基础设计原则与规定浅基础

基础设计原则与规定浅基础第1页/共192页概述

地基基础设计是土木工程结构设计的重要组成部分。结构设计包含基础设计。在某种地质条件下，基础设计的意义和要求，比上部结构设计更重要、更难。第2页/共192页基础的设计地基与基础的关系天然地基上的浅基础天然地基上的深基础地基与基础密切相关，彼此制约

地基与基础设计不能单方面考虑地基基础方案人工地基上的浅基础第3页/共192页地基基础方案选择基础的设计施工条件上部结构的性质工程地质条件包括建筑物的用途、结构布置、结构类型、荷载性质及大小等包括场地土层分布、组成、土性及地下水等包括当地施工技术力量、施工设备、材料价格、工期、造价、环境保护等优选

天然地基上的浅基础第4页/共192页第5页/共192页土层编号土层名土性特征描述γ/kN/m3eC/kPaφ/承载力标准值/kPa压缩模量

/MPa说明①人工填土褐黄色，稍湿到很湿，上部约0.5m为杂填土160.71015不宜作为持力层②粉质粘土灰黄色，软塑170.71215不宜作为持力层③粉砂灰色，成分为长石、石英等，稍密，饱和17.50.72015010④粉质粘土灰黄色，软塑到流塑，呈透镜体分布18.50.731518不宜作为持力层⑤细砂灰色，成分为长石、石英等，稍密，饱和18.50.552520012⑥粘土灰黄色，硬塑190.5252030014⑦泥质砂岩浅灰色，中等风化到微风化，岩体完整性较好201000可认为不可压缩

地层参数表第6页/共192页地基基础设计的基本内容与步骤地基基础设计地基计算

基础设计

控制地基的变形：正常使用极限状态地基的稳定性验算：斜坡，高耸结构基础结构的强度刚度耐久性防止地基强度破坏：承载力极限状态基础选型基础埋深和形状尺寸第7页/共192页浅基础的设计内容充分掌握拟建场地的地质勘察资料

考虑选择基础类型和平面布置方案选择地基持力层和基础埋置深度确定地基承载力确定基础底面尺寸进行必要的地基稳定性和变形验算进行基础的结构设计绘制基础施工图，提出必要的技术说明

第8页/共192页建筑物的型式与功能上部结构荷载资料场地勘察与室内试验资料场地施工技术条件基础型式方案比较拟定基础型式及平面布置确定基础埋深必要时的验算（软弱下卧层强度、变形稳定、抗滑验算等）确定地基承载力确定基底平面尺寸计算地基承受荷载基础结构设计（基础剖面尺寸、配筋）编制施工说明、绘施工图计算地基净反力不满足设计步骤第9页/共192页基底压力附加应力地基沉降变形基底反力基础结构的外荷载上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的。上部结构基础地基建筑物设计1）常规设计法：

将地基、基础、上部结构三者分离，分别对三者进行计算。优缺点：计算简单（不考虑三者共同作用）；满足静力平衡条件；忽略三者受荷后变形的连续性；不经济、不合理。适用条件：沉降较小或较均匀；基础刚度大。基础的设计方法基底压力接近直线“刚性设计”第10页/共192页第11页/共192页基础的设计方法2）地基上梁板的计算法：

通常柱下条形基础、筏板基础及箱形基础等连续基础可采用此方法。特点：仅考虑地基与基础的相互作用，建立既满足静力平衡条件又满足地基与基础接触面上的变形协调条件的地基应力与应变关系式，直接或近似求解基础内力。3）考虑上部结构刚度的计算方法：特点：不仅考虑地基与基础的相互作用，同时粗略考虑上部结构刚度的影响。分类：逐次逼近法有限元法等效刚度法第12页/共192页地基基础设计原则设计等级甲级乙级丙级1）地基复杂程度2）建筑物规模和功能特征3）地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用程度划分原则第13页/共192页地基基础设计等级

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011地基基础设计原则第14页/共192页地基基础设计原则

在长期荷载作用下，地基变形不致造成结构的损坏在最不利荷载作用下，地基不出现失稳现象设计要求第15页/共192页

地基计算内容

建筑物类型

地基承载力计算设计等级为甲、乙、丙级的建筑物

地基变形计算设计等级为甲、乙及部分丙级建筑物

地基稳定性计算经常受水平荷载的高层建筑物；高耸结构、挡土墙；建造在斜坡上或边坡附近的建筑物或构筑物；基坑工程

抗浮验算当地下水埋藏较浅，建筑物地下室或地下构筑物存在上浮问题

计算要求地基基础设计原则第16页/共192页第17页/共192页1）地基承载力特征值小于130KPa且体型复杂的建筑；

理由：荷载分布不均匀，不是丙级。

2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能起地基产生过大的不均匀沉降时；

理由：荷载分布不均匀，不是丙级。

3）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；

理由：地基不简单（岩土不均匀），不是丙级。

4）相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；

5）地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时；

理由：地基不简单（岩土不均匀良好），不是丙级。五种情况的丙级建筑物仍应作变形验算第18页/共192页

荷载取值的规定荷载取值原则——遵循以概率理论为指导的极限状态设计方法该原则特点：（1）建立结构可靠度与结构极限状态方程；（2）充分考虑各有关影响因素的客观差异性；（3）设计计算工作量大，地基基础设计有些参数因统计资料不足，很大程度凭经验确定。正常使用极限状态——对于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定值，如影响建筑物正常使用或外观的地基变形承载能力极限状态——对于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载大变形。地基基础设计原则第19页/共192页浅基础桥梁基础中常见厂房基础中常见第20页/共192页第21页/共192页

计算内容

荷载效应最不利组合相应的抗力及限值

图示按地基承载力确定基底面积及基础埋深正常使用极限状态下荷载效应的标准组合地基承载力特征值

fa(kpa)

计算地基变形正常使用极限状态下荷在效应的准永久值组合（不计入风荷载和地震作用）地基变形值

[S]计算挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定、滑坡推力承载力极限状态下荷载效应的基本组合，但分项系数地基设计时现在均为1；确定基础高度、支挡结构截面；计算基础或支挡结构内力；确定配筋或验算材料强度承载力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数；FMeF+G

