同济大学基础工程(第二版)3习题解答PPT课件
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基础工程2-3
）。
(3) 地基承载力的深宽修正 由载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的 地基承载力特征值，当基础宽度大于3m或埋置深度大于 0.5m时，应按下式进行深度和宽度的修正：
f a = f ak + η bγ (b − 3) + η d γ m (d − 0.5)
式中 f a──修正后的地基承载力特征值； fak ──按现场载荷试验或其它原位测试、经验值等 方法确定的地基承载力特征值； 底下土的类别查表2-8； b──基础底面宽度(短边)，当基础宽度小于3m时按 3m计算,大于6m按6m取值； d──基础埋置的深度，一般自室外地面标高算起。
在一般情况下，基础底面尺寸事先并不知道，需根据工 程实践，在确定基础类型和埋置深度后，用持力层的承载力 来设计基础底面尺寸。 1. 在轴心荷载作用下，基础底面尺寸的确定 根据地基承载力校核公式（2-24），经过变换得： F A≥ f −γG ⋅d 对于条形基础，可沿基础长方向取单位长度1m进行计算. 2.在偏心荷载作用下，基础底面尺寸的确定 1）按轴心荷载作用条件，初步估算所需的基础底面积; 2）根据偏心距的大小，将基础的底面积增大（10~30）%， 并以适当的确定基础底面的长度 3）由调整后的基础底面尺寸计算基底最大压力和最小压 力，并使其满足承载力验算的要求。这一计算过程可能要经 过几次试算建筑物在施工期间和 使用期间的地基变形值，以便预留建筑物有关部分之间的 净空、考虑连接方法和施工顺序。 一般浅基础的建筑物在施工期间完成的沉降量: 1) 对于砂土最终沉降量已基本完成； 2) 对于低压缩粘性土完成最终沉降量的50%~80%； 3) 对于中压缩粘性土已完成20%~50%； 4) 对于高压缩粘性土已完成5%~20%。 5) 在软土地基上，埋深5m左右的高层建筑箱型基础 在结构竣工时已完成其最终沉降量的60%~70%。
(3) 地基承载力的深宽修正 由载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的 地基承载力特征值，当基础宽度大于3m或埋置深度大于 0.5m时，应按下式进行深度和宽度的修正：
f a = f ak + η bγ (b − 3) + η d γ m (d − 0.5)
式中 f a──修正后的地基承载力特征值； fak ──按现场载荷试验或其它原位测试、经验值等 方法确定的地基承载力特征值； 底下土的类别查表2-8； b──基础底面宽度(短边)，当基础宽度小于3m时按 3m计算,大于6m按6m取值； d──基础埋置的深度，一般自室外地面标高算起。
在一般情况下，基础底面尺寸事先并不知道，需根据工 程实践，在确定基础类型和埋置深度后，用持力层的承载力 来设计基础底面尺寸。 1. 在轴心荷载作用下，基础底面尺寸的确定 根据地基承载力校核公式（2-24），经过变换得： F A≥ f −γG ⋅d 对于条形基础，可沿基础长方向取单位长度1m进行计算. 2.在偏心荷载作用下，基础底面尺寸的确定 1）按轴心荷载作用条件，初步估算所需的基础底面积; 2）根据偏心距的大小，将基础的底面积增大（10~30）%， 并以适当的确定基础底面的长度 3）由调整后的基础底面尺寸计算基底最大压力和最小压 力，并使其满足承载力验算的要求。这一计算过程可能要经 过几次试算建筑物在施工期间和 使用期间的地基变形值，以便预留建筑物有关部分之间的 净空、考虑连接方法和施工顺序。 一般浅基础的建筑物在施工期间完成的沉降量: 1) 对于砂土最终沉降量已基本完成； 2) 对于低压缩粘性土完成最终沉降量的50%~80%； 3) 对于中压缩粘性土已完成20%~50%； 4) 对于高压缩粘性土已完成5%~20%。 5) 在软土地基上，埋深5m左右的高层建筑箱型基础 在结构竣工时已完成其最终沉降量的60%~70%。
同济大学基础工程课件1
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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， 称为深基础。
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2. 基础工程的重要性
基础工程是隐蔽工程。 建筑物事故很多与地基基础问题有关。 工程实例： 加拿大特朗斯康谷仓 意大利比萨斜塔 苏州虎丘塔 上海一幢在建13层楼整体倒塌
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• 5.
