刚性基础与拓展基础

刚性基础与拓展基础第一页，共209页。本章学习目标熟悉刚性基础与扩展基础的构造要求。掌握影响浅基础埋置深度的主要因素掌握浅基础地基承载力的确定方法，并熟练运用。掌握根据持力层承载力确定浅基础底面尺寸的方法，并能够对软弱下卧层进行强度验算。熟悉墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础的设计内容及其应用。掌握地基的变形特征，了解根据不同的结构进行不同特征变形验算的内容。第二页，共209页。第1节概述浅基础的定义:

埋入地层深度较浅，施工一般采用敞开挖基坑修筑的基础。浅基础在设计计算时可以忽略基础侧面土体对基础的影响，基础结构形式和施工方法也较简单。深基础埋入地层较深，结构形式和施工方法较浅基础复杂，在设计计算时需考虑基础侧面土体的影响。天然地基浅基础的特点:由于埋深浅，结构形式简单，施工方法简便，造价也较低，因此是建筑物最常用的基础类型。第三页，共209页。一、浅基础不同于深基础主要表现在：

1.从施工角度看，开挖基坑过程中降低地下水位（当地下水位较高时）和保证坑壁（或边坡）稳定的问题比较容易解决；

2.从设计角度来看，浅基础的埋置深度一般较浅，因此可以只考虑基础底面以下土的承载力，而忽略基础侧面土提供的竖向承载力。第四页，共209页。二、浅基础设计方法常规设计法考虑地基基础上部结构相互作用的影响第五页，共209页。第六页，共209页。

浅基础的设计，不能离开地基条件孤立地进行，故常称为地基基础设计。地基基础设计是建筑物结构设计的重要组成部分。基础的型式和布置，要合理地配合上部结构的设计，满足建筑物整体的要求，同时要做到便于施工、降低造价。天然地基上结构较简单的浅基础，最为经济，如能满足要求，宜优先选用。天然地基、人工地基上浅基础设计的原则和方法基本相同，只是采用人工地基上的浅基础方案时，尚需对选择的地基处理方法进行设计，并处理好人工地基与浅基础的相互影响。第七页，共209页。设计浅基础一般要妥善处理下列几方面问题：

1．充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察资料。

2．了解当地的建筑经验，施工条件和就地取材的可能性，并结合实际考虑采用先进的施工技术和经济、可行的地基处理方法。

3．选择基础类型和平面布置方案，并确定地基持力层和基础埋置深度．

4．按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。

5．以简化的、或考虑相互作用的计算方法进行基础结构的内力分析和截面设汁。第八页，共209页。天然地基上浅基础的设计，包括下述各项内容：

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。第九页，共209页。

上述浅基础设计的各项内容是相互关联的，设计时可按上述顺序，首先选择基础材料、类型和埋深，然后逐项进行计算，如果发现前面的选择不妥，则需修改设计，直至各项计算均符合要求，各数据前后一致为止。必须强调的是：地基基础问题的解决，不宜单纯着眼于地基基础本身，按常规设计时，更应把地基、基础与上部结构视为一个统一的整体，从三者相互作用的概念出发考虑地基基础方案。第十页，共209页。第2节天然地基上浅基础的类型、构造浅基础常用类型、适用条件及构造（一）据受力条件及构造分类（二）按材料分类（三）按构造分类第十一页，共209页。2.1据受力条件及构造分类（1）刚性基础：基础在外力（包括基础自重）作用下，基底的地基反力为，此时基础的悬出部分断面，相当于承受着强度为的均布荷载的悬臂梁，在荷载作用下，悬出部分断面将产生弯曲拉应力和剪应力。当基础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力时，悬出部分断面不会出现裂缝，这时基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础。第十二页，共209页。刚性基础：由素混凝土、砖、毛石等抗压强度较高而抗弯拉强度较低的材料砌筑而成的基础，计算时不计其弯曲变形，基础高度由刚性角控制的基础型式。(又叫无筋扩展基础)刚性角：刚性基础中为使基底弯曲拉应力和剪应力不超过基础圬工强度极限，墩台身边缘处的垂线与基底边缘的连线间的最大夹角。（与基础材料、基底反力大小有关。）第十三页，共209页。第十四页，共209页。基础底部扩展部分不超过基础材料刚性角的天然地基基础.受刚性角限制的基础称为刚性基础。（注意：钢筋混凝土基础为柔性基础）特点----抗压大，抗拉、弯、剪差。一般指抗压强度高，而抗拉、抗剪强度较低的材料就称为刚性材料。常用的有砖、灰土、混凝土、三合土、毛石等。刚性基础指用砖、石、灰土、混凝土等抗压强度大而抗弯、抗剪强度小的材料做基础（受刚性角的限制）。用于地基承载力较好、压缩性较小的中小形民用建筑.刚性角：基础放宽的引线与墙体垂直线之间的夹角。基础底部扩展部分不超过基础材料刚性角的天然地基基础.由刚性材料制作的基础称为刚性基础。一般指抗压强度高，而抗拉、抗剪强度较低的材料就称为刚性材料。常用的有砖、灰土、混凝土、三合土、毛石等。第十五页，共209页。砖基础第十六页，共209页。毛石基础第十七页，共209页。砼基础第十八页，共209页。毛石砼基础第十九页，共209页。2-1-1刚性基础的构造要求第二十页，共209页。刚性基础刚性基础的优点是：材料具有较好的抗压性能，稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只需地基承载力能满足要求，适用于多层民用建筑和轻型厂房。当基础较厚时，可在纵横两个剖面上都做成台阶形，以减少基础自重，节省材料。第二十一页，共209页。刚性基础的特点：稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载。它的主要缺点是自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基强度而影响建筑物的正常使用。所以对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的建筑物，当持力层的土质较差又较厚时，刚性基础作为浅基础是不适宜的。第二十二页，共209页。扩展基础无筋扩展基础钢筋混凝土扩展基础墙下钢筋混凝土条形基础柱下独立基础墙下条形基础柱下钢筋混凝土独立基础第二十三页，共209页。刚性基础（无筋扩展基础）适用性：一般可作为六层或六层以下（三合土基础不宜超过四层）的一般民用建筑基础或砌体承重的轻型厂房基础。具体类型：墙下刚性条形基础、柱下刚性独立基础。第二十四页，共209页。无筋扩展基础

