第八章 天然地基上的浅基础设计

第八章天然地基上的浅基础设计8.1概述8.2浅基础类型8.3基础埋置深度的选择8.4地基承载力的确定8.5基础底面尺寸的确定8.6墙下钢筋混凝土条形基础设计8.7减轻建筑物不均匀沉降的措施8.1概述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。一、选择地基基础类型，主要考虑两方面因素：1、建筑物的性质；2、地基的地质情况。二、天然地基上的浅基础：做在天然地基上，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。地基基础设计的基本原则1.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、地基基础方案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。8.1概述8.1概述人工地基：加固上部土层，提高土层的承载力，再把基础做在这种经过人工加固后的土层上。这种地基叫做人工地基。桩基础：在地基中打桩，把建筑物支撑在桩台上，建筑物的荷载由桩传到地基深处较为坚实的土层。这种基础叫做桩基础。深基础：把基础做在地基深处承载力较高的土层上。埋置深度大于5m或大于基础宽度。在计算基础时应该考虑基础侧壁摩擦力的影响。这类基础叫做深基础。四、常规设计：常用浅基础体型不大、结构简单，在计算单个基础时，一般既不遵循上部结构与基础的变形协调条件，也不考虑地基与基础的相互作用。这种简化法也经常用于其它复杂基础的初步设计，称为常规设计。五、浅基础设计内容及步骤1.了解拟建场地工程地质条件的基础上，合理选择基础类型、平面布置及埋深；2.按地基承载力确定基础底面尺寸；3.进行必要的地基稳定性和变形验算；4.基础结构的内力分析和截面设计，并绘制施工图。8.1概述地基、基础与上部结构相互作用的概念一、基本概念常规设计法是把上部结构、基础与地基三者作为彼此离散的独立结构单元进行力学分析（如图6-1）。不难看出常规设计法有不合理之处，因为地基、基础和上部结构沿接触面分离后，虽然满足静力平衡但却完全忽略了三者之间受荷前后的变形连续性。其实，地基、基础和上部结构三者是相互联系成整体来承担荷载而发生变形的。这时，三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制约的作用，从而使整个体系的内力（包括柱脚和基底的反力）和变形（包括基础沉降）发生变化。显然，当地基软弱、结构物对不均匀沉降敏感时，上述常规分析结果与实际情况的差别就愈大。由此可见，合理的分析方法，原则上应该以地基、基础、上部结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前提。只有这样，才能揭示它们在外荷作作用下相互制约、彼此影响的内在联系，从而达到安全、经济的设计目的。地基、基础与上部结构相互作用的概念二、地基和基础的相互作用（一）基础刚度对基底压力的影响1.柔性基础柔性基础的抗弯刚度很小。它好比放在地上的柔软薄膜，可以随着地基的变形而任意弯曲。基础上任意一点的荷载传递到基底时不可能向旁边扩散分布，象直接作用在地基上一样。基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致，均布荷载下柔性基础的基底沉降是中部大、边沿小。(a)(b)地基、基础与上部结构相互作用的概念6-32.刚性基础刚性基础具有非常大的抗弯刚度，受荷后基础不挠曲，因此，原来是平面的基底，沉降后仍然保持平面（如图6-3）。此处把刚性基础能跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中地传至基底边缘的现象叫做基础的“架越作用”。地基、基础与上部结构相互作用的概念3.基础相对刚度的影响6-66-7结论：基础相对刚度越大，架越作用越明显，基底压力分布与上部荷载分布越不一致。地基、基础与上部结构相互作用的概念6-81.地基压缩性不均匀的影响（二）地基非均质性的影响地基、基础与上部结构相互作用的概念2.不均匀地基上荷载分布不同的影响图6-9地基、基础与上部结构相互作用的概念三、上部结构刚度的影响上部结构刚度：整个上部结构对基础不均匀沉降或挠曲的抵抗能力，或称整体刚度。（一）柔性结构如排架结构等，由于屋架铰接于柱顶，整个承重体系对基础的不均匀沉降有很大的顺从性，故基础的沉降差不会引起主体结构的附加应力，传给基础的柱荷载也不因此而有所变动。结构与地基变形之间并不存在彼此制约、相互作用的关系。这类结构最适合按常规方法设计。地基、基础与上部结构相互作用的概念（二）敏感性结构最常见的砖石砌体承重结构和钢筋混凝土框架结构，对基础不均匀沉降的反应都很灵敏，故称之为敏感性结构。此类结构应考虑相互作用的影响。（三）刚性结构烟囱、水塔、高炉、筒仓这类的高耸结构物之下整体配置的独立基础与上部结构浑然一体，使整个体系具有很大的刚度，当地基不均匀时，基础转动倾斜，但几乎不会发生相对挠曲。这类结构也可采用常规设计。地基、基础与上部结构相互作用的概念8.2浅基础的类型可按照基础材料、构造类型、受力特点分类。一、按材料分：1、砖基础：大放角基础。两皮一收或两皮一收与一皮一收相间。注意对材料的最底要求。2、毛石基础：毛石：未经加工整平的石料。注意其构造要求及台阶高宽比要求。3、灰土基础：依体积比分为3：7灰土、2：8灰土，灰土干重度≥14.5~15.5KN/m,容许承载力可达250~300KPa。3应：捏紧成团，落地开花。8.2浅基础的类型优点：施工简便，造价便宜，可节约水泥、砖石材料。缺点：在水中硬化慢，早期强度低，抗水性差，抗冻性差。一般只用于冰冻线以下，地下水位以上。4、灰浆碎砖三合土基础。石灰、砂、骨料体积比为1：2：4~1：3：6。5、混凝土和毛石混凝土基础。