课堂教材及辅导教材
教材 《基础工程设计原理》(“十一五”国家级规划 教材)，袁聚云、楼晓明、姚笑青、熊巨华、李 镜培编著，人民交通出版社，2011.5 《土质学与土力学》(第四版)，袁聚云、钱建固、 张宏鸣、梁发云编著，人民交通出版社， 2009.2 (地基承载力教学时需要用) 辅导教材 《基础工程复习与习题全解》，袁聚云、汤永 净编，同济大学出版社，2005.2
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比萨斜塔 (Leaning Tower of Pisa)
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。始建于1173年，设计为垂直建造，但是在工程开始后不久便 由于地基不均匀和土层松软而倾斜， 1372 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“正”0.44米，目前还倾斜4.5米，基本恢复到18世纪末的水平。
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6.教学学时分配
序号 1 2 3 绪论 第一章 地基模型 第二章 浅基础地基计算 教学内容 课堂讲课 学 时 1 3 8 1 2 习题课 学 时 小计 1 4 10
基础工程,课件,础第一章,基础工程,绪论
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土 13 层，强度较低，变形较大。
虎丘塔
倾斜 概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成 于宋太祖建隆二年（公元961年）。全 塔7层，高47.5m，塔的平面呈八角形。
问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达2.31m，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。 原因：坐落于不均匀粉质粘土层上， 产生不均匀沉降。 处理：在塔四周建造一圈桩排式地下 连续墙并对塔周围与塔基进行 钻孔注浆和打设树根桩加固塔 14 身，获得成功。
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1、生产实践阶段
赵州桥－－ 隋炀帝 1400多年
长城 －－ 秦、明各代
应县木塔
辽 900多年
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2、理论基础阶段
工业革命 城市建设、水利工程、桥梁道路 土力学 工程地质学 强度理论、变形固结理论、渗流理论 土压力理论 边坡稳定分析法 施工技术、机具、测试等发展，……
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3、发展应用阶段-地基方面
地基处理方法发展—各种类型
1. 排水预压法：堆载预压、真空预压 2. 夯实法：重锤夯实法、强夯法 3. 加筋复合地基法：竖向、横向加筋 4. 振密法：水冲、其他人工震动 ………..
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3、发展应用阶段-基础与施工技术方面
基础设计方面 1. 补偿式基础 2. 桩筏基础 3. 桩箱基础 4. 巨型钢筋混凝土浮运沉井基础 …………… 基坑支护、滑坡治理方面 1. 盾构、顶管 2. 地下连续墙 3. 深层搅拌水泥土挡墙
设计—主观、客观相统一
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地基基础分类荷载和承载力计算
D
D
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二、基础工程发展概况
作为工程技术，基础工程是一项古老的工 艺。如前所述，只要建造建筑物，注定离不开 地基和基础，因此，作为一项工程技术，基础 工程的历史源远流长。但人们只能依赖于实践 经验的不断积累和能工巧匠的技艺更新来发展 这项技术，囿于当时生产力发展水平，基础工 程还未能提炼成为系统的科学理论。
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(第二版)2-1
无筋扩展基础又可分为墙下条形基础和柱下独立基础。
（a）墙下条形基础；（b）柱下独立基础 图2-1 无筋扩展基础分类（d为柱中纵向钢筋直径）
在桥梁基础中，通常采用如图2-2所示的刚性扩大基础。
图2-2 桥梁工程中常用的刚性扩大基础
二、钢筋混凝土扩展基础
）
当刚性基础的尺寸不能同时满足地基承载力和基础埋深的 要求时，则需则需采用钢筋混凝土扩展基础。钢筋混凝土扩展 基础具有较好的抗剪能力和抗弯能力，通常也称之为柔性基础 或有限刚度基础。
如果新建的建筑物与已有的相邻建筑物距离过近， 为保证原有建筑物的安全和正常使用，新建建筑物的基 础埋深不宜深于相邻原有建筑物的基础埋臵深度。 如果新建的建筑物荷载很大，而基础埋深又深于相 邻原有建筑物的基础埋深，解决的办法是： 设计时考虑与原有建筑物之间保持一定的距离，其 数值与荷载大小及土质条件有关，一般取相邻两基础底 面高差的1～2倍。如不能满足上述要求，则必须采取其 它可靠的加固和支护措施。
