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第1章 地基基础设计的基本原理


地基基础工程
钟 声
ZHONG, SHENG
四川大学建筑与环境学院
College of Architecture and Environment, SCU

地基基础工程

本课程主要内容
介绍地基基础相 关的基本概念与 原理,为主要讲 解内容。

第一章 地基基

础设计的基本原理 第二章 扩展基础 第三章 柱下条形基础

介绍各种形式基 础的结构、构造 以及设计内容、 计算方法等,为 主要讲解内容。
主要通过自学了 解的内容。

第四章 片筏基础
第五章 箱形基础 第六章 桩基础 第七章 地基处理 第八章 地震区的地基基础

第九章 基坑工程

第一章

地基基础设计的基本原理

答疑与测验
1、同学之间相互讨论,有疑问可邮件联系; 2、不定期随堂测验; 3、期末集中答疑;

成绩评定
1、平时成绩占30﹪,期末成绩占70﹪; 2、平时成绩包括作业、测验、出勤等。

电子邮件
zhongsheng@scu.edu.cn

第一章

地基基础设计的基本原理

本章主要内容
第一节 概述 第二节 基础的类型 第三节 基础埋臵深度的选择

第四节 地基基础的设计原则
第五节 地基承载力的确定 第六节 基础底面尺寸的确定 第七节 地基变形计算 第八节 地基稳定性验算

第九节 减少不均匀沉降危害的措施

第一章

地基基础设计的基本原理

本章主要内容
第一节 概述 正在讲解的内容 第二节 基础的类型 第三节 基础埋臵深度的选择 1.1 概述

第四节 地基基础的设计原则
第五节 地基承载力的确定 第六节 基础底面尺寸的确定 第七节 地基变形计算 第八节 地基稳定性验算

第九节 减少不均匀沉降危害的措施

1.1 概述
基础是建筑物上部承重结构向下的延伸和扩大,它承受建筑物的全部 荷载,并把这些荷载连同本身的重量一起传到地基上。而地基不是建筑物 的组成部分,它只是承受由基础传来荷载的土层。其中,具有一定的地耐 力,直接承受建筑荷载,并需进行力学计算的土层称为持力层,持力层以 下的土层为称为下卧层。

基础应满足强度、刚度、耐久性方面的要求;地基应满足强度、变形
及稳定性方面的要求。

1.1 地基基础设计概述

土工结构物或地基



? 强度问题 ? 变形问题 ? 渗透问题

? 强度特性 ? 变形特性 ? 渗透特性

土力学可以解决工程实践问题,土力学 是学习地基基础的重要基础课程。

一、基本概念
土基
岩基

1.1 地基基础设计概述

1.地基:承受基础传来荷载的地层。
天然地基
人工地基

2.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。

浅基础 —— 一般基础埋深<5m,或基础埋
深>5m但小于基础宽度。

深基础 —— 基础埋深>5m。

基本概念
地基 基础 受建筑物荷载影响的那部分地层

天然地基 人工地基

一般位于地面以下(承上启下、分散、传递荷载)

上部结构

建筑物荷载

基础 地基

持力层
下卧层 岩石层

1.1 地基基础设计概述

地基与基础的关系 F 基础
地基
D
埋深D 均布荷载 q = ?D

G
持力层(受力层)

下卧层

主 要 受 力 层

1.1 地基基础设计概述

地基基础工程内容
地基设计 基础设计

基础的设计

基础的施工

强度 刚度

强度

变形
稳定性

基础的监测

耐久性

1.1 地基基础设计概述 1.1.1 地基基础事故 建筑物倾斜

地基变形事故
建筑物基础开裂 建筑物地基滑动
建筑物地基溶蚀

建筑局部倾斜 地基严重下沉 建筑物基槽变位滑动

土坡滑动
冻胀事故 地基液化 地基震沉

建筑物地基震害

1.1.1 地基基础事故

地基变形

建筑物倾斜: 基础承受偏心荷载、邻近建筑物荷载 在地基中扩散、地基土各部分软硬不 同、高压缩性土层厚薄不均等原因均 可导致高耸结构发生倾斜,倾斜严重 时,还可导致结构物的开裂。 比萨斜塔: 建成于公元1370年,石砌建筑,塔 身为圆筒形,全塔共8层,高55米。 基础底面平均压力高达500Kpa,地 基持力层为粉砂,下面为粉土和饱和 粘土层。目前塔向南倾斜,南北两端 沉降差1.80米,塔顶偏离中心线已达 5.27米,倾斜5.5°。

1.1.1 地基基础事故

地基变形

虎丘塔: 位于苏州市西北虎丘公园山顶,建成 于公元961年,砖塔平面呈八角形, 全塔共7层,高47.5米。塔身向东 北方向严重倾斜,塔顶距离竖直中 心线达2.31米,同时底层塔身出现 不少裂缝。地基覆盖层厚度相差悬 殊是虎丘塔倾斜的主要原因。虎丘 塔后经地基加固,获得成功。

1.1.1 地基基础事故

地基变形

关西机场
世界最大人工岛
1986年:开工 1990年:人工岛完成

1994年:机场运营
面积:4370m×1250m 填筑量:180×106m3

平均厚度:33m

1.1.1 地基基础事故

地基变形

关西机场
问题:沉降大且有不均匀 沉降
设计时预测沉降: 5.7-7.5 m 完成时实际沉降: 8.1 m,5cm/月 (1990年) 目前实际沉降: 11.5 m 预测主固结完成: 20年后 比设计超填: 3m

1.1.1 地基基础事故
建筑地基严重下沉:
地基严重下沉多因存在高压缩 性软弱土而形成。可导致散水 倒坡,室内地坪低于室外地坪, 水、暖、电等内外网连接管道 断裂等问题,不同程度地影响 建筑物的使用。

地基下沉

墨西哥艺术宫:
1904年落成,地基为超高压缩 性淤泥,天然孔隙比高达7-12, 天然含水量高达150%-600%, 为世界罕见的软弱土层,厚达 25m。沉降量高达4m。临近的 公路下沉2m,公路路面至艺术

宫门前高差达2m。

1.1.1 地基基础事故

地基滑动

建筑地基滑动:当建筑物施加到地基上的荷载超过地基极限承载 力时,地基就发生强度破坏,整幢建筑物就会沿着地基中某一薄 弱面发生滑动而倾倒,这往往是灾难性的事故。

加拿大特朗斯康谷仓

概况:
长59.4m,宽23.5m,高31.0m,共65个圆筒仓。 钢混筏板基础,厚61cm,埋深3.66m。1911年动 工,1913年完工,自重20000T。

事故:
1913年9月装谷物,10月17日装了31822吨谷物 时,1小时竖向沉降达30.5cm;24小时倾斜 26°53ˊ;西端下沉7.32m、东端上抬1.52m;

上部钢混筒仓完好无损。

1.1.1 地基基础事故

地基滑动

加拿大特朗斯康谷仓(Transcona Grain Elevator)
原因: 地基土事先未进行调查,据邻近结 构物基槽开挖取土试验结果,计算 地基承载力应用到此谷仓。1952年 经勘察试验与计算,地基实际承载 力(193.8-276.6)KPa远小于谷 仓破坏时发生的基底压力 329.4kPa 。因此, 谷仓地基因超载发生强度破坏而滑 动。 处理: 事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩,使用388个50t千斤顶 以及支撑系统,才把仓体逐渐纠正过来,但其位臵比原来降低了4米。

1.1.1 地基基础事故

地基溶蚀

建筑物地基溶蚀:当地下水流速较大时,如果土体粗粒孔隙中充填的细粒
土被冲走,则产生潜蚀,长期潜蚀会形成地下土洞并导致地表塌陷。在石灰岩 溶洞发育地区或矿产开采采空区,在地下水渗流作用下,溶洞或采空区顶部土 体不断塌落或潜蚀,最终也可导致地表塌陷。 实例:

徐州故黄河河道区域,沉积有较厚的粉砂
和粉土,其底部即为古生代奥陶系灰岩, 中间缺失老粘土隔水层,灰岩中存在大量

溶洞与裂隙。
过量开采地下水引起的水位下降导致覆盖 层粉砂和粉土中形成潜蚀与空洞并不断扩

大,最终形成多处地面塌陷事故,导致塌
陷区房屋倒塌,邻近区域房屋开裂。

1.1.1 地基基础事故

基槽变位

建筑物基槽变位滑动:人工边坡如深基基槽,由于边坡设计施工 不当,将导致基槽变位滑动,对工程施工造成影响,严重的导致 邻近建筑物开裂或倒塌。 实例: 2005年7月,广州珠海区 某建筑工地基坑南端约 100米挡土墙坍塌,造成

5人被困,工地边上的平
房倒塌,邻近两幢建筑物 出现不同程度的倾斜,部 分墙体开裂。

1.1.2 设计目的、任务和依据

1、基础工程设计主要目标 满足《建筑结构设计统一标准》所规定的建筑结构功能要 求:基础设计必须保证它有足够的强度(安全性)、刚度

(适用性)及耐久性。
2、基础工程设计主要任务 地基设计 基础设计

1.1.2 设计目的、任务和依据

3、基础工程设计主要依据
? 上部结构的布臵、荷载及分布情况; ? 地基土的力学性质、土层的分布、地下水位及其变化情况;

? 设计规范:
《建筑地基基础设计规范GB50007-2002》 《高层建筑箱形与筏形基础技术规范JGJ6-99》 《建筑桩基技术规范(JGJ94—94)》

1.1.2 设计目的、任务和依据

4、基础工程设计主要内容 ? 基础形式的选择 ? 基础埋臵深度

? 基础底面大小
? 基础内力计算 ? 基础断面计算 ? 基础配筋计算 ? 绘制基础施工图

第一章

地基基础设计的基本原理

本章主要内容
第一节 概述
正在讲解的内容 第二节 基础的类型

1.2 基础的类型

第三节 基础埋臵深度的选择

第四节 地基基础的设计原则
第五节 地基承载力的确定 第六节 基础底面尺寸的确定 第七节 地基变形计算 第八节 地基稳定性验算

第九节 减少不均匀沉降危害的措施

1.2 基础的类型

第二节 基础的类型
1、按组成基础的材料的不同有: 刚性基础:砖基础、灰土基础、 三合土基础、毛石基础、 混凝土基础等。

非刚性基础:钢筋混凝土基础等。

1.2 基础的类型

1.2 基础的类型 (1)刚性基础构造要求: 刚性基础:由刚性材料构成的基础。

力学特点:抗压强度高,但其抗剪、抗拉强度相对很低。
因此,对于刚性基础构造设计应注意刚性角的问题。 力在一种特定的材料中是按一定的角度分布与传递,这个角叫力的分布, 也叫这种材料的刚性角α。

