第九章天然地基上的浅基础设计
天然地基上的浅基础
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天然地基：建筑物荷载不大或地基土强度较高时，天然土层不
需要经过特殊处 理就可承受建筑物荷重的地基。
天然地基上的浅基础：天然地基上，基础埋置深度小于5m的
一般基础(柱基或墙基)以及埋置深度超过5m，但小于基础宽度的 大尺寸的基础(如箱形基础)。
组合．不计入风荷载和地震荷载，且荷载用标准值；[s] — 建筑物地
基的变形容许值。
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从表面来看，地基的极限状态设计与结构物的极限状态设计完全 相同。旨先满足承载力极限状态，保证地基的稳定，其次满足正常 使用极限状态，符合变形的要求。
但从已有大量地基事故分析表明，绝大多数事故是由于地基变形 过大和不均匀沉降所造成的。根据地基载荷试验和地基承载力理论 可知，随着荷载的增加，地基先产生压密变形，再产生局部剪切破 坏，最后产生整体剪切破坏。而且代表压密变形阶段的界限压力， 即临塑荷载pcr远小于整体剪切破坏的极限荷载pu。这就是说地基在 充分发挥其承载力以前，通常都产生较大的变形，影响建筑物的正 常使用，即地基设计实质上是受变形所控制。
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承载力特征值的含义与材料强度计算值的内涵完全不一样。首先，地基土 体的承载能力f 值不是土的强度，其值不仅与土的性质有关，而且与荷载的 分布范围以及作用的深度等因素有关；其次，f 值在很大程度上仍然是反映 建筑物对变形的限制。如上所述，地基发生失稳破坏的情况极为少见。变形 验算的实质是控制地基内不要出现过大的塑性区，以免变形迅速发展，导致 地基失稳。由此可见，地基的极限状态分析实际上是以验算变形为核心的分 析。这点与结构的极限分析有所不同。
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荷载取值规定
• 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。
天然地基上浅基础的设计例题(zhang)
天然地基上浅基础的设计例题一、地基承载力计算【例题3-1】某粘土地基上的基础尺寸及埋深如例图3-1所示，试按强.7=035+=+⨯20+061675.kPa.15112.3.35二、地基承载力验算（基底尺寸确定）【例题3-2】试确定例图3-2所示某框架柱下基础底面积尺寸。
212~5.90.22075.2241600)4.1~1.1()4.1~1.1(75.22475.24200)5.02(5.160.1200)5.0(mdf F A kPa d f f G a k m d ak a =⨯-⨯=-==+=-⨯⨯+=-+=γγη由于力矩较大，底面尺寸可取大些，取b=3.0m ，l =4.0m 。
（2）计算基底压力kPaWM P P kPad blF P kk k G k k 8.358.3106/4321208603.1733.1732204316002minmax =⨯⨯+±=±==⨯+⨯=+=γ（3）验算持力层承载力不满足KPaKPa f KPa P KPaf KPa P a k a k 8.2698.2242.12.18.3108.2243.173max =⨯=>==<=（4）重新调整基底尺寸，再验算，取=l 4.5mkPaf kPa P P kPa f KPa P a k k a k 2.2692.11.2676.1085.1586/5.4321208608.2245.1582205.4316002max =<=+=⨯⨯++==<=⨯+⨯=则所以 取b=3.0m ，l =4.5m ，满足要求。
对带壁柱的条形基础底面尺寸的确定，取壁柱间距离l 作为计算单元长度（图3-16）。
通常壁柱基础宽度和条形基础宽度一样，均为b ；壁柱基【例题3-3】 某仓库带壁柱的墙基础底面尺寸如例图3-3所示，作用于基底形心处的总竖向荷载kNG F k k 420=+，总力矩mkN M k⋅=30，持力层土修正后的承载力特征值kPaf a120=，试复核承载力是否满足要求。
基础工程-浅基础设计
中心荷载作用下基底面积为：
A Fk fa G d
（矩形）
b
Fk fa G d
（条形）
p k —相应于荷载效应标准组合时，基础底
面处的平均压力值；
fa—修正后的地基承载力特征值。
Fk—相应于荷载效应标准组合时，上部结构传 至基础顶面的竖向力值； Gk—基础自重和基础上的土重； A—基础底面面积。 b—条形基础底面宽度。
基底面做成台阶形，台阶的高宽比为1∶2。
3 水文地质条件 基础尽量置于地下水位之上； 基底面低于地下水位：注意渗透破坏、
施工排水及对基础的腐蚀；
基底面下有承压水位：控制基坑开挖深 度； 基底面应低于冲刷线一定深度。
4 场地环境条件
位于坡高H≤8m，坡角β≤45°稳定边坡之
上的拟建工程，当b≤3m，a≥2.5m时，基础埋深
