浅基础地基基础设计的基本原理解析

第2章天然地基上的浅基的设计

2-1概述2-2浅基础的设计方法与步骤

2-3浅基础的类型

2-4基础埋置深度的选择

2-5浅基础的地基承载力

2-6基础底面尺寸的确定

2-7扩展基础设计

2-8联合基础设计

2-9减轻不均匀沉降危害的措施2-1概述天然地基上的浅基础---概念

人工地基？

2.1.1浅基础设计内容2.1.2浅基础设计方法2.1.3地基基础设计原则1.地基的类型2.基础的类型2.1.2浅基础设计方法常规设计法（简化计算法）、相互作用设计法。常规设计法要点：特点：满足静力平衡条件；不满足变形协调条件。结论：地基越软弱或越不均匀，按常规设计法计算的结果与实际情况的差别就可能越大。合理的设计方法：考虑地基、基础与上部结构的相互作用（分析难度较大）。常规设计法适用条件：1.地基沉降较小或较均匀；2.基础刚度较大。2.1.3地基基础设计原则5)地基内有厚度较大或厚薄不匀的填土，其自重固结未完成时。即应验算地基变形。标准值值设计值值浅基础础设计计内容容与步步骤主要内内容：：1.选择基基础方方案（（确定定材料料、类类型，，进行行基础础平面面布置置）；；2.确定地地基持持力层层和基基础埋埋置深深度；；3.确定地地基承承载力力；4.确定基基础的的底面面尺寸寸，必必要时时进行行地基基变形形与稳稳定性性验算算；5.进行基基础结结构设设计（（内力力分析析、截截面计计算、、构造造要求求）；；6.绘制基基础施施工图图，提提出施施工说说明。。按结构构型式式分：扩展展基础础、联联合基基础、、柱下下条形形基础础、柱柱下交交叉条形形基础础、筏筏形基基础、、箱形形基础础、壳壳体基基础等等。2.2.1扩展基基础作用：把墙墙或柱柱的荷荷载侧侧向扩扩展到到土中中，使使之满满足地地基承承载力力和和变形形的要要求。。2.2浅基础础类型型按材料料分：无筋筋基础础（刚刚性基基础））、钢钢筋混混凝土土基础础。1.无筋扩扩展基基础指由砖砖、毛毛石、、砼、、毛石石砼、、灰土土、三三合土土等材材料组组成的的无需需配置钢钢筋的的墙下下条形形基础础或柱柱下独独立基基础。。俗称称“刚刚性基基础””。适用于于多层民民用建建筑和和轻型型厂房房。砖：强强度等等级不不低于于MU10。砂浆：：不低低于M5。在地下下水位位以下下或当当地基基土潮潮湿时时，应应采用用水泥泥砂浆浆砌筑筑。适用于于6层及6层以下下的民民用建建筑和和砖墙墙承重重的厂厂房。。(1)砖基础础垫层作作用（素砼砼，100厚，C10）：保护坑坑底土土体不不被人人为扰扰动和和雨水水浸泡泡；改善基基础的的施工工条件件。(2)毛石基基础毛石是指未未经加加工凿凿平的的石料料。应采用用未风风化的的硬质质岩石石，禁禁用风风化毛毛石。。(3)灰土基基础石灰和和土料料按体体积比比3:7或2:8拌和均均匀，，在基槽槽内分分层夯夯实（（每层层虚铺铺220~250mm,夯实至至150mm）。灰土基基础宜宜在比比较干干燥的的土层层中使使用。。在我我国华华北和和西北北地区，广广泛用用于5层和5层以下下的民民用房房屋。。(4)三合土土基础础由石灰灰、砂砂、骨骨料（（矿渣渣、碎碎砖、、碎石石）加加水混混合而而成。。体积比比1:2:4或1:3:6。用于4层和4层以下下的民民用房房屋。。四合土土基础础（南方方个别别地区区用））：水泥：：石灰灰：砂砂：骨骨料＝＝1:1:5:10或1:1:6:12(5)砼基础础C15。抗压强强度、、耐久久性、、抗冻冻性较较好。。毛石砼砼基础础：在砼基基础中中埋入入体积积占25%~30%的毛石石，石石块尺尺寸不不宜超超过300mm。可节省省水泥泥用量量，减减少水水化热热。2.钢筋砼砼扩展展基础础（简简称扩扩展基基础））特点：抗弯弯、抗抗剪性性能较较好，，基础础高度度较小小。(1)墙下钢钢筋砼砼条形形基础础（V----基础埋埋深，，M----底板配配筋））(2)柱下钢钢筋砼砼独立立基础础图2-4柱下钢钢筋混混凝土土独立立基础础(a)阶梯形形基础础；(b)锥形基基础；；(c)杯口基基础2.2.2联合基基础2.2.3柱下条条形基基础（简化化计算算or弹性基基地梁梁法））特点：整体抗抗弯刚刚度较较大，，因而而具有有调整整不均均匀沉沉降的的能力力；基底压压力较较均匀匀；造价高高于扩扩展基基础。。常用作作软弱地地基或或不均均匀地地基上上框架架或排排架结结构的的基础础。2.2.4柱下交交叉条条形基基础2.2.5筏形基基础特点：底面积积大，，故可可减小小基底底压力力；可可提高高地基基承载载力（（尤其其在有有地下下室时时）；；能增增强基基础的的整体体性，，调整整不均均匀沉沉降。。其他功功能：：见教教材。。注意：当地地基显显著软软硬不不均时时，要要慎用用。(1)墙下筏筏形基基础为一块块厚度度约200~300mm的钢筋筋砼平平板。。主要在在华东东地区区采用用，浅浅埋或或不埋埋。适用于于具有硬硬壳持持力层层、比比较均均匀的的软弱弱地基基上六六层及及六层层以下下承重重横墙墙较密密的民民用建建筑。。硬土软土(2)柱下筏筏形基基础2.2.6箱形基基础特点：：刚度极极大；；抗震震性能能好；；有补补偿效效应。。地下室室用途途受限限制；；工期期长；；造价价高；；施工工技术术复杂杂。柱下条条形基基础、、柱下下交叉叉条形形基础础、筏筏形基基础、、箱形形基础础又统统称为为连续基基础。2.2.7壳体基基础其他基基础：：折板板基础础等。。2-3基础埋埋置深深度的的选择择基础的的埋置置深度度是指基基础的的底面面至室室外设设计地地面的的距离离。确确定基基础埋埋深时时，除除了要要考虑虑持力力层的的情况况外，，还应应考虑

