7 浅基础设计.

7浅基础设计基本内容：地基基础设计的基本原则浅基础的类型基础埋置深度地基承载力按地基承载力确定基础底面尺寸地基的变形验算扩展基础设计柱下钢筋混凝土条形基础设计防止不均匀沉降损害的措施1第1节地基基础设计的基本原则建筑物地基可分为天然地基和人工地基，基础可分为浅基础和深基础。深基础埋深较大，其主要作用是把所承受的荷载相对集中地传递到地基深部；而浅基础则是通过基础底面、把荷载扩散分布于浅部地层。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。2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。天然地基上的浅基础；人工地基上的浅基础；天然地基上的深基础、桩基础一、地基基础方案34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。5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。6二、地基基础的设计等级《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011根据地基复杂程度、建筑物规则和功能特征，以及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，将地基基础设计划分为三个设计等级。7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（如地下车库、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场基条件简单、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81.防止地基土发生剪切破坏和丧失稳定性，应具有足够的安全度；2.控制地基的变形量，使之不超过建筑物的地基特征变形允许值；3.基础本身应具有足够的强度、刚度和耐久性。三、地基基础设计的基本原则9第2节浅基础的类型对上部结构而言，基础应是可靠的支座，对下部地基而言，基础所传递的荷载效应应满足地基承载力和变形的要求，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力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。10一、扩展基础扩展基础通常指墙下条形基础和柱下单独基础；扩展基础又可分为无筋扩展基础（刚性基础）和钢筋混凝土扩展基础（柔性基础）。1.无筋扩展基础无筋扩展基础系指由砖、毛石、混凝土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。无筋扩展基础可用于六层和六层以下（三合土基础不宜超过四层）的民用建筑和墙承重的厂房。11b/2b/2d120120120606060b/2b/212060120d606060(a)等高砌筑法(b)二一间隔砌法砖基础有等高砌法和二一间隔砌法两种，在基底宽度相同的情况下，二一间隔砌法可减小基础高度，并节省用砖量。12毛石基础是用未经人工加工的石材和砂浆砌筑而成。其优点是能就地取材，价格低，缺点是施工劳动强度大。13三合土基础是用石灰、砂、碎砖或碎石三合一材料铺设、压密而成。其体积比一般按1∶2∶4～1∶3∶6配制，经加入适量水拌和后，均匀铺入基槽，每层虚铺200mm，再压实至150mm，铺至一定高度后再在其上砌砖大放脚。图3-3三合土基础bb/2db/2h12060b1/2b1/2606014151617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。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。2.扩展基础(钢筋混凝土扩展基础、柔性基础）18图3-7墙下钢筋混凝土条形基础墙下钢筋混凝土条形基础19二、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。20图3-6柱下单独基础锥形基础阶梯形基础杯形基础21四、筏形基础六、壳体基础一般适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑物的基础。三、条形基础：长度远大于宽度的基础。五、箱形基础目前在高层建筑中多采用箱形基础。222324第3节基础埋置深度的选择基础埋置深度：是指基础底面至地面（一般指设计地面）的距离。确定基础的埋置深度是地基基础设计中的重要内容，它涉及到结构物建成后的牢固、稳定及正常使用问题。在确定基础埋置深度时，必须考虑把基础设置在变形较小，而强度又比较大的持力层上，以保证地基强度满足要求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。25此外，还要使基础有足够的埋置深度，以保证基础的稳定性，确保基础的安全。确定基础埋置深度时，必须综合考虑地基的地质、地形、水文条件，当地的冻结深度、上部结构形式，以及保证持力层稳定所需的最小埋深和施工技术条件、造价等因素。26在保证建筑物安全、稳定、耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。除基岩外，一般不宜小于0.5米。另外，基础顶面应底于设计外地面100mm以上，以避免基础外露。一、基础埋深选择的原则27二、影响基础埋深的因素1、建筑物的结构条件与场地环境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。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。