1.2 基础的类型 刚性角的限值:

当刚性基础底部宽度超过刚性角控制范围时,基础底部就
容易因受剪而开裂。 因此,刚性材料基础设 计时为避免受拉或受剪而破 坏必须使基底宽度在刚性角

控制范围内。
刚性角用b/h表示:

砖石基础b/h=1:1.25~1.5
混凝土基础b/h=1:1
基础底面宽超过刚性角范围而遭破坏

1.2 基础的类型 (2)非刚性材料基础构造要求: ? 钢筋混凝土基础常做成锥形,但最薄处不应小于 200mm,一般为200~400mm。 ? 阶梯形状,每步高约300~500mm。

1.2 基础的类型 2、按构造形式不同: (1)条形基础

当上部结构采用砖墙或石墙承重时,基础沿墙身设臵,
多做成长条形,故称条形基础或带形基础。 柱 条 形 基 础 垫层 条形基础 墙体

1.2 基础的类型 条形基础的特点及适用范围 ? 条形基础纵向整体性好,可减缓局部不均匀下沉, 多用于砖混结构建筑; ? 条形基础土方量大,施工场地开挖纵横沟槽,搬运 不便。 ? 在连续的墙下或密集的柱下,宜采用条形基础; ? 条形基础多采用地方材料,用途极广;

1.2 基础的类型 (2)单独基础(或独立基础) 独立基础指彼此间互不相连的基础型式,包括柱下和墙下

独立基础;对于墙承重的建筑,同样可以采用独立基础,
可减少土方开挖和便于管道穿过。
柱 独立基础 基础梁 墙体

垫层 基础梁

独立基础

(a)柱下独立基础

(b)墙下独立基础

1.2 基础的类型 单独基础的特点及适用范围
? 当地基承载能力较高时,上部结构为框架结构且荷载较小时采用。

? 适用于多层框架结构或厂房排架柱下基础,地基承载力不低于80kPa时,
其材料通常采用钢筋混凝土、素混凝土等。 ? 当柱为预制时,则将基础做成杯口形,然后将柱子插入并嵌固在杯口

内,故称杯口基础 。

(a)阶梯形

(b)锥性

(c)杯形

1.2 基础的类型 (3)井格基础(或称十字交叉基础、交叉梁基础) 井格基础:当框架结构处于地基条件较差情况时,为提

高建筑物的整体性,以免各柱子之间产生不均匀沉降,
常将柱下基础沿纵横方向连接起来,作成十字交叉的井 格基础。

1.2 基础的类型 井格基础(或称十字交叉基础、交叉梁基础)的特点 ? 柱基础纵横相连组成井字格状;

? 交叉梁基础可克服独立基础下沉不均的弊病,适用于荷
载较复杂、地情况较差工程; ? 交叉梁基础造价较高,施工复杂,多用于高层建筑。 井 格 基 础 纵向基础梁 横向基础梁

1.2 基础的类型 (4)片筏基础(或称满堂基础、倒楼盖基础、筏板基础)
片筏基础:当上部结构荷载较大,而所在地的地基承载力又

较软弱时,采用简单的条形基础或井格基础已不能适应地基
变形的需要时,常将墙或柱下基础连成一片,使整个建筑物 的荷载作用在一块整板上,这种基础称为筏式基础或片筏基 础。

1.2 基础的类型 片筏基础的特点和适用范围 按结构形式又可分为板式和梁板式两类。前者板的厚度较

大、构造简单;后者板的厚底较小,但增加了双向梁,构
造复杂; 片筏基础适用于地基承载力较差、荷载较大的房屋,如高 层建筑。 筏 形 基 础

基础梁



1.2 基础的类型 (5)箱形基础
箱形基础:是一种将筏板基础的四周、顶部及内部纵横墙用

钢筋混凝土浇筑成盒状的整体基础,共同承受上部结构荷载
的基础形式。

平 面 图

箱形基础透视图

立 面 图

1.2 基础的类型 箱形基础的特点及适用范围 ?箱形基础既可提高建筑物和基础的刚度,又可利用基础

的空间用作地下室,并避免了大体积土方的回填;
?箱形基础适用于总荷载很大,浅层地质情况较差需要大 幅度的深埋,并需设一层或多层地下室的高层或超高层 建筑。

1.2 基础的类型 (6)桩基础 当上部结构荷载较大,而且地基软弱土层较厚时,地基

承载力不能满足要求时,则可采用桩基础。桩基础由承
台和桩柱组成。上部荷载通过承台传给桩,再经过桩传 给土层。

(a)墙下桩基础;

(b)柱下桩基础

1.2 基础的类型 桩基础的组成:承台和桩柱。

承台是在桩顶现浇的钢筋混凝土梁或板,
如上部结构是砖墙时为承台梁,上部结 构是钢筋混凝土柱时为承台板,承台的 厚度一般不小于300mm,由结构计算确 定,桩顶嵌入承台不小于50mm。 桩柱有木桩、钢桩、钢筋混凝土桩等, 我国采用最多的为钢筋混凝土桩。钢筋 混凝土桩按施工方法可分为预制桩、灌

注桩和爆扩桩。

1.2 基础的类型 桩的分类: a、按照受力状态不同分为端承桩和摩擦桩。

b、按照施工方法不同分为灌注桩和预制桩。
现场灌注混凝土扩底桩,如下图所示:

1.2 基础的类型 预制桩施工现场如下图所示:

1.2 基础的类型 桩基础的特点和适用范围 桩基属人工地基,适用于地基承载力较小,建筑物总荷

载较大的情况,但造价较高。
墙体或柱 室外地坪 承台梁 垫层 桩身(预制或现浇) 桩基的组成

1.2 基础的类型 3、特殊情况下的基础构造 同一建筑物的基础有时埋深不同。须用台阶式相连。

1.2 基础的类型 4、小结 (1)基础按所用材料及受力情况的不同有刚性基础和非刚 性基础之分; 按构造形式不同有条形基础、独立基础、井格基础、 片筏基础、箱形基础和桩基础等。 (2)应重点掌握各种基础适用范围和常用基础的基本构造。

第一章

地基基础设计的基本原理

本章主要内容
第一节 概述 第二节 基础的类型
正在讲解的内容 第三节 基础埋臵深度的选择

1.3 基础埋深的选择

第四节 地基基础的设计原则
第五节 地基承载力的确定 第六节 基础底面尺寸的确定 第七节 地基变形计算 第八节 地基稳定性验算

第九节 减少不均匀沉降危害的措施

1.3 基础埋置深度的选择 1.3.1 基础的埋臵深度 基础埋臵深度(m),是指设计地面(一般可由室外地面算起) 到基础底面的深度。

1.3 基础埋置深度的选择 基础埋臵深度的说明: ? 在填方整平地区,可自填土后的地面标高算起,但填 土在上部结构施工后完成时,应从天然地面标高算起; ? 对于地下室,如采用箱基或筏基时,埋臵深度自室外 标高算起;如地下室采用独立基础或条形基础,应从 室内地面标高算起。

1.3 基础埋置深度的选择 浅基础和深基础的划分,不仅与基础埋深有关,还与施工手 段和相应的基础形式有关。

? 浅基础:若埋臵深度小于基础底面宽度或小于5m,
且可用普通开挖基坑和排水方法修筑的基础,如条形基

础、独立基础等。
? 深基础:必须埋臵在较深的坚实土层上,采用特殊的

施工手段和设备修筑的基础,如桩基、沉井、沉箱、地
下连续墙等基础。

1.3 基础埋置深度的选择 浅基础和深基础采用的基础形式,一般说来: 浅基础 ? 浅基础一般是指独立基础、条形基础、筏形基础、箱 形基础、壳体基础、大块基础及不埋式基础等; 深基础 ? 而桩(墩)基础、沉井沉箱、锚拉基础、板桩墙及地 下连续墙一类的支挡结构,则常被统称为深基础。 问:如果基础正好是5m,如何判断深、浅基础?

1.3 基础埋置深度的选择 浅基础与深基础的选用原则
? 浅基础构造简单,施工方便,造价低廉,应优先选用浅基 础; ? 从经济角度考虑,基础的埋臵深度愈小,工程造价愈

低。对于一般民用建筑应尽量考虑设计浅基础。
? 但基础埋深过小时,基础底面的土层受到压力后会把 基础四周的土挤出,使基础产生滑移而失去稳定; ? 同时接近地表的土层带有大量植物根茎等易腐物质及 灰渣、垃圾等杂填物,又因地表面受雨雪、寒暑等外 界因素影响较大,故基础的埋深度一般不小于500mm。

1.3 基础埋置深度的选择 浅基础与深基础的选用原则
? 深基础与浅基础相比,耗料多,施工困难,遇水及塌方的 机会也较多,因此,只有在表层土质极弱和总荷载较大或 其它特殊情况下,才选用深基础。

1.3 基础埋置深度的选择
1.3.2 影响基础埋深的因素 (1)与建筑物有关的条件

? 首先考虑建筑物在使用功能与用途要求:有无地下室、设备等;
? 位于岩石地基上的,应满足抗滑要求;

? 在抗震设防区:筏型和箱型基础d>1/15h;
? 桩筏和桩箱基d>(1/18~1/20)h; ? 受有上拔力的输电塔基础,应满足抗拔要求; ? 烟囱、水塔等高耸结构物,应满足抗倾覆稳定性要求。

1.3 基础埋置深度的选择 (2)工程地质条件 总体原则:

a)地基受力层范围内,自上而下都是好土,埋深由其他
条件和最小埋深定。

b)自上而下都是软弱土,可采用连续基础、深基础或地
基处理。 c)上部为软弱土,下部为好土,持力层取决于上部软弱 土层的厚度。 d)上部为好土,下部为软弱土,采用“宽基浅埋”方案。

