基础工程-第七章-浅基础设计-2014

1基础工程主讲教师：张成兴土木工程学院SchoolofCivilEngineering第七章浅基础基础27.1地基基础设计的基本原则7.2浅基础的类型7.3基础埋置深度的选择7.4地基承载力7.5基础底面尺寸的确定7.6地基变形验算7.7扩展基础设计7.8柱下钢筋混凝土条形基础设计7.9筏型基础设计7.10减轻不均匀沉降损失的措施37.1地基基础设计的基本原则一、地基、基础的类型通常把支承基础的土体或岩体称为地基。基础是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、平面布置和上部结构类型，充分考虑建筑场地和地基岩土条件，结合施工条件以及工期、造价等各方面要求，合理选择地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证建筑物的安全和正常使用。浅基础深基础天然地基人工地基差别：施工方法及设计原则4下卧层地基与基础D持力层（受力层）地基基础FG5天然地基6人工地基：加固上部土层，提高承载力。软土7大直径钻孔桩风化砂岩及粉砂岩部分风化及不风化泥岩深基础：新加坡发展银行,四墩,每墩直径7.3m。将荷载传递到下部好土层,承载力高。桩基础8天然地基上的浅基础，结构比较简单，最为经济，如能满足要求，宜优先选用。1）天然地基上的浅基础；2）人工地基上的浅基础；3）天然地基上的深基础(桩基础等)。二、地基基础方案9三、天然地基上浅基础设计的内容和一般步骤：充分掌握拟建场地的工程地质条件和地质勘察资料；综合考虑选择基础类型和平面布置方案；选择地基持力层和基础埋置深度；确定地基承载力；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；进行必要的地基稳定性和变形验算；进行基础的结构设计；绘制基础施工图，并提出必要的技术说明。10四、概率极限设计方法与极限状态设计原则以结构的可靠度指标（或失效概率）来度量结构的可靠度，并且建立结构可靠度与结构极限状态方程关系，这种设计方法就是以概率论为基础的极限设计方法，简称概率极限设计方法。整个结构或结构的一部分（构件）超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，这一特定状态称为该功能的极限状态。承载力极限状态：这种极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载大变形。（整体剪切破坏）正常使用极限状态：这种极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。（地基变形）11五、地基基础设计的基本原则根据地基复杂程度，建筑物规模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，《建筑地基基础设计规范》将地基基础设计分为甲级，乙级和丙级三个设计等级。121.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。为了保证建筑物的安全和正常使用，根据建筑物的安全等级和长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计和计算应该满足下述三项基本原则：各建筑物均应满足地基承载力计算要求；对基坑工程、经常受水平荷载作用的高层建筑，高耸结构和挡土墙；建筑在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物。对地下水埋藏较浅，建筑地下室；地下构筑物存在上浮问题。稳定性验算抗浮验算132.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，以免引起基础和上部结构的损坏或影响建筑物的正常使用功能和外观。地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；在基础上及其附近由地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降；软弱地基上大建筑物存在偏心荷载时；相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；地基有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。