基础工程第二版
基础工程(第二版)2-2(地基承载力)
第九章 地基承载力
基础工程设计原理----第二章（2 基础工程设计原理----第二章（2）
2011-3-15
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第九章 地基承载力
第一节 概述 第二节 临界荷载的确定 第三节 极限承载力计算 第四节 按规范方法确定地基容许承载力 第五节 关于地基承载力的讨论
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第一节 概 述
地基承载力概念
建筑物荷载通过基础作用于地基，对地基提出两个方 面的要求。 1.变形要求 1.变形要求 建筑物基础在荷载作用下产生最大沉降量或沉降差， 应该在该建筑物允许的范围内。 2.强度和稳定性要求 2.强度和稳定性要求 建筑物的基底压力应在地基允许的承载能力之内。
地基承载力： 地基承载力：地基土单位面积上所能承受荷载的能力。 地基极限承载力(p 地基极限承载力 u): 地基不致失稳时地基土单位面积能承受 的最大荷载。 地基承载力容许值(p 地基承载力容许值 a): 考虑一定安全储备后的地基承载力。
b
45 o + 2
φ
Pu
d q= γ0 d
G
B E C
r = r0 eθtan
φ
A
F D
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雷斯诺(Reissner，1924)在普朗特尔公式假定的基础 上，导得了由超载产生的极限荷载公式：
pu = qe
πtgϕ
π φ ⋅ tg + = q ⋅ N q 4 2
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地基变形的三个阶段
0 pcr a
s
线性变形阶段（压密阶段） pu p a. 线性变形阶段（压密阶段） oa段，荷载小，主要产生压缩变形， 荷载与沉降关系接近于直线，土中τ＜τf , 地基处于弹性平衡状态。 b. 弹塑性变形阶段（剪切阶段） 弹塑性变形阶段（剪切阶段） b ab段，荷载增加，荷载与沉降关系 呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出 现塑性变形区。 c. 破坏阶段 c bc段，塑性区扩大，发展成连续滑 动面，荷载增加，沉降急剧变化。
基础工程(第二版)中国建筑工业出版社_课后习题答案
基础工程（第二版）中国建筑工业出版社课后习题答案2-1 某建筑物场地地表以下土层依次为：（1）中砂，厚2.0m，潜水面在地表以下1m处，饱和重度错误！未找到引用源。
；（2）粘土隔离层，厚2.0m，重度错误！未找到引用源。
；（3）粗砂，含承压水，承压水位高出地表2.0m（取错误！未找到引用源。
）。
问地基开挖深达1m 时，坑底有无隆起的危险？若基础埋深错误！未找到引用源。
，施工时除将中砂层内地下水位降到坑底外，还须设法将粗砂层中的承压水位降几米才行？【解】（1）地基开挖深1m时持力层为中砂层承压含水层顶面以上土的总覆盖压力：20×1＋19×2=58kPa承压含水层顶部净水压力：10×（2+2+2）=60kPa因为58<60 故坑底有隆起的危险！（2）基础埋深为1.5m时承压含水层顶面以上土的总覆盖压力：20×0.5＋19×2=48kPa≥承压含水层顶部净水压力=10×错误！未找到引用源。
得：错误！未找到引用源。
≤4.8m ；故，还应将承压水位降低6-4.8=1.2m。
2-2 某条形基础底宽b=1.8m，埋深d=1.2m，地基土为粘土，内摩擦角标准值错误！未找到引用源。
=20°，粘聚力标准值错误！未找到引用源。
=12kPa，地下水位与基底平齐，土的有效重度 错误！未找到引用源。
，基底以上土的重度错误！未找到引用源。
试确定地基承载力特征值 a f 。
【解】 根据题给条件可以采用规范推荐理论公式来确定地基的承载力特征值。
由错误！未找到引用源。
=20°查表2-3，得错误！未找到引用源。
因基底与地下水位平齐，故错误！未找到引用源。
取有效重度错误！未找到引用源。
,故：地基承载力特征值kPac Md M b M f kc md b a 29.1441266.52.13.1806.38.11051.0=⨯+⨯⨯+⨯⨯=++=γγ2-3 某基础宽度为2m ，埋深为1m 。
基础工程(同济大学第二版)2-1
(1) 建筑物的用途和荷载性质
