑，冲刷深度和冰冻深度二、基础埋置深度1.基础埋置深度的影响因素选择基础埋深实质就是选择合适的地基持力层1)建筑物的用途，有无地下设施，基础和形式和构造；

2)92.原则及基本要求

在满足承载力的条件下尽量浅埋，基本要求：

1）基础顶距离表土大于10cm

2)除岩石以外，d大于100cm

3)要求在局部冲刷深度以下安全值范围（常规值为1米）4）要求不小于冻结深度线以下0.25米。（哈尔滨冻结线2米左右,北极圈最厚的地方达1400米

）

5）相邻建筑的基础，新基础不能大于旧基础埋深，否则需保证间距。二、基础埋置深度2.原则及基本要求

在满足承载力的条件下尽量浅埋，基本要10主要测站最大冻土深度杭州5厘米；上海至武汉一线8-10厘米；合肥11厘米；济南—西安45厘米；北京85厘米；兰州—银川103厘米；呼和浩特、沈阳120厘米以上；哈尔滨200厘米；长春150厘米；丹东、大连90厘米。最大冻结深度冻土最深的地方是在大兴安岭北部、新疆和青藏高原，内蒙古的二连浩特和新疆的乌恰都在300厘米以上，位于新疆天山腹地的和静县巴音布鲁克气象站，曾记录到439厘米的深度，是我国冻土记录中的冠军。青藏公路昆仑山北坡、西藏北部安多地区永久冻土层厚达80—100米

。主要测站最大冻土深度杭州5厘米；上海至武汉一线8-10厘米11三、浅基设计和检算（埋深5米内）1)刚性角要求为确保基础底面不产生拉应力，最大限度地节约基础材料。构造上通过限制刚性基础宽高比来满足刚性角的要求（参规范）。2)基础底面宽度bmax的要求1.刚性基础设计要求b0αbHc三、浅基设计和检算（埋深5米内）1)刚性角要求1.刚性基础设12三、浅基设计和检算1）基础高为顶面和底面标高之差。2）通常情况下，基础的襟边不得小于15~30cm。3）基础断面可做成梯形，也可做成阶梯形，每踏步高75cm。4)刚性角一般为30~40°。2.基础设计常规尺寸三、浅基设计和检算1）基础高为顶面和底面标高之差。2.基础设13三、浅基设计和检算3.浅基础的主要检算项目1）地基强度检算（持力层和软弱下卧层）2）基底偏心检算（）3）基础稳定性检算（抗倾覆、抗滑动稳定）4）沉降检算（仅计算恒载下的基础均匀和沉降差）三、浅基设计和检算3.浅基础的主要检算项目14三、浅基设计和检算1.地基强度检算（持力层和软弱下卧层）1)持力层强度检算

（曲线上时为双向偏心）2）软弱下卧层强度检算首先判别是否属于软弱下卧层。方法为：规范法分别计算持力层和下卧层的容许承载力，如若下卧层小于持力层值，则确认为软弱下卧层。软弱下卧层顶的总应力要求满足：三、浅基设计和检算1.地基强度检算（持力层和软弱下卧层）152.基底偏心检算要求满足：

（ρ为截面核心半径）三、浅基设计和检算2.基底偏心检算三、浅基设计和检算16三、浅基设计和检算3.基础稳定性检算1）抗倾覆稳定性2）抗滑动稳定性（y:基底截面形心至最大受压边缘的距离）三、浅基设计和检算3.基础稳定性检算（y:基底截面形心至最大17三、浅基设计和检算4.沉降检算计算沉降仅考虑恒载的作用，要求1）基础均匀总沉降值小于2）相邻基础沉降差小于

(L为相邻墩台间的跨径长度，以米计，小于25米，以25米计)三、浅基设计和检算4.沉降检算18三、浅基设计和检算基础上的荷载1.永久荷载（恒载）是指作用位置和大小、方向固定不变的荷载。1）作用在桥梁上部结构的恒载，主要是结构物自身的重力及附属设备等外加重力等。2）作用在墩台的恒载，主要是上部结构的恒载支座作用力、墩台本身重力、土压力及其引起的土侧压力或水浮力（水中墩台）、基础变位影响力、混凝土收缩徐变力、预应力结构的预应力等。三、浅基设计和检算基础上的荷载1.永久荷载（恒载）19三、浅基设计和检算基础上的荷载2.可变荷载（分为基本可变荷载即活载和其它可变荷载）1）基本可变荷载主要部分是车辆荷载及其影响力；