无筋扩展基础的材料虽具有较好的抗压性能，但其抗拉、抗剪强度却不高。设计时必须保证发生在基础内的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度值。这种保证通常是通过对基础构造的限制来实现的，即基础每个台阶的宽度与其高度之比（宽高比）都不得超过规范规定的台阶宽高比的允许值。所以无筋扩展基础设计时一般先选择适当的基础埋置深度和基础底面尺寸。第二十五页，共209页。刚性基础构造示意图

第二十六页，共209页。2-1-1刚性基础的构造要求第二十七页，共209页。2-1-1刚性基础的构造要求第二十八页，共209页。2-1-1刚性基础的构造要求《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）条文表格8.1.2第二十九页，共209页。2-1-1刚性基础的构造要求《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）条文规定第三十页，共209页。2-1-1刚性基础的构造要求第三十一页，共209页。2-1-2柔性基础（2）柔性基础：基础在基底反力作用下，在悬出部分断面产生弯曲拉应力和剪应力若超过了基础圬工的强度极限值，为了防止基础在悬出部分断面开裂甚至断裂，可将刚性基础尺寸重新设计，并在基础中配置足够数量的钢筋，这种基础称为柔性基础。材料：钢筋混凝土。总特点：具有较好的抗剪能力和抗弯能力，强度高、耐久性和抗冻性好，自重相对刚性基础小。第三十二页，共209页。柔性基础具体类型：钢筋混凝土独立基础、墙下钢筋混凝土条形基础、（前两种又叫扩展基础）柱下钢筋混凝土条形基础、十字交叉钢筋混凝土条形基础、筏板基础、箱形基础。第三十三页，共209页。2-1-2钢筋混凝土扩展基础构造要求第三十四页，共209页。（1）扩展基础上部结构通过墙、柱等承重构件传递的荷载，在其底部横截面上造成的压强通常远远大于地基的承载能力。这就要求在墙、柱之下设置水平截面向下扩大的基础。扩展基础以使从墙或柱传递下来的荷载扩散分布于扩大后的基础底面，使之满足地基承载力和变形的要求。①无筋扩展基础(刚性基础)②钢筋混凝土扩展基础第三十五页，共209页。扩展基础无筋扩展基础钢筋混凝土扩展基础墙下钢筋混凝土条形基础柱下独立基础墙下条形基础柱下钢筋混凝土独立基础第三十六页，共209页。②钢筋混凝土扩展基础

钢筋混凝土扩展基础系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。钢筋混凝土扩展基础主要是用钢筋混凝土浇筑，其抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用，这类基础的高度不受台阶宽高比的限制，故适宜于需要“宽基浅埋”的场合下采用。当基础埋深和底面尺寸确定之后，即可计算基础内力，以便设计基础截面。此时如按直线分布假设计算基底反力，则应不计基础和其上土的重量(G)所引起的反力。这样得到的是用于计算内力的基底净反力。钢筋混凝土扩展基础高度和变阶处的高度应按现行《混凝土结构设计规范》进行受冲切和受剪承载力计算确定。第三十七页，共209页。2-1-2钢筋混凝土扩展基础构造要求第三十八页，共209页。扩展基础第三十九页，共209页。2-1-2钢筋混凝土扩展基础构造要求第四十页，共209页。2-1-2钢筋混凝土扩展基础构造要求第四十一页，共209页。2-1-2钢筋混凝土扩展基础构造要求第四十二页，共209页。柱下钢筋混凝土独立基础第四十三页，共209页。墙下钢筋混凝土条形基础第四十四页，共209页。（2）独立基础独立基础：是配置于整个结构物之下的无筋或配筋的单个基础。独立基础是柱式桥墩和房屋建筑常用的基础形式之一。它的纵横剖面均可砌筑为台阶式，但柱下独立基础用石或砖砌筑时，则在柱子与基础之间用混凝土墩连接。第四十五页，共209页。第四十六页，共209页。单独基础第四十七页，共209页。（三）按构造分类（1）扩展基础（2）独立基础（3）联合基础（4）条形基础（5）柱下十字交叉基础（6）筏形基础（7）箱形基础（8）壳体基础第四十八页，共209页。2-2基础埋置深度的选择SelectionofFoundationEmbedment第四十九页，共209页。2-2基础埋置深度的选择SelectionofFoundationEmbedment第五十页，共209页。基础的埋置深度的确定一、确定原则二、影响因素第五十一页，共209页。一、确定原则在保证安全可靠的前提下，尽量浅埋。注意：1.基础埋深不小于0.5m（表土一般松软，易受雨水及外界影响）；随建筑物高度适当增大。2.基础顶面低于设计地面0.1m以上，避免基础外露，受外界破坏。3.桥要求在冲刷深度以下。d大于10cm第五十二页，共209页。在满足其他要求下尽量浅埋只有低层房屋可用,否则需地基处理尽量浅埋但是如h1太小就为II好土软土(很深)好土软土软土好土