荷载取值地基基础设计原则第22页/共192页承载力极限状态正常使用极限状态基本组合简化基本组合标准组合准永久组合第23页/共192页第24页/共192页民用建筑楼面均布活荷载的代表值类别住宅宿舍办公室教室试验室食堂餐厅礼堂剧场影院商店车站机场大厅健身房舞台书库档案库标准值(KN/m2)组合值系数c准永久值系数q2.02.53.03.54.05.00.70.70.70.70.70.90.40.50.50.30.50.50.8第25页/共192页永久荷载效应控制的基本组合值取标准组合值的1.35倍第26页/共192页地基基础规范的设计原则从已有的大量地基事故分析，绝大多数事故都由地基变形过大且不均匀所造成。土为大变形材料，荷载增加，变形增加，承载力也随之增大，很难界定“极限值”。地基承载力还有潜力时，变形已超限。地基设计：采用正常使用极限状态，所选定的地基承载力是一种允许承载力（承载力特征值）,相应的荷载组合采用标准组合。

按变形设计的原则!第27页/共192页

浅基础的类型1、常用材料灰土：生石灰经熟化（加水化开）后与塑性指数较低的粉土、粘性土按体积比为3∶7或2∶8配制而成。石：微风化硬质岩石。砖：强度等级不低于MU10的粘土实心砖。三合土：石灰、砂（或粉煤灰）和骨料配制而成。混凝土：强度等级不低于C15。钢筋混凝土毛石（块石、片石）料石（条石）毛石混凝土素混凝土第28页/共192页浅基础的类型2、基础的类型浅基础的分类方法按基础材料按基础受力特点按基础结构类型刚性基础柔性基础无筋基础钢筋混凝土基础扩展基础联合基础柱下条形基础柱下交叉条形基础筏形基础箱形基础壳体基础第29页/共192页1)扩展基础浅基础的类型结构型式柱下独立基础(单独基础)墙下条形基础基础材料无筋扩展基础(刚性基础)钢筋混凝土基础(柔性基础)第30页/共192页无筋扩展基础(刚性基础）材料：砖、石、灰土、三合土及混凝土工作条件：犹如一倒置的承受地基反力

的两端外伸的悬臂梁刚性角在1.1~1.5之间，与材料和荷载（基底压力）有关Fbtb0h0扩展基础特点：砖、石、灰土，素混凝土材料抗压强度较高，抗拉和抗剪强度很低，受弯后易剪切破坏。设计采用限制基础外伸宽度与高方法：度之比（台阶宽高比）不超

过允许值的构造措施。刚性基础第31页/共192页扩展基础定义刚性基础：用砖、石抗拉和抗剪强度较

低的材料建造，在构造上受刚性角限制，受力后不发生

挠曲变形的基础。应用范围：

一般用于六层及六层以下（三合土不超过四层）的民用建筑和轻型厂房。第32页/共192页在桥梁基础中，通常采用如图所示的刚性扩大基础。

桥梁工程中常用的刚性扩大基础第33页/共192页钢筋混凝土扩展基础(柔性基础)材料:

钢筋混凝土工作条件：倒置悬臂梁F扩展基础特点：基础配置一定数量的钢筋，可

以承受拉应力，故不受刚性角的限制，但要满足抗弯,抗剪和抗冲切等结构要求。定义：柔性基础----用钢筋混凝土建造，构造上不受刚性角限制，受力后允许产生一定挠曲变形的基础。适用条件：宽基浅埋第34页/共192页第35页/共192页支模板2mx2m某工程柱下独立基础第36页/共192页2)联合基础浅基础的类型基础材料:钢筋混凝土结构型式矩形联合基础梯形联合基础连梁式联合基础特点：调整相邻两柱沉降差,

防止两柱相向倾斜。适用条件：

两柱设立独立基础时，其中一柱受限；两柱间距较小而基底面积不足或荷载偏心过大等第37页/共192页浅基础的类型3)柱下条形基础基础材料:钢筋混凝土结构型式单向条形基础:同一轴线（或同一方向）上若干

柱下相连的钢筋混凝土条形基础。十字交叉条形基础:柱网下沿纵横两向分别设置的钢筋混凝土条形基础。第38页/共192页特点：1）抗弯刚度大，具有调

整不均匀沉降的能力。

2）能将集中柱荷载较均匀地分布到整个基底。工作条件：有别于钢筋混凝土扩展基础，不仅在横截面方向如倒置的悬臂梁，在纵向则如倒置的以各柱为铰支的多跨连续梁。浅基础的类型适用条件：地基土较软弱，分布不均；基底面积受相邻建筑物或设备基础的限制无法扩展时；柱荷载差异大，以致基底面积扩大使其彼此接近或相碰时。第39页/共192页第40页/共192页某工程柱下条形基础第41页/共192页浅基础的类型4)筏形基础覆盖于建筑物地基上的整体钢筋混凝土板状基础。基础材料:钢筋混凝土工作条件:犹如倒置的楼盖结构结构型式墙下筏基–--平板式柱下筏基平板式梁板式第42页/共192页

浅基础的类型1）有较大基底面积，不仅易于满足软弱地基承载力的要求，

而且减少了地基的附加压力，并在与上部结构共同工作的条件下使沉降比较均匀；

2）对上部结构刚度较好的多层房屋，能增加整体性能，减少相对沉降，增强抗震性能；

3）可跨越土中浅层小洞穴和局部软弱层，防止因局部下沉造成的房屋损坏；

4）可满足工艺上连续作业要求和自动化程度较高的工艺设备不允许有差异沉降的要求；

5）可作为水池、油库等的防渗底板；

6）有地下室时，可提供较宽敞的使用空间；

7）有地下室或架空地板时，具有一定的补偿性效应。

筏基的功能不足之处1)无力调整过大的差异沉降2)上下配筋，经济指标较高第43页/共192页某工程现场筏板基础钢筋网第44页/共192页浅基础的类型5)箱形基础由钢筋混凝土底板、顶板和内外墙体组成的整体空间结构基础。基础材料:钢筋混凝土适用条件：软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降要求严格的建筑物第45页/共192页浅基础的类型