基础埋深的确确定原则是：在保证安全可可靠的前提下下尽量浅埋。。但基础埋深不得小于0.5m，基础顶面距距地面的距离离宜大于0.1m。同一建筑物下下面各部分的的基础埋深可可以不一致。。2.3.1与建筑物有关关的条件建筑物在使用用功能和用途途方面的要求求；高层建筑；承受上拔力的的基础；高耸结构；冷库等。2.3.2工程地质条条件持力层下卧层软弱下卧层层对于中小型型建筑物：：良好土层——坚硬、硬塑塑、可塑状状态的粘性性土层；密密实或中密状态的的砂土层和和碎石土层层；其他中中低压塑性土层。。软弱土层——软塑、流塑塑状态的粘粘性土层；；松散状态态的砂土层；未经经处理的填填土；其他他高压缩性性土层。(1)良好土层埋深由其他他条件和最最小埋深确确定。浅埋，一般般取d=0.5~1.5m。(2)软弱土层1~2层：按情况况(1)处理3~5层：可采用用连续基础础方案、或人工地基基方案。6层以上：桩桩基方案。。(3)软弱土层良好土层h当h>2m时：按情况况(2)处理。当h<2m时：选良好好土层为持持力层。垫层做法一做做法二二(4)2~3m厚的“硬壳壳层”持力层顶面面倾斜时：：柱下独立基基础对于中小型型建筑物，，宜尽量选选硬壳层为持力力层。采用“宽基浅埋”方案。2.3.3水文地质条条件否则，应考考虑：流砂；流土土。对有侵蚀性的地下水，，还应考虑虑：地下结结构防渗；；地下结构构抗浮，例例如设置抗抗浮锚杆基础应尽量量埋置在地地下水位以以上。2.3.4地基冻融条条件永久冻土；；季节性冻土土：冻胀、、融陷；最小埋深规规定2.3.5场地环境条条件≥0.5m≥0.1m管道；河流冲刷线线。2.4浅基础的地地基承载力力2.4.1地基承载力力概念·地基承载力力是指地基承承受荷载的的能力。·在保证地基基稳定的条条件下，使使建筑物的的沉降量不不超过允许许值的地基承载载力称为地基承载力力特征值fa。地基承载力力是否是一一个定值？？工程中通常常以两个指指标来表示示地基承载载力，即地基的容容许承载力力和极限承承载力。《地基基规规范范》所称称的的地基基承承载载力力特特征征值值相当当于于通通常常所所说说的的地基基容容许许承承载载力力。《地基基规规范范》规定定，，浅浅基基础础的的基基底底压压力力应应满满足足下列列要要求求：：当需需要要满满足足抗抗震震设设防防要要求求时时，，应应按按相相关关规规定定进进行行检检算算。。（（见见第第8章））2.4.2地基基承承载载力力特特征征值值的的确确定定1.按土土的的抗抗剪剪强强度度指指标标以以理理论论公公式式计计算算；；2.按地地基基载载荷荷试试验验确确定定；；3.按规规范范承承载载力力表表确确定定；；4.按建建筑筑经经验验确确定定。。四类类方方法法：：1.按土土的的抗抗剪剪强强度度指指标标以以理理论论公公式式计计算算(1)地基基极极限限承承载载力力理理论论公公式式fa=pu/KK=2~3常用用公公式式：：魏魏锡锡克克公公式式、、汉汉森森公公式式等等等等。。该方方法法不不常常用用，，原原因因主主要要有有：：1）该该方方法法未未考考虑虑地地基基变变形形；；2）c、φ的取取值值可可靠靠度度较较低低；；3）不不同同公公式式的的计计算算结结果果相相差差较较大大。。(2)规范范推推荐荐的的理理论论公公式式当荷荷载载为为中中心心荷荷载载或或偏偏心心很很小小（（偏偏心心距距e≤l/30，l为偏偏心心方方向向基基础础边边长长））时时：：fa＝Mbγb+Mdγmd+Mcck≈p1/4（2－5）b————基础础底底面面宽宽度度，，大大于于6m时按按6m考虑虑；；对对于于砂土土，小小于3m时按按3m考虑虑。。