第二章天然地基上的.

第二章天然地基上的浅基础设计一、浅基础设计的内容和一般步骤1.充分掌握拟建场地的工程地质条件和地质勘察资料。2.选择基础材料、类型，确定平面布置方案。3.选择地基持力层和基础埋置深度。4.确定地基承载力。5.按地基承载力（包括持力层和软弱下卧层）确定基础底面尺寸。6.进行必要的地基变形和稳定性验算。7.进行基础的结构计算与设计。8.绘制基础施工图（基础平面布置图、基础详图），并提出必要的技术说明。第一节概述二、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方法三、地基基础设计原则1、对地基计算的要求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三级甲级乙级丙级分级依据地基基础设计等级P9表2-1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；次要的轻型建筑物可不做地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围P10表2-22.荷载取值规定GB50007-2002（1）按地基承载力确定基础底面面积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的标准组合。相应的抗力应取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按正常使用极限状态下的荷载效应的准永久组合，不计入风荷载和地震作用。相应的限值为地基变形允许值。（3）计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0。（4）在设计基础或承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定各配筋和验算材料强度时，荷载效应应按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。验算基础的裂缝宽度时，应按正常使用极限状态下的标准组合。（5）由永久荷载效应控制的基本组合值可取标准组合值的1.35倍。（6）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γ0不应小于1.0。第二节浅基础的类型扩展基础联合基础柱下条形基础柱下十字交叉基础筏形基础箱形基础壳体基础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钢筋混凝土独立基础一、扩展基础Individualfooting,padfoundation•单独基础墙下或柱下条形基础,柱下:一般是土质差,两侧单独基础相连Stripfoundation•条形基础二、联合基础墙下联合基础柱下联合基础类型三、柱下条形基础纵向条形基础横向条形基础四、柱下十字交叉基础•具有良好的调整不均匀沉降的能力五、筏形基础（又称筏板基础、片筏基础、满堂基础）土质更差,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Matfoundation六、箱形基础由底板、墙和顶板形成箱，整体性更好底板外墙内墙七、壳体基础壳体基础•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。第三节基础埋置深度的选择下卧层持力层（受力层）FGd埋深一、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。例如：基础埋深不同时•主楼与裙房高度不同,分期施工设置后浇带•台阶式相连,如山坡上的房屋或者验算边坡稳定性L/H=1~2•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LH•地下室，地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修LHLH•基底尽量在地下水位面以上,否则开挖降水,费用大，扰动；•考虑土层分布情况：(1)浅基础还是深基础(桩基础)；(2)天然还是人工地基；(3)如果是天然地基,基础埋深的确定根据土层分布，如下图：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IIIIIIIVh1h1h12m基底在好土h1=2m~4m高楼好土,低楼软土h14m桩基或处理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：00whhk•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x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。()dbatgH≤8mβ≤45°dab•冻结深度1.冻胀危害及机理（1）冻胀及冻拔地面隆起(不均匀)翻浆,融陷,强度降低如果冻结深度大于融沉，称为永冻土冻胀危害及机理冻深毛细区地下水1928-1929Casagrande做了较深入的研究,美国北部:冰深45cm,冻胀13cm,=8%~12%,60%~110%,冰透镜达13cm冻结区冻胀丘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。基础埋深基础埋深冰椎基础埋深基础埋深基础埋深毛细水土颗粒结合水冰机理---复杂,开始认为是水变成冰的体胀.自由水冻结温度0oc,结合水冻结温度-0.5~-30oc总结:开敞式水源,冻结慢,形成透镜体吸引毛细水自由水+外层(弱)结合水冻结,形成冰针,冰透镜结合水膜变薄,离子浓度加大,吸力增加吸引地下水2.发生冻胀的条件（1）土的条件一般是细颗粒土。砂土的毛细高度小，发生冰冻时体积膨胀，孔隙水排走，骨架不变。太细的土，水分供应不及时，冻胀也不明显。（2）温度条件低于冻结温度（3）水力条件含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重3.地基土的冻胀性分类新规范不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻胀，特强冻胀土类，冻前天然含水量，冻结期间地下水位距冻结面的最小距离，平均冻胀率冻胀率：地面最大冻胀量/设计冻深(%)Z0标准冻深－多年实测最大冻结深度的平均值,夏季地面开始往下算。北京1.0m，哈尔滨2.0m，满洲里2.5m地基土的冻胀性分类土的名称冻前天然含水量ω（%）冻结期间地下水位距冻结面的最小距离hw(m)平均冻胀率η（%)冻胀等级冻胀类别碎（卵）石、砾、粗、中砂（粒径小于0.075mm颗粒含量大于15%），细砂（粒径小于0.075mm颗粒含量大于10%）ω≤12＞1.0η≤1.0Ⅰ不冻胀≤1.01＜η≤3.5Ⅱ弱冻胀12＜ω≤18＞1.0≤1.03.5＜η≤6Ⅲ冻胀ω＞18＞0.5≤0.56＜η≤12Ⅳ强冻胀粉砂ω≤14＞1.0η≤1.0Ⅰ不冻胀≤1.01＜η≤3.5Ⅱ弱冻胀4.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•季节性冻土的设计冻深zd按下式计算：dozszwzezz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作业1.名词解释：扩展基础刚性基础2.地基基础设计时，所采用的荷载效应按哪些规定执行？3.浅基础有哪些结构类型？各有何特点？4.确定基础埋置深度时应考虑哪些因素影响？5.地基土的冻胀性分类要考虑哪些因素？Ｐ65页2-1，解：1）2m2m1m中砂粗砂2m粘土•承压水水压力：whw＝10×（2+2+2）＝60KPa•粗砂土层顶面所受的力：c＝h＝（20-10）×（2-1）+19×2+10×1＝58KPawhwh，故坑底有隆起危险。2）基础埋深为1.5m时，粗砂土层顶面所受的力：c＝h＝（20-10）×（2-1.5）+19×2+10×0.5＝48KPa；要使坑底无隆起危险，则必须whw≤h，hw≤h／w＝48／10＝4.8m。故承压水位还需下降6－4.8＝1.2m。第四节浅基础的地基承载力一、基本概念•定义：地基承受荷载的最大能力。•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≤包括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uppKPP•确定地基承载力的设计原则二、地基承载力特征值的确定1.按土的抗剪强度指标确定2.按地基载荷试验确定3.按地基规范承载力表确定4.参照相邻建筑物经验确定1.按土的抗剪强度指标确定（1）《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）abdmckfMrbMrdMc•公式：承载力系数，按表2-3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；说明：•取值:采用原状土以三轴剪切试验测定，一般要求在建筑场地范围内布置6个以上的取土钻孔，各孔中同一层土的试验不少于三组。•确定抗剪强度指标的试验方法必须与地基土工作状态相适应。如：饱和软土，不固结不排水剪的内摩擦角=0，由表知：Mb=0、Md=1、Mc=3.14将上式中的ck相应改为cu则地基承载力设计值：fa=这时，增加基础底面尺寸不可能提高地基承载力。但是对于0的土，增加基底宽度，承载力将随着的提高而逐渐增大。kkc、k3.14ourdckkc、kk•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。0kGm（2）地基极限承载力理论公式－－魏锡克公式（或汉森公式、太沙基公式等）•适用范围：路桥、港口等•公式：uapfK地基土极限承载力；按教材土力学公式计算安全系数，K=2～32.按地基载荷试验确定（1）确定地基土承载力特征值载荷试验数据整理：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。•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pu2p1时，地基承载力特征值取pu／2.12uP2)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。(0.01~0.015)sb0.02sb注意：同一土层试验点应选3个以上，若所得特征