任务9天然地基上浅基础的设计q课件

任务9天然地基上浅基础的设计q课件第一页，共111页。第9章天然地基上浅基础的设计第二页，共111页。通过人工加固处理的地基。一、地基基础的分类概述如桩基、沉井和地下连续墙等。地基天然地基人工地基未经加固处理，能直接支承建筑物的地基。基础浅基础深基础大多数建筑物基础的埋深不会很大（一般不大于5米），可以用普通开挖基坑和敞坑排水的方法修建。第三页，共111页。二、选择地基基础类型时要考虑的因素：建筑物的性质地基的工程地质和水文地质条件用途重要性结构形式荷载形式荷载大小岩土层的分布岩土的性质地下水第四页，共111页。三、地基基础设计准备资料：建筑场地地形图；建筑场地工程地质勘察资料；设计图纸、使用要求；荷载与设备布置情况；建筑材料供应；施工技术条件。第五页，共111页。地基复杂程度建筑物规模功能特征建筑物破坏或影响正常使用的程度设计等级甲级乙级丙级四、地基基础设计原则第六页，共111页。地基基础设计等级

设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑物30层以上的高层建筑体型复杂、层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物大面积的多层地下建筑物（地下车库、商场、运动场等）对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）对原有工程影响较大的新建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物第七页，共111页。浅基础的类型一、浅基础的结构类型单独基础（独立基础）1、单独基础（独立基础）第八页，共111页。墙下条形基础2、条形基础柱下条形基础第九页，共111页。纵向条形基础横向条形基础柱下交叉梁基础3、十字交叉基础(井格基础)具有良好的调整不均匀沉降的能力第十页，共111页。4、片筏基础第十一页，共111页。Matfoundation土质差,有防水要求，十字交叉基础底面联成整体,如游泳馆,筏下有肋,板下处理第十二页，共111页。5、箱型基础第十三页，共111页。底板外墙内墙第十四页，共111页。6、壳体基础定义：由正圆锥形及其组合形成的壳体基础。适用：一般工业与民用建筑柱基和筒形的构筑物（如烟囱、水塔、料仓、中小高炉等）。种类：M型组合壳、正圆锥壳、内球外锥组合壳第十五页，共111页。由于荷载在壳体内主要引起轴向压力，故对于抗压性能较好的砖、石和混凝土等材料而言，采用壳体结构更能适应材料的特性。第十六页，共111页。二、无筋扩展基础和扩展基础定义：由砖、毛石、混凝土等材料组成的无需配筋的墙下条形基础或柱下独立基础。砖基础毛石基础混凝土基础1、无筋扩展基础(刚性基础)第十七页，共111页。第十八页，共111页。第十九页，共111页。2、钢筋混凝土扩展基础墙下钢筋混凝土条形基础多用于地质条件较差的多层建筑物，其截面形式为有肋或无肋。第二十页，共111页。（1）台阶型（2）锥台型（3）杯口型第二十一页，共111页。浅基础设计内容及步骤1．选择基础所用材料及结构形式；2．确定基础埋深；3．地基计算6．确定基础剖面尺寸。如是钢筋混凝土基础，还需进行配筋计算；

7、绘制基础施工图，编写施工说明。第二十二页，共111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；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基础埋置深度的确定第二十三页，共111页。二、影响因素1.建筑物的用途、结构类型、荷载大小及周围的环境条件；2.工程地质和水文地质条件；3.寒冷地区地基的冻结深度影响。第二十四页，共111页。

建筑物的用途影响基础埋深的选择。如有地下室的建筑，埋深由地下室标高决定；工业建筑中的地下设施和设备基础，不能离建筑物基础太近。

基础类型是影响埋深的另一个主要因素。对于由砖石材料砌筑的刚性基础，因其高度相对较大，若埋深较小则有露的可能。因此，基础的埋深由基础的构造高度决定。1、建筑物的用途、类型、规模、荷载大小及性质第二十五页，共111页。

对于竖向荷载大、地震力和风力等水平荷载作用也大的高层建筑以及其他承受水平荷载作用的挡土墙、厂房柱基、烟囱、水塔等构筑物的基础，则应加大埋深，以增强土层对基础的嵌固作用，保证构筑物的稳定性。如果基础位于岩石地基之上，基础埋深则需满足抗滑要求。第二十六页，共111页。新旧相邻建筑物有一定距离L/H=1~2，否则要求支护，并且要严格限制支护的水平位移地下室，地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修LH第二十七页，共111页。

