第四章-浅基础与深基础

第四章浅基础与深基础浅基础与深基础概述深基础：基础的埋置深度超过5米，要采用特殊的方法、装备施工，或者基础的埋置深度大于基础的宽度，在设计中必须考虑基坑侧壁摩擦力的影响。这样的基础称之为深基础。如桩基、沉井。浅基础:(1)埋深小于5m的柱基或墙基；(2)埋深小于基础宽度的筏基、箱基，埋深大于5m；(3)不考虑侧面摩擦力。用一般方法、工艺施工。浅基础与深基础概述基础类型地基基础类型无筋扩展基础一、无筋扩展基础类型（按基础刚度分类）按材料可分为：砖基础、毛石基础、混凝土和毛石混凝土基础、灰土基础、三合土基础。按构造可分为：独立基础是指整个或局部结构物下的单个基础。条形基础是指基础的长度远远大于其宽度的一种基础形式，可分为墙下条形基础和柱下条形基础。无筋扩展基础一、无筋扩展基础类型（按基础刚度分类）按材料可分为：砖基础、毛石基础、混凝土和毛石混凝土基础、灰土基础、三合土基础。砖基础毛石基础柱下混凝土基础墙下毛石混凝土基础墙下条形砖基础也称大放脚基础无筋扩展基础一、无筋扩展基础类型（按基础刚度分类）按构造可分为：独立基础是指整个或局部结构物下的单个基础。条形基础是指基础的长度远远大于其宽度的一种基础形式，可分为墙下条形基础和柱下条形基础。a.柱下独立基础c.柱下条形基础b.墙下条形基础无筋扩展基础无筋扩展基础无筋扩展基础二、无筋扩展基础结构分析材料共同特点：具有较好的抗压性能抗拉、抗弯、抗剪强度很低受力与破坏：倒置短悬臂梁弯拉破坏（见图）强度保证：限制基础台阶宽高比，增大刚度。设计要求：基础台阶宽高比小于允许宽高比。无筋扩展基础的受力示意图无筋扩展基础允许宽高比：[b2/H0]=tanα如图，基础高度：tan2)(tan0011bbHbhα——刚性角，与材料和荷载有关，见（教材表2-1）αb0bb1h1H0b2二、无筋扩展基础结构分析宽高比无筋扩展基础三、无筋扩展基础构造砖基础毛石基础混凝土和毛石混凝土基础灰土基础三合土基础无筋扩展基础三、无筋扩展基础构造砖基础砖基础剖面图（a）“二皮一收”砌法；（b）“二一间隔收”砌法低层建筑墙下基础。砌筑方便，强度低抗冻性差。砌法：二皮一收、二一间隔收（1/4砖）。≥MU10砖M5砂浆大放脚混凝土垫层无筋扩展基础三、无筋扩展基础构造毛石基础毛石基础毛石——指未经加工凿平的石材，毛石基础应采用未经风化的硬质岩石砌筑而成。要求：•材料：≥MU20毛石；M5砂浆•台阶高度和基础墙：≥400mm•台阶宽度：≤200mm。•错缝搭砌，缝内砂浆应饱满特点：砌筑较方便，抗冻性好，适于6层及以下墙承重结构。无筋扩展基础特点：强度、耐久性、抗冻性都较好，适用于荷载较大或位于地下水位以下的基础。掺入毛石要求：占体积≤30%，尺寸≤300mm，应冲洗干净。材料一般取Ｃ15。三、无筋扩展基础构造混凝土和毛石混凝土基础柱下混凝土基础墙下砼毛石基础无筋扩展基础灰土基础灰土是用石灰和粘性土混合配制而成。灰土基础的厚度不小于300mm，条形基础宽度不小于600mm，独立砖基础不小于700mm三合土基础三合土是由石灰、砂和骨料（碎石、碎砖或矿渣等）按体积比1：2：4或1：3：6配合比，加入适量的水配置而成三、无筋扩展基础构造无筋扩展基础基础材料质量要求台阶宽高比的允许值pk≤100100Pk≤200kpa200Pk≤300kpa混凝土基础C15混凝土1:1001:1.001:1.25毛石混凝土基础C15混凝土1:1.001:1.251:1.50砖基础砖不低于MU10,砂浆不低于M51:1.501:1.501:1.50毛石基础砂浆不低于M51:1.251:1.50-灰土基础体积比为3:7或2:8的灰土,其最小干密度:粉土1550kg/m3；粉质粘土1500kg/m3；粘土1450kg/m31:1.251:1.50-三合土基础体积比1:2:4-1:3:6(石灰:砂:骨料),每层约虚铺220mm,夯至150mm1:1.501:2.00-无筋扩展基础上部结构、地质和环境资料初选基础材料和构造形式确定持力层、基础埋深确定地基承载力、荷载和基础初步尺寸验算承载力、变形和稳定确定基础剖面和基础结构设计基础设计图、施工图、预算书No一、浅基础设计步骤无筋扩展基础基础埋置深度（埋深）：是指基础底面至室外地面标高的距离。