1.3 基础埋置深度的选择

☆土层构造
(a)均匀好土 好土 d

应尽量浅埋,但 d≥500mm,以防建筑 荷载将基础四周土壤 挤出,或地面受到雨 水冲刷、机械破坏而 导致基础暴露影响建 筑的安全。

(b)上层为软土, 软土 厚度在2m以内,下 层为好土

d

好土

应埋在好土上,土方 开挖量不大,既可靠 又经济。

1.3 基础埋置深度的选择

☆土层构造
(c)上层为软土, 厚度在大于2m,小 于5m
d 好土 软土

低层轻型建筑仍可埋在 软土层内,但应加宽基 础底面并加强上部结构 的整体性。 若是高层重型建筑,则 应将基础埋在好土上。

(d)上层软土大于 5m 好土

d

软土

可作地基加固处理,或 者采用桩基础。对两者 作技术经济比较后选定。

1.3 基础埋置深度的选择

☆土层构造

(e)上层为好土, 下层为软土 软土

(f)地基由好土 和软土交替构成

软土 好土

d

好土

d

好土

应力争将基础埋在好土 层内,适当提高基础底 面,以有足够厚度持力 层,并验算下卧层的强 度和变形

重型建筑可用桩基础穿 过软土层,或将基础深 埋到下层好土上。两方 案可经技术经济比较

1.3 基础埋置深度的选择 (3)地下水位的影响
? 选择基础埋深时应注意地下 水的埋藏条件和动态。
基坑下埋藏承压含水层

? 基础底面低于潜水面时,除
应考虑基坑排水、坑壁围护 以及保护基土不受扰动等措 施外,还应考虑可能出现的 其他施工与设计问题,主要

是防止产生流沙涌土等问题。

基础埋深和地下水位的关系

1.3 基础埋置深度的选择

☆地下水位
地下水位对基础埋深的影响:

? 地基土含水量的大小对承载力影响很大,且含有侵蚀
性物质的地下水对基础还会产生腐蚀; ? 地下水位较低时基础应争取埋臵在地下水位以上。

最高地下水位

地下水位较低时的基础埋深

1.3 基础埋置深度的选择

☆地下水位
当地下水位较高时,基础不得不埋臵在地下水内时,基底应臵于

最低地下水位之下,使基底常年臵于地下水中,即防止臵于地下
水位升降幅度之内;
原因:为了减少和避免地下水的浮力对建筑的影响,且基础处在干湿交

替的环境下,抗腐蚀能力更差。

最高地下水位
最低地下水位

升降幅度

地下水位较高时的基础埋深

1.3 基础埋置深度的选择 (4)冰冻深度的影响 一般应将基础的垫层设臵在 土层冻结深度以下200,以 避免土壤冻融交替对基础的

不利影响。

基础埋深和冰冻线的关系

1.3 基础埋置深度的选择

☆冻结深度
土的冻结深度对基础理深的影响:

? 冻土膨胀:当地基土的温度低于0~1℃时,土中孔隙内的水大部
分冻结,体积膨胀,因而导致冻土膨胀; ? 冻结深度:地基土冻结的极限深度。各地土的冻结深度可由当地 气象部门得知; ? 冻融的破坏性:如基础臵于冰冻深度内,冻结时冻胀力可将房屋

拱起,解冻后房屋又将下沉。冻结和融化的程度、先后,在整幢
建筑范围内是不可能均匀的。不均匀的冻融,引起不均匀胀缩, 导致建筑出现裂缝、倾斜以致破坏。

1.3 基础埋置深度的选择 土的冻结 深度

考虑冻胀的埋臵深度:
? 在冻胀土中必须将基础底面臵于冰冻线以下, 即臵于不冻土之中,以避免冻害发生;

冰冻线

冻土

? 当冻土深度<0.5m时,基础埋深不受其影响; ? 在严寒地区土的冻结深度可达2~3m。如将 低层和荷载较小建筑的基础埋臵在冻层以下, 势必大幅度提高开挖量和工程总造价。因此,

≥200

非冻土

这类建筑如室内有采暖和自身刚度较好时, 可将基础理于冻层内也不致引起建筑的开裂 破坏。

冻土深度对基础埋深的影响

1.3 基础埋置深度的选择

☆冻结深度
根据《地基规范》确定埋臵深度
规范将地基土根据冻结程度分成四类,即: ?不冻胀土、弱冻胀土、冻胀土、强冻胀土,可查表确定; ?颗粒很大的砾石、粗砂等是不冻涨土; ?颗粒小、密度大、保水性强的粘土、粘性砂土等则属于冻涨土。

规范根据地基土的冻胀性确定最小埋臵深度:
?对于不冻胀土,不考虑冻胀对埋深的影响; ?对于弱冻胀土、冻胀土、强冻胀土,按规范确定最小埋臵深度dmin, 即埋深 d ≥ dmin; ?最小埋臵深度dmin的确定详见规范。

1.3 基础埋置深度的选择

☆冻结深度
季节性冻土是冬季冻结,天暖解冻的土层。对于埋臵于可冻 胀土中的基础,其最小埋深d应由下式确定:

dmin ? zd ? hmax
设计冻深

标准冻深

zd ? z0 ?? zs ?? zw ?? ze

? zs:土的类别对冻深的影响系数 ? zw:土的冻胀性对冻深的影响系数 ? ze:环境对东深的影响系数
hmax :基础底面下容许出现的冻土层的最大厚度

hmax按照规范附G.0.2选用

1.3 基础埋置深度的选择 (5)相邻建筑物基础的影响 对靠近原有建筑物基础修建的新基础,其埋深不宜超过 原有基础的底面,否则新、旧基础间应保留一定的净距。

1.3 基础埋置深度的选择 相邻建筑基础处理 ? 新建房屋与原有房屋相邻时,新基础应浅于原基础或 持平,以保证原房屋的安全; ? 新建房屋与原有房屋相邻,但新基础必须深于原基础 时,为了不破坏原基础下扩散角内的土层,保证原房 屋的安全,必须使新基础离开旧基础,离开的距离不

得小于新旧基础底面高差的2倍,并在新基础上用挑
梁支承墙梁及外墙,新旧地基间留出沉降缝(如下图)。

1.3 基础埋置深度的选择

相邻新旧建筑基础处理

1.3 基础埋置深度的选择

1.3.3 基础埋深的选择【小结】
基础埋深,主要根据以下几个方面综合考虑确定:

? 土层构造

? 地下水位
? 冻结深度 ? 其他因素

1.3 基础埋置深度的选择

思考题
1、什么是地基和基础?它们之间有何区别? 2、什么是天然地基和人工地基?常用的人工地基处理方法有哪些? 3、常见的基础类型有哪些?各有何特点? 4、地基基础设计应满足那些基本原则?(预习)

第一章

地基基础设计的基本原理

本章主要内容
第一节 概述 第二节 基础的类型 第三节 基础埋臵深度的选择

第四节 地基基础的设计原则 正在讲解的内容
第五节 地基承载力的确定 第六节 基础底面尺寸的确定 第七节 地基变形计算 第八节 地基稳定性验算

1.4 地基基础的设计原则

第九节 减少不均匀沉降危害的措施

1.4 地基基础的设计原则

1.4.1 地基基础设计常用规范
(1)国标《建筑地基基础设计规范》、建设部标准《建筑 桩基技术规范》 ,与《建筑结构荷载规范》、《混凝 土结构设计规范》、《砌体结构设计规范》等配套执

行。适用于工业与民用建筑。
(2)交通部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》、 《公

路桥涵设计通用规范》、《公路砖石及混凝土桥设计
规范》等配套执行。适用于路桥。

1.4 地基基础的设计原则

1.4.2 地基基础设计考虑的因素
(1)建筑物上部结构的型式、规模、用途、安全等级、荷 载大小与性质、整体刚度以及对不均匀沉降的敏感性。 (2)建筑物地下部分工程地质条件、地层结构、各土层的 物理力学性质、地基承载力、以及地下水埋深与水质 等因素。

(3)施工工期、施工条件、造价和节约资源等因素。

1.4 地基基础的设计原则

1.4.3 概率极限状态设计方法与极限状态设计原则

承载能力极限状态

结构的极限状态
正常使用极限状态
对应于结构或 结构构件达到 最大承载力或 不适合于继续 承载的变形 对应于结构或结 构构件达到正常 使用或耐久性的 某项规定的限值

1.4 地基基础的设计原则 荷载的设计值=代表值×分项系数 荷载效应

上部结构F:结构自重 屋面楼面荷载 活荷载
基础自重G:设计地面高程(内外地面平均值) F M

F

F
H

FM

H

一般为前两种情况,横向力不大,只做校核

1.4 地基基础的设计原则 关于荷载取值的规定 地基基础设计时,所采用的荷载效应最不利组合与相应 的抗力限值,应按下列规定采用: (1)按地基承载力确定基础底面积及埋深时,传至基础底

面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组
合。相应的抗力应采用地基承载力特征值。 (2)计算地基变形时,传至基础底面上的荷载效应应按正 常使用极限状态下荷载效应的准永久组合,不应计入风荷载 和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。

1.4 地基基础的设计原则 (3)计算挡土墙土压力、地基和斜坡的稳定及滑坡推力时, 荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合,但 其分项系数均为 1.0 (4)在确定基础高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结 构内力、确定配筋和验算材料强度时,上部结构传来的荷载

效应组合和相应的基底反力,应按承载能力极限状态下荷载
效应的基本组合,采用相应的分项系数。 当需要验算基础裂 缝宽度时,应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。 (5)由永久荷载效应控制的基本组合值可取标准组合值的 1.35 倍。

1.4 地基基础的设计原则

1.4.4 地基基础设计要求
1、一般要求 (1)地基承载力和稳定性分析 保证地基有足够的承载力、抵抗变形和稳定性储备: ? 防止基底压力达到地基极限承载力时地基失稳破坏; ? 防止基础的倾覆、滑动及土坡失稳(例如高耸结构、 边坡建筑)。