特点1）基础埋深大、中空形式，使开挖卸去的土重部分抵偿了上部结构传来的荷载，能显著减小基底压力、降低基础沉降量；

2）整体刚度大，只能产生大致的均匀沉降或整体倾斜，抗震性能好；

3）具有较大地下空间可供各种使用功能，但因内墙分隔而使使用受限；

4）经济指标高，施工技术复杂，对防水通风要求较高。第46页/共192页浅基础的类型6)壳体基础基础材料：钢筋混凝土结构型式正圆锥壳体M形组合壳体内球外锥组合壳体特点：1）材料省、造价低，

2）施工技术要求高。适用条件：

可用作柱基础和筒形构筑物基础第47页/共192页壳体基础第48页/共192页岩层锚杆基础

岩层锚杆基础适用于直接建在基岩上的柱基，以及承受拉力或水平力较大的建筑物、构筑物基础。岩层锚杆基础第49页/共192页单独基础条形基础箱形和筏形基础基底面积越来越大、对上部结构荷载的扩散作用越来越强在相同的上部结构荷载作用下，基底压力和基底附加压力越来越小，刚度越来越大，可以适应更软弱的地基，可以减小地基的沉降变形

在相同的地基条件下，可以承受更大的上部结构荷载作用

设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高浅基础的特点：小结第50页/共192页基础埋置深度的选择1、确定基础埋深的意义和原则下卧层持力层（受力层）FGd设计地面基础底面基础埋深埋深定义基础埋置深度是指基础底面至设计地面的距离。第51页/共192页基础埋深的选择选择埋深的意义实质选择合适的持力层保证

1）地基的可靠性（强度、变形和稳定性要求）

2）基础的稳定性（抗倾覆、滑动和侵蚀要求）

3）施工的难易性（埋深大施工难，反之则易）

4）造价的经济性（埋深大造价高，反之则低）第52页/共192页基础埋深的选择选择埋深的原则1）在满足地基强度、稳定和变形要求的前提下，基础应尽量浅埋；2）除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。3)当上层土强度大于下层土时，宜采用上层为持力层。

4)高层建筑应有足够的埋深来保持其稳定性。

浅埋可节约材料，方便施工，缩短工期，降低造价浅层土体孔隙与大气相通，有充足的氧气和营养物，是生物活动的主要场所，土体性能较差；岩石成分稳定，无需限定第53页/共192页规范理解：基础埋深d的取值1）一般至室外标高算起；2）在填方整平地区，可至填土地面标高算起。但填土在上部结构施工完成以后，应从天然地面标高算起；3）对于地下室，如采用箱形或筏形基础时，至室外标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。注：天然地面设计地面室外标高室内标高第54页/共192页基础埋深的选择1）与建筑物有关的条件2、选择基础埋深的影响因素建筑物的功能用途1、考虑建筑物结构类型、使用功能和用途要求；2、土质地基上高层建筑，应满足稳定性要求；3、岩石地基上高层建筑，应满足抗滑要求；4、受上拔力的基础，满足抗拔要求；5、高耸构筑物，满足抗倾覆稳定性要求。抗震区筏板、箱形基础不宜小于建筑物高度1/15；桩箱、桩筏基础不宜小于建筑物高度1/18~1/20第55页/共192页只有轻型建筑可用，否则采用连续基础、人工处理或深基础比较确定

上硬下软尽量浅埋（宽基浅埋），但是如h1太小就按情况Ⅱ考虑

上软下硬

h1<2m,基底置于下层好土h1=2m~4m高楼置于好土,低楼置于软土h1>4m桩基或人工处理好土软土(很深)好土软土软土好土

III IIIIV

基础埋深和尺寸h1基础条件由其它条件确定时，基础尽可能浅埋基础埋深的选择2）工程地质条件h1第56页/共192页基础埋深的选择3）水文地质条件地基中有地下水时1）基础应尽量置于地下水位以上；

2）当基础必须置于地下水位以下时，应考虑排水、围护及扰动和地下水有无侵蚀性，设计时还应考虑地下室防渗、抗浮等问题；

3）有承压水时，由避免基坑被承压水冲破的条件确定。向上的承压水压力向下的土压力

要求

.有承压水时基坑尺寸较大时应满足:k>1.1第57页/共192页基础埋深的选择4）地基冻融条件冻土地基：地基土的温度低于摄氏零度时，土

中部分孔隙水将冻结而形成冻土。冻土的类型

季节性冻土----冬季冻结，夏季融化，

每年冻融交替一次。多年冻土----连续冻结三年以上的冻土。第58页/共192页基础埋深的选择

土的冻胀与融陷毛细水土颗粒结合水冰冻胀—土冻结后体积的膨胀冻胀机理

季节性冻土由细粒土组成，土中含水量高且地下水位又高时，不但在冻结深度范围内的土中水被冻结形成冰晶体，且未冻区的自由水和弱结合水会不断向冻结区迁移、聚集，使冰晶体逐渐扩大，引起土体发生膨胀和隆起，形成冻胀现象。结冰时水的膨胀可达10%左右，且膨胀力很大，达2MPa量级，当膨胀力大于基底压力时，基础被抬起融陷—冻土融化后引起建筑物沉陷的现象。

第59页/共192页基础埋深和尺寸基础埋深的选择冻深毛细区地下水位冻结区

土冻胀的影响因素土质：含弱结合水或有毛细水的细粒土含水量：含水量越大，冻胀性越强地下水位：离冻结区越近，水分补充越快第60页/共192页基础埋深的选择冻胀的分类

不冻胀

特强冻胀

弱冻胀

冻胀

强冻胀冻深对基础埋深的要求Zddmin室内地面hmax

dmin=zd–hmax式中：

zd––设计冻深；

hmax

––允许残留冻土最大厚度。第61页/共192页季节性冻土地基的设计深度zd可按下式计算：

式中：zd──设计冻深；

z0──标准冻深。系采用在地表平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于10年实测最大冻深的平均值；

