基礎工程-2淺基礎

1、基礎工程Foundation engineering劉海龍大連海事大學,地基及基礎的設計要求,,對地基的要求：強度、變形以及穩(wěn)定性各類荷載組合作用下（包括靜荷載和動荷載） 設計荷載 < 地基承載力特征值沉降及不均勻沉降不能超過允許值滲透力作用下產生流土、管涌及有效應力降低的影響對基礎結構要求：強度、剛度和耐久性,《建筑地基基礎設計規(guī)范》將地基基礎分為三個設計等級：,地基基礎設計等級,概率極限設計

2、方法與極限狀態(tài)設計原則,概率極限設計方法：以結構可靠度指標來度量結構可靠度，并且建立結構可靠度與結構極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)：整個結構或結構一部分構件超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求，這一特定狀態(tài)就是該功能的極限狀態(tài)承載力極限狀態(tài)：達到最大承載力或不能繼續(xù)承受大變形正常使用極限狀態(tài)：達到正常使用或者耐久性要求的規(guī)定限值,所有建筑物的地基計算均應滿足承載力計算的規(guī)定；（注意抗浮驗算和穩(wěn)定性驗算條件）甲級、乙級建筑物均應

3、按地基變形設計；某些丙級建筑物，仍應作變形驗算；基礎結構滿足強度、剛度以及耐久性要求,地基基礎設計一般規(guī)定,按地基承載力確定基礎底面面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時，傳至基礎或承臺底面上的作用效應應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的標準組合。相應的抗力應采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值。計算地基變形時，傳至基礎底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的準永久組合，不應計入風荷載和地震作用。相應的限值應為地基變形允許值。

4、計算擋土墻土壓力、地基或斜坡穩(wěn)定及基礎抗浮穩(wěn)定時，荷載效應應按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，但其分項系數(shù)均為1.0。,地基基礎設計荷載取值及抗力限值,在確定基礎或樁臺高度、支擋結構截面、計算基礎或支擋結構內力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結構傳來的荷載效應組合和相應的基底反力等，應按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，采用相應的分項系數(shù)。當需要驗算基礎裂縫寬度時，應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應標準組合。 基礎設計安全等級、

5、結構設計使用年限、結構重要性系數(shù)應按有關規(guī)范的規(guī)定采用，但結構重要性系數(shù)γ0不應小于1.0。,地基基礎設計荷載取值及抗力限值,地基基礎設計原則,1、地基的計算（1）地基承載力滿足要求；（2）變形滿足使用要求 結構使用要求 設備工藝要求：電廠設備、油罐、化工儲罐等 變形不應引起結構過大的附加內力（3）不應引起周邊環(huán)境過大沉降和變形 2、荷載取值的規(guī)定（1）地基承載力驗

6、算：正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的標準組合，相應的抗力為地基承載力特征值。（2）變形計算：正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的準永久組合，不計入風及地震荷載。（3）基礎內力驗算：承載能力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，采用相應的分項系數(shù)。,淺基礎（Shallow Foundation）：獨立基礎，條形基礎，筏板基礎深基礎（Deep Foundation）：樁基礎，沉井，沉箱，地下連續(xù)墻,基礎的分類,天然地基淺基礎,,,,天然地基：天然土層

7、，不對地基土做處理淺基礎： (1)柱基或墻基：埋深小于5m (2)筏基、箱基：埋深大于5m，但小于基礎寬度 (3)不考慮基礎側面摩擦力,天然地基淺基礎,F,,,,,d,,,,,G,主要受力層,持力層,,下臥層,條形基礎 ? 3b獨立基礎 ? 1.5b且 ? 5m （二層以下民用建筑除外）,主要受力層深度：,思考：受力層深度的依據(jù)是什么？,天然地基淺基礎,（條形荷載

8、）,（方形荷載）,,豎向附加應力等值線,,人工地基淺基礎,人工地基：加固上部土層，提高承載力。地基處理,深基礎,樁基礎和深基礎將荷載傳遞到下部好土層例如：新加坡發(fā)展銀行，四墩，每墩直徑7.3m,,大直徑鉆孔樁,風化砂巖及粉砂巖,部分風化及不風化泥巖,基礎的分類,,,,,基礎可分為淺基礎和深基礎,淺基礎埋置深度不大（小于或相當于基寬，小于5m ）通常采用普通基坑開挖、敞坑排水施工方法建造施工條件及工藝簡單深基礎（包括樁、墩

