第八章、浅基础设计

第八章浅基础设计8.1概述8.2常用的基础材料8.3常见的基础类型8.4基础埋置深度8.5基础底面尺寸的确定8.6无筋扩展基础的设计8.7墙下钢筋混凝土条形基础8.8柱下钢筋混凝土独立基础8.9柱下钢筋混凝土条形基础8.10十字交叉钢筋混凝土条形基础8.11筏板基础与箱形基础8.12减少建筑物不均匀沉降的措施埋入土层一定深度的建筑物向地基传递荷载的下部承重结构称为基础。地基土层范围基础垫层基础部分室外地坪基础高度H基础埋深dNGL×B建筑物地基与基础结构示意图上部结构天然地基：地基范围内的土层都是好土层（一般［fa］≥150kpa），基础直接埋置在未经加固的天然地层之上。好土层人工地基：若天然的地基很弱，不能满足上部结构荷载的要求，则地基要事先经过人工加固后再修建基础。这样的地基称为人工地基。软土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。方案组合原则：造价低易施工安全合理技术先进天然地基人工地基深基础浅基础方案选择基础类型地基基础类型8.2常用基础材料按材料可分为：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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1、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2、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。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。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8.3常见的基础类型一、无筋扩展基础类型（刚性基础）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。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无筋扩展基础结构分析宽高比8.4基础埋置深度基础埋置深度（埋深）：是指基础底面到天然地面的垂直距离。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。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：建筑物的用途以及基础的型式和构造；作用在地基上的荷载大小和性质；工程地质和水文地质条件；相邻建筑物的基础埋深；地基土冻胀和融陷的影响。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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地基土冻胀性分类《规范》将冻胀性分为如下五类：不冻胀强冻胀弱冻胀特强冻胀冻胀影响因素•土类型•含水量•地下水位危害：•降低承载力•不均匀沉降地基土冻胀和融陷的影响按冻胀要求确定基础最小埋深maxdminhzd式中dminzdhmaxzazwzs0dzzzhzdzd—设计冻深hmax—允许最大残留冻深Z0—标准冻深（观测平均值）h′、Δz—实测冻土厚度与地表冻胀量ψ—冻深影响系数（土类、冻胀性、环境）8.5基础底面尺寸的确定作用于基础底面上荷载室外设计地面天然地面室内设计地面室内外平均标高FkFk屋面：恒载+活载+各层结构：恒载+活载+墙柱自重+基础自重、填土重简化至平均标高外墙柱内墙柱荷载计算应按传力系统，自上而下，由屋面荷载开始计算累计至设计地面，在相应于荷载效应的标准组合时，就是上部传至基础顶面的竖向力Fk。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+202.1minmaxminmax4.基础底面压力计算轴心荷载作用时：pkpk≤faFklGkb基础底面dd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。AGFpkkk+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+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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）：【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④验算地基承载力kN)(62.16745.14.37.120dAGGk∑M=200+15×0.8=212(kN·m)m)(22.062.167800212+FMekPa)(4.232kPa)(5.102)61(maxkminkkk+leAGFpppkmax=232.4kPa≤1.2fa=234.6kPapk=(pkmax+pkmin)/2=167.5kPa≤fa=195.48kPa满足要求，故基底尺寸b=1.7m，l=3.4m合适。kPa)(48.195)5.03.1(166.1175)5.0()3(mdbaka+++dbff③初步估算基底面积首先按轴心受压估算A0)m(8.445.12048.1958002Gak0dfFA考虑偏心影响，将A0增大18%，则A=1.18A0=1.18×4.8=5.6(m2)，b=1.7m，l=3.4m。取l/b=2.0得：⑤软弱下卧层验算下卧层地基承载力特征值修正下卧层埋深：d+z=4.8m下卧层顶面上土的加权平均重度：)kN/m(82.17)5.33.1()5.35.183.116()()(321++++zdzdmzkPa)(6.161)5.08.4(82.170.185)5.0()3(mdbakaz+++dbffpcz=γmzdz=17.82×4.8=85.5(kPa)下卧层顶面处自重应力下卧层顶面处的附加压力确定压力扩散角Es1/Es2=10/2=5，z/b=2.06＞0.5，则θ=25°计算基底平均压力和土的自重压力pk=(Fk+Gk)/A=(800+167.62)/(3.4×1.7)=167.4(kPa)pcz1=γ1d=16×1.3=20.8(kPa)(kPa)6.25)tan2)(tan2(0z++zlzbblpp验算下卧层承载力pz+pcz=111.1kPa＜faz=161.6kPa满足要求。项目16