地基基沉沉降降可可能能过过大大长期期承承载载力力：地地基基承承载载力力随随建建筑筑物物荷荷载载的的增增加加而而增增大大。。短期期承承载载力力：类似似方方法法又又称称为为φ=0法。。长期期承承载载力力>短期期承承载载力力（（超超强固结结土土可可能能例例外外））。。2.按地地基基载载荷荷试试验验确确定定（（最最可可靠靠））浅层层平平板板载载荷荷试试验验、、深深层层平平板板载载荷荷试试验验、、螺螺旋旋板板载载荷荷试试验验。。地基基静静载载试试验验概概况况平板板载载荷荷试试验验装装置百分表堆载荷载板主梁平台千斤顶优缺缺点点：：能较较好好的的反反映映天天然然土土体体的的压压缩缩性性；；试试验验工工作作量量和和费用较大大，时间间较长。。fa的确定方方法：(1)当p~s曲线上有有比例界界限p1时，取fak=p1；确定地基基承载力力实测值值：(2)当pu<2p1时，取fak=pu/2；(3)当不能按按上述二二款要求求确定时时，可取取s/b=0.01~0.015所对应的荷载载作为fak，但其值值不应大大于最大大加载量量的一半半。对同一土土层，应应选择三三个以上上的试验验点，当当试验实实测值的的极差（（最大值值与最小小值之差差）不超超过其平平均值的的30%时，取其其平均值值作为该该土层的的地基承承载力特特征值fak。确定地基基承载力力特征值值：3.按规范承承载力表表确定野外鉴别别结果室内物理理力学指指标现场动力力触探试试验锤击击数fak注意：埋深d的取法，，见教材材。超载q=γmdqd=q/γm主裙楼一一体的情情况与土力学学中介绍绍的理论论公式具具有相同同的形式式，但两两者含义义不同。。还需要注注意下列列两点：：1）公式中中已经包包含了基础宽度度和埋深深的影响响；2）公式中中的b是指基础础的短边。4.按建筑经经验确定定基槽检验验和地基基的局部部处理：：在基槽挖挖至接近近槽底时时，应由由设计、、施工和和勘察人人员对槽槽底土层层进行检检查，即即所谓““验槽””。对没有地地基勘察察资料的的轻型建建筑物，，地基浅浅层情况况只能凭凭验槽了了解；有有地基勘勘察报告告的工程程，主要要是核实实勘察资资料是否否符合实实际。通过验槽槽，可以以判断持持力层的的承载力力、地基基的均匀匀程度是是否满足足设计要要求，以以防止产产生过量量的不均均匀沉降降。验槽以细细致的观观察为主主，辅以以轻便简简易的勘勘探方法法，如轻轻便触探探和夯击击听音等等。通过观察察验槽和和钎探后后，如不不满足要要求，应应根据具具体情况况更改设设计或进进行地基基处理。。对于槽槽底的局局部人工工填土和和墓坑、、松土坑坑、废井井，一般般宜挖除除并用碎碎石、砂砂、灰土土等分层层回填夯夯实。对对于局部部松软土土，一般般应挖除除至原土土。当上述挖挖、填方方法由于于施工困困难等缘缘故而不不宜采用用时，可可考虑采采用钢筋筋混凝土土梁板基基础，以以跨越局局部松软软土，或或采用增增大基础础埋深、、扩大基基础面积积、布置置联合基基础、加加设挤密密桩或局局部设置置桩基等等方法加加以解决决。当柱基或或部分基基槽下方方存在过过于坚硬硬的旧基基础、树树根和岩岩石等障障碍物时时，均应应尽可能能挖除，，以防建建筑物产产生不均均匀沉降降或开裂裂。