基础底面应尽量埋于地下水位以上，以避免地下水对基坑施工的影响，如必须埋在地下水位以下时，则应采取相应措施（如基坑排水、坑壁围护等），以保证地基土施工时不受扰动。地下水对基础材料的侵蚀作用及防护措施也应充分考虑。

2、工程地质和水文地质条件第二十八页，共111页。承压含水层粘土层H0H承压含水层粘土层H0HHw抽水井要使基坑开挖安全，必须计算安全厚度或降水使得第二十九页，共111页。在满足其他要求下尽量浅埋只有低层房屋可用,否则处理尽量浅埋但是如h1太小就为IIh1<2m基底设在好土h1=2m~4m高楼好土,低楼软土h1>4m桩基或处理好土好土软土软土好土

IIIIIIIVh1软土(很深)h1天然地基,基础埋深的确定根据土层分布第三十页，共111页。3、地基土的冻胀和融陷冻胀危害及机理冻深毛细区地下水冻结区第三十一页，共111页。冻土地区基础的最小埋置深度Dmin＝z0

t–dfrz0

标准冻深；dfr

残留冻土层厚度t

冻深影响系数z0tz0Dmin室内地面dfr第三十二页，共111页。地基计算——基础底面尺寸的确定地基承载力验算地基变形验算地基稳定验算地基基础设计规定第三十三页，共111页。一、地基基础设计等级

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）规定：设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑物30层以上的高层建筑体型复杂、层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物大面积的多层地下建筑物（地下车库、商场、运动场等）对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）对原有工程影响较大的新建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物第三十四页，共111页。二、地基基础设计规定所有建筑地基均应满足承载力计算要求；

设计为甲、乙级的建筑均按地基变形设计；

丙级建筑物符合规范要求的可不验算变形；

经常受水平荷载的高层建筑与结构、挡土墙、斜坡上建筑与构筑物尚应验算稳定性；

基坑工程应进行稳定性验算；

地下水位较浅，有上浮问题，应验算抗浮。第三十五页，共111页。第三十六页，共111页。第三十七页，共111页。地基承载力验算回顾求得地基承载力特征值（容许值、设计值）的方法？第三十八页，共111页。1、根据土的抗剪强度指标确定（理论公式）1）取临界荷载P1/3、P1/4或用普朗特、太沙基、汉森等公式的极限荷载Pu除以安全系数Ks。2）当荷载偏心距e≤0.033倍基础底面宽(b为偏心方向基础边长)时，《规范》推荐按下式计算地基承载力特征值，并需满足变形要求：第三十九页，共111页。2、载荷试验方法pcrSppu1）荷载曲线有明显直线段时2）当pu<2pcr时3）以上两条件均不满足时，去任意沉降量对应的荷载，但其值不能大于最大加载量的一半第四十页，共111页。3、地基承载力特征值的修正《建筑地基基础设计规范》规定：当基础宽度大于3m，或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其他原位试验、公式计算、经验值等方法确定的地基承载力特征值需按下式修正：

第四十一页，共111页。地基承载力验算基础尺寸确定下卧层持力层（受力层）FG持力层：直接支撑基础的地基土层软弱下卧层：持力层之下，承载力明显低于持力层的土层第四十二页，共111页。作用在基础上的荷载（标准组合）室外设计地面天然地面室内设计地面室内外平均标高FF屋面：恒载+活载+各层结构：恒载+活载+墙柱自重+基础自重简化至平均标高外墙柱内墙柱第四十三页，共111页。持力层承载力验算满足基底压力地基承载力特征值GFDB1、轴心荷载作用矩形基础条形基础第四十四页，共111页。★

满足地基持力层的承载力条件eF+G★

单向偏心荷载下的基底压力★

要求偏心距满足条件2、偏心荷载作用条形基础矩形基础★

要求满足条件第四十五页，共111页。当偏心距e>B/6时，Pmax的计算L——基底无偏心一侧边长a——

合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离第四十六页，共111页。当地基持力层范围内存在软弱下卧层时，还必须对下卧层进行验算。软弱下卧层承载力验算第四十七页，共111页。pz条形基础矩形基础附加应力计算——地基压力扩散角——基底静压力——基础宽度第四十八页，共111页。注：1、Es1为上层土压缩模量；Es2为下层土的压缩模量；2、z/b<0.25时取θ=0°；z/b>0.5时θ值不变。第四十九页，共111页。基础尺寸的确定初步选择基底尺寸验算持力层地基承载力求地基承载力特征值不满足重新调整尺寸END满足验算下卧层地基承载力不满足重新调整尺寸满足第五十页，共111页。填土褐黄色粉质黏土：淤泥质黏土：1.5m3.5m0.8m例：某柱下素混凝土基础，作用在设计地面处的柱荷载设计值、埋深及地基条件如图所示，柱底荷载标准值为，，试确定基础尺寸。（混凝土重度）第五十一页，共111页。查表8-17得修正系数ηD=1.6，并计算基础底面以上土的加权重度：解：（1）初设尺寸