• 如果有地下室，则基础埋置深度受地下室空间高度的控 制，一般埋深较深；如有地下设施，基础埋置深度还决定于 设施的空间要求。 • 对于高层建筑，为了满足稳定性要求，减少建筑物整 体倾斜，防止倾覆和滑移，在地震区，基础埋深不宜小于 建筑物高度1/15。 • 对于受有上拔力的结构（如输电塔）基础，也要求有 较大的埋深以满足抗拔要求。 • 当管道与基础相交时，基础埋深应低于管道，并在基 础上面预留足够间隙的孔洞，以防止基础沉降压坏管道。 • 与基础刚度也有关，如用砖石等脆性材料砌筑的刚性 基础，为了防止基础本身材料的破坏，基础的构造高度往 往很大，因此刚性基础埋深要大于钢筋混凝土柔性基础。 • 对于桥墩基础，其基础顶面应位于河流最低水位以下 ，其埋置深度还应考虑河床的冲刷深度。
分为墙下条形基础、柱下条形基础和十字交叉条形基础。 墙下条形基础： 墙下条形基础：横截面积根据受力条件又可分为不带肋和 带肋两种。可看作是钢筋混凝土独立基础的特例，其计算属 于平面应变问题，只考虑在基础横向受力发生破坏。
图2-4
2. 钢筋混凝土条形基础
柱下条形基础： 柱下条形基础：当地基承载力较低且柱下钢筋混凝土独立 基础的底面积不能承受上部结构荷载时，常把若干柱子的基 础连成一条，构成柱下条形基础。目的是将承受的集中荷载 较均匀地分布到条形基础底面积上，以减小地基反力，并通 过形成的基础整体刚度来调整可能产生的不均匀沉降。 一个方向的单列柱基连在一起便成为单向条形基础。
第二章 浅基础设计的基本原理
第一节. 第一节. 概述
1. 浅基础的定义 通常将基础的埋置深度小于基础最小宽度，且只需经过挖 槽、排水等普通施工程序就可建造的基础称作浅基础。 2. 浅基础的荷载传递 上部结构 荷载 基础 基底压力 地基 应力和变形
基础工程施工(第2版)绪论
• （２）土方工程施工项目中，将建筑施工技术中关于土方施工机械化、 土方开挖工程量计算、土方回填与压实等内容，结合具体的施工任务 进行深化和拓展。
• （９）能对桩基础工程做出正确的质量检测与评价。 • （１０）能阅读深基坑支护与开挖的施工方案。 • （１１）能对基础工程施工进行质量验收。 • （１２）能熟练描述软弱地基处理方案。
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绪论
• 四、基础工程施工项目的设计
• 教材中每个项目的学习都以工作任务为中心，整合理论与实践，实现 理论与实践的一体化。
• （３）工程实践中地基与基础工程事故屡见不鲜，有时甚至造成重大 损失。一旦发生了事故，加固和修复所需的费用也非常高。
• 三、地基基础工程的目标要求
• 基础工程施工课程主要培养建筑工程施工技术人员从事地基基础施工 管理、处理地基基础一般问题的能力。
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绪论
• 根据建筑工程技术专业的培养目标，教学内容设计以工程需求为导向 ，以真实工作任务及工作过程为依据，将地基基础理论教学、实践实 训教学融入到相应项目中。教材注重引入现代施工新技术，引导学生 掌握基础工程设计理论与施工技术的“实践—认识—再实践—再认识 ”的认知规律，培养学生的工程意识和综合运用所学知识解决问题的 能力。每个项目的学习都以工作任务为中心整合理论与实践，实现理 论与实践的一体化。
• ２． 认识和内容上的更新 • （１）认识更新。随着高层建筑和大跨度大空间结构的涌现、地下空
间的开发，与之密切相关的两种技术也得到极大的重视： • 其一为桩基础技术，新的桩型如大直径成孔灌注桩、预应力管桩、套
基础工程(第二版)第三章习题解答
图 3-23 习题 3-2 图 【解】 (1) 选用混凝土的强度等级为 C20 ，查《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002)得ft＝1.1MPa；底板受力钢筋采用HRB335 级钢筋，查得 f y ＝ 300MPa；纵向分布钢筋采用HPB235 级钢筋。 (2) 基础边缘处的最大和最小地基净反力：
2
⎛ 3.4 0.6 ⎞ ⎛ 3.4 0.6 ⎞ =⎜ − − 0.66 ⎟ × 3.4 − ⎜ − − 0.66 ⎟ = 1.97 m 2 2 2 ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠
2
Fl = p j Al = 224.9 × 1.97 = 443 kN
0.7 β hp f t a m h0 = 0.7 × 1.0 × 1.1 × 10 3 × 1.26 × 0.66 = 640.3 kN
[
]