9、、沉井、地下連續(xù)墻等）適用于淺層土質不良，需要利用深處良好的地層采用專門施工方法和機具建造施工條件及工藝復雜,淺基礎僅考慮基礎底面以下土（主要是持力層）承載力不考慮基礎底面以上土體抗剪強度對承載力的貢獻忽略基礎側面與土體的摩擦力深基礎考慮基礎側壁與土體之間摩擦力（樁-摩擦樁）地基承載力確定及基礎設計方法與淺基礎不同,淺基礎與深基礎的區(qū)別不僅是基礎埋深,基礎的分類,淺基礎,淺基礎將上部結構荷載傳遞到地基淺層持力層，要求

10、地基必須具有較高的地基承載力及較低的壓縮性，以滿足承載力和變形要求。淺基礎特點：施工方便、工期短、造價低，在滿足地基強度和變形要求情況下，優(yōu)先選用。,（a）無軟弱下臥層,（b）有軟弱下臥層,（c）樁基礎,淺基礎設計步驟,,擴展基礎：把墻或柱的荷載擴散分布于基礎底面，使之滿足地基承載力和變形要求1) 柱下單獨基礎,獨立基礎的主要受力層深度 ? 1.5b,淺基礎類型——按基礎剛度分類,2) 條型基礎,墻下條形基礎：一般是土質較差，兩側

11、單獨基礎相連,條形基礎的主要受力層深度 ? 3.0b,淺基礎分類(按基礎的結構形式分類),無筋擴展基礎（剛性基礎）,磚、毛石、混凝土、毛石混凝土、灰土和三合土等材料組成的條形基礎或柱下獨立基礎適用于多層民用建筑和輕型廠房基礎內不配筋,淺基礎類型——按基礎剛度分類,（a）磚基礎，（b）毛石基礎，（c）毛石或毛石混凝土基礎，（d）灰土或三合土基礎,無筋擴展基礎,淺基礎類型——按基礎剛度分類,抗壓性能好，而抗拉抗剪性能較差需要基礎

12、具有很大的抗彎剛度，受荷后基礎不允許撓曲變形和開裂，因此也稱為“剛性基礎”設計時必須規(guī)定基礎材料強度及質量，要求基礎臺階寬高比滿足一定條件，控制層高一般不需要進行內力分析和截面強度計算,基礎高度需滿足：,剛性基礎高度,：基礎的剛性角，取決于材料的特性：基礎底面寬度：柱或者墻的寬度,無筋擴展基礎臺階寬高比的允許值,無筋擴展基礎,淺基礎類型——按基礎剛度分類,tan 1:1.0 – 1:2.0,無筋擴展基礎,淺基礎類型——按基

13、礎剛度分類,對基礎底面平均壓力超過300kPa的混凝土基礎，需要驗算墻（柱）邊緣或變階處的抗剪承載力,Vs：剪力設計值，基本組合（對應承載力極限狀態(tài)）下地基土平均凈反力產生剪力ft：混凈土軸心抗拉強度設計值A：沿墻（柱）邊緣或變階處基礎垂直截面積,無筋擴展基礎,淺基礎類型——按基礎剛度分類,對采用無筋擴展基礎的鋼筋混凝土柱，要求：當柱縱向鋼筋在柱腳內豎向錨固長度不滿足錨固要求時，可水平彎折，彎折后錨固長度不應小于10d也不應大

14、于20d,常見無筋擴展基礎形式,二一間隔收（省材料）,毛石基礎,灰土基礎,淺基礎類型——按基礎剛度分類,磚基礎,兩皮一收,無筋擴展基礎,淺基礎類型——按基礎剛度分類,磚基礎施工時，常在基礎底面以下做墊層墊層材料可選擇灰土、三合土和混凝土墊層邊緣伸出基礎地面50-100mm，厚度一般為100mm作為構造層，不加入基礎寬度和埋深計算,鋼筋混凝土擴展基礎（柔性基礎）,淺基礎類型——按基礎剛度分類,剛性角的要求導致荷載越大、土質越差的條

