地基基础设计的基本原理选用课件

地基基础设计是整个建筑物设计的一个重要组成部分，它与建筑物的安全和正常使用密不可分。安全适用技术先进经济合理确保质量保护环境中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范CodefordesignofbuildingfoundationGB50007--2002第一节

概述

地基基础设计，必须坚持因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源的原则；根据岩土工程勘察资料，综合考虑结构类型、材料情况与施工条件等因素，精心设计。

地基——建筑物下面的土层承担着建筑物的全部荷载。将受到荷载影响的那部分土层（相当于压缩层范围的土层）称为地基。基础——将建筑物荷载传递到地基上的实体结构称为基础。下卧层持力层地基基础FG一、地基与基础的概念基础工程——指包括地基及基础在内的下部

结构工程。

基础工程是和岩土系系相关的，所以基础工程也可以说是研究下部结构物与岩土相互作用、共同承担上部结构物所产生各种变形与稳定问题的学科。天然地基人工地基地基

当基础直接建造在未经加固的天然地层上时，这种地基称为天然地基。若天然地基很软弱，须先进行人工加固，再修建基础，这种地基称为人工地基。浅基础——通常将基础的埋置深度小于基础最小宽度，且只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础称为浅基础。深基础——采用桩、沉井等特殊施工方法和设备且一般埋设大于基础宽度的基础。基础浅基础深基础1、选择基础结构类型和建材；2、基础埋置深度和持力层；3、地基土的承载力;

4、基础的形状、布置与相邻的关系；5、上部结构形式、使用要求及其对不均匀沉降的敏感性；6、施工影响因素；

7、地震影响因素。二、设计应考虑的因素

第二节

基础的类型按材料和构造两方面分类一、按材料分类砖基础三合土基础灰土基础毛石基础混凝土和毛石混凝土基础就地取材、价格较低、施工简便1、砖基础

石灰、砂、碎砖或碎石，按体积比为1:2:4~1:3:6配成。常用于地下水位较低的四层及四层以下的民用建筑工程。2、三合土基础

石灰和土(粘性土)按其体积比为3:7或2:8，灰土基础适用于地下水位较低，五层及五层以下的混合结构房屋和墙承重的轻型工业厂房。3、灰土基础

未风化的毛石砌筑。毛石基础的宽度及台阶高度不得小于40mm。4、毛石基础

混凝土基础的强度、耐久性、抗冻性都较好。用于荷载较大或位于地下水位以下时。5、混凝土和毛石混凝土基础

钢筋混凝土基础强度度大，具有良好的抗弯性能。用于建筑物的荷载较大或土质较软弱时。6、钢筋混凝土基础

根据受力特点可将前述基础分为刚性基础和柔性基础刚性基础——砖基础、三合土基础、灰土基础、毛石基础、混凝土和毛石混凝土基础

刚性基础因无需配置钢筋，也称无筋扩展基础。此类基础设计时通过对基础构造的限制来实现其拉、剪应力不超过相应材料强度设计值。柔性基础——钢筋混凝土基础

钢筋混凝土基础强度度大，具有良好的抗弯性能，在相同条件下，基础的厚度较薄。建筑物的荷载较大或土质较软弱时，常采用这类基础。适宜于“宽基浅埋”情况。二、按构造分类柱下独立基础墙下条形基础墙下条形基础柱下条形基础扩展基础条形基础柱下十字交叉条形基础筏形基础箱形基础可采用砖、石、混凝土和钢筋混凝土等材料制成。FF

btb0h01、柱下独立基础

柱下独立基础的型式阶梯形锥形杯口形

承重墙基础的主要形式，常用砖、毛石、三合土和灰土建造。当上部结构荷重较大而土质较差时，可采用混凝土或钢筋混凝土建造。2、墙下条形基础

抗弯刚度较大，具有调整不均匀沉降的能力，并将所承受的集中荷载较均匀地分布到整个基底面积上。常用于软弱地基上框架或排架结构的基础形式3、柱下钢筋混凝土条形基础

柱下条形基础用在地基软弱且地基的压缩性在两个方向分别不均匀时。4、

柱下十字交叉条形基础

基底面积大，承受荷载大；整体刚度好，能调节不均匀沉降；增强建筑物整体抗震性能；提供比较宽敞的地下使用空间。筏基的板面、板底均要配筋，造价比较高。筏基墙下筏基——用于砌体承重结构柱下筏基——用于框架、剪力墙结构平板式梁板式5、片筏基础