543.66 × 10 6 = 3051 mm 2 0.9 × 660 × 300 选用 16φ16@200（AsI=3217 mm2）
配筋 AsI =
3-19
【3－4】 某工业厂房柱基采用钢筋混凝土独立基础， 地基基础剖面如图 3-24 所示。已知上部结构荷载基本组合 N＝2600 kN，M＝450kN·m，基础采用 C20 混凝土，HRB335 级钢筋，试确定此基础的底面尺寸并进行截面验算与配筋。
基础及回填土重 基底处竖向力合力 基底处总力矩
Gk = γ G Ad = 20 × 3.0 × 3.8 × 1.5 = 342kN
∑ Fk
= 2600 + 342 = 2942kN
∑Mk
偏心距
= 450kN ⋅ m
e=
∑Mk ∑ Fk
=
450 l 3.8 = 0.15m < = = 0.63m 2942 6 6
基础工程(第二版)2-3地基承载力确定与验算--68页
得，或者由抗剪强度指标 c 、 的设计值 cd、 d直接代入极
限荷载公式求得。
0S R
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cd
ck
c
；
d
k
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六、地基承载力的确定方法
(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(kPa)。
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(a) 按现场载荷试验确定地基承载力的方法 地基的载荷试验是在现场试坑中设计基底标高处的
天然土层上设置载荷板，浅层平板载荷试验的承压板面 积不应小于0.25m2，对于软土不应小于0.5m2；试验基坑 宽度不应小于承压板宽度或直径的三倍，并应保持试验 土层的原状结构和天然湿度。根据平板载荷试验所得到 的p-s曲线，可分三种情况确定地基承载力：
受水平力较大的建筑物(如挡土墙)，除验算沉降外， 还需进行沿地基与基础接触面的滑动、沿地基内部滑动和 沿基础边缘倾覆等方面的验算。
地基基础设计应根据使用过程中可能出现的荷载，按 设计要求和使用要求，取各自最不利状态分别进行荷载效 应组合进行设计，最不利组合和对应的抗力限值如下：
(1) 按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承 载力确定桩数时，传至基础底面上的荷载效应采用正常使 用极限状态下荷载效应的标准组合，抗震设防时，应计入 地震效应组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单 桩承载力特征值。
(4) 在确定基础或桩台高度、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。
最新基础工程(第二版)第二章习题解答
习题【2-1】如图2-31所示地质土性和独立基础尺寸的资料，使用承载力公式计算持力层的承载力。
若地下水位稳定由0.7m下降1m，降至1.7m处，问承载力有何变化？图2-31 习题2-1图解：由图2－31可知：基底处取土的浮重度3/2.88.90.18'mkNwsat=-=-=γγγ基底以上土的加权平均重度3/0.133.16.02.8)6.03.1(2.17mkNm=⨯+-⨯＝γ由020=kϕ，查表2－6可得66.5,06.3,51.0===cdbMMM所以，持力层的承载力为kPacMdMbMfkcmdba9.64166.53.10.1306.38.12.851.0=⨯+⨯⨯+⨯⨯=++=γγ若地下水下降1m至1.7m，则基底以上土的重度为3/2.17mkNm＝γ基底处土的重度为3/0.18mkNm＝γ此时，持力层的承载力为kPacMdMbMfkcmdba0.86166.53.12.1706.38.10.1851.0=⨯+⨯⨯+⨯⨯=++=γγ【2-2】某砖墙承重房屋，采用素混凝土(C10)条形基础，基础顶面处砌体宽度0b =490mm ，传到设计地面的荷载F k =220kN/m ，地基土承载力特征值f ak =144kPa ，试确定条形基础的宽度b 。
(1)按地基承载力要求初步确定基础宽度假定基础埋深为d=1.2m ，不考虑地基承载力深度修正，即f a =f ak =144kPam d f F b G a k 83.12.120144220=⨯-=-≥γ，取b=1.9m 初步选定条形基础的宽度为1.9m 。