1.4 地基基础的设计原则

地基承载力计算(中心受压)
为保证地基有足够强度储备,中心受压基础的基底压力, 应小于等于地基承载力

pk ≤ fa

Fk+ Gk pk — 相应于荷载效应的标准组 合时,基础底面处的压力值 (kN/m2) fa — 修正后的地基承载力特征 值(kN/m2)

pk

l

b

1.4 地基基础的设计原则

地基承载力计算(偏心受压)
偏心受压基础应满足

p k ≤ fa Fk+ Gk Mk pmin l pmax

及 pmax≤1.2 fa
Pk — 基础底面平均压力设计值 (kN/m2) Pmax— 基础底面边缘的最大压力 设计值(kN/m2) Pmin— 基础底面边缘的最小压力 设计值(kN/m2)

b

1.4 地基基础的设计原则

如何计算基地反力? 基底反力(中心受压):
? 基底以上竖向力合力作用与基底形心重合 ? 基底为均布压力

Fk+ Gk
Fk

Fk ? Gk pk ? A

— 上部结构传至基础顶面的轴向 压力(kN) — 基底以上基础自重和土重

pk l

Gk

b 、 l — 基底边长

b

A=b×l,基底的面积

1.4 地基基础的设计原则

基底反力(偏心受压)
? 设作用于基础底面的弯矩为Mk(kN· m) 6e Fk ? Gk M k Fk ? Gk Mk ? A pmax ? ? ? [1 ? ] ? pk (1 ? ) b A W A ( Fk ? Gk ) ? W

Fk+ Gk Mk pmin pmax

Fk ? Gk M k 6e pmin ? ? ? pk (1 ? ) A W b A bl 6 Fk ? Gk ? 3 ? pk ? lb b b W A 12 2

Fk+ Gk
e e ? Mk ( Fk ? Gk ) b

W=l×b2/6,基础底面积抵抗矩 (m3/m) e —竖向力合力在基底的偏心距

l

1.4 地基基础的设计原则

基底反力与偏心距的关系
pmax 6e ? pk (1 ? ) b
pmin ? pk (1 ? 6e ) b

b 请自行推导: a ? ? e 2
pmax ? 3a ? l ? Fk ? Gk 2 2( Fk ? Gk ) pmax ? 3al

Fk ? Gk pk ? A

e ? M k /( Fk ? Gk )

e a

Fk+ Gk Mk pmin pmax 0

Fk+ Gk Mk pmax

Fk+ Gk Mk

3a b

pmax

e<b/6梯形分布

e=b/6三角形分布

e>b/6 三角形分布

1.4 地基基础的设计原则

关于pmax≤1.2 f a的意义
? 已知

pmax

6e ? pk (1 ? ) ? 1.2 f a b

1.2 1.2 ?? pk ? fa ? ? ? f 6e 6e a (1 ? ) (1 ? ) b b ? ξ——荷载偏心使地基承载力降低的折减系数
? 当e=b/30时, ξ =1,此时,pmax≤1.2 fa 蜕化 pk≤fa , 表示不考虑荷载偏心使地基承载力降低的影响; ? 当取一般许可的最大值e=b/6,则ξ=0.6,表示由于荷 载偏心较大,应该限制基底平均压力pk,使之不超过未 考虑偏心影响的地基承载力设计值的60%。

1.4 地基基础的设计原则

关于pmax≤1.2 f a的意义
? 已知

pmax

6e ? pk (1 ? ) ? 1.2 f a b
1.2 ?? 6e (1 ? ) b

1.2 pk ? fa 6e (1 ? ) b

因此, ξ实际上是考虑偏心荷载使承载力下降的 折减系数,不能只看式pmax≤1.2 fa的形式,而得 出“偏心荷载作用下地基承载力可以提高20%”

的不恰当的结论

1.4 地基基础的设计原则

1.4.4 地基基础设计原则
1、一般要求
(2)地基变形设计 对地基的变形进行控制:防止地基发生过量的变形,导 致建筑物的开裂或倾斜等,从而影响建筑物的坚固性及 正常使用。 1、为了防止这种情况出现,地基应满足条件:

s ??

s —地基变形值或地基变形特征值,按土力学方法计算; ω —地基允许变形值,根据建筑物的不同等级, ω也不 相同,可查表求得。

1.4 地基基础的设计原则 2、地基变形分类 地基变形特征可分成:

? 沉降量
? 沉降差 ? 倾斜 ? 局部倾斜

1.4 地基基础的设计原则

沉降量
? 指单独基础中心的沉降量 ? 沉降量主要用于
? 地基比较均匀时的单层排架结构柱基。此时, 在满足容许沉降量后可不再验算相邻柱基的 沉降差; ? 在需要考虑沉降对建筑物有关部分之间的净 空、连接方法及施工顺序的影响时也要预留 沉降量。此时,往往需要分别预估施工期间 和使用期间的地基变形值; ? 总沉降量:建筑物施工期间和使用期间沉降 量之和。

基础中心沉降量

s

1.4 地基基础的设计原则

沉降差
? 两相邻单独基础沉降之差值Δs=s1-s2 ? 在下列情况下要进行沉降差的计算:
? 当地基不均匀、荷载差异大时的框架结构及单层排架结构的 相邻基础沉降差; ? 相邻结构存在影响; ? 原有基础附近有堆积重物。

l
相 邻 基 础 沉 降 差

Δs s2

s1

1.4 地基基础的设计原则

倾斜
? 定义:单独基础在倾斜方向上两端点的沉降差与其距离b的比值; ? 当地基不均匀或附近堆积有地面荷载,以及基础有较大的偏心荷载和 受水平荷载较大的高耸构筑物时都要验算倾斜。

θ
基础倾斜

tgθ=(s2-s1)/b

b

s2 s1

θ

1.4 地基基础的设计原则

局部倾斜
?指的是砌体承重结构沿纵墙6~10m内基础两点的沉降差与 其距离的比值

tgθ=(s1-s2)/l
l=6~10m

s2

θ
局部倾斜

s1

1.4 地基基础的设计原则

局部倾斜
?计算点应选择在: ?地基不均匀;荷载相差大;体型复杂的局部地段;及 纵横墙交点处; ?一般承重房屋承重墙下的条形基础,其计算距离l可根 据具体情况确定,如用横隔墙的间距作为l。

l=6~10m

s2

θ
局部倾斜

s1

1.4 地基基础的设计原则

地基变形设计要点:
1、计算地基变形时,传到基础底面的荷载效应应按正常使用极限 状态准永久组合,风荷载及地震作用均不参与组合; 2、不同建筑物对地基变形的适应性不同,要考虑采用不同的地基

变形特征(沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜等)来比较和控
制; 3、地基设计时,要预估建筑物施工以及使用期间的地基变形值,

以便预留建筑连接方法及施工顺序所要求的净空;
4、地基容许变形值按照规范确定。

1.4 地基基础的设计原则

常见结构地基变形控制说明:
? 对于砌体承重结构应由局部倾斜控制; ? 框架结构和单层排架应由相邻柱基的沉降差控制; ? 多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制;

? 以上结构必要时应控制平均沉降量。

1.4 地基基础的设计原则

3、地基容许变形值【ω】
变形特征(地基最终变形容许值) 中、低压缩性土 高压缩性土

砌体承重结构基础的局部倾斜
工业与民用建筑相邻柱基的沉降差: (1)框架结构 (2)砌体墙填充的边排柱 (3)当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构

0.002

0.003

0.002l 0.0007l 0.005l

0.003l 0.001l 0.005l

单层排架结构(柱距为6m)柱基的沉降量(mm) (120)(中压缩性土)

200

桥式吊车轨面的倾斜(按不调整轨道计算): 纵向 横向

0.004 0.003

1.4 地基基础的设计原则 地基容许变形值【ω】
变形特征(地基最终变形容许值) 多层和高层建筑的整体倾斜: 中、低压缩性土 高压缩性土 0.004 … 0.002 200

Hg≤24


Hg>100
体形简单的高层建筑基础的平均沉降量(mm)

高耸结构基础的倾斜:

Hg≤20 20 < Hg≤50
… 200 < Hg≤250

0.008 0.006 … 0.002
400 300 200

高耸结构基础的沉降量:

Hg≤100 100 < Hg≤200 200 < Hg≤250

1.4 地基基础的设计原则

4、地基基础设计等级及规定
(1)地基基础设计等级
设计等级 建筑和地基类型 重要的工业与民用建筑; 30层以上的高层建筑; 体型复杂,层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物; 大面积的多层地下建筑物(如地下车库、商场、运动场等); 对地基变形有特殊要求的建筑物; 复杂地质条件下的坡上建筑物(包括高边坡); 对原有工程影响较大的新建建筑物; 场地和地基条件复杂的一般建筑物; 位于复杂地质条件及软土地区的2层及2层以上地下室的基坑工程 除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物 场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下民用建筑及 一般工业建筑; 次要的轻型建筑物

甲级

乙级

丙级

1.4 地基基础的设计原则 4、地基基础设计等级及规定 (2)地基变形计算的规定
? 所有建筑物的地基计算都应满足承载力规定; ? 甲级、乙级地基必须进行变形计算; ? 丙级建筑物满足下列情况之一应作变形验算;
? 地基承载力特征值<130kPa,且体型复杂的建筑;
? 基础及其附近有地面堆载或相邻基础荷载相差大; ? 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时; ? 相邻建筑物相距很近,可能发生倾斜时; ? 地基内有厚度较大或厚薄不均匀的填土,自重固结尚未 完成时。

1.4 地基基础的设计原则 (2)地基变形计算的规定 ? 丙级建筑物满足下表,可不作变形计算;
地基 主要 受力 情况

地基承载力特征值fak(kPa)
各土层坡度(%) 砌体承重结构、框架结构 (层数) 单 跨 吊车额定起 重量(t) 厂房跨度 (m) 吊车额定起 重量(t) 厂房跨度 (m) 高度(m)

60≤fak<80

80≤fak< 100

100≤fak< 130

130≤fak< 160

160≤fak< 200

200≤fak< 300

≤5 ≤5 5~10 ≤12 5~5 ≤12 ≤30

≤5 ≤5 10~15 ≤18 5~10 ≤18 ≤40

≤10 ≤5 15~20 ≤24 10~15 ≤24 ≤50

≤10 ≤6 20~30 ≤30 15~20 ≤30 ≤75

≤10 ≤6 30~50 ≤30 20~30 ≤30

≤10 ≤7 50~100 ≤30 30~75 ≤30 ≤100

建筑 类型

单层排 架结构 (6m柱 距)

多 跨

烟囱

高度(m)
水塔 容积(m3)