III IIIIVh1h1h1<2m基底在好土h1=2m~4m高楼好土,低楼软土h1>4m桩基或处理第五十三页，共209页。二、影响因素1、与建筑物有关的条件。包括建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的型式和构造等。2、作用在地基上的荷载大小和性质。3、工程地质条件和水文地质条件。合理选择地基持力层。另外，选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态（渗流力、浮托力）。4、相邻建筑物的基础埋深。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。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。第五十四页，共209页。5、地基土冻胀和融陷的影响。季节性冻土是冬季冻结，天暖解冻的土层。对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深d应据规范要求结合实地调查确定。6、场地环境条件。基础埋深应大于因气候变化或树木生长导致地基土胀缩、以及其他生物活动形成孔洞等可能到达的深度；对靠近原有建筑物基础修建的新基础，其埋深不宜超过原有基础的底面，否则新、旧基础间应保留一定的净距；如果基础邻近有管道或沟、坑等设施时，基础底面一般应低于这些设施的底面；濒临河、湖等水涔修建的建筑物基础，如受到流水或波浪冲刷的影响，其底面应位于冲刷线之下。第五十五页，共209页。2-2-1建筑结构条件与场地环境条件ArchitecturalandStructuralConditionsandEnvironmentalConditionsoftheField第五十六页，共209页。基础埋置深度的选择－场地环境条件第五十七页，共209页。对修建于坡高（H≤8m）和坡角不太大（β≤45°）的稳定土坡坡顶上的基础（见图），当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长b≤3m，且基础底面边缘至坡顶边缘线的水平距离a≥2.5m时，如果基础埋置深度d满足下式要求：则土坡坡面附近由修建基础所引起的附加应力不影响土坡的稳定性。式中χ取3.5（对条形基础）或2.5（对矩形基础）。否则应进行坡体稳定性验算。

H≤8mβ≤45°dab第五十八页，共209页。基础埋置深度的选择－工程地质条件第五十九页，共209页。对于中小型建筑物：

良好土层——坚硬、硬塑、可塑状态的粘性土层；密实或中密状态的砂土层和碎石土层；其他中低压塑性土层

软弱土层——软塑、流塑状态的粘性土层；松散状态的砂土层；未经处理的填土；其他高压缩性土层

持力层下卧层软弱下卧层基础埋置深度的选择－工程地质条件第六十页，共209页。(1)良好土层埋深由其他条件和最小埋深确定。浅埋，一般取d=0.5~1.5m。(2)软弱土层1~2层：按情况(1)处理3~5层：可采用连续基础方案、或人工地基方案6层以上：桩基方案第六十一页，共209页。(3)软弱土层良好土层h当h>2m时：按情况(2)处理。当h<2m时：选良好土层为持力层。垫层

做法一做法二第六十二页，共209页。(4)2~3m厚的“硬壳层”持力层顶面倾斜时：柱下独立基础对于中小型建筑物，宜尽量选硬壳层为持力层。采用“宽基浅埋”方案第六十三页，共209页。基础埋置深度的选择－水文地质条件第六十四页，共209页。基础埋置深度的选择－水文地质条件

地下水按其埋藏条件可以分为潜水和承压水。潜水是埋藏在地下第一个隔水层（1）之上的地下水，有一个自由水面。承压水是埋藏在两个隔水层之间承受一定压力的地下水，没有自由水面。当凿穿上面的隔水层时，水会在压力作用下自动上涌，甚至喷出地表，因此称为自流水。隔水层是指透水性能差的岩层和土层，一般由致密的岩石或粘土构成，由于孔隙小，地下水不易透过。第六十五页，共209页。基础埋置深度的选择－水文地质条件第六十六页，共209页。基础埋置深度的选择－水文地质条件第六十七页，共209页。对埋藏有承压含水层的地基,确定基础埋深时，必须控制基坑开挖深度，防止基坑因挖土减压而隆起开裂。要求基底至承压含水层顶间保留土层厚度（槽底安全厚度）h0为：