包括：汽车、汽车冲击力、离心力、汽车引起的土侧压力、人群、平板挂车或履带车、平板挂车或履带车引起的土侧压力等。2）其它可变荷载包括自然和人为产生的各种变化力。

包括：风力、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度影响力、支座摩阻力等。三、浅基设计和检算基础上的荷载2.可变荷载（分为基本可变荷载20三、浅基设计和检算基础上的荷载3.偶然荷载是指偶然或极少出现的荷载。比如地震力、船只或漂流物的撞击力等。4.荷载组合以上各种荷载及外力，并非同时作用于桥梁上，它们发生的机率也各不相同，因此，设计桥涵时，应根据结构物的特性，考虑它们同时作用的可能性进行适当的组合。根据各种荷载的重要性，荷载的组合分为六类。（选择最不利荷载组合进行检算，并且通常以纵向验算控制设计。）三、浅基设计和检算基础上的荷载3.偶然荷载21算例某桥梁，无水，采用矩形基础，基础的尺寸见下图，桥址土质为松散碎石土，基本承载力为400kpa，天然容重为17KN/m3.已知基顶合力（不包括基础和覆土重）如下表，试进行基础检算。项目单孔轻载单孔重载双孔重载竖向力N（KN）106001100011800力矩M(KN.m)9900101009400水平力H(KN)390390390基顶合力表算例某桥梁，无水，采用矩形基础，基础的尺寸见下图，桥22437637427627纵向横向（单位：cm）100100200桥墩基础尺寸图437637427627纵向横向23基底合力计算计算基础和覆土重G：项目单孔轻载单孔重载双孔重载竖向力N（KN）131501355014350力矩M(KN.m)106801088010180水平力H(KN)390390390基底合力计算项目单孔轻载单孔重载双孔重载竖向力N（KN）13242.基底截面特性计算W的计算分析?m2.基底截面特性计算W的计算分析?m253.基底应力强度检算1）单孔重载的应力：2）双孔重载的应力：3）基底容许承载力计算

600.578.7603.7115.7查规范：k1=2.5，k2=4.5代入上式得[σ]=658kpa.4）基底强度由双孔重载控制σmax=603.7kpa<[σ]=

658kpa（合格）。3.基底应力强度检算600.578.7603.7115264.基底偏心距检算由数据表知：单孔轻载控制e=0.81<ρ=1.05(合格)5.稳定性检算由数据表知：单孔轻载控制。抗倾覆稳定系数K=y/e=3.9>1.5(合格)抗滑移稳定系数

(f=0.5)(合格)6.基础沉降量检算略每一项检算中如何判别最不利荷载组合？4.基底偏心距检算5.稳定性检算每一项检算中如何判别27

1、建筑措施

1）体型简单；2）设沉降缝；3）控制相邻建筑物间距；4）建筑物标高的控制

2、结构措施

1）减轻自重，如摩天大楼，钢结构；2）采用筏基、箱基等整体性好的基础；3）调整附加应力建筑结构措施四、减小不均匀沉降的措施1、建筑措施建筑结构措施四、减小不均匀沉降的措施283.施工措施1)基坑底预留20cm土保护层，待基础施工人力挖除。如广州多为残积土，扰动后模量很低。2)适当安排施工顺序。先修高、重的建筑物，后修低、轻的建筑物。3）设后浇带等等。施工后浇带分为后浇沉降带、后浇收缩带和后浇温度带，分别用于解决高层与低层建筑差异沉降、钢筋混凝土收缩变形减小温度应力等问题。视窗点四、减小不均匀沉降的措施3.施工措施1)基坑底预留20cm土保护层，待基础施工人力挖29习题的参考资料1.中密中砂的基本承载力[σ0]=350kpa2.一般粘性土的基本承载力表(kpa)0.82300.91901.01601.1120ILe[σ0]0.6习题的参考资料1.中密中砂的基本承载力[σ0]=350kp30习题的参考资料1.地基土容许承载力修正系数k1k2一般粘性土

砂土IL≥0.5IL<0.5中密密实K1002.03.0k21.52.54.05.5系数土类别习题的参考资料1.地基土容许承载力修正系数k1k2I31城市轨道交通学院天然地基上浅基础的设计城市轨道交通学院天然地基上浅基础的设计32基础的分类基础埋置深度减小不均匀沉降的措施浅基的设计和计算讲授内容基础的分类基础埋置深度减小不均匀沉降的措施浅基的设计和计算讲33