ψzs──土的类别对冻深的影响系数，

ψzw──土的冻胀性对冻深的影响系数，

ψze──环境对冻深的影响系数。第62页/共192页

①有地下室或半地下室的建筑，其埋深必须结合地下部分设计标高选定。地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，且应预留孔洞，孔径应大于管径

（10~15mm），管道宜选柔材。

基础埋深和尺寸基础埋深的选择5）场地环境条件②同一建筑物基础可采用不同的埋深，对土质地基上的墙下无筋基础，应做成

台阶状，这是为解决基础不均匀变形的构造措施。L/H=1~2第63页/共192页③新旧相邻建筑物的新基础,

其埋深不宜超过原有建筑物基础底面，否则应有一定间距，即：L／H=1~2若不能满足上述要求，则应在施工期间对原有建筑

物采取保护措施。LH基础埋深和尺寸基础埋深的选择④为了保护基础不受人

类和其他生物活动等的影响，基础的顶面宜低于室外设计地面

0.10m，同时又要便于周围排水沟的布置。d大于10cm旧新新第64页/共192页第65页/共192页浅基础的地基承载力1.

地基承载力的概念

地基承受荷载的能力

为了满足地基强度和稳定性的要求，设计时必须控制基础底面最大压力不得大于某一界限值，这一界限值称为地基承载力。

极限承载力:地基即将丧失稳定性时的承载力;

允许承载力:地基稳定有足够的安全度且变形在允许范围内时的承载力。第66页/共192页

地基承载力特征值相应于载荷试验时，地基土的压力变形曲线线性变形段内不超过比例界限点的地基压力值。sp~s曲线pcr

pufasa

p地基承载力特征值fa—在保证地基稳定的条件下,

使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载力。

浅基础的地基承载力第67页/共192页2.

地基承载力确定的原则

1）在最不利荷载作用下，地基不出现失稳现象；

2）在长期荷载作用下，地基变形不造成上部结构损坏。特点：1.地基承载力特征值实质就是允许承载力；2.按正常使用极限状态原则确定；3.以地基的变形作为控制标准。

荷载增加

地基变形增长

地基承载力加大地基承载力是其变形的函数

浅基础的地基承载力第68页/共192页3.

地基承载力特征值确定的方法

根据土的抗剪强度指标，按理论公式计算

按地基现场载荷试验确定

按规范承载力表确定

根据相邻条件相似的建筑经验确定分类

浅基础的地基承载力第69页/共192页1)按土的抗剪强度指标确定

浅基础的地基承载力

地基极限承载力理论公式安全系数，一般取2~3

地基规范推荐的理论公式fa

=

Mb

b

+

Md

md

+

Mcck

注：此式以p1/4=Nb/2+Nqd+Ncc

为理论依据当≥24°时，Mb实际比理论大。按经验值取。

该公式相应的理论模式是基底压力呈条形均匀分布。所以仅适用于e≤0.033b的情况。承载力系数，按查表确定。第70页/共192页──基底以上土层的加权平均重度；b──基础底面宽度（m），当基础宽度大于6m时按6m考虑

对于砂土，小于3m时按3m计算；d──基础埋置的深度（m），一般自室外地面标高算起。ck──基底下一倍基宽深度范围内土的粘聚力标准值。──基底以下土的重度；式中f

a──由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值（容许承载力值）；

Mb、Md、Mc

──承载力系数，根据持力层土的内摩擦角值按表3-1确定；第71页/共192页

浅基础的地基承载力（1）土的抗剪强度指标、ck的取值①原状土样，三轴试验，每层土的试验数量≥6组；②指标的计算(取样的地点）（2）地下水对地基承载力的影响（γm、γ的取值）基底上下土的重度γm、γ，在地下水位以下采用有效重度;（3）基础宽度和埋深对地基承载力的影响①对

＞0的土，增大基础宽度，地承力随之增大；但b≥6

时，取b=6；对砂土地基b<3时，取b=3。(b的限制）

②对饱和软粘土（=0），有fa=3.14cu+γm

d

③地承力随埋深增加而增大，但对实体基础，尤其是置于饱和软粘土上时，承载力无明显增长。（4）按此式确定fa时，尚应进行地基的变形验算。几点说明：思考：饱和软粘土上加宽基础对承载的影响如何？第72页/共192页------适用于浅层地基2)按地基载荷试验确定

浅基础的地基承载力

浅层平板载荷试验

深层平板载荷试验

螺旋板载荷试验适用于深层地基千斤顶荷载板载荷板的测试范围：在现场通过0.25～0.50m2的载荷板对扰动较少的地基土体直接施荷，所测得的成果一般能反映相当于1～2倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。

第73页/共192页

浅基础的地基承载力载荷试验结果

p~s曲线确定

地基承载力特征值方法

p-s曲线“陡降型”——

取值主要由地基强度控制

p-s曲线“缓变型”——取值主要由地基允许变形控制常出现于中、高压缩性土

常出现于低压缩性土第74页/共192页

浅基础的地基承载力p~s曲线“陡降型”

步骤：

1）当p~s曲线上有明显的比例界限pb时，取pb对应的荷载值为地基承载力特征值；

2）当pu<2pb时，取pu/2为地基承载力特征值。第75页/共192页

浅基础的地基承载力p~s曲线“缓变型”

步骤：

当p~s曲线上无明显的比例界限pb和极限荷载pu时，取沉降s=(0.01~0.015)b对应的荷载值为地基承载力特征值；且其值不大于最大加载量的一半。条件：承压板面积为

0.25~0.50m2第76页/共192页

同一层土参加统计试验点不少于三点，所得试验实测值的极差(最大值与最小值之差)不超过平均值的30%时，取此平均值为地基承载力特征值fak。即：

满足：

Δf=famax

–

famin

≤0.3fam

有：fak

=fam

浅基础的地基承载力

要求第77页/共192页

浅基础的地基承载力

载荷试验的主要优缺点

载荷板与实际基础对地基影响深度比较

(a)载荷试验

(b)实际基础

优点：载荷试验可靠性高，对于成分或结构很不均匀的土层，如杂填土、裂隙土、风化岩等，它则显出用别的方法所难以代替的作用。

缺点：费时、耗资多；载荷板的尺寸一般比实际基础小，影响深度较小，试验只反映这个范围内土层的承载力。第78页/共192页

浅基础的地基承载力地基承载力特征值的修正修正原因:考虑增加基础宽度和埋置深度时，地基承载力也将随之提高，所以，应将地基承载力对不同的基础宽度和埋置深度进行修正，才能供设计使用。适用条件:当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从现场载荷试验或其他原位测试等方法确定的地基承载力特征值应进行修正。修正公式:fa

=

fak

+

ηb

(b

–3)+

η

d

m(d

–0.5)基础宽度和埋深的地承力修正系数第79页/共192页

浅基础的地基承载力

fa与fak的区别第80页/共192页第81页/共192页4.