第六十八页，共209页。基础埋置深度的选择－水文地质条件第六十九页，共209页。基础埋置深度的选择－水文地质条件第七十页，共209页。基础埋置深度的选择－地基冻融条件第七十一页，共209页。冻胀现象冻胀是由于土中水的冻结和冰体（特别是凸镜状冰体）的增长引起土体膨胀、地表不均匀隆起的作用。冻胀一般会导致地面发生变形，形成冻胀垄岗。冻胀的原因包括土中原有的水结冰体积膨胀；同时也包括土冻结过程中下部未冻结土中的水分迁移并向冻结面富集，水分相对集中，水与土粒分异形成冰透镜体或冻夹层，使土体积膨胀第七十二页，共209页。冻胀机理在寒冷地区，当温度等于或低于0℃时，含有水的土，其孔隙中水结成冰使土体积产生膨胀；当气温升高，冰融化后体积缩小而下沉，由于融化、冻胀深浅不一，导致建筑物不均匀下沉造成裂缝、倾斜甚至倒塌。这种冻胀融沉与土的颗粒大小和含水量有关，土颗粒愈粗，含水量愈小，冻胀融沉就愈小(如砂类土基本不冻胀)，反之就愈大(如粉砂粘性土)。冻土按冻结状态又分季节性冻土和永冻土两类，前者有周期性的冻结融化过程，后者冻结状态持续多年或永久不融第七十三页，共209页。冻胀预防措施(1)地基宜选在干燥较平绥的高阶地上，或地下水位低、土冻胀性较小的建筑场地上。尽量避开地下水发育地段(如有地面水流、地形低、易积水处)。(2)基础宜深埋于季节影响层以下的永冻土或不冻胀土层上。(3)加强结构刚度，或采用独立基础、桩基或砂垫层等措施，尽量减少冻胀融沉的不均匀变形。(4)水是冻胀祸根，又是融化热源。在施工和使用期间应做好建筑物的散水、排水、截水设施，防止雨水、地表水、生产废水和生活污水侵入地基。在山区应做好截水沟，或在房屋和构筑物下设置暗沟，以排走地表水和潜水流，避免基础堵水而造成冻害。(5)基础梁下有冻胀性土时，应在梁下填以炉渣等松散材料，并留5～15cm空隙，以防止因土冻胀将基础梁拱裂。室外台阶、散水坡宜与主体结构断开，散水坡下宜填以非冻胀性材料。(6)对冬期开挖的工程，要随挖、随砌，随回填土，严防地基受冻；对跨年度工程及冻前不能交付正常使用的工程，应对地基采取相应的过冬保温措施。第七十四页，共209页。渠道冻胀破坏第七十五页，共209页。第七十六页，共209页。考虑冻胀的基础埋深dmin＝zd–hmaxZd

设计冻深；hmax基底下残留冻土层最大厚度ZdZ0dmin室内地面hmax第七十七页，共209页。季节性冻土的设计冻深zd按下式计算：设计冻深标准冻深（m）。系采用在地面平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于已往10年实测量最大冻深的平均值。无实测资料时，按《建筑地基规范》“中国季节性冻土标准冻深线图”采用。土的类别对冻深的影响系数土的冻涨性对冻深的影响系数环境对冻深的影响系数第七十八页，共209页。2－3地基承载力BearingCapacityofSubgrade第七十九页，共209页。地基破坏三个阶段临塑荷载直线关系极限荷载第八十页，共209页。临界荷载极限荷载和临塑荷载之间任意一个数值称为临界荷载。规范中容许承载力就是采用塑性区开展深度z等于1/4基础宽度时的临界荷载作为设计控制值，这时相应的沉降约为荷载压板宽度的2%。对于一般建筑物来说，只要基底压力不超过规范中容许值，也就控制了建筑物的沉降。但是对于重要的建筑物或构筑物，除了上部荷载满足承载力要求以外，还必须验算地基的沉降。第八十一页，共209页。2－3地基承载力BearingCapacityofSubgrade第八十二页，共209页。概述确定地基承载力应考虑的因素

1．基础形状的影响：在用极限荷载理论公式计算地基承载力时是按条形基础考虑的，对于非条形基础应考虑形状不同地基承载的影响。2．荷载倾斜与偏心的影响：在用理论公式计算地基承载力时，均是按中心受荷考虑的，但荷载的倾斜荷偏心对地基承载力是有影响的。3．覆盖层抗剪强度的影响：基底以上覆盖层抗剪强度越高，地基承载力显然越高，因而基坑开挖的大小和施工回填质量的好坏对地基承载力有影响。4．地下水的影响：地下水水位上升会降低土的承载力。5．下卧层的影响：确定地基持力层的承载力设计值，应对下卧层的影响作具体的分析和验算。6．此外还有基底倾斜和地面倾斜的影响：地基土压缩性和试验底板与实际基础尺寸比例的影响。相邻基础的影响，加荷速率的影响和地基与上部结构共同作用的影响等。第八十三页，共209页。

地基的变形和失稳地基变形的三个阶段

0sppcrpuabcp＜pcrpcr＜p＜pup≥pua.线性变形阶段塑性变形区连续滑动面oa段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中τ＜τf,地基处于弹性平衡状态b.弹塑性变形阶段ab段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区c.破坏阶段bc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化第八十四页，共209页。

地基的变形和失稳地基的破坏形式

地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基地压力称为临塑荷载pcr

地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基地压力称为极限荷载pu1.整体剪切破坏a.p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段b.地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面c.荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起第八十五页，共209页。

地基的变形和失稳2.局部剪切破坏a.p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段b.塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起3.冲剪破坏b.地基不出现明显连续滑动面

c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷a.p-s曲线没有明显的转折点地基的破坏形式

第八十六页，共209页。

地基的变形和失稳某谷仓的地基整体破坏第八十七页，共209页。

地基的变形和失稳1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆第八十八页，共209页。

地基的变形和失稳在软粘土上的密砂地基的冲剪破坏第八十九页，共209页。

地基的变形和失稳1964年日本新泻（Niigata）地震地基的大面积液化

1964年日本新泻（Niigata）地震地基的大面积液化第九十页，共209页。

地基的变形和失稳地基液化引起的建筑物破坏第九十一页，共209页。

地基的变形和失稳某宫殿，左部分建于1709年；右部分建于1622年。沉降达2.2米，存在明显的沉降差。墨西哥的沉降问题是世界著名的第九十二页，共209页。

地基的变形和失稳比萨斜塔-不均匀沉降的典型始建于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米第九十三页，共209页。