平板式梁板式梁板式筏形基础的型式

箱形基础是由筏、墙和顶板形成箱，整体性更好。基础中空部分可作地下室，与实体基础相比可减小基底压力。适于高层建筑物的基础。材料用量大，工期长，造价高，施工技术复杂。6、箱形基础

上部结构传力体系的特点建筑物的用途（对地下空间使用功能的要求）地基土的物理力学性质施工条件、工期及造价环境保护选择合理的地基基础方案所需考虑的因素下卧层持力层（受力层）FGd埋深埋置深度——指基础底面到设计地面（室外）

的距离基础埋深涉及建筑物的以下问题：稳定使用功能施工的难易程度造价第三节基础埋置深度的选择基础埋深总原则——在满足地基稳定性和变形要求的前提下，尽量浅埋。但还要满足：最小埋深不宜小于500mm

（岩石地基除外）；基础顶面距设计地面宜大于100mm；桥要求在冲刷深度以下。d大于10cm影响基础埋深的主要因素工程地质条件与地下水与建筑物有关的条件场地环境条件地基冻融条件一、工程地质条件与地下水位

1、工程地质条件由其它条件和最小埋深确定轻型建筑，按I处理；不满足要求，重新选择基础或地基处理。良好土层

III

软弱土层(很深)原则：基础尽量浅埋，尽量埋置在良好土层上尽量浅埋，但是如h1太小，就为II。h2<2m，基底在好土；h2=2m~4m，高楼好土,低楼软土；h2>4m，按情况II考虑。

IIIIV良好土层软弱土层h1软弱土层良好土层h2基础应尽量埋在地下水位以上

基础位于水下时，要考虑流砂、涌土及地下水水质问题。2、地下水位

二、与建筑物有关的条件1、应满足使用功能和用途方面的要求如必须设置地下室、带有地下设施、属于半埋式结构物等。

高层建筑荷载大，风和地震等水平作用大，天然地基基础最小埋深不少于建筑地面高度的1/15。桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不小于建筑物高度的1/18~1/20。对于水塔与烟囱等高耸构筑物还要演算抗倾覆的稳定性。对于高压输电塔需要有较大埋深满足抗拔力。2、应满足地基承载力、变形和稳定性要求

三、场地环境条件若L＜（1~2）

H，则在基础施工期采取有效措施L

H若深于，则新旧相邻建筑物应有一定的净距

L≥（1~2）

H新基础不深于既有建筑物基础的底面四、地基冻融条件土冻结后产生冻胀的条件——水分，土质，负温度当地基土的温度低于零度（℃）时，土中部分孔隙水将冻结而形成冻土，造成地面隆起(不均匀)，翻浆,融陷,强度降低。冻胀丘Pingo随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时，地表就发生隆起，便形成冻胀丘。地下水冻深毛细区冻结区冻胀的形成土的含水量较高——冻结深度范围内的土中水被冻结成冰晶体。地下水在冻结深度下1.5～2.0m——未冻结区的自由水、部分结合水会不断地向冻结区迁移、聚集，使冰晶体不断扩大、冰层膨胀、地面隆起。水分的迁移——冰晶体不断扩大的供给。

《地基规范》根据冻胀对建筑物的危害程度，把地基土的冻胀性分为：不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻胀不冻胀土的基础埋深不考虑冻结深度考虑冻胀的土质：粉质粘土、粉砂、粉土不考虑冻胀的土质：细砂、中砂、粗砂、岩石Zddmin室内地面hmax冻胀土的基础埋深冻胀、强冻胀、特强冻胀地基土，尚应采取相应的防冻害措施允许残留冻土最大厚度设计冻深；分别为实测冻土层厚度和地表冻胀量考虑冻胀的基础埋深基础埋深的选择

选择基础的埋置深度是基础设计工作中的重要一环，因为它关系到建筑物的使用功能地基是否可靠、施工的难易及造价的高低。以上是影响基础埋深的五个主要因素，对于一项具体工程来说，往往只是其中一、二种因素起决定作用。第四节地基基础的设计原则