(1) 建筑物的用途和荷载性质
基础埋深的选择取决于: 建筑物的用途，有无地下室 、设备基础和地下设施，基础的类型和构造条件等。
• 如果有地下室，则基础埋臵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，基础埋臵深度还决定于 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 ，其埋臵深度还应考虑河床的冲刷深度。
（a）墙下条形基础；（b）柱下独立基础 图2-1 无筋扩展基础分类（d为柱中纵向钢筋直径）
在桥梁基础中，通常采用如图2-2所示的刚性扩大基础。
图2-2 桥梁工程中常用的刚性扩大基础
二、钢筋混凝土扩展基础
）
当刚性基础的尺寸不能同时满足地基承载力和基础埋深的 要求时，则需则需采用钢筋混凝土扩展基础。钢筋混凝土扩展 基础具有较好的抗剪能力和抗弯能力，通常也称之为柔性基础 或有限刚度基础。
如果新建的建筑物与已有的相邻建筑物距离过近， 为保证原有建筑物的安全和正常使用，新建建筑物的基 础埋深不宜深于相邻原有建筑物的基础埋臵深度。 如果新建的建筑物荷载很大，而基础埋深又深于相 邻原有建筑物的基础埋深，解决的办法是： 设计时考虑与原有建筑物之间保持一定的距离，其 数值与荷载大小及土质条件有关，一般取相邻两基础底 面高差的1～2倍。如不能满足上述要求，则必须采取其 它可靠的加固和支护措施。
(1) 建筑物的用途和荷载性质
基础埋深的选择取决于: 建筑物的用途，有无地下室 、设备基础和地下设施，基础的类型和构造条件等。
• 如果有地下室，则基础埋臵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，基础埋臵深度还决定于 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 ，其埋臵深度还应考虑河床的冲刷深度。
基础工程(同济大学第二版)4-3
EI
式中：α — 桩的变形系数，α＝ mb1 。
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式(4-36)为四阶线性变系数齐次常微分方程，可用幂 级数展开的方法，并结合桩底的边界条件求出桩挠曲微 分方程的解。 理论与实测成果表明，在水平荷载作用下，桩的变 形与受力主要发生在上部，当 α z≥4时，桩身的变形与内 力很小，可以略去不计，土中应力区和塑性区的主要范 围也在上部浅土层。因此，桩周土对桩的水平工作性状 影响最大的是地表土和浅层土，改善浅部土层的工程性 质可收到事半功倍的效果。 对于αh≥4的桩，桩底边界条件对桩的受力变形影响 很小，各种类型的桩，摩擦桩、端承桩可统一用以下公 式计算桩身在地面以下任一深度处内力及位移：
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σzx＝Cx z 式中 σzx—横向土抗力(kN/m2)； C —地基系数(kN/m3)，表示单位面积土在弹性限 度内产生单位变形时所需加的力； xz —深度z处桩的横向位移(m)。 （一）地基系数及其分布规律 大量的试验表明，地基系数C值不仅与土的类别及其性 质有关，而且也随着深度而变化。由于实测的客观条件和 分析方法不尽相同等原因，所采用的C值随深度的分布规律 也各有不同。常采用的地基系数分布规律如图所示的几种 形式，相应产生几种基桩内力和位移计算的方法，
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上述四种方法均为按文克勒假定的弹性地基梁法， 但各自假定的地基系数随深度分布规律不同，其计算结 果是有差异的。从实测资料分析表明，宜根据土质特性 来选择恰当的计算方法。目前应用较广的是“m”法。 按“m”法计算时，地基土的比例系数m值可根据试验 实测决定，无实测数据时可参考表4-9中的数值选用；对 于岩石地基系数C0 ，认为不随岩层面的埋藏深度而变， 可参考表4-10采用。 （二）单桩、单排桩与多排桩 单桩、 计算基桩内力先应根据作用在承台底面的外力N、H、 M，计算出作用在每根桩顶的荷载Pi、Qi、Mi值，然后才 能计算各桩在荷载作用下各截面的内力与位移。
式中：α — 桩的变形系数，α＝ mb1 。
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式(4-36)为四阶线性变系数齐次常微分方程，可用幂 级数展开的方法，并结合桩底的边界条件求出桩挠曲微 分方程的解。 理论与实测成果表明，在水平荷载作用下，桩的变 形与受力主要发生在上部，当 α z≥4时，桩身的变形与内 力很小，可以略去不计，土中应力区和塑性区的主要范 围也在上部浅土层。因此，桩周土对桩的水平工作性状 影响最大的是地表土和浅层土，改善浅部土层的工程性 质可收到事半功倍的效果。 对于αh≥4的桩，桩底边界条件对桩的受力变形影响 很小，各种类型的桩，摩擦桩、端承桩可统一用以下公 式计算桩身在地面以下任一深度处内力及位移：