填土褐黄色粉质黏土：淤泥质黏土：1.5m3.5m0.8m初设基底宽度为3m，基底长度为3.5m

则可得A=3m×3.5m=10.5m2

由于B=3m，D>0.5m，要进行深度修正（2）地基承载力特征值：查表8-15，查得

第五十二页，共111页。基底压力：根据式（8-55）：填土褐黄色粉质黏土：淤泥质黏土：1.5m3.5m0.8m（3）验算持力层地基承载力第五十三页，共111页。基底最大压力持力层地基承载力满足填土褐黄色粉质黏土：淤泥质黏土：1.5m3.5m0.8m合力偏心矩：第五十四页，共111页。查表8-17得修正系数ηD2=1.0计算下卧层顶面以上土的加权重度：进行深度修正：查表8-16，得

（4）验算下卧层地基承载力填土褐黄色粉质黏土：淤泥质黏土：1.5m3.5m0.8m第五十五页，共111页。基础底面净压力填土褐黄色粉质黏土：淤泥质黏土：1.5m3.5m0.8m根据式（8-55）：下卧层顶面处的自重应力：第五十六页，共111页。ө角的计算：作用在软弱下卧层顶面处的总应力为：软弱下卧层地基承载力也满足附加应力：第五十七页，共111页。《地基规范》规定，对设计等级为甲级、乙级和有下列情况之一的丙级建筑物均应作地基变形验算：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引起的地基产生过大的不均匀沉降时；地基的变形验算：1、地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；地基的变形验算3、软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；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。第五十八页，共111页。地基允许变形值按其变形特征可分为以下几种：沉降量：独立基础或刚性特别大的基础中心的沉降量；沉降差：相邻两个柱基的沉降量之差；倾斜：独立基础在倾斜方向基础两端点的沉降差与其距离的比值；局部倾斜：砌体承重结构沿纵墙6~10m内基础两点的沉降差与其距离之比。地基特征变形验算公式：第五十九页，共111页。地基沉降分类第六十页，共111页。1.地基变形量计算S=sS’s沉降计算经验系数,因为在前面计算中,忽略了侧向变形及取样扰动;s=0.2~1.4,(1)与土质软硬Es有关,是多层平均值,(2)与基底净附加应力p0的大小有关.第六十一页，共111页。——变形计算深度范围内压缩模量的当量值第六十二页，共111页。①一般土层：

σz=0.2σcz

；②软粘土层：

σz=0.1σcz

；③一般房屋基础：

Zn=B(2.5-0.4lnB)

；④基岩或不可压缩土层。2、压缩层的确定第六十三页，共111页。第六十四页，共111页。《地基规范》规定，对经常受水平荷载作用的高层建筑物、高耸结构、挡土墙以及建造在斜坡或边坡附近的建筑物和构筑物尚应验算其稳定性；对基坑工程应进行稳定性验算。1、地基稳定验算公式：地基的稳定性验算第六十五页，共111页。2、位于稳定土坡坡顶上的建筑，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时，其基础底面外边缘线至坡顶的水平距离应符合下式要求，但不得小于2.5m。条形基础矩形基础第六十六页，共111页。独立基础和条形基础结构设计无筋扩展基础设计扩展基础设计第六十七页，共111页。无筋扩展基础设计≥

MU10砖

M5砂浆大放脚砖基础低层建筑墙下基础。砌筑方便，强度低抗冻性差。砌法：两皮一收（1/4砖）二一间隔收（1/4砖）第六十八页，共111页。砖墙:承重墙B600~700mm，非承重墙B500mm

为使槽底平整，便于砌砖，在槽底可以浇筑100~200的垫层。或打两步三七灰土防潮层6060防潮层BB第六十九页，共111页。适于6层及以下墙承重结构；砌筑较方便，抗冻性好；砌法：错缝搭接。每阶≥两皮毛石基础第七十页，共111页。(a)一层台阶（b）二层台阶（c）T形截面高度在350mm以内做一层台阶，高度为350≤h≤900mm时，做两层台阶，高度大于900时，做成三层台阶素混凝土基础第七十一页，共111页。*基底面积中心受荷时取无筋扩展基础尺寸设计偏心受荷时取第七十二页，共111页。*基础高度台阶宽高比允许值见267页表11-1.