≤15
≤50

≤20
5~100

≤30
100~200

≤30
200~300 300~500

≤30 500~ 1000

1.4 地基基础的设计原则 (2)地基变形计算的规定 ? 对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和 挡土墙等,以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑

物和构筑物,还应验算其稳定性;
? 基坑工程应进行稳定性验算。

1.4 地基基础的设计原则

5、地基基础设计步骤
? 在一般情况下,进行基础设计时,要具备如下一些资料: ? 建筑场地的地形图,由甲方提供; ? 建筑场地的工程地质勘探资料,由甲方提供;

? 建筑物的建筑平面、立面、剖面图,作用在基础上的
荷载、设备基础及各种设备管道的布臵和标高; ? 施工单位的设备和技术力量。

1.4 地基基础的设计原则

5、地基基础设计步骤
? 根据上述资料,按下列步骤进行基础设计: ? 选择基础材料及构造形式;

? 确定基础埋臵深度;
? 确定地基土的承载力设计值; ? 按地基承载力设计值确定基础底面尺寸;

? 需作地基变形计算的建筑物,进行地基变形验算;
? 验算地基的稳定性(建在斜坡上的建筑物); ? 确定基础剖面尺寸,对钢筋混凝土基础进行内力计算

并进行配筋计算;
? 绘施工图,编制施工说明。

第一章

地基基础设计的基本原理

本章主要内容
第一节 概述 第二节 基础的类型 第三节 基础埋臵深度的选择

第四节 地基基础的设计原则
正在讲解的内容 第五节 地基承载力的确定

1.5 地基承载力的确定

第六节 基础底面尺寸的确定 第七节 地基变形计算 第八节 地基稳定性验算

第九节 减少不均匀沉降危害的措施

1.5 地基承载力的确定

1.5.1 地基承载力的定义
地基承载力:是指地基土单位面积上所能承受的荷载, 通常把地基土单位面积上所能承受的最大荷载称为极限 荷载或极限承载力。

1.5.2 地基破坏型式及破坏过程
? (1)冲剪破坏 ? (2)局部剪切破坏 ? (3)整体剪切破坏

1.5 地基承载力的确定

(1)冲剪破坏(压密阶段)

0
线性变形阶段

p

s

局部剪切破坏型式的 压力-沉降关系曲线

1.5 地基承载力的确定

(1)冲剪破坏(压密阶段)

松软地基,埋深较大;荷载板几乎是垂直 下切,两侧无土体隆起。

1.5 地基承载力的确定

(2)局部剪切破坏(剪切阶段)
线性变形阶段

0

p

压力和沉降关系曲线开 始呈现非线性关系

s

局部剪切破坏型式的 压力-沉降关系曲线

1.5 地基承载力的确定

(2)局部剪切破坏(剪切阶段)

松软地基,埋深较大;曲线开始非线性, 没有明显的骤降段。

1.5 地基承载力的确定

(3)整体剪切破坏(破坏阶段)
线性变形阶段

0

p
弹塑性变形阶段

塑性破坏阶段

s

整体剪切破坏型式的压力-沉降关系曲线

1.5 地基承载力的确定

(3)整体剪切破坏(破坏阶段)

土质坚实,基础埋深浅;曲线开始近直线, 随后沉降陡增,两侧土体隆起。

1.5 地基承载力的方法

1.5.3 确定地基承载力的方法
1、原位测试确定地基承载力 ? 按载荷试验确定(★) ? 按旁压试验方法确定

? 按螺旋压板载荷试验确定
2、按地基土的强度理论确定地基承载力 3、经验方法去定地基承载力 ? 间接原位测试方法(★) ? 根据地基承载力表确定

1.5 地基承载力的方法

1.5.1.1 载荷试验确定地基承载力 ? 地基承载力特征值的确定方法的说明
1)对于甲级地基基础必须做现场载荷试验以确定其地基 承载力特征值; 2 )对土层不均,难以取得原状土样的杂填土、风化岩石 等,也可采用载荷试验来确定地基承载力特征值;

1.5 地基承载力的方法

1.5.1.1 载荷试验确定地基承载力 ? 地基承载力特征值的确定方法的说明
3 )对于丙级地基基础可根据邻近建筑物的经验确定拟建 建筑物的地基承载力特征值; 4 )此外,地基承载力特征值须进行修正。
? 除岩石地基外,由于载荷板试验试验的尺寸及埋深通常小于实际 基础的尺寸及埋深,都是针对基础宽度b ≤ 3m、埋臵深度 d≤0.5m时的情况,故应进行修正。

1.5 地基承载力的方法

地基承载力特征值的修正

fa=fak+ηbγb(b-3)+ηdγd(d-0.5)
fa — 修正后的地基承载力特征值 fak — 地基承载力特征值,可由荷载试验或其它原位测试、经 验值等方法确定 ηb、ηd — 分别为基础宽度和埋臵深度的地基承载力修正系数 按基底下土类查表取用。 b — 基础底面宽度,当b≤3m时,按3m计算,大于6m按6m 考虑
3

γb — 基底以下土的重度,地下水位以下的取有效重度(kN/m )

1.5 地基承载力的方法

地基承载力特征值的修正

fa=fak+ηbγb(b-3)+ηdγd(d-0.5)
d — 基础埋臵深度(m),一般自室外地面算起; γd— 基础底面以上土的加权平均重度,地下水位以下取 有效重度。

当计算所得fa <1.1 fak时,可取fa =1.1 fak
当不满足宽度修正条件:b<3m时,可按 fa =1.1 fak直接确定fa。

1.5 地基承载力的方法

? 地基承载力修正系数ηb、ηd
土 的 类 别 淤泥和淤泥质土 ηb
0 0 0 0.15 0 0 0.3 0.5 0.3 2.0 3.0

ηd
1.0 1.0 1.2 1.4 1.5 2.0 1.5 2.0 1.6 3.0 4.4

人工填土 e或IL大于等于0.85的粘性土
红粘土 大面积压 实填土 粉土 含水比aW>0.8 含水比aW≤0.8 压实系数大于0.95,粘粒含量ρc≥10%的粉 土,最大干密度大于2.1t/m3的级配砂石 粘粒含量ρc≥10%的粉土 粘粒含量ρc≥10%的粉土

e及IL均小于0.85的粘性土 粉沙、细纱(不包括很湿与饱和时的稍密状态) 中砂、粗纱、砾砂和碎石土

1.5 地基承载力的方法

? 地基承载力修正系数ηb、ηd
不同的土类型具有不同的基础宽度和深度修正系数: ? 对软弱土(如淤泥和淤泥质土、新近沉积的钻性土等) 宽度不作修正,即ηb =0,而深度仅考虑埋深范围内 土柱高度(d-0.5)的单位压力的贡献,等于γd (d- 0.5),即ηd =1.0; ? 砂类土的修止系数ηb 、 ηd都取得较大。

1.5 地基承载力的方法

例:柱基础底面尺寸l×b=3.6× 3.2m2,埋臵深度d =2.2m,埋臵范围内有两层土,持力层在粘土层上 ,该层的孔隙比e及液性指标IL为em=0.599, ILm= 0.251,由试验数据fk=340kN/m2,求地基承载力 特征值fa。
1.2m 1.0m

γ1=17kN/m3 γ2=16kN/m3 b=3.2m 粘土γ3=19kN/m3

1.5 地基承载力的方法

解:求深度、宽度修正系数
由em=0.599<0.85, ILm=0.251<0.85,查 表得ηb=0.3,ηd=1.6
土 的 类 别 淤泥和淤泥质土 人工填土 e或IL大于等于0.85的粘性土 红粘土 大面积压实填 土 粉土 含水比aW>0.8 含水比aW≤0.8 压实系数大于0.95,粘粒含量ρc≥10%的粉土,最大干 密度大于2.1t/m3的级配砂石 粘粒含量ρc≥10%的粉土 粘粒含量ρc≥10%的粉土 ηb 0 0 0 0.15 0 0 0.3 0.5 0.3 2.0 3.0 ηd 1.0 1.0 1.2 1.4 1.5 2.0 1.5 2.0 1.6 3.0 4.4

e及IL均小于0.85的粘性土 粉沙、细纱(不包括很湿与饱和时的稍密状态) 中砂、粗纱、砾砂和碎石土

1.5 地基承载力的方法

求重度γb 、γd
基底以下土:γb=γ3 = 19kN/m3 γd基底以上土的加权平均重度
?d ? ? 1h`1 ? ? 2 h2
h`1 ? h2
1.2m 1.0m

17 ? 1 ? 16 ? 1.2 ? ? 16.45kN / m 3 1 ? 1.2

γ1=17kN/m3 γ2=16kN/m3 b=3.2m 粘土γ3=19kN/m3

1.5 地基承载力的方法

求地基承载力特征值fa
已知,b=3.2m,d=2.2m fa=fak+ηbγb(b-3)+ηdγd(d-0.5)=340+ 0.3×19(3.2-3)+1.6×16.45×(2.2 -0.5)=

386kN/m2
1.2m 1.0m

γ1=17kN/m3 γ2=16kN/m3 b=3.2m 粘土γ3=19kN/m3

1.5 地基承载力的方法

1.5.1.2 按地基土强度理论确定地基承载力
即:按抗剪强度指标确定地基承载力特征值: 当偏心距e<0.033b(为基底宽度)时,可根据土体的抗剪强 度指标来求取地基承载力

f a ? M b? b b ? M d ? d d ? M c ck
fa— 由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值 b — 基础底面宽度,大于6m按6m取值。对于砂土,小于 3m时,按3m考虑 ck— 基底下一倍基宽深度内土粘聚力标准值 Mb、Md、Mc— 承载力系数,查表求得 其它符号意义同前

1.5 地基承载力的方法

承载力系数Mb、 Md、 Mc
土的内摩擦角标准值φk(o)
0 2 4 6 8 10 12 . . . 40

Mb
0 0.03 0.06 0.10 0.14 0.18 0.23 . . . 5.80

Md
1.00 1.12 1.25 1.39 1.55 1.73 1.94 . . . 10.84

Mc
3.14 3.32 3.51 3.71 3.93 4.17 4.42 . . . 11.73

1.5 地基承载力的方法 公式说明 ? 适用条件

? 中心荷载(均布压力)
? 当偏心距较小,e=b/30=0.033b时,ξ =1, 此时,pmax≤1.2 fa 蜕化p≤fa ,表示不考虑荷载 偏心使地基承载力降低的影响 ? φk、 ck说明

? 基底下一倍基础短边宽的深度内土的内摩擦角
和凝聚力标准值 ? φk 、 ck由土工试验统计确定,方法见《建筑地

基基础设计规范GB50007-2002》

1.5 地基承载力的方法

例:基础宽度b=1.5m,埋深d=1.5m,已知粉土地 基φk为22o,ck=1N/m2,试确定地基承载力特征值 fa。
1.0m γ1=17.8kN/m3 -1.0

0.5m b=1.5m

γ2=18.1kN/m3

1.5 地基承载力的方法

解:求承载力系数
由φk =22o 表查得,Mb=0.61、Md=3.44、Mc=6.04
土的内摩擦角标准值φk(o)
0 2 4 6 8 10 12 .