常用的砖、灰土、混凝土、毛石、三合土等,属于刚性材料，抗压强度较高，但抗拉及抗剪强度偏低，由刚性材料制作的基础称为刚性基础。

刚性基础一、基础的分类

常用的砖、灰土、混凝土、毛石341）砖：就地取材，价格低廉，施工简便，但强度、耐久性、抗冻性差。2）灰土:石灰和粘性土按3：7或2：8混合而成，逐层虚铺并夯实，其脆性大。3）混凝土：为节省水泥用量，可掺入30%体积的毛石，强度和耐久及抗冻均较好。4）毛石：未加工整平的石料，就地取材，强度高未风化。5）三合土：用石灰、砂、骨料按体积为1：2：4~1：3：6配成。南方地区常用。开拓知识点1）砖：就地取材，价格低廉，施工简便，但强度、耐久性、抗冻性35柔性基础用抗拉、抗压、抗弯、抗剪均较好的钢筋混凝土材料做基础（不受刚性角的限制），用于地基承载力较差、上部荷载较大、设有地下室且基础埋深较大的建筑.在混凝土基础底部配置受力钢筋，利用钢筋受拉，这样基础可以承受弯矩，也就不受刚性角的限制。所以钢筋混凝土基础也称为柔性基础。一、基础的分类柔性基础用抗拉、抗压、抗弯、抗剪均较好的钢筋混凝土材361、独立基础：也叫“单独基础”，最常用的是柱下基础。2、条形基础：条形基础是墙下最常用的一种基础形式，当柱下独立基础不能满足要求时，也可以使用条形基础。条形基础分为1）墙下条形基础2）柱下条形基础3）十字交差钢筋混凝土条形基础”。若是相邻两柱相连，又称“联合基础”或“双柱联合基础”。3、筏板基础：按其构造形式可以分为“梁板式”和“平板式”。4、箱型基础：由钢筋混凝土底板、顶板和纵横交错的内外隔墙组成。具有很大的空间刚度和抵抗不均匀沉降的能力，抗震性能好，且顶板与底板之间的空间可以做地下室。5、壳体基础：其现阶段主要用于筒形构筑物的基础。6、岩层锚杆基础：高塔工程中应用。一、基础的分类浅基础1、独立基础：也叫“单独基础”，最常用的是柱下基础。一、基37正倒椎M形组合壳体基础筏板基础（平板式和肋梁式）一、基础的分类浅基础正倒椎M形筏板基础一、基础的分类浅基38一、基础的分类深基础位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础，称为深基础，如桩基、地下连续墙、墩基和沉井等。墩基础桩基础一、基础的分类深基础位于地基深处承载力较高的土层上，391)建筑物的用途，有无地下设施，基础和形式和构造；

2)作用在地基上的荷载大小和性质；

3)工程地质和水文地质条件；

4)相邻建筑物的基础埋深；

5)地基土冻胀和融陷的影响。

小桥涵基础埋深还应考虑，冲刷深度和冰冻深度二、基础埋置深度1.基础埋置深度的影响因素选择基础埋深实质就是选择合适的地基持力层1)建筑物的用途，有无地下设施，基础和形式和构造；

2)402.原则及基本要求

在满足承载力的条件下尽量浅埋，基本要求：

1）基础顶距离表土大于10cm

2)除岩石以外，d大于100cm

3)要求在局部冲刷深度以下安全值范围（常规值为1米）4）要求不小于冻结深度线以下0.25米。（哈尔滨冻结线2米左右,北极圈最厚的地方达1400米

）

5）相邻建筑的基础，新基础不能大于旧基础埋深，否则需保证间距。二、基础埋置深度2.原则及基本要求

在满足承载力的条件下尽量浅埋，基本要41主要测站最大冻土深度杭州5厘米；上海至武汉一线8-10厘米；合肥11厘米；济南—西安45厘米；北京85厘米；兰州—银川103厘米；呼和浩特、沈阳120厘米以上；哈尔滨200厘米；长春150厘米；丹东、大连90厘米。最大冻结深度冻土最深的地方是在大兴安岭北部、新疆和青藏高原，内蒙古的二连浩特和新疆的乌恰都在300厘米以上，位于新疆天山腹地的和静县巴音布鲁克气象站，曾记录到439厘米的深度，是我国冻土记录中的冠军。青藏公路昆仑山北坡、西藏北部安多地区永久冻土层厚达80—100米