持力层：直接支承基础的土层。下卧层：持力层下的各土层称为下卧层。选择基础的埋深实际上也就是选择合适的地基持力层。二、基础埋置深度确定±0.00－0.30埋深d≥0.5m≥0.1m持力层（受力层）下卧层无筋扩展基础基础埋深确定的基本原则：在满足承载力的条件下尽量浅埋，省工、省时、省料，但是有下基本要求：1.d大于50cm，不受表土扰动，植物，冻融，冲蚀的影响2.基础顶距离表土大于10cm，保护基础还应考虑下列影响因素：工程地质和水文地质条件建筑物的用途及基础构造作用在地基上的荷载大小和性质相邻建筑物的基础埋深地基土冻胀和融陷的影响无筋扩展基础地基土层组成类型好软(A)(B)A:考虑荷载情况，按最小埋深要求确定；B:考虑人工地基，按最小埋深要求确定；(C)C:地基土分为两层，上硬下软:硬土层厚度满足要求时，尽量浅埋；硬土层厚度很薄时（≤1/4b)，按B情况考虑；硬土层厚度较薄时，可提高室外设计地面。好软工程地质和水文地质条件无筋扩展基础D:地基土分为两层，上软下硬:软土≤2m,埋于好土上；软土2~5m,轻型可浅埋软土上，荷载较大埋于好土层；软土≥5m,轻型可浅埋软土上，荷载较大可采用人工地基浅埋，荷载大应埋于好土层，或选其它基础方案。(D)(E)地基土层组成类型E:地基土由若干软硬交替土层组成，根据减少沉降与工程量原则，按上述方法确定。好软工程地质和水文地质条件无筋扩展基础地下水水位地下水水质宜在地下水水位以上防止侵蚀性破坏地下水流动基坑排水防产生流砂与管涌建筑物用途及基础构造地下室、设施及设备基础无筋扩展基础构造要求基础深埋选高承载力的作持力层荷载大小大小承载力合适，宜浅埋比较荷载性质水平荷载、上拔力作用震动荷载避开细粉砂土层深埋作用在地基上的荷载大小与性质水文地质条件无筋扩展基础相邻建筑物影响L≥(1~2)ΔHΔH原基础新基础埋深≤相邻的否则：L≥(1~2)ΔH否则：分段施工；加固。新基础地基土冻胀和融陷的影响无筋扩展基础三、承载力计算1.地基承载力地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷载的能力，以kPa计。一般用地基承载力特征值fak来表述。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。地基承载力特征值应按下列规定综合考虑：1）甲、乙级的建筑物采用载荷试验、理论公式计算及其他原位试验等方法综合确定；2）丙级的建筑物可按土的物理力学指标、标准贯入、轻便触探等方法确定。3）次要建筑物可根据邻近建筑物的经验确定。无筋扩展基础a.由载荷试验p-s曲线确定fak对于建筑物的地质条件复杂、土质不均匀的情况，常采用现场载荷试验法，可以取得较准确可靠的地基承载力数值。载荷试验是按分级加荷，逐级稳定，直到破坏的试验步骤进行，最后得到p-s曲线。千斤顶荷载板无筋扩展基础深度、宽度修正的特征值当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时从载荷试验或其它原位测试经验值等方法确定的地基承载力特征值尚应按下式修正：0(3)(0.5)aakbdffbdb、d为宽度深度修正系数，按持力层土查表，见教材。无筋扩展基础b.规范规定当偏心距e≤0.33倍基础底面宽度时，通过抗剪强度指标计算地基土承载力特征值。kcmdbacMdMbMfMb、Md、Mc—承载力系数，按教材表3-4确定；b—基底宽度（m），当基底宽度大于6m按6m考虑，对于砂土小于3m时按3m考虑；ck—基底下一倍基础底面短边宽深度内土的粘聚力标准值（kPa）。无筋扩展基础例题4-1偏心荷载作用时：minmax、kkpp3.基础底面的承载力，应符合下列要求：轴心荷载作用时：pk≤fa式中pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面的平均压应力值，kPa；fa——修正后的地基承载力特征值。