地基的变形和失稳大阪Nishinomiya桥的桥墩破坏.6个桥墩中至少2个严重破坏，其可能的原因是岸边桥墩的大变形导致第一组桥墩过载。日本1995年1月17日阪神大地震第九十四页，共209页。地基承载力第九十五页，共209页。地基承载力的确定一、基本概念二、确定地基承载力的设计原则三、地基承载力特征值的确定第九十六页，共209页。一、基本概念地基承载力：地基土单位面积上所能承受荷载的能力。极限承载力(pu):地基不致失稳时单位面积能承受的最大荷载。地基容许承载力(pa):考虑一定安全储备后的地基承载力。第九十七页，共209页。

·地基承载力是指地基承受荷载的能力。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称为地基承载力特征值

fa。一、基本概念第九十八页，共209页。地基的强度满足上部荷载的要求变形不超过允许值变形条件：Δ≤地基承载力包括一、基本概念第九十九页，共209页。2－3地基承载力BearingCapacityofSubgrade第一百页，共209页。2－3地基承载力BearingCapacityofSubgrade第一百零一页，共209页。二、确定地基承载力的设计原则三种设计原则总安全系数设计原则容许承载力设计原则—路桥地基规范采用概率极限状态设计原则第一百零二页，共209页。三、地基承载力特征值的确定地基承载力特征值的确定方法很多,下面给大家介绍常用的五种：1、按土的抗剪强度指标以理论公式计算2、按地基载荷试验确定3、按触探试验（动力或静力）确定4、按有关规范提供承载力经验公式确定5、按有关规范提供承载力表查表确定(新规范已取消)6、在土质基本相同的条件下，参照邻近建筑物地基容许承载力；第一百零三页，共209页。1、按土的抗剪强度指标确定

以理论公式计算地基承载力可采用：以理论公式计算地基极限承载力，再除以安全系数(或分项系数)。地基极限承载力有多个计算公式，详见《土力学》--地基承载力一章。如：普朗特尔极限承载力公式太沙基极限承裁力公式魏西克极限承载力公式汉森极限承载力公式第一百零四页，共209页。

确定地基极限承载力的理论公式一、普朗特尔极限承载力理论

普朗特尔公式是求解宽度为B的条形基础，置于地基表面，在中心荷载P作用下的极限荷载Pu值。普朗特尔的基本假设及结果，归纳为如下几点：（1）地基土是均匀，各向同性的无重量介质，即认为土的r=0，而只具有C，φ的材料。（2）基础底面光滑，即基础底面与土之间无摩擦力存在，所以基底的压应力垂直于地面。（3）当地基处于极限平衡状态时，将出现连续的滑动面，其滑动区域将由朗肯主动区I，径向剪切区II或过渡区和朗肯被动区III所组成。第一百零五页，共209页。

确定地基极限承载力的理论公式一、普朗特尔极限承载力理论

PbccddⅠⅡⅡ45o＋

/245o－

/2ⅢⅢ将无限长，底面光滑的荷载板至于无质量的土(＝0)的表面上，荷载板下土体处于塑性平衡状态时，塑性区分成五个区Ⅰ区：主动朗肯区，1竖直向，破裂面与水平面成45o＋

/2Ⅱ区：普朗特尔区，边界是对数螺线

Ⅲ区：被动朗肯区，1水平向，破裂面与水平面成45o－

/2第一百零六页，共209页。

确定地基极限承载力的理论公式普朗特尔理论的极限承载力理论解式中：承载力系数当基础有埋深d时式中：二、太沙基极限承载力理论

底面粗糙，基底与土之间有较大的摩擦力，能阻止基底土发生剪切位移，基底以下土不会发生破坏，处于弹性平衡状态PaabccddⅠⅡⅡⅢ45o＋

/245o－

/2ⅢⅠ区：弹性压密区(弹性核)Ⅱ区：普朗特尔区，边界是对数螺线Ⅲ区：被动朗肯区，1水平向，破裂面与水平面成45o－

/2第一百零七页，共209页。

确定地基极限承载力的理论公式太沙基理论的极限承载力理论解Nr、Nq、Nc均为承载力系数，均与有关，太沙基给出关系曲线，可以根据相关曲线得到上式适用于条形基础整体剪切破坏情况，对于局部剪切破坏，将c和tan均降低1/3

方形基础局部剪切破坏时地基极限承载力Nr

、Nq

、Nc为局部剪切破坏时承载力系数，也可以根据相关曲线得到对于方形和圆形基础，太沙基提出采用经验系数修正后的公式

圆形基础第一百零八页，共209页。三、汉森极限承载力理论

对于均质地基、基础底面完全光滑，受中心倾斜荷载作用式中：汉森公式Sr、Sq、Sc

——基础的形状系数ir、iq、ic

——荷载倾斜系数dr、dq、dc

——深度修正系数gr、gq、gc

——地面倾斜系数br、bq、bc

——基底倾斜系数Nr、Nq、Nc

——承载力系数说明：相关系数均可以有相关公式进行计算

确定地基极限承载力的理论公式第一百零九页，共209页。2－3－1按土的抗剪强度指标确定DeterminingtheBearingCapacitybytheShearStrengthofSoil第一百一十页，共209页。2－3－1按土的抗剪强度指标确定DeterminingtheBearingCapacitybytheShearStrengthofSoil太沙基于1943年提出的条形基础极限荷载计算公式，假定基础底面是粗糙的。地基滑动面形状如图所示。滑动土体分成三个区：I区－基础底面下的土楔ABC，II区——一组滑动面是通过A或B点的辐射线，另一组是对数螺线；III区－朗肯被动区。太沙基极限荷载公式：第一百一十一页，共209页。2－3－1按土的抗剪强度指标确定DeterminingtheBearingCapacitybytheShearStrengthofSoil第一百一十二页，共209页。2－3－1按土的抗剪强度指标确定DeterminingtheBearingCapacitybytheShearStrengthofSoil第一百一十三页，共209页。2.按地基载荷试验确定（最可靠）浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验、螺旋板载荷试验第一百一十四页，共209页。原位试验确定地基承载力一、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Fs得容许承载力[p]p-s曲线确定地基承载力特征值:1.p-s曲线有明确的比例界限时，取比例界限所对应的荷载值