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σzx＝Cx z 式中 σzx—横向土抗力(kN/m2)； C —地基系数(kN/m3)，表示单位面积土在弹性限 度内产生单位变形时所需加的力； xz —深度z处桩的横向位移(m)。 （一）地基系数及其分布规律 大量的试验表明，地基系数C值不仅与土的类别及其性 质有关，而且也随着深度而变化。由于实测的客观条件和 分析方法不尽相同等原因，所采用的C值随深度的分布规律 也各有不同。常采用的地基系数分布规律如图所示的几种 形式，相应产生几种基桩内力和位移计算的方法，
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上述四种方法均为按文克勒假定的弹性地基梁法， 但各自假定的地基系数随深度分布规律不同，其计算结 果是有差异的。从实测资料分析表明，宜根据土质特性 来选择恰当的计算方法。目前应用较广的是“m”法。 按“m”法计算时，地基土的比例系数m值可根据试验 实测决定，无实测数据时可参考表4-9中的数值选用；对 于岩石地基系数C0 ，认为不随岩层面的埋藏深度而变， 可参考表4-10采用。 （二）单桩、单排桩与多排桩 单桩、 计算基桩内力先应根据作用在承台底面的外力N、H、 M，计算出作用在每根桩顶的荷载Pi、Qi、Mi值，然后才 能计算各桩在荷载作用下各截面的内力与位移。
同济大学基础工程课件3
准永久组合S’k ：按正常使用极限状态计算时，对可 变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合。
基本组合S ：按承载能力极限状态计算时，永久作
用与可变作用的组合设计值。 S =1.35Sk
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二、地基基础设计的技术要求及原则
地基基础设计必须满足的三个基本要求是：
地基强度要求 地基变形要求 基础结构的强度、刚度及耐久性要求
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(2)承载能力极限状态或稳定极限状态
承载能力极限状态一般采用安全系数法进行验算:
p fu K
式中 p ──作用于地基上的平均总压力，kPa；
fu ──地基极限承载力，kPa；
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■ 我国《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011) 采用了地基承载力特征值的概念。 ■ 地基承载力特征值是指地基土压力-变形曲线(p-s 曲线)在线性变形范围内规定的变形所对应的压力值， 其最大值为比例界限值。 ■ 地基承载力特征值可由载荷试验或其它原位测试、 理论公式计算，并结合工程实践经验等方法综合确 定。
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3、荷载的设计值
荷载代表值与荷载分项系数的乘积称为荷载的设
计值。
4、荷载的组合
设计时为了保证结构的可靠性，需要确定同时作
用在结构上有几种荷载、每种荷载采用何种代表值，
这一工作称为荷载组合或荷载效应组合。
在地基基础设计中，一般有如下几种荷载组合：
标准组合Sk：按正常使用极限状态计算时，采用标 准值或组合值为荷载代表值的组合。
基础
地基
应力和变形
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天然地基上的浅基础
基础工程同济大学第二版3
5. 设计理论简介
常规设计法：一般工程中常用的设计方法； 共同作用设计方法：尚未推广至常规的工程设计中，但 是，是今后地基基础设计的发展方向。 2019/3/7 5
在目前工程设计中，通常把上部结构与地基基础分离 开来进行计算，视上部结构底端为固定支座或固定铰支 座，不考虑荷载作用下各墙柱端部的相对位移，并按此 进行内力分析，这种分析与设计方法称为常规设计法。 地基、基础和上部结构之间实际上是互相影响、互相 制约的，基础内力和地基变形除与基础刚度、地基土性 质有关外，还与上部结构的荷载和刚度有关。它们在荷 载作用下应满足变形协调条件，这种考虑上部结构与地 基基础相互影响并满足变形协调条件的设计方法称为共 同作用设计方法。 变形协调条件：原来互相连接或接触的部位，在各部 分荷载、位移和刚度的综合影响下，一般仍然保持连接或 接触，如墙柱底端的位移与该处基础的变位及地基表面的 沉降三者相一致。
3. 石灰三合土基础
4. 灰土基础
5. 混凝土和毛石混凝土基础
2019/3/7
混凝土基础一般用C15以上的素混凝土做成。
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三、无筋扩展基础的设计计算步骤
(1) 根据构造及建筑模数初步确定基础高度H。
混凝土基础的高度不宜小于 20cm ，一般为 30cm 。对 于石灰三合土基础和灰土基础，基础高度应为15cm的倍 数。砖基础的高度应符合砖的模数，标准砖的规格为 240×115×53 。在布置基础剖面时，大放脚的每皮宽度 b1和高度h1值见表3-1。
二、无筋扩展基础的构造要求
刚性基础应按其材料特点满足相应的构造要求。
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1. 砖基础
砖基础采用的砖强度等级应不低于 MU10 ，砂浆不低于 M5 ，在地下水位以下或地基土潮湿时应采用水泥砂浆砌筑。 基础底面以下一般先做100mm厚的混凝土垫层，混凝土强度等 级为C10。