Mb
0 0.03 0.06 0.10 0.14 0.18 0.23 .

Md
1.00 1.12 1.25 1.39 1.55 1.73 1.94 .

Mc
3.14 3.32 3.51 3.71 3.93 4.17 4.42 .

22
. 40

0.61
. 5.80

3.44
. 10.84

6.04
. 11.73

1.5 地基承载力的方法

土层重度
? 基底在地下水位之下,其重度取有效重度,

γb=(18.1-10)kN/m3=8.1kN/m3
? 基底以上取平均重度

?d ?

? 1h`1 ? ? 2 h2
h`1 ? h2
1.0m

17.8 ? 1 ? (17.8 ? 10) ? 0.5 ? ? 14.5kN / m 3 1 ? 0.5
γ1=17.8kN/m3 -1.0

0.5m
b=1.5m

γ2=18.1kN/m3

1.5 地基承载力的方法

承载力特征值 fa=Mbγbb+Mdγdd+Mcck =0.61×8.1×1.5+3.44×14.5×1.5+ 6.04×1.0= 88.3kPa

1.0m

γ1=17.8kN/m3 -1.0

0.5m
b=1.5m

γ2=18.1kN/m3

第一章

地基基础设计的基本原理

本章主要内容
第一节 概述 第二节 基础的类型 第三节 基础埋臵深度的选择

第四节 地基基础的设计原则
第五节 地基承载力的确定
正在讲解的内容 第六节 基础底面尺寸的确定

1.6 基础底面尺寸的确定

第七节 地基变形计算 第八节 地基稳定性验算

第九节 减少不均匀沉降危害的措施

1.6 基础底面尺寸的确定

1.6 基础底面尺寸的确定
准备工作: ?确定基础类型、确定埋臵深度。 考虑因素:

?上部荷载、埋臵深度、地基承载力特征值。
满足要求: ?持力层以及下卧层要求、地基变形、整体稳定性。 计算内容: ? 按持力层承载力确定底面积尺寸

? 软弱下卧层强度验算

1.6 基础底面尺寸的确定 1、按持力层承载力确定底面积尺寸

☆ 中心受压
当基础的类型已选定及埋深确定之后,便可确定基础的底面积 的平面尺寸;(特点:基底以上竖向力合力作用与基底形心重合。)

Fk+Gk

Fk ? Gk pk ? A

Gk ? ? m ? A ? d

Fk—上部结构传至基础顶面的轴向压力(kN) pk l Gk—基底以上基础自重和土重

b — 弯矩作用方向基底边长
A=b×l,基底的面积

平均重度, 一般取 20kN/m3

l —与弯矩作用方向垂直的基底边长 b

1.6 基础底面尺寸的确定

☆ 中心受压
承载力计算要求

注意:均是标准值

Fk ? Gk pk ? ? fa A

Fk A? fa ? ? md

A=l · b, l、b 为未知,因此工程上常规定其比值,n= l / b
=长边/短边,一般n=1~2,n由设计者按情况取值,此时 A= l· b=nb2

方形截面n= l / b= 1

b?l?

N b? n( f ? ? m d )

N fa ? ? md

条形截面,常取 l=1m

b?

N fa ? ? md

1.6 基础底面尺寸的确定 1、按持力层承载力确定底面积尺寸

☆ 偏心受压
设荷载为如图

? M ?M
pmax

k

? Tk H

Fk ? Gk ? ? A
Fk ? Gk ? ? A

?M
W

Tk pmin l

F k+ G k Mk pmax

pmin

?M
W

对于矩形A=l×b,W=l b2/6
pmax 6? M Fk ? Gk ? ? A lb2 6? M Fk ? Gk ? ? A lb2

b

pmin

1.6 基础底面尺寸的确定 偏心受压承载力计算要求

pmax ? pmin Fk ? Gk pk ? ? ? fa 2 A

Gk ? ? m ? A ? d

pmax

Fk ? Gk 6? M ? ? ? 1.2 f a 2 A lb

l= n b A= l · b=nb2

求解方法(1)

? 按pmax式的一元三次方程,可求b值;
? 验算平均压力pk、最小压力pmin ,看是否得到满足。 一般情况下,是不允许出现pmin<0(拉力)的。

1.6 基础底面尺寸的确定

pmax ? pmin Fk ? Gk pk ? ? ? fa 2 A

Gk ? ? m ? A ? d

pmax

Fk ? Gk 6? M ? ? ? 1.2 f a 2 A lb

l= n b A= l · b=nb2

求解方法(2) ? 先按平均压力pk式初估所需的底面积A0 ; ? 将A0增大10%~30%作为偏心受压的面积A1 ; ? 再按上式分别计算pmax、pmin,看是否得到满足。一般 情况下,是不允许出现pmin<0(拉力)的; ? 这种方法往往要经过多次试算。

1.6 基础底面尺寸的确定

1、软弱下卧层强度验算
? 地基的土层通常是不同的,在多数情况下,土层的承 载力随深度而增加,而外荷载引起的附加压力则随深 度增加而衰减; ? 但也有一些情况,当持力层以下到受力范围内存在软 弱土层时,这些土层的承载力小于持力层的承载力, 这时必须验算软弱下卧层的强度。

1.6 基础底面尺寸的确定

1、软弱下卧层强度验算
验算验算软弱下卧层计算

pz+pcz≤faz

d

faz— 软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基
承载力特征值(kPa);

p-pc pcz — 软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值
(kPa),即土层(z+d)产生的自重压力;

z

θ ztgθ b

θ
ztgθ pz

pz— 软弱下卧层顶面处的附加压力标准值
(kPa) ,与基底附加压力p-pc有关; p — 基底平均压力;

pc—基底以上土的自重标准值。

1.6 基础底面尺寸的确定

? pcz的计算
pcz ? ? z ? d ? (d ? z )

? pz的计算
? 设基底附加压力为p-pc,按一定

d

扩散角θ向下扩散到软弱下卧层顶面

z处;

p- p c z θ ztgθ b

θ
ztgθ pz

? 矩形基础 l ? b( p ? pc ) pz ? ( l ? 2 ztg? )( b ? 2 ztg? ) ? 条形基础(l=1m)

b( p ? pc ) pz ? b ? 2 ztg?

基底以上土 的自重标准 值!

pc ? ? d ? d

1.6 基础底面尺寸的确定

? 地基压力扩散角
Es1/ Es2 3 5 10

z/b
0.25 6o 10o 20o 0.50 23o 25o 30o

? Es1为上层压缩模量, Es2为下层压缩模量;

? z/b<0.25时取θ=0o,即埋深小,不扩散。必要时由试
验确定;

? z/b>0.5时取θ不变,即埋深大,取上限。

第一章

地基基础设计的基本原理

本章主要内容
第一节 概述 第二节 基础的类型 第三节 基础埋置深度的选择

第四节 地基基础的设计原则
第五节 地基承载力的确定 第六节 基础底面尺寸的确定 第七节 地基变形计算 正在讲解的内容 第八节 地基稳定性验算 1.7 地基变形计算

第九节 减少不均匀沉降危害的措施

1.7 地基变形计算

1、地基的最终沉降量:是指地基在建筑物等其它 荷载作用下,地基变形稳定后的基础底面的沉降量。

加载时间

Δh
沉降量

最终沉降量

沉降与时间的关系

1.7 地基变形计算

2、地基沉降的原因:

外因:
主要是建筑物荷载在地基中产生的附加应力 (宏观分析)。 内因: 土的三相组成(微观分析)。

1.7 地基变形计算

A)地基沉降的外因:通常认为地基土层在自重作用 下压缩已稳定,主要是建筑物荷载在地基中产生的附 加应力。

z0

?
p

A

A Net stress increase

? 施工前 ? ? ? z 0

? 施工后 ? p

? 附加 ? p ? ? ? z0

1.7 地基变形计算

B)内因:土由三相组成,具有碎散性,在附加应力作 用下土层的孔隙发生压缩变形,引起地基沉降。
Reduction in the volume of the water
Δh

Water

Water

Solids

Solids

1.7 地基变形计算

3、计算目的:预知该工程建成后将产生的最终沉降 量、沉降差、倾斜和局部倾斜,判断地基变形是否 超出允许的范围,以便在建筑物设计时,为采取相 应的工程措施提供科学依据,保证建筑物的安全。 满足设计要求

S < [S]

S > [S]

不满足设计要求

1.7 地基变形计算

地基的沉降及不均匀沉降
(墨西哥城)

1.7 地基变形计算

1.7 地基变形计算

1.7 地基变形计算

1.7 地基变形计算

计算方法:
? ? 分层总和法 地基基础设计规范推荐法

?
?

弹性力学公式
有限单元法

1.7 地基变形计算

1.7.4.1 分层总和法
1)基本假设
为了弥补假定 所引起误差,取 ? 地基是均质、各向同性的半无限线性 基底中心点下的 变形体,可按弹性理论计算土中应力。 附加应力进行计 算,以基底中点 ? 在压力作用下,地基土不产生侧向变 的沉降代表基础 形,可采用侧限条件下的压缩性指标。 的平均沉降

2)基于“单一压缩土层”的沉降计算
?