式中——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘处的最大、最小的压应力值，kPa。akkkkakfppppfp202.1minmaxminmax式中Fk——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力；Gk——基础自重和基础上的土重，Gk=γGAd；γG——基础及回填土的平均重度，γG=20kN/m3，地下水位以下扣除浮力10kN/m3；A——基础底面积。无筋扩展基础4.基础底面压力计算轴心荷载作用时：pkpk≤faFklGkb基础底面ddAGFpkkk无筋扩展基础4.基础底面压力计算偏心荷载作用时：Mk——相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值；W——基础底面的抵抗矩，W=lb2/6。pkmaxpkminddFkGkMkVklbeWMAGFpkkk±kminkmax无筋扩展基础偏心荷载（eb/6）下基底压力计算示意图b——力矩作用方向基础底面边长当偏心距eb/6时(如图)，pkmax应按下式计算：式中l——垂直于力矩作用方向的基础底面边长；a——合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离。laGFpkkk3）(2max无筋扩展基础四、基础底面尺寸的确定基础底面尺寸是根据基础类型、持力层承载力和作用作用于基础底面的荷载值来确定。要求：1.中心荷载作用下的基础aGkkkkfAAdFAGFpdfFAGak独立基础：由公式计算得基础底面积blA条形基础：当基础l≥10b时称为条形基础，此时取l=1.0m，则A=b。注意：确定fa时，b是未知数，可先不考虑宽度修正，按b3m计算fa。akfp≤无筋扩展基础2.偏心荷载作用下的基础1）假定基础底宽b≤3m进行承载力修正，初步确定承载力特征值；)5.0()3(mdbakadbff2）按中心受压估算基底面积A0，考虑偏心影响将A0扩大10%~40%；3）承载力验算：取l/b=n(1.5~2.0)dfFAAGak0)4.1~1.1()4.1~1.1(pk≤fapkmax≤1.2fa偏心荷载作用下的基础底面积确定步骤（试算法）：无筋扩展基础五、地基验算1.持力层验算根据初步确定的d与b，确定宽深修正后的fa。a.中心荷载b.偏心荷载作用；若经验算，不满足要求时，可通过增加A，或调整受力系统（如采用不对称的柱），使其满足。akkkfAGFpakkkkmax2.1fWMAGFpakminkmaxk2fppp无筋扩展基础2.软弱下卧层承载力验算•当地基受力层范围内有软弱下卧层时，下卧层顶面的附加应力与自重应力之和不超过下卧层的承载力：p0θpczpzzdθtan2zbazczzfppPcz——软弱下卧层顶面处自重应力；faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。Pz——软弱下卧层顶面附加应力；无筋扩展基础Pz——按压力扩散角法简化计算（合力相等原则）条形基础：tan20zzbbpp矩形基础：)tan2)(tan2(0zzlzbblppp0=pk－pc；pk——基底面平均压力值；pc——基底面处自重应力；θ——压力扩散角，与Es1/Es2、z/b有关；l、b——基础长短边。无筋扩展基础【例】某柱下单独基础，荷载与地基情况如图示，试确定基础底面尺寸。Fk=800kNGkVk=15kN±0.000－0.30080013003500Mk=200kN·m填土γ=16Es=2.5MPa粘土γ=18.5kN/m3Es=10MPafak=175kPa（ηb=0.3、ηd=1.6）淤泥质土w=45%Es=2.0Mpafak=85kPa（ηb=0、ηd=1.0）【解】①选择持力层，如图示。②求修正后的地基承载力特征值：假定b≤3m，则无筋扩展基础kPa)(48.195)5.045.1(166.1175)5.0(