地基变形计算设计等级为甲级、乙级的建筑物均应进行地基变形设计验算143.基础的材料，形式，尺寸和构造能适应上部结构、符合使用要求，满足上述地基承载力（稳定性）和变形要求外，还应满足基础结构的强度、刚度和耐久性的要求。15标准值六、关于荷载取值的规定16设计值17计算基础内力、配筋：基本组合（设计值），荷载分项系数为1.2~1.4，与混凝土设计规范相适应，通过增大荷载来提高安全度。计算挡土墙土压力：基本组合，荷载分项系数为1.0，安全度通过安全系数来反映，例如：抗滑移安全系数Ks＝抗滑力/滑移力≥1.3计算基底面积：标准组合（标准值），没有荷载分项系数。不增大荷载，因为地基承载力已具有足够的安全度。例：pk≤fa=pu/K=pu/2计算沉降：准永久组合，不计风荷载和地震作用。187.2浅基础的类型在天然地基上，埋置深度小于5米的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5米，但小于基础宽度的大尺寸基础（如箱形基础），在计算中基础的侧面摩擦力不必考虑，统称为天然地基上的浅基础。A、按材料：刚性基础和柔性基础B、按形式：1、单独基础2、条形基础3、十字交叉基础4、筏板基础5、箱型基础墙下砖砌条形基础墙下条形基础刚性基础，大放脚无筋扩展基础191、刚性基础：指受压极限强度较大，而受弯、受拉极限强度较小的材料所建造的基础。2、柔性基础：指钢筋混凝土基础。利用其抗弯、抗拉性能。不受台阶宽高比限制，可宽基浅埋。20一、无筋扩展基础无筋扩展基础系指用砖、毛石、混凝土、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，多适用于多层民用建筑和轻型厂房。无筋扩展基础设计时，必须规定基础材料强度及质量、限制台阶宽高比、控制建筑物层高和一定的地基承载力。taniibH见表7.321砖基础是工程中最常见的一种无筋扩展基础，一般做成台阶式，俗称大放脚。其砌筑方式有两种，一是“二皮一收”，另一种是“二一间隔收”但须保证底层为两皮砖，即120mm。两种方法都满足台阶宽高比要求，“二一间隔收”较节省材料。22为了保证砖基础的砌筑质量，并能起到平整和保护基坑作用，砖基础施工时，常常在砖基础底面以下先做垫层，垫层材料可选用灰土，三合土和混凝土。垫层每边伸出基础底面50-100mm，厚度一般为100mm。设计时，一般作为构造垫层，不作为基础结构部分考虑，因此垫层的宽度和高度都不计入基础的底部宽度b和埋深d之内。有时，无筋扩展基础是由两种材料叠合组合，如上层砖砌体，下层混凝土。下层混凝土的高度如果在200mm以上，符合台阶宽高比要求，则混凝土层作为基础结构部分考虑。23二、扩展基础当基础荷载较大，地质条件较差时，基础底面尺寸也将扩大，为了无筋扩展基础的宽高比要求，相应的基础埋深增大，往往会给设计时基础布置和地基持力层选择，施工时基坑开挖和排水带来不便，并且可能提高工程造价。此外，无筋扩展基础存在着用料多、自重大等缺点。此时，可以考虑采用钢筋混凝土材料筑造的基础，适用于“宽基浅埋”的场合采用。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。24独立基础特点：柱基础中最常用和最经济的形式。25条型基础（Stripfoundation）特点：基础抗剪刚度较大，调整不均匀沉降，将所承受的荷载较为均匀分布到整个基底面积上。26条形基础是指基础长度远远大于其宽度的一种基础形式，按上部结构形式，可以分墙下条形基础和柱下条形基础两种。墙下条形基础有无筋和配筋的条形基础两种。墙下无筋扩展基础在砌体结构中得到广泛应用。当上部墙体荷重较大而土质较差时，可考虑采用“宽基浅埋”的墙下钢筋混凝土条形基础。一般做成板式（无肋式），但当基础延伸方向的墙上荷载及地基土的压缩性不均匀时，为了增强基础的整体性和纵向抗弯能力，减小不均匀沉降，常采用带肋的墙下钢筋混凝土条形基础。27在钢筋混凝土框架结构中，当地基软弱而荷载较大时，若采用扩展基础，可能因基础底面积很大而使基础边缘互相接近甚至重叠，为增加基础的整体性并方便施工，可将同一排的柱基础连通成为柱下钢筋混凝土条形基础。若仅是相邻柱相连，又称为联合基础或双柱联合基础。柱下条形基础2829十字交叉基础（交梁基础）柱下:土质差,或荷载很大,四面单独基础相互相连。