2.4.3地基变形形验算建筑物的的地基变变形计算算值△应应不大于于地基变变形允许许值[△]，即要求求满足下下列条件件：△≤[△]（2–15）回顾地基变沉降量——独立基础中心点的沉降值或整幢建筑物基础的平均沉降值；沉降差——相邻两个柱基的沉降量之差；倾斜——基础倾斜斜方向两两端点的的沉降差差与其距距离的比比值；局部倾斜斜——砌体承重重结构沿沿纵向6～10m内基础两两点的沉沉降差与其距离离的比值值。不同结构构类型需需验算的的地基变变形：砌体承重重结构：由局部倾斜斜控制；框架结构构和单层层排架结结构：由沉降差控制；高耸结构构和高层层建筑：由建筑筑物的整体倾斜斜（特别是是横向整整体倾斜））控制，，必要时时应控制制平均沉降降量。沉降观测测在必要情情况下，，需要分分别预估建筑物在在施工期期间和使使用期间间的地基基变形值值，以便便预留建建筑物有有关部分分之间的的净空，，考虑连连接方法法和施工工顺序。。此时，，一般多多层建筑筑物在施施工期间间完成的的沉降量量，对于砂土土可认为为其最终终沉降量量已完成成80%以上，对对于其他他低压缩缩性土可可认为已已完成最最终沉降降量的50%~80%，对于中中压缩性性土可认认为已完完成20%~50%，对于高高压缩性性土可认认为已完完成5%~20%。如果地基基变形计计算值△△大于地地基变形形允许值值[△]，一般可可以先考考虑适当当调整基础底面面尺寸（（如增大大基底面面积或调调整基底底形心位位置）或或埋深，，如仍未未满足要要求，再再考虑是是否可从从建筑、、结构、、施工诸诸方面采采取有效效措施以以防止不不均匀沉沉降对建建筑物的的损害，，或改用用其他地地基基础础设计方方案。室内外外平均均埋深深从已固固结完完毕的的老天天然地地面算算起注意以以下三三式中中d的区别别：2.5基础底底面尺尺寸的的确定定2.5.1按地基基持力力层承承载力力计算算基底底尺寸寸1.轴心荷荷载作作用要求：：pk≤fa柱下独独立基基础：：墙下条条形基基础：：b、l宜为100mm的整数数倍。。某粘性性土重重度γm为18.2kN/m3，孔隙隙比e=0.7，液性性指数数IL=0.75，地基基承载载力特特征值值fak为220kPa。现修修建一一外柱柱基础础，作作用在在基础础顶面面的轴轴心荷荷载Fk＝830kN，基础础埋深深（自自室外外地面面起算算）为为1.0m，室内内地面面高出出室外外地面面0.3m，试确确定方方形基基础底底面宽宽度。。【解】先进行行地基基承载载力深深度修修正。。自室室外地地面起起算的的基础础埋深深d=1.0m,查表2–5，得ηd=1.6，由式式（2–14）得修修正后后的地地基承承载力力特征征值为为：例题2–2fa=fak+ηdγm(d-0.5)=220+1.6×18.2××(1.0-0.5)=235kPa2.偏心荷荷载作作用要求：：pk≤fapkmax≤1.2fae≤l/6（或pkmin≥0）取b=2m。因b<3m，不必必进行行承载载力宽度修修正。。计算基基础及及其上上土的的重力力Gk时的基基础埋埋深为为：d=(1.0+1.3)/2=1.15m。由于于埋深深范围围内没没有地地下水水，hw=0。由式式（2–19）得基基础底底面宽宽度为为：试算法法步骤骤：（1）进行行深度度修正正，初初步确确定修修正后后的地地基承承载力力特征征值fa。（2）根据据荷载载偏心心情况况，将将按轴轴心荷荷载作作用计计算得得到的的基底底面积积增大大10%~40%，即取取（3）选取取基底底长边边l与短边边b的比值值n（一般般取n≤2），于于是有有（4）考虑虑是否否应对对地基基承载载力进进行宽宽度修修正。