6、钢筋混凝土基础。二、按构造类型分：1、条形基础：长度远大于宽度的基础。2、独立基础。3、联合基础：柱下条形基础，柱下十字交叉条形基础，筏板基础，箱形基础。8.2浅基础的类型扩展基础：配筋或不配筋的墙下条形基础和单独柱基础。（一）无筋扩展基础（刚性基础）1、材料：砖、毛石、灰土或三合土。2、构造要求（保证抗拉、剪强度）：tantan8.2浅基础的类型（二）钢筋混凝土扩展基础1、特点：抗弯、剪性能好。2、形式：墙下和柱下钢筋混凝土扩展基础。8.2浅基础的类型联合基础1、型式8.2浅基础的类型独立基础壳体的设计及构造见《建筑地基基础设计规范》。8.2浅基础的类型三、按受力性能分：1、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。3、内力计算（1）按直线分布假定计算基底静反力（2）按混凝土规范对基础高度和变阶处进行受冲切和受剪切承载力验算；（3）锥形基础的边缘高度不小于200mm，阶梯形基础的阶高宜为300~500mm；（4）确定底板受力钢筋时，任意截面的弯矩计算：对距形基础，当台阶高宽比5.2tan且荷载偏心距6/be时，任意截面及的弯距按下式计算：ppppalaMmax212121minmax22481ppppbbalM（5）构造：混凝土强度等级不低于C15，底板受力钢筋不小于8mm,@≤200mm，混凝土保护层厚度有垫层时不小于35mm，无垫层时不小于70mm。8.3基础埋置深度的选择一、概念：1、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：影响：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。安全方面：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。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，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。8.3基础埋置深度的选择二、影响基础埋深的因素：1、建筑物类型及基础构造：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。eg,高层建筑：水平力作用；输电塔：上拔力作用；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（振动液化）。ma5.28.3基础埋置深度的选择3、工程地质条件A、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（如上图），其埋深应满足下式：tanaxbdX取3.5m（条形基础)或2.5m（距形或圆形基础）4、水文地质条件1、尽量将基础置于地下水位以上。2、防止流砂；3、防止地基因挖土减压而隆起开裂；应控制承压含水层顶面的有效应力大于0。0221hzzWz8.3基础埋置深度的选择5、地基土冻胀和融陷条件对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深应由下式确定：frtdzd0min—标准冻深；—采暖对冻深的影响系数—基底下允许残留冻土层的厚度。frdt0z8.3基础埋置深度的选择zmaxhddmin(GB50007-2002）(GBJ7-89）maxhdz—设计冻深；—基底下允许残留冻土层的最大厚度。8.3基础埋置深度的选择zdz0.zs.zw.ze—标准冻深；系采用在地表平坦、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。当无实测资料时，按规范附录F采用。—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。z0zszwze6、场地环境条件最小埋深不小于0.5米，且不超过相邻建筑基础的底面，否则，与相邻基础的净距应大于该相邻基础底面高差的1~2倍。8.4地基承载力的确定1、地基承载力：地基在保证其稳定的前提下，满足建筑物各类变形要求时的承载能力。2、地基承载力的确定方法：a、根据《规范》表格确定；b、按静载荷试验方法确定；c、根据土的强度理论计算确定；d、根据相邻条件相似的建筑物经验确定。8.4地基承载力的确定一、按土的抗剪强度指标确定（一）魏锡克公式承载力设计值按下式计算：cccqqqrrruuiScNiSqNiSbNf21KAAu/—折减系数；—有效面积；—基础实际面积。uAA)2(ebbK—安全系数2~3。（二）规范推荐的理论公式长期承载力设计值：短期承载力设计值：ckqvMcqMbMpf41uvcqf14.3（三）几点说明（1）理论公式计算承载力的正确与否关键是抗剪强度参数的选取；（2）地下水位土体采用计算承载力；（3）理论公式没有考虑变形的要求，此时必须进行地基变形验算。8.4地基承载力的确定二、按地基载荷试验确定承载力实测值：对低压缩性土：10pf或20upf（当)0.21ppu对高压缩性土：015.0~01.00pf承载力标准值：对同一层土，选取三个以上的试验点，如所得的实测值的极差不超过平均值的30%，则取平均值作为地基承载力特征值。fa8.4地基承载力的确定(0.02)(1.5)三、按规范承载力表确定（已取消）1、查表（6-3）~（6-13）得到或0fkfmdmb5.032、如按土的物理、力学性质指标确定的基本值，应按下式折算为标准值：0fffkf—回归修正系数。承载力特征值的修正：5.03dbffmdbaka8.4地基承载力的确定8.4地基承载力的确定四、软弱下卧层验算当地基受力层范围内存在软弱下卧层时，还必须对下卧层进行验算。azczzfpptan2tan2zbzlpplbpckz