地基承载力验算：kPa f kPa b G F p a k k k 1448.1399.12.19.120220=<=⨯⨯+=+= 满足无筋扩展基础尚需对基础的宽高比进行验算（其具体验算方法详见第三章），最后还需进行基础剖面设计。
(2)按台阶宽高比要求验算基础的宽度初步选定基础的高度为H=300mm基础采用C10素混凝土砌筑，基础的平均压力为kPa p k 8.139= 查表3－2，得允许宽高比0.12==H b tg α，则m Htg b b 09.10.13.0249.020=⨯⨯⨯+=+≤α不满足要求m tg b b H 705.00.1249.09.120=⨯-=-≥α 取H=0.8mm Htg b b 09.20.18.0249.020=⨯⨯+=+≤α此时地面离基础顶面为 1.2-0.8=0.4m>0.1m ，满足要求。
基础工程(第二版)沉井
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式中：W为基底的截面模量。
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求得z0、tgω，代入式(5-3)和式(5-4)，进而求得
zx6AHhz(z0 z)
d
2
3dH
A
当有竖向荷载N及水平力H同时作用时，则基底边缘
处的压应力为
m ax m in
N A0
3AHd
式中A0——基础底面积。
离地面或最大冲刷线以下z深度处基础截面上的弯矩
地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。如 封底是在不排水情况下进行，则可用导管法浇注水下混凝 土，待混凝土达设计强度后，再抽干井孔中的水。
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三、水上沉井的施工
水上施工沉井有两种方法，如果水的流速不大，水 深在3或4m以内，可用水中筑岛的方法；如果水深较大， 筑岛法很不经济，且施工也困难，可改用浮运法施工， 沉井在岸边做成，利用在岸边铺成的滑道滑入水中，然 后用绳索引到设计墩位。
.
30Leabharlann 由朗金土压力理论可知 zxco4s(ztgc) 式中 为土的重度，和c分别为内摩擦角和粘聚力。
桥梁结构中，根据试验可知出现最大的横向抗力大 致在深度 z=h/3和z=h处h 3x，即12c4os3htgc
hx12c4oshtgc 式中hx/3 ——相应于z=h/3深度处的土横向抗力；
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➢ 教材：
《基础工程设计原理》(第二版)，袁聚云、李镜培、 楼晓明等编著，同济大学出版社，2007.12
材料力学、土力学、土质学等，特别是土力学，是 本课程的重要理论基础，必须先行学习并予以很好 掌握。
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5. 教学内容及学时分配
序号
教学内容
1 绪论 2 第一章 地基模型 3 第二章 浅基础设计的基本原理 4 第三章 浅基础结构设计 5 第四章 桩基础 6 第五章 沉井基础 7 第六章 支挡结构 8 第七章 地基处理 9 复习、考试
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常山倒塌事故
1997年7月12日上午9:30左右，常山县城南第51幢五层 半住宅楼中间偏东处上部出现裂缝，紧接着裂缝迅速扩大， 相互向中间倾倒，在数秒钟内全部倒塌，当时在楼内的39 人被压在废墟中。经全力抢救，3人生还，36人死亡。主 要原因是该楼房工程质量低劣，特别是基础砖质量低劣和 擅自改变设计，重要原因是基础砖墙长时间受积水浸泡(地 下室未回填，混合砂浆)。
➢ 地基基础形式多样化(尤其在地基处理技术中)：强 夯、深层搅拌桩、树根桩、复合桩基、锚杆、加筋 土等。
➢ 新型基础材料不断涌现：最初的砖、石到混凝土、 钢，以及到现在的水泥土、PHC桩、混凝土管桩、 土工织物合成类材料等。
由于基础工程的复杂性(地质条件，隐蔽工程)，目前 基础工程领域还有许多问题需要进一步研究和探讨。