。主要测站最大冻土深度杭州5厘米；上海至武汉一线8-10厘米42三、浅基设计和检算（埋深5米内）1)刚性角要求为确保基础底面不产生拉应力，最大限度地节约基础材料。构造上通过限制刚性基础宽高比来满足刚性角的要求（参规范）。2)基础底面宽度bmax的要求1.刚性基础设计要求b0αbHc三、浅基设计和检算（埋深5米内）1)刚性角要求1.刚性基础设43三、浅基设计和检算1）基础高为顶面和底面标高之差。2）通常情况下，基础的襟边不得小于15~30cm。3）基础断面可做成梯形，也可做成阶梯形，每踏步高75cm。4)刚性角一般为30~40°。2.基础设计常规尺寸三、浅基设计和检算1）基础高为顶面和底面标高之差。2.基础设44三、浅基设计和检算3.浅基础的主要检算项目1）地基强度检算（持力层和软弱下卧层）2）基底偏心检算（）3）基础稳定性检算（抗倾覆、抗滑动稳定）4）沉降检算（仅计算恒载下的基础均匀和沉降差）三、浅基设计和检算3.浅基础的主要检算项目45三、浅基设计和检算1.地基强度检算（持力层和软弱下卧层）1)持力层强度检算

（曲线上时为双向偏心）2）软弱下卧层强度检算首先判别是否属于软弱下卧层。方法为：规范法分别计算持力层和下卧层的容许承载力，如若下卧层小于持力层值，则确认为软弱下卧层。软弱下卧层顶的总应力要求满足：三、浅基设计和检算1.地基强度检算（持力层和软弱下卧层）462.基底偏心检算要求满足：

（ρ为截面核心半径）三、浅基设计和检算2.基底偏心检算三、浅基设计和检算47三、浅基设计和检算3.基础稳定性检算1）抗倾覆稳定性2）抗滑动稳定性（y:基底截面形心至最大受压边缘的距离）三、浅基设计和检算3.基础稳定性检算（y:基底截面形心至最大48三、浅基设计和检算4.沉降检算计算沉降仅考虑恒载的作用，要求1）基础均匀总沉降值小于2）相邻基础沉降差小于

(L为相邻墩台间的跨径长度，以米计，小于25米，以25米计)三、浅基设计和检算4.沉降检算49三、浅基设计和检算基础上的荷载1.永久荷载（恒载）是指作用位置和大小、方向固定不变的荷载。1）作用在桥梁上部结构的恒载，主要是结构物自身的重力及附属设备等外加重力等。2）作用在墩台的恒载，主要是上部结构的恒载支座作用力、墩台本身重力、土压力及其引起的土侧压力或水浮力（水中墩台）、基础变位影响力、混凝土收缩徐变力、预应力结构的预应力等。三、浅基设计和检算基础上的荷载1.永久荷载（恒载）50三、浅基设计和检算基础上的荷载2.可变荷载（分为基本可变荷载即活载和其它可变荷载）1）基本可变荷载主要部分是车辆荷载及其影响力；

包括：汽车、汽车冲击力、离心力、汽车引起的土侧压力、人群、平板挂车或履带车、平板挂车或履带车引起的土侧压力等。2）其它可变荷载包括自然和人为产生的各种变化力。

包括：风力、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度影响力、支座摩阻力等。三、浅基设计和检算基础上的荷载2.可变荷载（分为基本可变荷载51三、浅基设计和检算基础上的荷载3.偶然荷载是指偶然或极少出现的荷载。比如地震力、船只或漂流物的撞击力等。4.荷载组合以上各种荷载及外力，并非同时作用于桥梁上，它们发生的机率也各不相同，因此，设计桥涵时，应根据结构物的特性，考虑它们同时作用的可能性进行适当的组合。根据各种荷载的重要性，荷载的组合分为六类。（选择最不利荷载组合进行检算，并且通常以纵向验算控制设计。）三、浅基设计和检算基础上的荷载3.偶然荷载52算例某桥梁，无水，采用矩形基础，基础的尺寸见下图，桥址土质为松散碎石土，基本承载力为400kpa，天然容重为17KN/m3.已知基顶合力（不包括基础和覆土重）如下表，试进行基础检算。项目单孔轻载单孔重载双孔重载竖向力N（KN）106001100011800力矩M(KN.m)9900101009400水平力H(KN)390390390基顶合力表算例某桥梁，无水，采用矩形基础，基础的尺寸见下图，桥53437637427627纵向横向（单位：cm）100100200桥墩基础尺寸图437637427627纵向横向54基底合力计算计算基础和覆土重G：项目单孔轻载单孔重载双孔重载竖向力N（KN）131501355014350力矩M(KN.m)106801088010180水平力H(KN)390390390基底合力计算项目单孔轻载单孔重载双孔重载竖向力N（KN）13552.基底截面特性计算W的计算分析?m2.基底截面特性计算W的计算分析?m563.基底应力强度检算1）单孔重载的应力：2）双孔重载的应力：3）基底容许承载力计算