建筑物地基承受上部结构及基础传来的全部荷载，因此，地基计算的基本原则应从保证上部结构的安全性、适用性和耐久性来考虑。承载力计算：正常使用极限状态标准组合

pk

fa

中心受压

pmax1.2fa

偏心受压变形计算：s

w

准永久组合稳定性计算：高层、高耸结构、斜坡上结构一、一般要求

不同类型的建筑物，对地基变形的适应性是不同的，因此，不同建筑物采用不同的地基变形特征来进行比较和控制。沉降量：基础中心的沉降量沉降差：相邻两个独基沉降量的差倾斜：独基在倾斜方向两端点沉降量差与其距离的比值局部倾斜：砖石承重结构沿纵墙6~10米内两点的沉降差

与其距离的比值。二、地基变形的分类沉降量砌体结构局部倾斜框架结构沉降差排架结构沉降量高层建筑倾斜、沉降量高耸构筑物倾斜、沉降量沉降差倾斜

在常规设计中，一般都针对各类建筑物的结构特点、整体刚度和使用要求的不同，计算地基变形的某一特征值，验证其是否不超过相应的允许值，即要求满足条件

是和结构特点、使用要求、对地基不均匀沉降的敏感度和结构强度储备等因素有关的值。《建筑地基基础设计规范》提出了建筑物地基变形允许值三、地基允许变形值

地基基础设计所要满足的强度条件、变形条件是相对的。即不同的建筑物、不同的地基，要求是不一样的。

根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征和由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计分为三个设计等级。四、地基基础设计等级及地基计算规定1、设计等级三个设计等级根据建筑物地基基础设计等级长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度地基基础设计应符合下列规定：1)所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；2)设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；3)部分设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算,如有下列情况之一时，仍应作变形验算：2、地基计算的要求

①地基承载力特征值小于130kPa,且体型复杂的建筑；②在基础上及其附近有地面堆载或相邻甚础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；

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

完成时。容易产生大变形或不均匀变形的情况4)对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性；5)基坑工程应进行稳定性验算；6)当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。

地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：①按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。②计算地基变形时．传至基础底面上的荷载效应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。相应的限值应为地基变形允许值。3、荷载取值规定

③计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0④在确定基础或桩台高度、支档结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。

当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。

⑤基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用．但结构重要性系数不应小于1.0。

地基基础设计首先必须保证在荷载作用下地基土体具有足够抵抗剪切破坏的安全度。第五节地基承载力的确定地基承载力特征值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。要有一定强度的安全储备地基变形不应大于相应的允许值两个含义一、地基承载力概念Ⅰ——压密阶段Ⅱ——局部塑性变形阶段Ⅲ——破坏阶段或地基允许变形值控制系数地基承载力特征值表达式基础荷载与地基变形的关系ppcSpuSⅠSⅡ地基承载力的确定方法主要有根据土的抗剪强度指标计算、按现场载荷试验确定、由工程经验计算确定等。各种确定方法的选用应以建筑物的安全等级并结合具体的工程条件进行。二、

地基承载力特征值的确定当荷载偏心距时，可采用规范推荐的以地基临界荷载为基础的理论公式：1、根据土的抗剪强度指标计算

此公式为规范推荐，且只需通过勘察知道值即可，应用比较广泛。

此公式为规范推荐，且只需通过勘察知道值即可，应用比较广泛。式中：

fa---由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；

Mb、Md、Mc---承载力系数，为内摩擦角的函数；

b---基础底面宽度，大于6m时按6m取值，对于砂土

小于3m时按3m取值；d--基础埋置深度(m)，取值方法见后；γ--基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；γm--基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下

取浮重度；

ck---基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值。

在现场通过一定尺寸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倍载荷板宽度的深度以内土体的平均性质。浅层平板载荷试验深层平板载荷试验螺旋板载荷试验2、按现场载荷试验确定