15、件下無筋擴展基礎的尺寸越大，施工不便，成本高鋼筋混凝土擴展基礎：鋼筋混凝土獨立基礎或者墻下鋼筋混凝土條形基礎。,柱下鋼筋混凝土獨立基礎（a）階梯型基礎，（b）錐形基礎，（c）杯口基礎,鋼筋混凝土擴展基礎,淺基礎類型——按基礎剛度分類,抗彎性能和抗剪性能良好，適用于多種類型的地基及上部結構荷載，與無筋擴展基礎相比，埋置深度可以較淺（寬基淺埋）。該類型基礎應用廣泛在考慮地基與土相互作用時，需要考慮基礎的撓曲變形（混凝土受壓鋼筋受拉

16、）（柔性基礎）。,鋼筋混凝土抗彎、抗剪性能良好適用于荷載大，或偏心荷載、承受彎矩和水平荷載的建筑物基礎,無筋擴展基礎(剛性基礎),鋼筋混凝土擴展基礎 (柔性基礎),1:1.0 ~ 1:2.0與材料和荷載有關,磚、石、灰土，素混凝土抗拉、抗剪強度低要求基礎臺階寬高比（剛性角）符合一定條件多用于6層及以下的民用建筑和輕型廠房,淺基礎類型——按基礎剛度分類,,構造類型,淺基礎類型——按基礎構造分類,淺基礎類型——按基礎構造分類,獨

17、立基礎（單獨基礎）,獨立基礎的主要受力層深度 ≤1.5b。,立柱式結構常采用（柱、煙囪、水塔、高爐……）是柱基礎中最常用最經濟的形式縱剖截面為階梯形狀,淺基礎類型——按基礎構造分類,柱下條形基礎,當?shù)鼗^為軟弱、柱荷載較大或者分布不均勻，基礎可能產生較大沉降時，將若干個柱下獨立基礎連成整體?？箯澬阅芎涂辜粜阅芰己?，具有較大調節(jié)不均勻沉降的能力。該類型基礎應用廣泛。,柱下交叉條形基礎：兩個方向均為條形基礎，雙向抗彎剛度均較大，抵抗

18、雙向不均勻沉降能力強。連梁式交叉條形基礎：一個方向為條形基礎，另一個方向為聯(lián)系梁，聯(lián)系梁用于提高基礎的整體剛度。,淺基礎類型——按基礎構造分類,淺基礎類型——按基礎構造分類,筏板基礎：將建筑物的柱子和墻體下方做成滿堂的基礎。基礎底面積大，剛度大，抵抗不均勻沉降能力強，整體性好。地下空間可以充分利用，功能布局容易。作為軟弱地基上重要結構物的基礎型式。根據(jù)基礎剛度的要求，可以分為平板式筏板（等厚度）和梁板式筏板（下翻地梁）。造價

19、相對較高。多用于框架、框架剪力墻、剪力墻等高層結構,煙囪的圓形變厚度筏板基礎,箱形基礎：由鋼筋混凝土底板、頂板、外墻和內隔墻組成的有一定高度的整體空間結構?；A整體剛度很大，抵抗不均勻沉降能力非常強，一般基礎只會發(fā)生均勻沉降及傾斜變形。由于眾多內墻存在，地下空間功能布局較困難。作為軟弱地基上重要結構物的基礎型式。造價較高。,淺基礎類型——按基礎構造分類,淺基礎類型——按基礎構造分類,殼體基礎：適用于水塔、煙囪、料倉和中小型高爐等

20、高聳的構筑物的基礎。使基礎徑向內力轉變?yōu)閴簯橹?，可以?jié)省用料。,巖層錨桿基礎：適用于直接建造在基巖上的柱基以及成水拉力和水平力較大的結構物。,上部結構、基礎、地基之間滿足力和變形的協(xié)調常規(guī)設計方法：將結構分離出上部結構、基礎、地基，分別進行計算上部結構：假定上部結構柱（墻）腳為固接。采用結構力學、彈性力學方法計算上部結構內力，以及柱（墻）腳的反力（軸力、剪力、彎矩等）基礎：假定基底反力線性分布（直線分布）。將柱（墻）腳的反力作

21、為荷載作用于基礎上，根據(jù)基礎上的荷載與基底反力力的平衡條件（合力相同，作用力相同），獲得基底反力分布。按照材料力學或者彈性力學方法計算基礎的內力及變形。并進行基礎的配筋設計。地基：假定基礎為柔性。將基底反力作用于地基上（大小相等，方向相反），計算地基沉降，驗算地基承載力。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,=,+,,,,,,,,柱荷載P，M,基底反力 p,上部結構荷載,+,土與結構相互作用理論,簡化設計方法：