2.极限荷载能确定，且值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.不能按上述两点确定时，取s/b=0.01～0.015对应荷载值；但值不应大于最大加载量的一半第一百一十五页，共209页。2－3－2按地基荷载试验确定DeterminingtheBearingCapacitybytheLoadingTest第一百一十六页，共209页。2－3－2按地基荷载试验确定DeterminingtheBearingCapacitybytheLoadingTest第一百一十七页，共209页。2－3－2按地基荷载试验确定DeterminingtheBearingCapacitybytheLoadingTest第一百一十八页，共209页。地基土载荷试验是工程地质勘察中的原位测试。载荷试验数据整理：由载荷试验可得到P-S曲线，再由P-S曲线确定地基承载力特征值。2－3－2按地基荷载试验确定DeterminingtheBearingCapacitybytheLoadingTest第一百一十九页，共209页。数据处理1）对于密实砂土、硬塑粘土等低压缩性土，其P-S曲线有明显的起始直线段和极限值，即显急进破坏的陡降段（有明显的拐点）。

①地基承载力特征值取P-S曲线的比例界限荷载p1。

②对于少数显“脆性”破坏的土，p1与pu（极限荷载）很接近，当pu<2p1时，地基承载力特征值取pu／2.2－3－2按地基荷载试验确定DeterminingtheBearingCapacitybytheLoadingTest第一百二十页，共209页。2)对于有一定强度的中、高压缩性土，如松砂、填土、可塑粘土等，P-S曲线无明显转折点。地基承载力特征值为所对应的荷载；软土地基承载力特征值为所对应的荷载。以上两者的地基承载力特征值不应大于最大加载量的一半。

注意：同一土层试验点应选3个以上，若所得特征值的极差不超过平均值的30%，则取该平均值作为fak，若超过应增加试验点。第一百二十一页，共209页。其他原位测试方法－标准贯入试验第一百二十二页，共209页。原位试验确定地基承载力三、标准贯入试验法试验时，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方法介绍：建立标准贯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

第一百二十三页，共209页。其他原位测试方法－按静力触探试验确定地基承载力第一百二十四页，共209页。动力触探：利用落锤能量将一定规格的探头打入土中，由打入的贯入度来判断土的性质的测试方法。静力触探：是利用机械或油压装置将带有探头的触探杆压入土层，用电阻应变仪测出土的贯入阻力，并将该阻力与野外载荷试验测得的地基土承载力和变形指标建立相关关系式，从而确定建筑物地基土的承载力特征值和变形指标等数据。其他原位测试方法－按静力触探试验确定地基承载力第一百二十五页，共209页。原位试验确定地基承载力二、静力触探试验法探头QfQcF钻杆用静压力将装有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

第一百二十六页，共209页。原位试验确定地基承载力二、静力触探试验法梅耶霍夫公式：

国内建议公式：式中Ps：贯入阻力（kPa）

B：基础宽度

D：埋置深度KpaKpa式中：f——承载力设计值，fk——标准值，r1——天然容重，

r0——为基底以上土的加权平均容重，地下水以下取浮容重；ηB，ηD——相应于基础宽度和埋置深度的承载力修正系数，查表。第一百二十七页，共209页。静力触探试验

静力触探试验是通过一定的机械装置，将某种规格的金属探头用静力压入土层中，同时用传感器或直接量测仪表测试土层对触探头的贯入阻力，以此来判断、分析、确定地基土的物理力学性质。静力触探试验适用于软土、黏性土、粉土和砂土，主要用于划分土层、估算地基土的物理力学指标参数、评定地基土的承载力、估算单桩承载力及判定砂土地基的液化等级等，如图2.5所示为静力触探仪。第一百二十八页，共209页。图2.5静力触探仪示意图第一百二十九页，共209页。

静力触探可根据工程需要采用单桥探头、双桥探头，或带孔隙水压力量测的单、双桥探头，可测定比贯入阻力(ps)、锥尖阻力(qc)、侧壁摩阻力(fs)和贯入时的孔隙水压力。单桥探头能测定一个触探指标——比贯入阻力。双桥探头能测定两个触探指标——锥尖阻力(qc)、侧壁摩阻力(fs)第一百三十页，共209页。第一百三十一页，共209页。第一百三十二页，共209页。2－3－3按地基规范承载力公式确定DeterminingtheBearingCapacitybyEmpiricalValueorFormulas第一百三十三页，共209页。基础大小的尺寸效应和埋深影响第一百三十四页，共209页。基础大小的尺寸效应和埋深影响当基底大小不同时，即使他们所受到的荷载一样，由于土体中压力泡扩展的深度不同，受压层的厚度和性质各异，沉降变形也不一样。例如：当地基土上层刚度较好而下层刚度较差时，荷载试验压力泡可能仅仅局限在上层土内，故显示出较高的承载力；而大尺寸基础的压力泡延展到下层土内，因而总的沉降变形增大，强度计算值有所降低。当建筑物基础大小不一时，应按照各个基础沉降相等要求设计基础尺寸，而不是根据基本地基承载力。第一百三十五页，共209页。2－3－3按地基规范承载力公式确定DeterminingtheBearingCapacitybyEmpiricalValueorFormulas第一百三十六页，共209页。按有关规范提供承载力经验公式确定对于荷载偏心距(为偏心方向基础边长)时，可采用《地基规范》推荐的、以浅基础地基的临界荷载为基础的理论公式计算地基承载力特征值：第一百三十七页，共209页。《建筑地基基础设计规范》推荐的理论公式条件：荷载的偏心矩e≤0.033b（b为偏心方向基础边长）公式：承载力系数，按表查取大于6m按6m取值，对于砂土，小于3m时按3m取值.基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度（浮重度）基础埋深范围内各层土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度。基底下一倍短边宽度的深度范围内土的粘聚力标准值；第一百三十八页，共209页。系数Md≥1，故承载力随埋深d线性增加。但对设置后回填土的实体基础，因埋深增大而提高的那一部分承载力将被基础和回填土G的相应增加而有所抵偿；尤其是对的软土，Md=1，由于，这两方面几乎相抵而收不到明显的效果。按土的抗剪强度确定地基承载力时，要进行地基承载力的变形验算。第一百三十九页，共209页。