①载荷试验的成果：荷载Q和时间t对应的沉降s，Q-s曲线Q/kNQuQS/mm密实砂，硬塑粘土等低压缩性土，其Q-s曲线有比较明显起始直线段和极限值，呈陡降型，其承载力一般由强度安全控制。松砂、填土、可塑粘土等有一定强度的中、高压缩性土，其Q-s曲线无明显转折点，但曲线的斜率随荷载的增加而逐渐增大，其承载力受允许沉降量的控制。对同一土层，应选择三个以上的试验点，如所得的实测值的极差不超过平均值的30%，则取该平均值作为地基承载力特征值。当Q—s曲线呈陡降型时有比例界限时，fak＝Qcr当Qu<2Qcr时，fak＝Qu/2当Q—s曲线呈渐变型时fak取s=(0.01～0.015）b对应的荷载值但其值不应大于最大加荷量的一半②根据试验结果确定地基承载力特征值③地基承载力特征值的深宽修正当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，由原位试验（包括载荷试验）和经验公式等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正

由于试验条件与实际的差异，结果需要进行基础宽度和埋深的承载力修正式中：

fa--修正后的地基承载力特征值；

fak--地基承载力特征值，按原位试验和经验公式等方

法确定的；

ηb、ηd--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；

γ--基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；

b--基础底面宽度(m)，当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；

γm--基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下

取浮重度；

d--基础埋置深度(m)，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，应从天然地面标高算起。

对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，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。包括承载力表法原位测试法经验值法承载力表法——《建筑地基基础设计规范》GBJ7—89给出了承载力表，GB50007—2002取消了承载力表。规定地基承载力特征值可由载荷试验或其它原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合确定3、工程经验计算确定

原位测试法——一般指动力触探，国际上广泛应用的是标准贯入试验。由锤击数N经验值法——根据土的物理指标确定土的承载力土的类型物理指标碎石土、砂密实度粘性土孔隙比、液性指数淤泥、淤泥质土天然含水量工程地质手册、岩土工程手册上提供

设计浅基础时，一般先确定埋深d并初步选择底面尺寸，求得基底以下持力层的承载力特征值

fa，再按下列基本条件验算并调整尺寸直至满足设计要求为止。三、基础底面尺寸的确定基本条件：pkfa若为偏心荷载，则还应满足:pkmax1.2fa1、按持力层承载力计算基础底面尺寸（1）轴心荷载作用基本条件：pkfa

pk

相应于荷载效应标准组合时，基底平均压力值

fa

修正后的地基承载力特征值Gk—基础自重和基础上的土重（kN）,地下水位以下部分

应扣去浮力d—基础平均埋深(m)Fk—上部结构传至基础顶面的竖向力(标准组合)（kN）Fkde=0由得方形基础：

条形基础：独立基础：最后确定的b、l应为100mm的倍数基本条件

假定基础底面的压力为直线分布，则其边缘压力为：（2）偏心荷载作用

对低压缩性地基上的基础，当考虑短暂作用的偏心荷载时,应控制在l／4以内。中、高压缩性土上的基础，或有吊车的厂房柱基础，要求e≤l／6MFkQkdeea偏心荷载作用下基底面积确定的步骤：1.先求A中；2.A偏=(1.1~1.5)A中；3.修正否？4.验算：pmax

1.2fae

l/6宽度修正重复1～3步A偏YesNo

当地基受力层范围内存在软弱下卧层(承载力显著低于持力层的高压缩性土层)时，可能在此层破坏，故按持力层土的承载力计算得出基础底面所需的尺寸后，还必须对软弱下卧层进行验算。要求作用在软弱下卧层顶面处的附加应力与自重应力之和不超过它的承载力设计值，即2、软弱下卧层承载力验算

faz—软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力

特征值

z—软弱下卧层顶面处的附加应力值（标准组合）

cz—软弱下卧层顶面处土的自重应力值

z+

cz

faz

—下卧层以上各土层的加权平均重度(kN/m3)d—基础埋深(m)z—基础底面至软弱下卧层顶面处的距离(m)

cz=

(d+z)条形基础矩形基础

cd—基底以上土的自重应力值

z的简化计算法——压力扩散角法当条件成立，扩散前、后各面积上的总压力不变l、b—分别为矩形基础底面的长度和宽度；pk—基底的平均压力设计值；

cd

—基底处土的自重应力标准值，

cd=

od，

o为基底以上土的加权平均重度，d为基础的埋深；z—基底至软弱下卧层顶面的距离；

—基底压力扩散角，和持力层与下卧层的压缩模量比值有关。式中：第六节地基变形量计算一、分层总和法地基最终变形量：地基变形稳定后基础底面的沉降量1.基本假设地基是均质、各向同性的半无限线性变形体，可按弹性理论计算土中应力在压力作用下，地基土不产生侧向变形，可采用侧限条件下的压缩性指标