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苏州虎丘塔建于宋太祖建隆二年 （公元961年），距今已有1000多年 历史。虎丘塔地基为粉质粘土，呈可 塑至软塑状态，西南薄，东北厚。塔 身落在人工块石填土层上，由于地基 的不均匀沉降。塔身向东北方向严重 倾斜，塔顶离中心线达 2.3m，塔倾斜 后，使东北部位应力集中，超过砖体 抗压强度而压裂。1956年, 苏州市政 府邀请古建筑专家采用铁箍灌浆办法， 加固修整；1981年开始，对该塔又进 行了历时6年全面的整修，加固地基、 补作基础、修缮塔体、复建塔座，终 于保住了这座古塔。但由于底层塔身 发生多条裂缝，成为危险建筑，一九 七五年开始，虎丘塔便已关闭，不再 允许游客进入。
总计
课堂讲学 学时
1 3 9 7 11 4 4 2
习题课 学时
2 2 2 1 1
小计
1 3 11 9 13 5 5 2 5 54
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4. 课程内容及教材
➢ 课程内容：
基础工程是土木工程专业的一门重要的技术基础课， 本课程主要学习和掌握有关基础工程的设计原理和 方法，其内容包括常用地基模型选择与参数确定、 浅基础的地基承载力计算和基础底面尺寸确定、地 基变形验算、浅基础结构设计与计算、桩基础设计 与计算、沉井基础设计与计算、支挡结构设计与计 算、地基处理方法等。
常山纠偏实例
5
6
0
-90
7
-70
8 D
-75 9#
10800
最-53 大倾斜率为-1395 .53‰
-214
4
3
2
48900
1
10# -169
A 1
北
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2. 基础工程的重要性
➢ 基础工程造价在整个工程造价中占有相当大的比例。对常 规钢筋砼结构和一般地质条件而言，采用条基或筏基的多层 建筑，其基础工程的费用约占建筑总费用的20％，有的甚至 高达30％。施工工期约占建筑总工期的20％~25％，一般的桩 基与之相近。对于高层建筑，其地基基础工程造价、设计要 求和施工难度会进一步提高。 ➢ 社会发展对基础工程提出越来越高的要求。随着建筑业的 发展和土地资源的有限性，应充分利用各种不良地基、少占 耕地、最大限度地提高土地利用率。
基础工程设计原理
同济大学地下建筑与工程系 袁聚云
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0. 绪论
1. 地基基础的定义 ➢ 地基: 承受建筑物荷载的地层。 • 天然地基:
当选定合适的基础形式后，若地基不加处理 就可以满足设计要求的，称为天然地基。 • 人工地基:
当地基强度不足或压缩性很大而不能满足设 计要求时，则需要对地基进行处理，经过人工 处理后的地基则称为人工地基。
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1. 地基基础的定义
➢ 基础:建筑物向地基传递荷载的下部结构 • 浅基础:
通常把埋置深度较浅，且施工简单的基础称 为浅基础。
• 深基础:
若浅层土质不良，须将基础埋置在较深的好 土层上，且需要借助于特殊施工方法的基础， 则称为深基础。
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2. 基础工程的重要性
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3. 基础工程的发展历史和现状
最近几十年来，由于土木工程建设的需要，特别是电 子计算机和计算理论的发展及其在土木工程中的应用， 使得基础工程，无论是设计理论，还是施工技术都得到 了迅速的发展，出现了许多新的基础形式。
➢ 深、大、复合型方向发展：超长桩、巨型钢筋混凝 土浮运沉井、大型盾构、顶管、地下连续墙等。
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比萨斜塔是比萨大教堂的钟楼， 8层圆柱形建筑，白色大理石砌成，塔 高54.5米。1370年完工时塔顶中心点已偏离垂直中心线2.1米，1990年1月 起斜塔全部关闭，塔身重心线已偏离10％。
经过11年的纠倾工作，2001年12月15日向游人重新开放，比萨斜塔被 扳“202正0/4”/4 0.44米，目前还倾斜4.5米，基本恢复到18世纪末的水平。 6
➢ 基础工程是隐蔽工程，影响因素很多，地基基础工程的勘 察、设计和施工质量，直接影响建筑物的安全。建筑物事故 的发生，很多与基础工程问题有关。一旦发生质量事故，补 救和处理往往很困难，甚至是不可能的，有些即使可以补救 ，其加固修复工程所需的费用也十分可观。
在建筑史上，许多建筑工程质量事故就是发生在地基基础 问题上。 ➢ 工程实例：比萨斜塔、虎丘塔、常山倒塌事故 。