22、滿足了上部結構、基礎、地基三者之間力的平衡不滿足三者之間變形協(xié)調計算方法簡單，可以采用手工計算所獲得的上部結構、基礎和地基的反力及變形與實際情況有差異簡化設計方法的適用條件：（1）上部結構布置均勻，對沉降要求不敏感（2）基礎剛度較大。基礎剛度大，基礎不均勻沉降小，對上部結構的影響小 （3）地基沉降較小或者較均勻。如果地基不均勻沉降較大，就會在上部結構中引起很大附加內力，導致結構設計不安全,土與結構相互作用理論,柔性基礎

23、基底反力分布：柔性基礎抗彎剛度很小，不能抵抗彎矩，基礎不能擴散應力。基礎底面的反力分布與荷載分布完全一致。,剛性基礎基底反力分布：剛性基礎抗彎剛度很大，基礎不發(fā)生出平面變形（撓曲變形）?；A具有調節(jié)地基反力分布的能力，基礎底面反力分布與荷載分布不一致。,架越作用,問題：粘性土地基上相對剛度較大的基礎條件下，上部荷載小時架越作用顯著，還是上部荷載大時顯著？,基底反力分布,基礎剛度對基底反力分布影響,基礎相對剛度越大，架越作用越明顯（基礎邊

24、緣反力大，中間反力小）。相同基礎剛度情況下，荷載水平越大，基礎反力分布越接近線性；荷載水平越小，基礎邊緣反力與中心反力分布越不均勻。,基底反力分布與基礎剛度（包括上部結構剛度）、地基剛度（壓縮性）、地基土種類（粘土，砂土）、埋深、荷載水平有關。,地基變形對上部結構內力影響,完全柔性結構（極端情況，相對剛度=0） 木結構、土堤、鋼筋混凝土排架結構等，地基變形對上部結構不產生附加應力，上部結構沒有調整地基不均勻變形的能力，對基礎的撓

25、曲沒有制約作用，即上部結構不參與地基、基礎的共同作用，基礎間沉降差不會引起主體結構的次應力敏感性結構 磚石砌體承重結構和鋼筋混凝土框架結構等，對基礎間沉降差較敏感，很小的沉降差足以引起可觀的次應力，結構容易出現(xiàn)開裂剛性結構（極端情況，相對剛度無窮大） 基礎轉動傾斜，幾乎不會發(fā)生相對撓曲（剪力墻、核心筒、煙囪水塔等）基礎剛度 基礎剛度越大，撓曲越小，上部結構的次應力越小 對于高壓縮性地基上框

26、架結構，基礎剛度一般宜剛不宜柔；柔性結構，在滿足允許沉降值的前提下，基礎剛度宜小不宜大,上部結構、基礎、地基之間相互作用分析中構筑物和地基之間相對剛度比是重要影響因素,上部結構剛度對地基內力影響,完全剛性結構 對條形基礎變形來說，相當于在柱位處提供了不動支座；在地基反力作用下，猶如倒置的連續(xù)梁，如剪力墻體系、筒體結構等完全柔性結構 對條形基礎變形無制約作用，如單層排架、靜定結構上部結構剛度 增大上部結構剛度，

27、將上部荷載向沉降小的部位傳遞，減小基礎撓曲和內力 在地基-基礎-上部結構相互作用中起主導作用的是地基，其次是基礎，而上部結構在壓縮性地基上基礎整體剛度有限時起重要作用,在同一整體大面積基礎上建有多棟高層和低層建筑，應該考慮上部結構、基礎與地基的共同作用——《建筑地基基礎設計規(guī)范》,杭州市民中心,大底盤基礎（6座高層建筑坐落在同一個筏板基礎）,上部結構-基礎-地基共同作用,淺基礎設計內容,設計內容：（1）選擇基礎的材料、類型，