混凝土基础高度一般30cm。灰土基础为15cm的倍数，砖基础应符合砖的模数。*台阶数台阶宽hBb0b第七十三页，共111页。【例】某住宅承重墙厚240㎜；地基土表层土为杂填土，厚度为0.65m,重度17.5KN/m3。其下层为粉土层，粘粒含量为12%，重度18.3KN/m3,孔隙比0.8,含水率等于25%。地下水位在地表下0.80m处。若已知上部墙体传来的竖向荷载标准值为190KN/m。（1）确定基础底面尺寸；（2）设计该承重墙下的刚性条形基础。【解】1、确定条形基础埋深为了方便施工，基础宜建在地下水位以上，故选择粉土作为持力层，初步选择基础埋深d为0.8m。粘粒含量为12%，查表得：由e=0.8和w%=0.91>0.85，查表得承载力特征值为170kPa

2、确定地基承载力特征值第七十四页，共111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取该承重墙下条形基础宽度b=1.2m。第七十五页，共111页。3、选择基础材料，确定基础高度h（阶）方案Ⅰ：采用MU10砖和M5水泥砂浆砌“二、一间隔收”砖基础，基础底下做100㎜厚C10素混凝土垫层。砖基础所需台阶数：收进尺寸24墙第七十六页，共111页。h=120×4（阶）+60×4（阶）=720㎜，满足基坑的最小开挖深度Dmin=720+100+100=920㎜已深入地下水位以下，必然给施工带来困难，且此时实际基础埋深d已超过前面选择的d=0.8m。方案Ⅰ不合理。相应的基础高度应满足：查表有：有：第七十七页，共111页。tan=1.0(C15混凝土,在100～200KPa)，所以混凝土垫层可以缩进300㎜。混凝土垫层之上的砖基础所需台阶数为：方案Ⅱ：基础上层采用MU10砖和M5水泥砂浆砌“二、一间隔收”砖基础，下层为300mm厚C10素混凝土垫层。混凝土垫层（作为基础结构层）设计相应的基础高度h=120×2+60×1+300=600㎜（阶）第七十八页，共111页。计算得：h≥270㎜（实际为300㎜）满足要求。基础顶面至地面的距离取200㎜，则埋深d=0.7m,对前面选择的d=0.8m完全吻合.方案Ⅱ合理。3、绘制基础剖面图（如图所示）验算C10混凝土垫层之上的砖基础的高度是否满足：第七十九页，共111页。扩展基础设计特点：抗弯和抗剪性能好一、扩展基础的构造要求（一）现浇柱基础砼强度等级≥C20受力钢筋

直径：≥φ10

间距：@100~2001005050现浇柱锥形基础200锥形基础构造尺寸如图示：第八十页，共111页。基础垫层厚度≥70砼强度等级≥C10钢筋保护层厚度：

有垫层：≥35

无垫层：≥70阶梯形基础构造尺寸：

每阶高度：300~500;500＜h≤900，宜两阶；

h＞900，宜三阶；尺寸变化宜为50的倍数。阶梯形基础第八十一页，共111页。钢筋锚固、布置等按结构规范要求进行。底板受力钢筋长度取相应边长的0.9倍，并交错布置。

laE—有抗震设防要求时纵向钢筋最小锚固长度。四角插筋柱下钢筋混凝土独立基础当边长≥2.5m时：阶梯形基础施工质量容易保证，优先采用。第八十二页，共111页。（二）预制杯形基础5075杯壁杯底构造控制尺寸：杯口深度杯壁厚度杯底厚度杯壁配筋第八十三页，共111页。（三）墙下钢筋砼条形基础构造尺寸与形式基础高度>250时采用锥形；基础高度≤250时采用平板式。横向受力钢筋直径：φ8~16间距：@100~300纵向分布钢筋φ6~8，@100~300保护层有垫层≥35无垫层≥70第八十四页，共111页。二、墙下钢筋砼条形基础的底板厚度和配筋计算（一）中心受压基础受力分析倒置悬臂梁；2.受地基净反力作用；3.危险截面：墙根部Ⅰ-Ⅰ面弯矩与剪力最大。地基净反力：pj

上部结构荷载设计值F在基底产生的反力。baⅠⅠ(b-a)/2倒置悬臂梁pjF第八十五页，共111页。基础底板厚度确定基础底板有足够厚度主要用于抵抗剪切破坏。上部结构荷载设计值为F(kN/m)，则：基底净反力设计值：pj=F/bⅠ-Ⅰ截面最大剪力：(b-a)/2pjⅠⅠⅠ-Ⅰ截面抗剪要求：剪力图第八十六页，共111页。h0—