为了弥补假定所引起误差，取基底中心点下的附加应力进行计算，以基底中点的沉降代表基础的平均沉降2.单一压缩土层的沉降计算在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载，竖向应力增加，孔隙比相应减小，土层产生压缩变形，没有侧向变形。△p∞∞可压缩土层H1H0s土层竖向应力由p1增加到p2，引起孔隙比从e1减小到e2，竖向应力增量为△p由于所以3.单向压缩分层总和法分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量△si,基础的平均沉降量s等于△si的总和ei第i层土的压缩应变4.单向压缩分层总和法计算步骤e1i———由第i层的自重应力均值从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比e2i———由第i层的自重应力均值与附加应力均值之和从土的压缩曲线上得到的相应孔隙比ei土的压缩应变1.绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线2.确定地基沉降计算深度3.确定沉降计算深度范围内的分层界面4.计算各分层沉降量5.计算基础最终沉降量绘制基础中心点下地基中自重应力和附加应力分布曲线确定基础沉降计算深度

一般取附加应力与自重应力的比值为20％处，即σz=0.2σc处的深度作为沉降计算深度的下限确定地基分层1.不同土层的分界面与地下水位面为天然层面2.每层厚度hi≤0.4b计算各分层沉降量根据自重应力、附加应力曲线、e-p压缩曲线计算任一分层沉降量

对于软土，应该取σz=0.1σc处，若沉降深度范围内存在基岩时，计算至基岩表面为止计算基础最终沉降量d地基沉降计算深度σc线σz线二、《规范》法由《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）提出分层总和法的另一种形式沿用分层总和法的假设，并引入平均附加应力系数和地基沉降计算经验系数

均质地基土，在侧限条件下，压缩模量Es不随深度而变，从基底至深度z的压缩量为附加应力面积深度z范围内的附加应力面积附加应力通式σz=K

p0代入引入平均附加应力系数因此附加应力面积表示为因此利用附加应力面积A的等代值计算地基任意深度范围内的沉降量，因此第i层沉降量为根据分层总和法基本原理可得成层地基最终沉降量的基本公式zi-1地基沉降计算深度znzi△zzi-1534612b12345612p0p0第n层第i层ziAiAi-1地基沉降计算深度zn应该满足的条件zi、zi-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)ai、ai-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数当确定沉降计算深度下有软弱土层时，尚应向下继续计算，直至软弱土层中所取规定厚度的计算沉降量也满足上式，若计算深度范围内存在基岩，zn可取至基岩表面为止当无相邻荷载影响，基础宽度在1～30m范围内，基础中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算为了提高计算精度，地基沉降量乘以一个沉降计算经验系数ys，可以查有关系数表得到地基最终沉降量修正公式三、地基沉降计算中的有关问题1.分层总和法在计算中假定不符合实际情况假定地基无侧向变形

计算结果偏小计算采用基础中心点下土的附加应力和沉降

计算结果偏大两者在一定程度上相互抵消误差，但精确误差难以估计2.分层总和法中附加应力计算应考虑土体在自重作用下的固结程度，未完全固结的土应考虑由于固结引起的沉降量相邻荷载对沉降量有较大的影响，在附加应力计算中应考虑相邻荷载的作用

3.当建筑物基础埋置较深时，应考虑开挖基坑时地基土的回弹，建筑物施工时又产生地基土再压缩的情况

当基础埋置较深时，应考虑开挖基坑时地基土的回弹，建筑物施工时又产生地基土再压缩的状况。4、考虑地基土回弹的沉降计算sc——考虑回弹再压缩影响的地基变形Eci——土的回弹再压缩模量，按相关试验确定yc——考虑回弹影响的沉降计算经验系数，取1.0Pc——基坑底面以上土的自重