注意:承载力表通过大量的试验数据，用统计分析方法得到，但存在地区的局限性，一般不再采用(新规范)，应根据地区的具体试验，制定相应的承载力表作为设计的参数。修正公式适用条件：当基础宽度大于3m，埋置深度大于0.5m时，从荷载试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值尚应修正。5.按地基规范承载力表确定1）建筑地基规范承载力表第一百四十页，共209页。地基承载力的修正原因：上述方法确定的地基承载力特征值是在某一特定宽度和深度范围内得到的，当基础埋深和实际宽度发生变化时，实际地基承载力会发生变化：基础埋深越大，在相同的基底压力下，所产生的变形越小，地基的强度越高；基础越宽，在相同的基底压力下，所产生的变形越大，但地基的强度越高。

第一百四十一页，共209页。建筑物安全等级地基承载力的确定方法一级载荷试验、理论公式计算及其他原位测试方法综合确定，承载力表格仅作初步设计参考二级需进行变形验算规范表格、其他原位测试方法并结合理论公式计算确定不需作变形验算规范表格或其他原位测试方法三级规范表格或根据邻近建筑物的经验确定第一百四十二页，共209页。修正公式：修正后的地基承载力特征值地基承载力特征值分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表2－5取值。基底持力层土的重度，地下水位以下取浮重度基础底面以上埋深范围内土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度b----基础底面宽度（m）；当b<3m时按3m取值，当b>6m时按6m取值。d----基础埋置深度（m）；当d<0.5m时按0.5m取值，一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从自然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏板时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。当计算所得的fa<1.1fak时,可取fa=1.1fak。当不满足上述公式计算条件时，可取fa=1.1fak直接确定地基承载力特征值。第一百四十三页，共209页。第一百四十四页，共209页。2）《路桥地基规范》承载力表确定地基允许承载力步骤：①确定土的分类名称：一般地基土,根据塑性指数、粒径、工程地质特征等分为六类,即粘性土、砂类土、碎卵石类土、黄土、冻土及岩石。②确定土的状态：粘性土的天然状况按液性指数（即稠度指数）分为坚硬、半坚硬、硬塑、软塑和极软状态；砂类土根据相对密度分为稍密、中等密实、密实；碎、卵石类土按密实度分为密实、中等密实、松散。③确定土的允许承载力[σo]：当基础最小边宽度b≤2m、埋深h≤3m时，各类地基土在各种有关的自然状态下的允许承载力[σo]可从规范查取。第一百四十五页，共209页。当基础宽度大于2m或埋置深度超过3m，且h/b≤4时，上述一般地基土（除冻土和岩石外）的允许承载力[σ]可按下式计算：[0]——当基础最小边宽b≤2m，埋置深度h≤3m的地基土容许承载力（kPa），可直接从规范查取。b——基础验算剖面底面最小边宽(或直径)（m），当b<2m时，取b=2m计；当b>10m时，按10m计算；h——基础底面的埋置深度(m)，对于受水流冲刷的基础，由一般冲刷线算起；不受水流冲刷的基础，由天然地面算起，位于挖方内的基础，由开挖后地面算起；当h<3m时，取h=3m；1——基底下持力层土的天然重度(kN/m3)，如持力层在水面以下且为透水性土时，应取用浮重度；2——基底以上土的重度（如为多层土时用换算重度）(kN/m3)，如持力层在水面以下且为不透水性土时，不论基底以上土的透水性质如何，应一律采用饱和重度，如持力层为透水性土时，应一律采用浮重度；K1、K2——按持力层土类确定在基础宽度和深度方面的修正系数。第一百四十六页，共209页。第一百四十七页，共209页。第一百四十八页，共209页。第一百四十九页，共209页。第一百五十页，共209页。第一百五十一页，共209页。第一百五十二页，共209页。第一百五十三页，共209页。2－3地基承载力－基本验算第一百五十四页，共209页。2－4刚性基础与扩展基础的设计计算DesignofRigidandSpreadFoundation第一百五十五页，共209页。2－4－1地基承载力验算CheckingComputationofBearingCapacityofSubgrade按地基承载力计算基底尺寸A第一百五十六页，共209页。2－4－1地基承载力验算CheckingComputationofBearingCapacityofSubgrade第一百五十七页，共209页。2－4－1地基承载力验算CheckingComputationofBearingCapacityofSubgrade第一百五十八页，共209页。2－4－1地基承载力验算CheckingComputationofBearingCapacityofSubgrade第一百五十九页，共209页。2－4－1地基承载力验算CheckingComputationofBearingCapacityofSubgrade第一百六十页，共209页。2－4－1地基承载力验算CheckingComputationofBearingCapacityofSubgrade第一百六十一页，共209页。2－4－1地基承载力验算CheckingComputationofBearingCapacityofSubgrade第一百六十二页，共209页。2－4－1地基承载力验算CheckingComputationofBearingCapacityofSubgrade第一百六十三页，共209页。2－4－1地基承载力验算CheckingComputationofBearingCapacityofSubgrade第一百六十四页，共209页。2－4－1地基承载力验算CheckingComputationofBearingCapacityofSubgrade第一百六十五页，共209页。2－4－2软弱下卧层的验算CheckingComputationofSoftUnderlyingStratum第一百六十六页，共209页。2－4－2软弱下卧层的验算CheckingComputationofSoftUnderlyingStratum第一百六十七页，共209页。2－4－2软弱下卧层的验算CheckingComputationofSoftUnderlyingStratum《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）5.2.7条文规定第一百六十八页，共209页。2－4－2软弱下卧层的验算CheckingComputationofSoftUnderlyingStratum第一百六十九页，共209页。2－4－2软弱下卧层的验算CheckingComputationofSoftUnderlyingStratum第一百七十页，共209页。2－4－3基础与地基的稳定性验算CheckingComputationoftheFoundationandSubgradeStability第一百七十一页，共209页。2－4－4钢筋混凝土扩展基础结构设计StructuralDesignoftheR.C.SpreadFoundation第一百七十二页，共209页。2－4－4钢筋混凝土扩展基础结构设计StructuralDesignoftheR.C.SpreadFoundation第一百七十三页，共209页。2－4－4钢筋混凝土扩展基础结构设计StructuralDesignoftheR.C.SpreadFoundation第一百七十四页，共209页。2－4－4钢筋混凝土扩展基础结构设计StructuralDesignoftheR.C.SpreadFoundation第一百七十五页，共209页。2－4－4钢筋混凝土扩展基础结构设计StructuralDesignoftheR.C.SpreadFoundation第一百七十六页，共209页。2－4－5地基变形验算CheckingComputationofSubgradeDeformation第一百七十七页，共209页。2－4－5地基变形验算CheckingComputationofSubgradeDeformation第一百七十八页，共209页。2－4－5地基变形验算CheckingComputationofSubgradeDeformation第一百七十九页，共209页。2－4－5地基变形验算CheckingComputationofSubgradeDeformation《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）条文表格5.3.4第一百八十页，共209页。2－4－5地基变形验算CheckingComputationofSubgradeDeformation第一百八十一页，共209页。2－4－5地基变形验算CheckingComputationofSubgradeDeformation第一百八十二页，共209页。减轻不均匀沉降危害的措施概念：均匀沉降对结构本身无危害；不均匀沉降危害大。第一百八十三页，共209页。