28、進行基礎平面布置（2）確定地基持力層和基礎埋置深度（3）確定地基承載力（4）確定基礎的底面尺寸，必要時進行地基變形與穩(wěn)定性驗算（5）進行基礎結構設計（對基礎進行內力分析、截面計算并滿足構造要求）（6）繪制基礎施工圖，提出施工要求,關鍵：確定持力層（獲得埋深）地基承載力驗算（獲得底面尺寸）高度、配筋等（根據(jù)基礎內力：彎矩和剪力）,基礎埋深選擇,確定基礎埋深即為選擇合適的地基持力層結合建筑自身條件以及所處環(huán)境共同確定基礎

29、埋深影響建筑物的安全和正常使用、基礎施工技術及工期、工程造價。,,結構荷載,基底壓力,,,直接支撐建筑物基礎的土層,持力層下部的土層,基礎埋深選擇,基礎的埋置深度設計原則基礎應盡量置于良好的土層（持力層），以減小尺寸。在滿足地基穩(wěn)定和變形要求（保證安全可靠）的前提下，盡量淺埋。影響基礎埋置深度的因素建筑物用途作用在地基上的荷載大小和性質工程地質和水文地質條件地基凍融條件相鄰建筑物埋深,基礎埋深選擇,建筑結構條件,建筑物的

30、功能和使用要求：有無地下室、設備基礎和地下設施，基礎的型式和構造。高層建筑由于豎向荷載大，為滿足穩(wěn)定性要求，基礎埋深應隨建筑物高度適當增大,對于巖石上的高層建筑，基礎埋深還應滿足抗滑要求。,承受上拔力的建筑（輸電塔）要求較大埋深提供抗拔阻力承受動荷載的基礎（鐵路路基）不宜選擇飽和疏松的粉細沙做為持力層，避免震動液化導致的基礎失穩(wěn),基礎埋深選擇,建筑結構條件,箱形和筏形基礎的埋深不宜小于建筑物高度的1/15；樁箱和樁筏基礎的埋深（

31、不計樁長）不宜小于建筑物高度的1/18-1/20,D/H > 1/15,D/H > 1/18-1/20,,,,,,抗震設防區(qū)(有效抵抗地震水平力）,樁,基礎埋深選擇,場地環(huán)境條件,氣候、生物活動等——基礎應埋置于地表以下，不應淺于0.5m，且基礎頂面宜低于室外設計地面0.1m相鄰建筑物存在時，新建筑基礎埋深不宜大于原有建筑基礎如不能滿足上述要求，應采取分段施工，臨時加固支撐，打板樁，地下連續(xù)墻等施工措施，或加固原有建筑物

32、地基。,不同埋深的相鄰基礎,原因？？,基礎埋深選擇,工程地質條件,土層上硬下軟： 基礎盡量淺埋—注意持力層厚度； 基礎埋深淺，底面積較大,土層上軟下硬：,軟弱土較厚，采用寬基淺埋或人工地基；基礎埋深大，底面積小,基底面做成臺階形，臺階的高寬比為1∶2。,軟弱土較薄，將基礎置于下層堅實土上；,地基持力層頂面傾斜較大：,a.土質對基礎埋深影響不大，埋深由其他因素和最小埋深確定。b.考慮連續(xù)基礎、人

33、工基礎或深基礎方案。c.軟土厚在2m以內時，基礎宜埋置到下層的好土上。軟弱土較厚時按情況（b）處理d.采用“寬基淺埋”方案，增大基礎至軟弱土層的距離（軟弱地基下臥層承載力和沉降驗算）。,基礎埋深選擇,工程地質條件,基礎埋深選擇,工程地質條件,條形基礎 d≥(3.5b-a)tanβ,位于坡高H≤8m，坡角β≤45°穩(wěn)定邊坡之上的擬建工程，當b≤3m，a≥2.5m時，基礎埋深d應符合下列條件:,矩形基礎d≥(2.5b-a)

34、tanβ,基礎埋深選擇,水文地質條件,基礎應盡量埋置在地下水位以上，以避免地下水對基坑開挖、基礎施工和使用期間的影響。地下水位以下時，要考慮基坑排水、坑壁圍護以及可能出現(xiàn)的涌土、流砂問題。持力層下有承壓水時要校核坑底土是否會因壓力水的浮托作用而發(fā)生流土破壞。（基坑抗隆起）,,,,,,,,,,,,,h,承壓水水頭hw,承壓含水層,隔水層,,,,,k一般取1.0，對寬基坑0.7,若凍脹產生的上抬力超過基礎荷載，可能導致基礎上浮土體解凍