28如上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物的地基。h图3-15相邻基础的埋深L(1~2)hL292、工程地质条件合理选择地基持力层位于稳定边坡之上的拟建工程，要保证地基有足够的稳定性。对于坡高H≤8m，坡角≤45°，且b≤3m，a≥2.5m时，基础埋深d应符合下列条件时，可以认为已满足稳定要求：45图3-13土坡坡顶处基础的最小埋深H8mhd图3-14基坑下埋藏有承压含水层的情况ab隔水层承压含水层AB压力计潜水位承压水位tandba303、水文地质条件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）00whhk31五、地基土冻胀和融陷的影响季节性冻土是指一年内冻结与解冻交替出现的土层。在全国分布很广，季节性冻土层厚度在0.5m以上，最厚达3m。如果基础埋于冻胀土内，当冻胀力和冻切力足够大时，就会导致建筑物发生不均匀的上抬，门窗不能开启，严重时墙体开裂；当温度升高解冻时，冰晶体融化，含水量增大，土的强度降低，使建筑物产生不均匀的沉陷。32影响冻胀的因素主要是土的情况，土中含水量的多少以及地下水补给条件。对于粘粒含量很少的细砂以上的土，孔隙集中，毛细作用极小，基本不存在冻胀问题，在相同条件下，粘性土的冻胀就不容忽视。《建筑地基基础设计规范》根据冻土层的平均冻胀率的大小，把地基冻胀性分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五个等级，见表7.4。33对于冻胀性地基，基础最小埋深应满足下式：maxminhZddzezwzsdZZ0Zd—设计冻深；Z0—地区标准冻深，按《地基基础设计规范》附录F采用；、、—影响系数hmax——基础底面下允许残留冻土层的最大厚度，见表7.8。zszwze34对于某一个具体工程来说，往往是其中一、两种因素起决定性作用，所以在设计时，必须从实际出发，抓住主要因素进行分析研究，确定合理的埋置深度。35第4节地基承载力地基承载力是指地基土单位面积上承受荷载的能力。影响承载力的因素主要有土的成因及堆积年代，物理力学性质，基础埋深、基底尺寸和上部结构形式。确定土层的承载力不能单纯按地基土的强度理论考虑，还必须考虑上部结构形式对地基变形的限制，即在满足建筑物正常使用极限状态下的承载力，才具有实际的价值，我们将这个承载力称为承载力特征值。目前确定承载力特征值的方法有：36按载荷试验确定；根据土的强度理论公式确定；经验法确定，用于次要的小型建筑物或为参考性数据。37一、按土的抗剪强度指标确定承载力特征值根据建筑物地基等级、荷载性质、抗剪强度指标的可靠程度以及地基条件等因素，可取临塑荷载Pcr作为承载力值，也可用汉森、太沙基等极限荷载Pu除以安全系数，得到承载力值特征值。《建筑地基基础设计规范》（GB5007—2011）规定，当基底偏心距e≤b/30（b为基础边长）时，根据土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值可按下式计算：kcmdbacMdMbMfb—基础底面宽度，大于6m按6m考虑，对于砂土，小于3m时按3m考虑；Mb、Md、Mc—承载力系数，按值查表；k38、、γ—基底下一倍基宽深度内土的内摩擦角标准值、粘聚力标准值、土的重度，水位下取有效重度。kkc说明：1.上式相当于临界荷载P1/4，只不过规范对≥24°的Mb值结合载荷试验数据予以提高。另外，对偏心距的限制，主要是避免基底压力分布很不均匀的情况出现。使用土的强度理论公式确定承载力特征值时，应进行地基变形验算。2.按理论公式计算地基承载力,关键是土的抗剪强度指标的取值,要求采取原状土样以三轴剪切试验测定。3.对饱和软土，不固结不排水剪的内摩擦角等于0，这时增大基底尺寸不可能提高地基承载力。k394.地基的承载力随埋深线性增加，但对于软土，其效果不明显。40按地基载荷试验确定地基的承载力特值41按载荷试验成果确定地基承载力特征值二、载荷试验确定承载力特征值0sppcrpuabc42载荷试验都是按分级加荷，逐级稳定，直到破坏的试验步骤进行，最后得到P～S曲线，具体的试验要点和土层压坏标准见《建筑地基基础设计规范》（GB5007—2011），据P～S曲线，确定承载力特征值fak的规定如下：1.当p~s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；2.当极限荷载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.当不能按上述二点确定时，如压板面积为0.25~0.50m2，可取s/b=0.01~0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。43同一土层参加统计的试验点不应少于三点，当试验实测值的极差不超过其平均值的30%时，取其平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。按照载荷试验或触探等原位测试、经验值等方法确定的承载力特征值，在地基基础设计中，应考虑基础埋深和基底尺寸的效应，《建筑地基基础设计规范》规定，对基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，尚应按下式进行修正：)5.0()3(dbffmdbaka修正后的承载力特征值44fa—修正后的地基承载力特征值；fak—地基承载力特征值；ηb、ηd—基础宽度和埋深的地基承载力修正系数；γ—基底持力层土的天然重度，地下水位以下取有效重度；b—基础底面宽度，当b＜3m按3m计，当b＞6m按6m计；γm—基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度；d—基础埋置深度，当d＜0.5m按0.5m计。一般自室外地面标高算