在一定均匀厚度土层上施加连续均布荷载,竖向应力增加, 孔隙比相应减小,土层产生压缩变形,没有侧向变形。

1.7 地基变形计算

3)分层总和法的思路
先将地基土分为若干土层; 各土层厚度分别为 h1,h2,h3,……,hn; 计算每层土的压缩量 s1,s2,s3,….,sn ; 然后累计起来,即为总的地 基沉降量s: N 地面 d

s1 s2
s3

h1 h2

s4
sn

h3 h4
hn

s ? s1 ? s 2 ? s3 ? ... ? s n ? ? ?si
i ?1

n

1.7 地基变形计算

4)计算原理
由侧限条件土颗粒体积不变可以推导出: ?hi ?
p1
Δh

e1 i ? e 2 i h1i 1 ? e1 i

p2 Vr=e2
h2/(1+e2) e1 e2 e3 e4

e

Vr=e1
h1 h1/(1+e1)

h2

Vs=1

Vs=1

p1 p2

p3

p4 p

P1=自重应力

P2=自重应力+附加应力

侧限条件下土样高度变化与孔隙比变化的关系

1.7 地基变形计算

4)计算原理
推导: h ? ? e1 ? e 2 h1 1 ? e1
?h ? a?p h1 1 ? e1
?h ? ?p h1 Es

?e ? a?p
e e0 e1 e2 M1

公式: s ? (1 ? e1 ) / a E
斜 率a ? ?
M2

相关衍生公式

△e

e ? e2 ?e = 1 ? p p2 ? p1

△p
p1 p2 e-p曲线 p

1.7 地基变形计算

5)计算步骤
?确定基础沉降计算深度

d
地 基 σc线 沉 降 计 算 深 度

一般σz=0.2σc 软土σz=0.1σc(若沉降深度范 围内存在基岩时,计算至基岩 表面为止)
?确定地基分层

σz线

1. 不同土层的分界面与地下水 位面为天然层面 2. 每层厚度hi ≤0.4b
?计算各分层沉降量

?si ?

根据自重应力、附加应力曲线、 计算任一分层沉降量
?计算各分层沉降量

e1i ? e2 i a?p ?p H 1 ?H ? H1 hi 或 ?si ? 1 ? e1 Es 1? e1i

s ? ? ?si
i ?1

n

1.7 地基变形计算

6)公式解释
天然地面

p0

d

p1i ?
zi zi-1
σc线
沉 降 计 算 厚 度 σz线

? ci ? ? c (i ?1)
2

σc(i-1) p1i

σz(i-1) Δpi

?pi ?

? zi ? ? z (i ?1)
2

Hi

σci
σc
压缩层下限

σz i
σz
σz=(0.2或0.1)σc

p2i ? p1i ? ?pi

1.7 地基变形计算

例表 分层总和法计算基础最终沉降量
点 号 分层 深度 厚度 /m /m m

自重 应力 /kPa

附加 应力 /kPa

自重应 力平均 值 /kPa

附加应 力平均 σz/σcz 值/kPa

Es
/MPa

?si ?

? zi hi S E si

0 1 2 3 4 5 6 7

1.5 2.0 2.5 3.3 4.1 4.9 5.7 6.0 500 500 800 800 800 800 300

29 39 49 65 81 96.5 112 118

150 143 120 80 53 37 26 24 34 44 57 73 89 104 115 147 132 100 67 45 32 25 >20% 5.1 4.5 16.33 12.9 15.69 10.50 7.6 5.02 1.47

8

6.7

700

131

19

125

22

<20%

5.0

3.08

72.59

1.7 地基变形计算

1.7.4.2 《规范》法
?

由 《 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 》 ( GB50007 - 2002)提出 分层总和法的另一种形式

?

?

沿用分层总和法的假设,并引入平均附加应力 系数和地基沉降计算经验系数
按规范方法计算地基最终沉降量的计算表达式为

p0 s ? ? s ? ?s' ? ? s ? ( z i ? i ? z i ?1? i ?1 ) E si

1.7 地基变形计算
p0 地基沉降计算深度zn 1 b 5 6 第i层 3 4 2 zi-1 1 Ai 3 4 a ip 0 2 zi p0 1 2 Ai-1 5 6 ai-1p0 zi-1

△z

zi 第n层

分层深度zi-1~zi范围,假设地基土均质,在侧限条件下,压缩 模量Es不随深度而变,地基分层压缩量为:
?s ? ? ?
zi

?z

zi ?1

E si

dz ?

1 E si

?

zi

zi ?1

? z dz ?

zi ?1 1 ? zi ? z dz ? ? ? z dz ? ? ?0 ? 0 ? ? E si

附加应力面积 ?Ai ? ?0 ? z dz ? ?0 ? z dz ? Ai ? Ai ?1

zi

zi ?1

深度zi-1~zi范 围内的附加 应力面积

1.7 地基变形计算
p0 地基沉降计算深度zn 1 b 5 6 第i层 3 4 2 zi-1 1 Ai 3 4 a ip 0 2 zi p0 1 2 Ai-1 5 6 ai-1p0 zi-1

△z

zi 第n层

引入平均附加应力系数

Ai ? ? i p0 zi
因此

?

?

Ai ?1 ? ? i ?1 p0 zi ?1

?
?

?

p0 ?si? ? ? i zi ? ? i ?1 zi ?1 Esi

?

1.7 地基变形计算
p0 地基沉降计算深度zn 1 b 5 6 第i层 3 4 2 zi-1 1 Ai 3 4 a ip 0 2 zi p0 1 2 Ai-1 5 6 ai-1p0 zi-1

△z

zi 第n层
n

基础的平均沉降量可表示为
p0 s ? ? ? ?si? ? ? ( z i ? i ? z i ?1? i ?1 ) i ?1 i ?1 E si
n

由于沉降计算作了一些简化假定,为了符合工程实际,规范 n 引入经验系数 p ? ? ? s ? 0 ( zi ? i ? zi ?1? i ?1 ) s ? ?s s
i ?1

Esi

1.7 地基变形计算

计算步骤:
?

1、确定基础沉降计算深度时应满足如下公式:
? ?sn ? 0.025? ?si?
i ?1 n

当无相邻荷载影响,基础宽度在1~30m范围内,基础 中点的地基沉降计算深度可以按简化公式计算:

z n ? b(2.5 ? 0.4 ln b)
? ? ?

2、分层——天然土层 Ai ? Ai ?1 p0 ? ( zi ? i ? zi ?1? i ?1 ) 3、计算各分层沉降量 ?s' ? E Esi si 4、计算基础最终沉降量
p0 s ? ? s ? ?s' ? ? s ? ( z i ? i ? z i ?1? i ?1 ) E si

1.7 地基变形计算 ?地基沉降计算中的有关问题 1.分层总和法在计算中假定不符合实际情况

假定地基无侧向变形 采用基础中心点下土的附加应力和沉降

? ?计算结果偏小 ? ?计算结果偏大

2.分层总和法中附加应力计算应考虑: 土体在自重作用下的固结程度、相邻荷载的作用 3.基础埋臵较深时,应考虑开挖基坑时地基土的回弹,建筑 物施工时又产生地基土再压缩的情况
? ? Pc 回弹再压缩影 s ? ? ( zi ? i ? zi ?1 ? i ?1 ) c c? i ?1 Eci 响的变形量 n

计算深度取至基坑底 面以下5m,当基坑 底面在地下水位以下 时取10m

例题分析 ? 某厂房柱下单独方形基础,已知基础底面积尺寸为 4m×4m,埋深d=1.0m,地基为粉质粘土,地下水位距 天然地面3.4m。上部荷重传至基础顶面F=1440kN,土的 天然重度?=16.0 kN/m? ,饱和重度? sat=17.2kN/m? ,有关 计算资料如下图。试分别用分层总和法和规范法计算基 础最终沉降(已知fk=94kPa)
F=1440kN
d=1m e

b=4m

0.96 0.94 0.92 0.90
50 100 200 300 σ

3.4m

每层厚度hi <0.4b=1.6m,地下水 位以上分两层,各1.2m,地下水位 以下按1.6m分层

3.4m d=1m

【解答】 ?A.分层总和法计算 1.计算分层厚度

F=1440kN

b=4m

2.计算地基土的自重应力
自重应力从天然地面起算,z的取 值从基底面起算

z(m) σc(kPa)

0 1.2 2.4 4.0 5.6 7.2 16 35.2 54.4 65.9 77.4 89.0

3.计算基底压力 G ? ? G Ad ? 320kN
F ?G p? ? 110 kPa A

4.计算基底附加压力
p0 ? p ? ?d ? 94kPa

5.计算基础中点下地基中附加应力 用角点法计算,过基底中点将荷载面四等分,计算边长 l=b=2m, σz=4αcp0,附加应力系数αc由表确定(请用新规范查αc)
z(m) 0 1.2 2.4 4.0 5.6 7.2 z/b 0 0.6 1.2 2.0 2.8 3.6 αc σz(kPa) σc(kPa) 0.2500 94.0 16 0.2229 83.8 35.2 0.1516 57.0 54.4 0.0840 31.6 65.9 0.0502 18.9 77.4 0.0326 12.3 89.0 σz /σc zn (m)

0.24 0.14

7.2

6.确定沉降计算深度zn 根据σz = 0.2σc的确定原则,由计算结果,取zn=7.2m 7.最终沉降计算 根据e-σ曲线,计算各层的沉降量

si ?

e1 i ? e 2 i 1 ? e1 i

hi

z(m)
0 1.2 2.4 4.0 5.6 7.2

h σz σc σc (kPa) (kPa) (mm) (kPa) 16 94.0 1200 25.6 35.2 83.8 1200 44.8 54.4 57.0 1600 60.2 65.9 31.6 1600 71.7 77.4 18.9 1600 83.2 89.0 12.3

σz σz+ σc (kPa) (kPa)

e1

e2

e1i- e2i 1+ e1i

si (mm)

88.9 70.4 44.3 25.3 15.6

114.5 115.2 104.5 97.0 98.8

0.970 0.960 0.954 0.948 0.944

0.937 0.936 0.940 0.942 0.940

0.0168 0.0122 0.0072 0.0031 0.0021

20.2 14.6 11.5 5.0 3.4

按分层总和法求得基础最终沉降量为s=Σsi =54.7mm ?B.《规范》法计算 1. σc 、σz分布及p0计算值见分层总和法计算过程 2. 确定沉降计算深度 zn=b(2.5-0.4lnb)=7.8m 4. 根据计算尺寸,查表得到 平均附加应力系数 3. 确定各层Esi
1 ? e1i E si ? ( p 2i ? p1i ) e1i ? e2i