作用：可调整两个方向的不均匀沉降。纵向条形基础横向条形基础30筏形基础能跨越地下浅层小洞穴和局部软弱层；提供比较宽敞的地下使用空间；满足不允许出现不均匀沉降的要求。31筏形基础多用于框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构等高层建筑，亦可用于砌体结构，我国南方某些城市在多层砌体住宅基础中采用筏形基础，并直接建筑在地表土层，称为无埋深深筏基。在北方应用时，必须考虑能否满足抗冰冻与采暖要求。满堂红32箱型基础由筏、墙和顶板形成箱，整体性更好底板外墙内墙33壳体基础烟囱、水塔、贮仓、中小型高炉等各类筒形构筑物基础的平面尺寸较一般独立基础大，为节约材料，同时使基础结构有较好的受力特性，常将基础做成壳体形式，称为壳体基础。其常用形式有正圆锥壳、M型组合壳、内球外锥组合壳等。据统计，该基础类型可比一般梁、板式钢筋混凝土基础减少混凝土用量50%左右，节约钢筋30%以上，具有良好的经济效果。但施工时修筑土胎的技术难度大，易受气候的影响，布置钢筋及浇捣混凝土施工困难，较难实行机械化施工。34岩层锚杆基础适用于直接建在基岩上的柱基，以及承受拉力或水平力较大的建筑物基础。锚杆基础应与基岩连成整体，并应符合下列要求：1.锚杆孔直径，宜取锚杆直径的3倍，但不应小于一倍锚杆直径加50mm。2.锚杆插入上部结构的长度，应符合钢筋的锚固长度要求；3.锚杆宜采用热轧带肋钢筋，水泥砂浆强度不宜低于30MPa，细石混凝土强度不宜低于C30。灌浆前应将锚杆孔清理干净。岩层锚杆基础351、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。2、基础埋深选择的意义基础埋置深度的大小对于建筑物的安全和正常使用；基础施工技术措施；施工工期；工程造价影响很大。对高层稳定、滑移的影响；地基强度、变形的影响；基础由于冻胀或水影响下的耐久性。设计时必须综合考虑建筑物自身条件（如使用条件，结构形式，荷载大小和性质）以及所处的环境（如地质条件，气候条件，邻近建筑物的影响等）。3、基础埋深选择的原则在保证建筑物安全、稳定、耐久使用的前提下，善于从实际出发，抓住其中起决定作用的一两种因素，尽量浅埋的原则，合理选择基础埋置深度，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，基础顶面应低于室外设计地面100mm以上，以避免基础外露。7.3基础埋置深度的确定36一、影响基础埋深的因素1、建筑结构条件与场地环境条件：A、类型主要指高层与非高层之分。B、基础构造，针对基础类别、用途等。2、基础上荷载大小及性质：A、荷载大小与地基承载力间的关系导致持力层选择发生变化。B、建筑物类型不同，其所受荷载性质发生变化，从而对基础埋深产生影响。(高层建筑：水平力作用；砖窑：高温作用；冷库：低温作用；受动力荷载基础：对持力层土要求，不宜为饱和疏松的粉细砂)。37A、工程地质条件不同，基础的埋深有较大差别，要合理选择持力层以保证建筑物的安全和经济性。B、土层不均匀时可分段采用不同埋深。对建于边坡上的基础（如下图），其埋深应满足下式：tanabd取3.5m（条形基础)或2.5m（矩形或圆形基础）3、工程地质条件84532.5Hmbmam适用条件384、水文地质条件A、尽量将基础置于地下水位以上；B、防止流砂、管涌等灾害；C、防止地基因挖土减压而隆起开裂；D、对埋藏有承压水层的地基应控制承压含水层顶面的有效应力大于零。11220Wzzh00whhk基底至承压含水层顶间保留土层厚度（槽底安全厚度）0h39对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深应由下式确定：(GB50007-2011）zd—设计冻深；hmax—基底下允许残留冻土层的最大厚度。5、地基土冻胀和融陷条件maxdminhzd0dzszwzezz0z标准冻深：系采用在地面平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于10年实测最大冻深的平均值。zszwze——土的类别对冻深的影响系数；——土的冻胀性对冻深的影响系数；——环境对冻深的影响系数。——冻胀性；——基础形式；——基底平均压力；——采暖情况。407.4地基承载力为了满足地基强度和稳定性的要求，设计时必须控