如何防止或减轻不均匀沉降造成的损害，是设计中必须认真考虑的问题。

解决这一问题的途径有二：一是设法增强上部结构对不均匀沉降的适应能力；二是设法减少不均匀沉降或总沉降量。

第一百八十四页，共209页。

具体的措施不外有：①采用柱下条形基础、筏基和箱基等，以减少地基的不均匀沉降；②采用桩基或其他深基础，以减少总沉降量（不均匀沉降相应减少）；③对地基某一深度范围或局部进行人工处理；④从地基、基础、上部结构相互作用的观点出发，在建筑、结构和施工方面采取本节介绍的某些措施，以增强上部结构对不均匀沉降的适应能力。

第一百八十五页，共209页。建筑措施1.建筑物的体型应力求简单体型简单：平面立面体型复杂：第一百八十六页，共209页。2.控制建筑物的长高比及合理布置墙体建筑物在平面上的长度和从基础底面起算的高度之比，称为建筑物的长高比。

当预估的最大沉降量超过120mm时，对三层和三层以上的房屋，长高比不宜大于2.5；对于平面简单，内、外墙贯通，横墙间隔较小的房屋，长高比的控制可适当放宽，但一般不大于3.0。

第一百八十七页，共209页。合理布置纵、横墙，是增强砌体承重结构房屋整体刚度的重要措施之一。因此，当地基不良时，应尽量使内、外纵墙不转折或少转折，内横墙间距不宜过大，且与纵墙之间的连接应牢靠，必要时还应增强基础的刚度和强度。

第一百八十八页，共209页。3.设置沉降缝

为了使各沉降单元的沉降均匀，宜在建筑物的下列部位设置沉降缝：⑴建筑物平面的转折处；⑵建筑物高度或荷载有很大差别处；⑶长高比不合要求的砌体承重结构以及钢筋混凝土框架结构的适当部位；⑷地基土的压缩性有显著变化处；⑸建筑结构或基础类型不同处；⑹分期建造房屋的交界处；⑺拟设置伸缩缝处（沉降缝可兼作伸缩缝）。

第一百八十九页，共209页。沉降缝的构造参见图2-35。

第一百九十页，共209页。有防渗要求的地下室一般不宜设置沉降缝。因此，对于具有地下室和裙房的高层建筑，为减少高层部分与裙房间的不均匀沉降，常在施工时采用后浇带将两者断开，待两者间的后期沉降差能满足设计要求时再连接成整体。

第一百九十一页，共209页。4.邻近建筑物基础间应有一定的净距浙江永