地基变形验算

浅基础的地基承载力地基变形验算目的——保证建筑物安全、正常使用和外观。变形验算的要求：建筑物的地基特征变形计算值，不应大于地基特征变形允许值，即

Δ——

地基特征变形计算值

[Δ]——变形特征允许值。注：传至基础上的荷载应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合（不应计入风荷载和地震作用）。Δ≤[Δ]第82页/共192页地基变形特征：

对各种建筑物产生危害的不利沉降形式。

类型

浅基础的地基承载力

沉降量

沉降差

倾斜

局部倾斜第83页/共192页

浅基础的地基承载力(1)沉降量——指基础某点的沉降值。

控制对象：对于单层排架结构，体型简单的高层建筑基础，高耸结构基础的沉降量应注意验算。第84页/共192页

浅基础的地基承载力(2)沉降差

——一般指相邻柱基中点的沉降量之差。控制对象：是不均匀沉降的一种，框架结构容易出现这种情况的破坏。第85页/共192页

浅基础的地基承载力（3）倾斜

——指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。

控制对象：高耸结构、长高比很小的高层建筑第86页/共192页

浅基础的地基承载力（4）局部倾斜

——指砌体承重结构沿纵向6～10m内基础两点的沉降差与其距离的比值。

控制对象：一般砌体承重结构房屋的长高比不太大，易出现这种不均匀沉降。它是砌体承重结构的主要变形特征。

第87页/共192页软土地基或荷载中间大的情况较硬的土层或中间硬两边较软的地基土层第88页/共192页变形特征

定义

图示

控制对象沉降量基础中心点的沉降值单层排架结构，体型简单的高层建筑基础，高耸结构基础的沉降量应注意验算。沉降差相邻两个柱基的沉降量之差。框架结构、砌体墙填充的边排柱等基础倾斜基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值多高层建筑物、高耸结构、土层分布不均及相邻建筑物影响局部倾斜砌体承重结构沿纵墙6~10米内基础两点的沉降差与其距离的比值砌体承重结构第89页/共192页

浅基础的地基承载力

变形验算的选择（1）与柔性结构有关的地基变形特征通常柔性结构指排架结构，一般在低、中压缩性地基上不会产生沉降破坏，但在高压缩性地基上应注意下列变形特征：①砌体墙填充的边排柱（尤其是端部抗风柱）--验算沉降差②单层排架柱基（尤其是多跨排架的中排柱基）验算沉降量③对有桥式吊车的厂房，应限制相邻柱基沉降差引起的吊车轨道面的倾斜，以防导致吊车滑行或卡轨。第90页/共192页

浅基础的地基承载力（2）与敏感性结构有关的地基变形特征所谓敏感性结构指对不均匀沉降敏感的框架结构和砌体承重结构。由于一般砌体的抗拉、抗剪强度较低，在地基不均匀变形影响下，易沿纵墙开裂破坏；而框架结构则主要是由于相邻柱基的不均匀沉降在上部结构中产生较大次应力，使强度超过安全储备而破坏。因此：①砌体承重结构---验算局部倾斜②框架结构---验算相邻柱基的沉降差

第91页/共192页

浅基础的地基承载力（3）与刚性结构有关的地基变形特征所谓刚性结构指高层建筑和高耸结构物。①高耸结构和长高比很小的高层建筑，地基变形的主要特征是建筑物的整体倾斜；②对地基较均匀、且无相邻荷载影响的高耸结构，则注意控制沉降量。

高耸及高层建筑容易产生倾斜的主要原因是地基不均匀及相邻建筑影响，此外这类结构受水平荷载大、重心高，容易重心偏移引起偏心力矩而影响倾覆稳定性，故倾斜允许值随高度增加而递减。第92页/共192页

浅基础的地基承载力

沉降观测与地基变形值的预估沉降观测目的

通过对观测结果的分析来验证计算方法；

可预测沉降发展的趋势及时采取处理措施。

预估施工期间使用期间变形值

便于预留建筑物有关部分间净空第93页/共192页第94页/共192页

浅基础的地基承载力预估地基变形值考虑

土的压缩性多层建筑在施工期间完成的沉降量

砂土---80%以上

低压缩性土–50~80%

中压缩性土–20~50%

高压缩性土–5~20%

变形不满足时的措施1)适当调整基底尺寸(改变基底附加压力);2)适当调整基础埋深;3)改用其它基础型式;4)采用人工地基处理方案;5)从建筑\结构及施工等方面采取措施以防止地基不均匀沉降对上部结构造成的损害。第95页/共192页基础底面尺寸的确定1.

按地基持力层承载力特征值确定基底面积GkFk1）中心荷载下的基础计算假定:基底压力均匀分布基底平均压力标准值pk不超过持力层经修正后的地基承载力特征值fa，即：pk

≤fa

计算要求pk第96页/共192页计算公式

基础底面尺寸的确定GkFkdlb基础自重及其台阶上的土重实体基础Gk=γGAd=20Ad

第97页/共192页

基础底面尺寸的确定①矩形基础A=lb（一般l/b≤3）②方形基础A=b2③条形基础A=1×b=b沿基础长度方向取1m的计算单元（l=1m）第98页/共192页

基础底面尺寸的确定【例1】某住宅承重墙厚240mm，采用墙下条形基础；地基土表层为杂填土，厚度0.80m，重度17.5kN/m3，其下为粘土层，重度18.5kN/m，承载力特征值fak为170kPa，孔隙比0.86。地下水位在地表下1.0m处。若已知上部墙体传来的竖向荷载标准值为195kN/m。试确定基础底面尺寸。第99页/共192页解:

1.确定基础埋深:为了便于施工，基础宜建在地下水位以上，故选择粘土层作为持力层，初步选择基础埋深d=1m。2.对持力层土进行深度修正:第100页/共192页埋深范围内土的加权平均重度：

持力层土的承载力特征值

3.取1m长的条基作计算单元基础宽度

第101页/共192页取该承重墙下条形基础宽度b＝1.25m。4.验算:满足要求。第102页/共192页

基础底面尺寸的确定2）偏心荷载下的基础计算基底压力按直线分布假定:（梯形或三角形分布）

同时满足下列两式的要求，即：

pk

≤fa

pkmax

≤1.2fa

计算要求FeF+GMlbpkmaxpkminpk第103页/共192页计算公式

基础底面尺寸的确定基础底面的抵抗矩矩形基础Mk=(Fk+Gk)e第104页/共192页矩形基础

基础底面尺寸的确定exylbk3kF+G当pkmin<0时偏心荷载作用点至最大压力pkmax作用边缘的距离(m):k=(l/2)-ee>l/6:出现拉应力区第105页/共192页

基础底面尺寸的确定计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸——逐次渐近试算法计算步骤1)按中心受压初步计算基底尺寸：2)据偏心大小，增加基底尺寸10~40%，即：A1=（1.1~1.4）A0

3)初选l和b，一般取l/b=1~2，得实际基底尺寸：A≈A1承载力特征值可先进行深度修正若b＞3，则对地基承载力进行宽度修正第106页/共192页

基础底面尺寸的确定4)计算基底pk和pkmax

：其中：要求：ⅰ）应满足e

≤

l／６

(即pkmin≥0)

ⅱ）对重要建筑物：pkmin／pkmax≥1/4~1/3

以避免产生过大的不均匀沉降；

ⅲ）对个别情况可：e

≤

l／４

(即pkmin<0）此时：Mk=M0k+VkH0上部结构传来的力矩标准值5)验算

：pk≤fa

pkmax≤1.2fa如不满足要求，应修改尺寸，重复上述步骤，直到符合要求为止。第107页/共192页【例2】柱截面尺寸300×400mm2，作用在柱底的荷载标准值：中心垂直荷载700kN，力矩80kN-m，水平荷载13kN。基

础高度0.6m，埋深1m；粘性土地基，γ

=17.5kN/m3，

e=0.7，IL=0.78，fak=226kPa。试根据持力层地基承载

力确定基础底面尺寸。解题思路：此题为偏心荷载作用下的基础，解题思路为:对地基承

载力进行深度修正，按中心荷载作用初定基础底面积，

考虑偏心荷载作用扩大基础面积，验算地基承载力，如

不合适，调整基底面积重复按上述步骤计算。注意：1）对两边地面标高不等的基础，计算地基承载力深度修正

时，其埋深从室外地坪标高（地面标高更低的一边）算起。计算基础和回填土重时，应采用平均埋深。

2）剪力应转化对基底的弯矩，其方法为用剪力乘以剪力至基底中心的距离（力臂）。

3）如果初定的基底宽度大于3m，应对地基承载力进行宽度修正后再进行验算。，第108页/共192页【解】1、求地基承载力特征值根据粘性土e=0.7，IL=0.78查表2-5，得：ηb=0.3ηd=1.6持力层承载力特征值fa（先只考虑对基础进行埋深修正）：2、初步选择基底尺寸计算基础和回填土重Gk时的基础埋深按中心受压计算基底面积由于偏心不大，基础底面积按20%增大，即：初步选择基础底面积因不需再对fa进行宽度修正。第109页/共192页3、验算持力层地基承载力基础和回填土重偏心距即基底最大压力基底平均压力满足要求。最后确定该柱基础底面长l=2.4m,宽b=1.6m。第110页/共192页2.地基软弱下卧层承载力验算

基础底面尺寸的确定

当持力层下有软土时，可能在此层破坏，需要验算软弱下卧层的地基承载力Fk

p0dzpcdpcz软土Es1Es2Gk

验算要求作用于下卧层顶面的全部压力（自重应力和附加应力），不超过软卧层的承载力。即：

pz+pcz≤faz基底附加压力基底处自重应力软卧层顶面处自重应力pz软卧层顶面处附加应力第111页/共192页基础的验算软弱下卧层顶面的附加应力简化计算---压力扩散角法基础底面尺寸的确定

条件

假设基底处的附加应力向下传递时某一角度向外扩散，并均匀分布于较大面积的软弱下卧土层上。

Fk

p0软土Es1Es2Gk

dpcd=γmdpcdpczzpz矩形基础条形基础软卧层顶面处附加应力=基底处总应力应力扩散后面积注

扩散角与Es1/Es2及z/b有关，持力层太薄不起作用第112页/共192页

基础底面尺寸的确定软弱下卧层地基承载力特征值faz计算faz=fak+ηdγm（d+z–0.5）对软弱下卧层地基承载力只进行深度修正，修正深度从地面到软卧层顶面当上述验算不能满足时可采取的措施1)采用“宽基浅埋”方案，尽量减少基础埋深，增

加基底至软弱下卧层的距离，使传至软弱下卧

层的附加应力减小；2)增大基础宽度，减小基底压力，使传至软卧层的附加应力减小（但可能增加软弱卧层变形）;3)采用人工地基或采用深基础避开软弱下卧层

。第113页/共192页2、验算要求

其埋深应取从地面到软弱下卧层顶面的距离。

传递到软弱下卧层顶面处的附加应力与土的自重应力之和不超过下卧层的承载力

第114页/共192页=表3-12第115页/共192页【例2】

第116页/共192页解：

①条形基础

水下土的有效重度

软弱下卧层顶面处土的自重应力值查表得

第117页/共192页软弱下卧层顶面处的附加应力值

软弱下卧层顶面以上土的加权平均重度

第118页/共192页不满足要求。考虑增大基底面积。设条形基础宽3.37m，由题意，加大基底面积后，持力层承载力也肯定满足要求，不用再验算。这时，基底压力：

第119页/共192页重新验算软弱下卧层承载力：

满足要求。第120页/共192页②方形基础

查表得

满足要求。第121页/共192页3.地基稳定性验算

基础底面尺寸的确定

验算对象1)承受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构物2)建在斜坡上或边坡附近的建(构)筑物。