基础底板有效高度；有垫层h0=h－40无垫层h0=h－75ft—

砼轴心抗拉强度设计值，N/mm2；βh—

截面高度影响系数。h0≤800时,取βh

=1.0h0≥2000时,取βh

=0.9基础底板有效高度L—

基础底板计算长度，一般取l=1m；800≤

h0

≤

2000

时,按线性插值第八十七页，共111页。2.基础底板配筋计算

基础底板配筋主要用于抵抗弯拉破坏。Ⅰ-Ⅰ截面弯矩设计值：基础底板配筋面积As－受力筋面积,mm2

；fy

－钢筋抗拉强度设计值，N/mm2

。第八十八页，共111页。（二）偏心受压基础baⅠⅠpjminFMpjmaxpjⅠ基底压力分布为梯形。偏心距：e=M/F基底最大、最小净反力第八十九页，共111页。【例】试设计某教学楼370承重外墙钢筋砼基础，荷载标准值Fk=240kN/m，室外地坪下埋深1.3m，厚度为地基fa=155kN/m2(修正值)。①选择确定基础材料【解】砼：C20ft=1.1N/mm2

；钢筋：HPB235fy=210N/mm2

；垫层：100厚素砼。506050502000φ14@120－0.45±0.00φ6@200保护层厚度取40mm第九十页，共111页。②确定基底面宽度：取

l=1m设计取基底宽度：b=2.0m③确定基础底板厚度pj=F/b=300/2=150kN/m2

第九十一页，共111页。h≥

h0

+40=160+40=200mm底板厚度：设计底板厚度取h=250mm(剖面等厚)h0=210mm第九十二页，共111页。④底板配筋计算基础底板配筋面积选φ14@120(As=1283＞1271mm2)，分布筋选φ6@200（见上图）。第九十三页，共111页。二、柱下钢筋砼单独基础的

底板厚度和配筋计算受力与破坏形式分析倒置悬臂结构；2.受地基净反力作用。第一种破坏形式：弯曲破坏危险截面：柱根截面处

抵抗：基础底板下部配筋第九十四页，共111页。抵抗：基础底板有足够厚度。Fpj冲切面F冲切破坏角锥体第二种破坏形式：冲切破坏：从柱根周边开始沿45°斜面拉裂，形成冲切破坏角锥体；第九十五页，共111页。（一）中心受压基础底板厚度冲切锥体外地基净反力产生的冲切力Fl应小于冲切面上的抗冲切(砼的轴心抗拉)能力。即：Fl

≤0.7βh·ft·

AmFl

=pj·

Al

pj=F/(b·

l)

βh—截面高度影响系数；h≤800

时取βh=1.0

h≥2000

时取βh=0.9Al—

冲切锥范围以外面积；Am—

冲切锥水平投影面积。第九十六页，共111页。h0lh0ac(a)AlAm45°h0h0ac(b)AlAmh0l(a)当b≥

bc+2h0时(b)当b＜bc+2h0时第九十七页，共111页。(a)当b

≥bc+2h0时(b)当b

＜bc+2h0时提示：!!!计算方法：试算法即假定高度，验算；有变阶时，将上阶视为下阶的柱子。第九十八页，共111页。（二）中心受压基础底板配筋计算双向配筋，危险截面在柱边处；简化计算：基础底板视为嵌固在柱子周边的四块梯形悬臂板组成。有变阶时，将上阶视为下阶的柱子，计算变阶处的弯矩与配筋量。45°aclⅡⅠⅠⅡⅠ第九十九页，共111页。Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ截面弯矩设计值：Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ截面配筋面积：45°aclⅡⅠⅠⅡⅠ第一百页，共111页。（三）偏心受压基础高度与配筋计算45°aclⅡⅠⅠⅡpjminpjmaxpjⅠ偏心距：e0=M/F基底最大、最小净反力基础高度计算：Fl

=pmax·

Al

Fl

≤0.7βh·ft·

Am第一百零一页，共111页。基础底板配筋计算：Ⅰ-Ⅰ截面：将公式中的pj用pjmax与pjⅠ平均值代。Ⅱ—Ⅱ截面：将公式中的pj用pjmax与pjmin平均值代。第一百零二页，共111页。【例】某柱下单独基础，荷载与地基情况如图示，试设计此基础。Fk=800kN

GkVk=15kN

±0.00－0.380013003500Mk=200kN·m

填土γ=16Es=2.5Mpa粘土γ=18.5kN/m3Es=10MPafak=175kPa（ηb=0.3、