5.列表计算各层沉降量
z(m)
0 1.2 2.4 4.0 5.6 7.2 7.8

p0 ? 94MPa;?s i ' ? 4 p0 ( z i ? i ? z i ?1 ? i ?1 ) / E si

l/b
1

z/b
0 0.6 1.2 2.0 2.8 3.6 3.9

a 0.2500 0.2423 0.2149 0.1746 0.1433 0.1205 0.1136

az (m) 0 0.2908 0.5158 0.6984 0.8025 0.8676 08861

aizi- ai-1zi-1 Esi (m) (kPa)
0.2908 0.2250 0.1826 0.1041 0.0651 0.0185 5292 5771 6153 8161 7429 7448

e2

△s?
(mm)

s? (mm)

0.937 20.7 0.936 14.7 0.940 11.2 0.942 4.8 0.940 3.3 0.9

54.7 55.6

根据计算表所示△z=0.6m, △s?n =0.9mm <0.025Σ s?i =55.6mm ? ? 满足规范要求 6.沉降修正系数φ
s

根据Es =6.0MPa, fk=p0 ,查表得到φs =1.1 7.基础最终沉降量 s= φs s? =61.2mm

第一章

地基基础设计的基本原理

本章主要内容
第一节 概述 第二节 基础的类型 第三节 基础埋置深度的选择

第四节 地基基础的设计原则
第五节 地基承载力的确定 第六节 基础底面尺寸的确定 第七节 地基变形计算
正在讲解的内容 第八节 地基稳定性验算

1.8 地基稳定性验算

第九节 减少不均匀沉降危害的措施

1.8 地基稳定性验算

1、下列建筑物和构筑物要进行稳定性计算
? 经常受水平荷载作用高层建筑和高耸结构 ? 建造在斜坡上的建筑物和构筑物(如挡土墙)

T G
(a) 地基强度不够沿斜坡滑动 (b) 建筑物连同地基土体一起滑动

地基土体滑动图
对于经常受水平荷载作用的建筑物基础,在垂直及水平荷载作用下,

或地基比较软弱时,滑动面可能发生在基础底面的土体中,产生基
础连同地基土体一起滑动的现象。

1.8 地基稳定性验算

2、地基稳定计算
?最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑 动力矩的比值应满足

MR K? ? 1.2 MS

MR — 抗滑力矩 Ms — 滑动力矩

K — 稳定安全系数

T
G
(a)地基强度不够沿斜坡滑动 (b)建筑物连同地基土体一起滑动

地基土体滑动图

1.8 地基稳定性验算 位于土坡顶上的建筑,建筑物基础距离边坡坡肩必须有一段 的距离。此最小距离是按以下因素考虑的,即:

? 满足斜坡上基础的地基承载力要求;
? 满足斜坡土体稳定要求。即在建筑物作用下,斜坡土体不

会产生滑动面。

β

d a

b

基础在边坡距离图

1.8 地基稳定性验算 位于稳定土坡坡顶上的建筑,当垂直于坡顶边缘线的基础底 面边长b小于或等于3m时,其基础底面外边缘线至坡顶的水

平距离a应符合下式要求,且不得小于2.5m。

条形基础 矩形基础

d a ? 3.5b ? tg? d a ? 2.5b ? tg?

d

a—基础底面外边缘线至坡顶水平距 离;

β

a

b

b—垂直于坡顶边缘线的基础底面边 长; d—基础埋臵深度; β—边坡坡角。

基础在边坡距离图

1.8 地基稳定性验算 位于稳定土坡坡顶上的建筑,当垂直于坡顶边缘线的基础底 面边长b小于或等于3m时,其基础底面外边缘线至坡顶的水

平距离a应符合下式要求,且不得小于2.5m ,见图。

条形基础 矩形基础

d a ? 3.5b ? tg? d a ? 2.5b ? tg?

d

当不满足上述条件,或者β>

β

a

b

45o,坡高大于8m时,应进行 坡体稳定计算

基础在边坡距离图

1.8 地基稳定性验算

3、工程实例 ——比萨斜塔 ? 工程概况

? 事故概况
? 事故原因 ? 处理方法

1.8 地基稳定性验算

(1)工程概况
? 比萨斜塔位于意大利中部比萨古城内的教堂广场上,是 一组古罗马建筑群中的钟楼,造型古朴而灵巧,为罗马 式建筑艺术之典范。

? 1590年意大利伟大的科学家伽利略,曾在斜塔上做
过著名的自由落体运动实验。

1.8 地基稳定性验算 建筑与结构型式
? 8层圆柱形建筑,全部用白色大理石砌成;

? 塔高54.4米,塔身墙壁底部厚约4米,顶部
厚约2米余,塔体总重量达1.45万吨; ? 在底层有圆柱15根,中间六层各31根,顶层 12根,这些圆形石柱自下而上一起构成了八 重213个拱形券门;

? 钟臵于斜塔顶层,塔内有螺旋式阶梯294级,
游人由此登上塔顶或各层环廊,可尽览比萨 城区风光。

1.8 地基稳定性验算

(2)事故概况
? 全塔总荷重约为145MN(1.45万吨),塔身传递到地基的 平均压力约500kPa; ? 目前塔北侧沉降量约90cm,南侧沉降量约270cm,塔倾斜 约5.5°,十分严重;
? 比萨斜塔向南倾斜,塔顶离开垂直线的水平距离已达5.27

m。幸亏比萨斜塔的建筑材料大理石条石质量优良,施工
精细,塔身没有裂缝; ? 比萨斜塔基础底面倾斜值,经计算为tan(5.5)=0.096,即 96‰;

1.8 地基稳定性验算

? 我国《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002中规定:

高耸结构基础的倾斜,当建筑物高度Hg为50m<Hg≤100m
时,其允许值为0.005,即5‰。目前比萨斜塔基础实际倾 斜值已等于我国国家标准允许值的19倍

? 由此可见,比萨斜塔倾斜已达到极危险的状态,随时有
可能倒塌。

1.8 地基稳定性验算

(3)事故原因 比萨斜塔地基土的典型剖面如图。 由上至下可分为8层。
1)表层为耕植土,厚1.60m; 2)第2层为粉砂,夹粘质粉土透镜体厚5.4m; 3)第3层为粉土,厚3.00m; 4)第4层为上层粘土,厚度10.50m; 5)第5层为中间粘土,厚为5.00m;

1.8 地基稳定性验算

(3)事故原因
6)第6层为砂土,厚2.00m; 7)第7层为下层粘土,厚度12.50m;

8)第8层为砂土,厚度超过20.00m;
上述8层土合为3大层:

? ①—③层为砂质粉质土
? ④—⑦层为粘土层

? ⑧层为砂质土层
地下水埋深1.6m,位于粉砂层。

1.8 地基稳定性验算

比萨钟塔倾斜的原因
1)塔基的基础埋臵深度不够
? 钟塔基础底面位于第2层粉砂中,埋深只有3米多; ? 我国标准《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002中规

定,天然地基上的箱形和筏形基础的埋臵深度不宜小于建
筑物高度的1/15。按此,比萨斜塔的埋臵深度应在3.5m以 上; ? 塔基南面的一次大地震使斜塔受到了强大的冲击,整个塔 身大幅度摇晃达22分钟之久,极其危险;

1.8 地基稳定性验算

比萨钟塔倾斜的原因
2)施工不慎,南侧粉砂局部外挤使塔南侧附加应力大于北 侧,导致塔向南倾斜; 3)塔基底压力高达500kPa,超过持力层粉砂的承载力(最高 340kPa),地基产生塑性变形,使塔下沉。塔南侧接触压 力大于北侧,南侧塑性变形必然大于北侧,使塔的倾斜 加剧; 4)钟塔地基中的粘土层厚达近30m,位于地下水位下,呈饱 和状态。在长期重荷作用下,土体发生蠕变,也是钟塔 继续缓慢倾斜的一个原因;

1.8 地基稳定性验算

比萨钟塔倾斜的原因
5)在比萨平原深层抽水,使地下水位下降,相当于大面积 加载,这是钟塔倾斜的另一重要原因。在60年代后期与 70年代早期,观察地下水位下降,同时钟塔的倾斜率增 加。当天然地下水恢复后,则钟塔的倾斜率也回到常值。

总之,事故原因可归结为
? 建筑师对当地地质构造缺乏全面、缜密的调查和勘测, 使其设计有误; ? 地基基础处理、施工不当; ? 使用和维护不当。

1.8 地基稳定性验算

(4)处理方法
? 1)卸荷处理为了减轻钟塔地基荷重
1838年至1839年,于钟塔周围外挖一个环形基坑。基坑宽度约 3.5m,其深度塔北侧为0.90m,南侧为2.70m。基坑底部位于 钟塔基础外伸的三个台阶以下,铺有不规则的块石。

? 2)防水与灌水泥浆
为了防止雨水下渗,于1933~1935年对环形基坑做防水处理,

同时对基础环用水泥灌浆加强。

? 3)塔身加固
为了防止比萨料塔散架,1992年7月开始对塔身加固。

第一章

地基基础设计的基本原理

本章主要内容
第一节 概述 第二节 基础的类型 第三节 基础埋置深度的选择

第四节 地基基础的设计原则
第五节 地基承载力的确定 第六节 基础底面尺寸的确定 第七节 地基变形计算 第八节 地基稳定性验算

1.9 减少不均匀沉降 危害的措施

第九节 减少不均匀沉降危害的措施

正在讲解的内容

1.9 减少不均匀沉降危害的措施

1、不均匀沉降可能导致的危害:
? 导致建筑物倾斜
? 墙柱开裂 ? 屋面漏水 ? 房屋破坏等

1.9 减少不均匀沉降危害的措施

2、减少不均匀沉降危害的措施
? 建筑措施 建筑物的体型力求简单、增强结构的整体刚度、设臵沉 降缝、相邻建筑物之间间隔的控制、调整建筑标高等。

? 结构措施
减轻建筑物自重、设臵圈梁、减少或调整基底附加压力、 采用非敏感结构等。 ? 施工措施 适当安排施工顺序、选择合理的施工方法、保持地基土

的原状结构等。

地基基础工程
zhongsheng@scu.edu.cn


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