验算内容1)整体滑动破坏---通常采用圆弧滑动面法要求:K=Mr／Ms

≥1.2抗滑力矩滑动力矩第122页/共192页

基础底面尺寸的确定

验算内容2)斜坡上建(构)筑物对稳定土坡(如图)上的基础当b≤3m，a<2.5m，且符合要求:可不进行稳定验算对条形基础

ξ=3.5对矩形基础ξ=2.5第123页/共192页减轻不均匀沉降危害的措施建筑物开裂、倾斜、甚至破坏均匀沉降影响建筑物的功能和正常使用不均匀沉降主要对象

框架等超静定结构

砌体承重结构结构产生次应力门窗洞口部位开裂危害裂缝位置和方向与不均匀沉降的状况有关第124页/共192页

减轻不均匀沉降危害的措施砌体结构开裂的规律

当中段沉降大，产生正向挠曲（下凹）时，裂缝呈正“八”字形开展，若两翼沉降大，墙体反向挠曲（上凸）时，裂缝呈倒“八”字形开展。总之斜裂缝形态特征是：朝沉降大的一方倾斜地向上延伸。第125页/共192页

减轻不均匀沉降危害的措施如何解决不均匀沉降的问题？思考解决途径

增强上部结构对不均匀沉降的适应能力

减少不均匀沉降或总沉降具体措施

选用条形、筏形或箱形等连续基础

采用桩基础或其它深基础

进行地基处理（采用人工地基）

从地基、基础和上部结构共同工作的观点出发，在建筑、结构和施工方面采取某些措施第126页/共192页

减轻不均匀沉降危害的措施1、建筑措施1）建筑物的体型应力求简单平面立面平面形状复杂的建筑物易开裂部位建筑立面高差大易开裂部位第127页/共192页

减轻不均匀沉降危害的措施2）设置沉降缝

沉降缝

从上部结构檐口到基础底面将建筑物分割成两个或多个独立单元，分割出的独立单元（或沉降单元），应满足体形简单、长高比小、结构类型不变和所在处的地基比较均匀等条件的要求。设置位置(1)复杂建筑平面转折处;(2)高度或荷载变化差异处;(3)结构或基础类型不同处;(4)长高比过大的适当部位;(5)地基压缩性显著变化处;(6)分期建造房屋交接处;(7)拟设伸缩缝或防震缝处(沉降缝可兼作伸缩缝或防震缝)。第128页/共192页（2）合理布置纵、横墙：缩小横墙间距,避免削弱纵墙刚度

减轻不均匀沉降危害的措施3）加强建筑物的整体刚度建筑物过长：长高比7.6:1（1）控制建筑物的长高比：建筑物长高比是指它的长度L与其高度（屋顶檐口至基底的距离）Hf之比L/Hf≤2.5~3.0第129页/共192页

减轻不均匀沉降危害的措施4）恰当安排相邻建筑物基础间的净距相邻基础附加应力叠加不均匀沉降（1）同期建造的两相邻建筑物，低（或轻）者受高（或重）者的影响；（2）不同期建造的两相邻建筑物，原有建筑物受邻近新建高（或重）的建筑物的影响。新建11层楼房原有建筑受影响建筑（被影响者）－刚度（长高比）影响建筑（产生影响者）－预估平均沉降量决定相邻建筑物基础间净距的指标：第130页/共192页由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触第131页/共192页根据可能产生的不均匀沉降，将预估沉降量大的部分标高提高，待其沉降后达到预定的标高，与沉降小的部分协调一致。（1）室内地坪和地下设施的标高，应根据预估沉降量予以提高；（2）建筑物各部分（或设备之间）有联系时，可将沉降较大者标高提高；（3）建筑物与设备之间，应留有足够的净空；（4）当有管道穿过建筑物时，应预留足够尺寸的孔洞，或采用柔性的管道接头。

减轻不均匀沉降危害的措施5）调整建筑物各部分的标高原理：具体措施：第132页/共192页

减轻不均匀沉降危害的措施2、结构措施1）减轻建筑物自重①减轻墙重量：采用多孔砖，轻质墙等。②选用轻型结构：采用预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构及各种轻型空间结构。③减少基础和回如采用空心基础、壳体基础、填土重量：以及加空地板代替厚填土等。第133页/共192页

对于砌体承重房屋，不均匀沉降的损害突出地表现为墙体的开裂。因此，实践中常在基础顶面附近（俗称“地圈梁”）、门窗顶部楼（层）面处设置圈梁，每道圈梁应尽量贯通外墙、承重内纵墙及主要内横墙，并在平面内形成闭合的网状系统。

减轻不均匀沉降危害的措施2）设置圈梁圈梁类型

钢筋混凝土圈梁

钢筋砖圈梁（或钢筋砖带）作用----增强建筑物的抗弯刚度

第134页/共192页

减轻不均匀沉降危害的措施3）减小或调整基底附加压力①减小基底附加压力：除了采用本节“减轻建筑物自重”减小基底附加压力外，还可设置地下室（或半地下室、架空层），以挖除的土重去

补偿（抵消）一部分甚至全部的建筑物重量，达到减小沉降的目的。②改变基底尺寸：按照沉降控制的要求，选择和

调整基础底面尺寸，从而调整基底压力。第135页/共192页

减轻不均匀沉降危害的措施4）加强基础刚度

①采用钢筋混凝土基础，如条形，十字形，筏形和箱形基础，可以增大基底面积，加强基础刚

度和提高调整不均匀沉降的能力。尤其是软弱

地基上的砌体结构房屋，特别有效。②设置基础梁，以提高基础的整体刚度，增强适应不均匀沉降的能力。第136页/共192页

减轻不均匀沉降危害的措施5）采用非敏感性结构排架、三铰拱（架）等铰接结构油罐、水池等基础采用柔性底板适用条件单层厂房、仓库和某些公共建筑第137页/共192页

减轻不均匀沉降危害的措施3、施工措施1）合理安排施工程序先高重后低轻，先主体后附属2）基础周围不宜堆载3）保护基底的地基土(岩)4）防止施工中的不利影响第138页/共192页扩展基础设计1.无筋扩展基础(刚性基础)设计Fkb2bH0b1b0d