载力修正后，重复上述2、3两个步骤，使所取宽度前后一致。（5）计算算偏心心距e和基底底最大大压力力pkmax，并验验算是是否满满足式式（2–21）和（（2–24）的要要求。。（6）若b、l取值不不适当当（太太大或或太小小），，可调调整尺尺寸再再行验验算，如如此反反复一一二次次，便便可定定出合合适的的尺寸寸。同例题题2–2，但作作用在在基础础顶面面处的的荷载载还有有力矩矩200kN·m和水平平荷载载20kN（见例例图2-3），试试确定定矩形形基础础底面面尺寸寸。[解]（1）初步步确定定基础础底面面尺寸寸考虑荷荷载偏偏心，，将基基底面面积初初步增增大20%，由式式（2–25）得例题2–3取基底底长短短边之之比n=l/b=2，于是是因b=1.5m<3m，故fa无需作作宽度度修正正。（2）验算算荷载载偏心心距e基底处处的总总竖向向力：：Fk+Gk=830+20××1.5××3.0××1.15=933.5kN基底处处的总总力矩矩：Mk=200+20××0.6=212kN·m偏心距距：e=Mk/(Fk+Gk)=212/933.5=0.227m<l/6=0.5m（可以以）（3）验算算基底底最大大压力力pkmax>1.2fa=282kPa（不行行）（4）调整整底面面尺寸寸再验验算取b=1.6m，l=3.2m，则Fk+Gk=830+20××1.6××3.2××1.15=947.8kNe=212/947.8=0.224m所以基基底尺尺寸为为1.6m××3.2m。试确定定图2–18中带壁壁柱的的墙基基础的的底面面尺寸寸。取取图中中长度度等于于壁柱柱间距距（3m）的T形基底底面积积为计计算单单元。。作用用于基基础顶顶面的的竖向向力Fk=315kN，作用用位置置距墙墙中线线0.15m（偏向向壁柱柱一侧侧），，修正正后的的持力力层承承载力力特征征值fa=130kPa。例题2–4说明原原理2.5.2地基软软弱下下卧层层承载载力验验算要求：：σz+σcz≤faz标准值值仅作深深度修修正矩形基基础：：条形基基础：：地基Es1/Es2z=0.25bz≥0.50b36°23°510°25°1020°30°注：z＜0.25b时取θ=0°°，必要要时，，宜宜由由试验验确定定；z≥0.50b时θ值不变变。例图2-5中的柱柱下矩矩形基基础底底面尺尺寸为为5.4m××2.7m，试根根据图图中各各项资资料验验算持持力层层和软软弱下下卧层层的承承载力力是否否满足足要求求。例题2﹣5[解]⑴持力层层承载载力验验算ηb=0，ηd=1.0,fa=209+1.0××18.0×(1.8-0.5)=232.4kPaFk+Gk=1800+220+20×2.7××5.4××1.8=2545kNMk=950+180×1.2+220×0.62=13302kN·m⑵软弱下下卧层层承载载力验验算由Es1/Es2=7.5/2.5=3,z/b=2.5/2.7＞0.50,查表2-7得θ=23°，tanθ=0.424。σcz=18.0××1.8+(18.7-10)××2.5=54.2kPafaz=75+1.0××12.6×(4.3-0.5)=122.9kPaσcz+σz=54.2+57.2=111.4kPa<faz（可以以）2.5.3按允许许沉降降差调调整基基础底底面尺尺寸(1)基底尺尺寸对对沉降降的影影响s=(1-μ2)ωbp0/E0(2-31)a.对比按按pk=fa原则设设计的的两个个基础础（基底底压力力相同同）因为μ、ω、p0、E0