设计原理

采用增加基础高度H0，控制基础外伸宽度b2与基础高度H0的比值（台阶宽高比，又称刚性角）来提高基础抗弯能力，从而无需配筋就可保证基础结构不发生破坏。第139页/共192页

无筋扩展基础设计

设计方法Fkb2bH0b1b0d通过控制材料强度等级和基础台阶的宽高比来确定基础的截面尺寸，要求台阶宽高比小于其允许值

设计公式基础台阶宽高比允许值查表第140页/共192页基础材料质量要求台阶高宽比的允许值pk≤100100<pk≤200200<pk≤300混凝土基础C15混凝土1:1.001:1.001:1.25毛石混凝土基础C15混凝土1:1.001:1.251:1.50砖基础砖不低于MU10，砂浆不低于M51:1.501:1.501:1.50毛石基础砂浆不低于M51:1.251:1.50－灰土基础体积比为3：7或2：8的灰土，其最小干密度：粉土1.55t/m3粉质粘土1.05t/m3粘土1.45t/m31:1.251:1.50－三合土基础体积比为1：2：4～1：3：6（石灰：砂：骨料），每层约虚铺220mm，夯至150mm1:1.501:2.00－表4-1刚性基础台阶宽高比的允许值第141页/共192页

无筋扩展基础设计一般先按地基承载力特征值确定基础底面尺寸，然后根据刚性角要求按下式计算基础高度：Fkb2bH0b1b0d因刚性角，大小取决于基础材料和pk第142页/共192页

无筋扩展基础设计

验算要求对阶梯形截面基础，除基础高度应符合要求外，各级台阶的宽高比亦应满足刚性角要求

；2)除墙下条基只在横截面方向进行台阶宽高比验算外，单独基础则应在长、宽两个方面进行验算

;3)若基础由二种或二种以上材料叠合而成，则应分别满足不同材料的允许刚性角，并应对两种材料接触部分进行局部受压验算。第143页/共192页抗剪验算

当混凝土基础的基础底面的平均压力值pk超过300kPa时，还应按下式验算墙（柱）边缘或变阶处的受剪承载力：第144页/共192页无筋扩展基础的设计步骤1.根据已知的d，进行地基承载力特征值的深度修正。2.按持力层承载力确定基底尺寸b。3.按台阶宽高比允许值初选基础高度H0。4.确定每一级台阶的宽度bi，高度hi。注：为保证传力路线流畅，节省材料，施工方便，每一级台阶都宜符合宽高比要求。5.满足构造要求。如砖模等。第145页/共192页

无筋扩展基础设计不满足刚性角要求时可采取的措施1）增加基础高度H0

（增加埋深d）——使减小；

（应注意若其下有软弱下卧层时，不宜采用）

；2）改用钢筋混凝土扩展基础——不受允许宽高比限

制，使H0及d减小

;3）采用人工地基——提高地基承载力使b减小

。第146页/共192页

无筋扩展基础设计构造要求

1）基顶埋深d1

（1）必要性：①保护不受大气风化和外力破坏；②保持建筑物整体外观；③预留地坪结构层及埋设管线所需位置。（2）最小构造尺寸：①民用建筑≥100mm②工业建筑≥500mm；第147页/共192页

无筋扩展基础设计构造要求

2)基顶宽度bt（1）必要性：

①便于增加建筑物的稳定性；

②便于施工，防止误差，上部结构有调

整余地。

（2）最小构造尺寸：两侧超出墙、柱的尺寸原则上应符合材料的模数。①砖——b1≥60mm②石——b1≥100mm③砼——b1≥50mm

第148页/共192页

无筋扩展基础设计构造要求3）基础剖面形状及尺寸

不同材料的基础原则上应符合材料的模数要求。（1）砖基础(模数)60的倍数剖面形式按砌筑方法可分为二种：

①二皮一收砌法：从底面开始，每层为二匹砖，高120mm，逐渐内收1/4砖长60mm(简称等高法)；

②二一间隔收砌法：从底面开始，先砌二匹砖，内收1/4砖长60mm，再砌一匹砖内收1/4砖长60mm，如此反复(简称间隔法)。5×605×60第149页/共192页

无筋扩展基础设计构造要求（2）砌石基础：①毛石基础：每级由二层毛石错缝砌成，每级伸

出宽度bi≤200mm，

高度一般400~600mm②条石基础：每级高度为

300或300mm的倍数，伸出宽度同上。150300300300150第150页/共192页

无筋扩展基础设计构造要求（3）混凝土基础①毛石混凝土基础：毛石含量约为基础体积的25-

30%，毛石尺寸一般不超过300mm,每级高度一般为500mm。②素混凝土基础：阶梯形（每阶高度≤500mm）;

锥形（要求边缘高度≥

200mm），一般300-500mm（节约材料）。60150150第151页/共192页

无筋扩展基础设计构造要求

（4）灰土基础：每阶二~三步（分层夯实，每层虚铺220-250mm，夯实到150mm

为一步）一般每阶高300~450mm。（5）三合土基础：每阶高≥300mm（虚铺

220~250mm，夯实至150mm）第152页/共192页

无筋扩展基础设计构造要求

4）基础垫层垫层材料可选用灰土、三合土和混凝土。垫层每边伸出基础底面50～100mm，厚度一般为100mm。

基础垫层主要为施工方便而设，一般作为构造垫层，不作为基础结构部分考虑。因此，垫层的宽度和厚度都不计入基础宽度和厚度及埋深之内，它不同于组合基础也非人工地基的垫层，应注意区别。

第153页/共192页课堂练习某住宅的承重砖墙厚b0＝240mm，传至基顶的荷载标准值Fk＝220kN/m，埋深d＝1.3m。地基土为很厚的细砂，其承载力特征值fak＝140kPa，天然重度γ＝19kN/m3，基础材料用MU10砖和M5砂浆