《建筑地基基础设计规范》（GB50007—
2002）将地基基础分为三个设计等级：
表：地基基础设计等级 建筑与地基类型
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(地下车库、商场、运动场等)； 对地基变形有特殊要求的建筑物； 甲级 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。
冻胀丘
冻土地区基础的最小埋深为：
dmin ＝ zd – hmax
hmax—基底下允许残留冻土层的最大厚度。 Zd—设计冻深；
9. 4
基础底面尺寸的计算
一、地基持力层承载力确定（见第八章） 二、基础底面尺寸的初步确定 承载力特征值的计算 假定基础底面宽度b≤3m，只按基础埋置 深度对地基承载力进行修正。按修正后的承 载力初步确定基础底面尺寸。
工程地质知识：天然地基上的浅基础设计步骤.doc
工程地质知识：天然地基上的浅基础设计步骤
（1）选择基础的材料、类型和平面布置。
（2）选择基础的埋置深度。
（3）确定地基承载力设计值。
（4）确定基础的底面积和底面尺寸。
（5）必要时进行地基变形验算。
（6）基础结构设计（包括内力计算、基础高度确定、基础配筋计算和构造要求等）。
（7）基础施工图绘制（包括施工说明）。
上述设计步骤是相互关联的，通常可按顺序逐项进行。
当后面的计算出现不能满足设计要求的情况（包括构造要求）时，应返回前面（1）、（2）步骤，重新作出选择后再进行设计计算，直至完全满足规范要求为止。
天然地基上的浅基础设计(土力学与地基基础教案)
天然地基上的浅基础设计一、教学目标：1. 让学生了解天然地基的性质和特点；2. 使学生掌握浅基础的设计原理和方法；3. 培养学生分析和解决实际工程问题的能力。
二、教学内容：1. 天然地基的概念及其分类；2. 天然地基的性质及影响因素；3. 浅基础的设计原理；4. 浅基础的设计方法；5. 设计实例分析。
三、教学重点与难点：1. 教学重点：天然地基的性质，浅基础的设计原理和方法。
2. 教学难点：天然地基的性质及其对基础设计的影响，浅基础设计的实际应用。
四、教学方法：1. 讲授法：讲解天然地基的概念、性质及分类，浅基础的设计原理和方法。
2. 案例分析法：分析设计实例，让学生更好地理解浅基础设计的过程和技巧。
3. 互动教学法：引导学生参与课堂讨论，提高学生的思考和分析能力。
五、教学准备：1. 教材：天然地基与浅基础设计相关教材；2. 课件：天然地基的性质、浅基础设计原理和方法的图片和动画；3. 设计案例：挑选具有代表性的设计案例供学生分析。
【导入】简要介绍天然地基的概念和重要性，引导学生关注天然地基对建筑基础的影响。
【新课内容】1. 天然地基的性质及影响因素讲解天然地基的分类，分析不同类型地基的性质及影响因素，如土层的分布、密度、含水率等。
2. 浅基础的设计原理介绍浅基础的设计原理，如静承载力、稳定性和沉降控制等，解释基础底面积、埋深和材料选择等设计参数的确定方法。
3. 浅基础的设计方法讲解浅基础的设计方法，包括初步设计、详细设计和施工图设计等阶段，介绍设计过程中应注意的问题，如地基处理、防水隔离等。
【案例分析】分析一个具有代表性的设计案例，让学生了解天然地基对基础设计的影响，以及如何根据地基条件进行合理的设计。
【课堂小结】总结本节课的主要内容，强调天然地基性质对浅基础设计的影响，以及设计过程中应注意的问题。
【作业布置】1. 复习本节课的内容，整理学习笔记；六、教学评估与反馈：1. 课堂问答：通过提问了解学生对天然地基性质和浅基础设计原理的掌握情况；2. 案例分析报告：评估学生对设计案例分析的能力，检查学生能否运用所学知识解决实际问题；3. 作业批改：检查学生对课堂内容的复习和理解，以及对设计案例的分析和处理能力。
天然地基上浅基础的设计
天然地基上浅基础的设计
对于竖向荷载大、地震力和风力等水平荷载作用 也大旳高层建筑以及其他承受水平荷载作用旳挡土 墙、厂房柱基、烟囱、水塔等构筑物旳基础，则应 加大埋深，以增强土层对基础旳嵌固作用，确保构 筑物旳稳定性。假如基础位于岩石地基之上，基础 埋深则需满足抗滑要求。
天然地基上浅基础的设计
合力偏心矩：
e M 105 67 2.3 F G 1050 3 3.5 2.3 20
天然地基上浅基础的设计 地下室，地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便 于维修 新旧相邻建筑物有一定距离 L/ H=1~2， 不然要求支护，而且要严格限制支护旳水平位移
H L
天然地基上浅基础的设计
2、工程地质和水文地质条件
基础底面应尽量埋于地下水位以上，以防止地下水对基坑 施工旳影响，如必须埋在地下水位下列时，则应采用相应措 施（如基坑排水、坑壁围护等），以确保地基土施工时不受 扰动。地下水对基础材料旳侵蚀作用及防护措施也应充分考 虑。
天然地基上浅基础的设计 基础尺寸旳拟定
初步选择基底尺寸
求地基承载力特征值
验算持力层地基承载力
满足
不满足 重新调整尺寸
验算下卧层地基承载力
满足
不满足 重新调整尺寸
END
天然地基上浅基础的设计
例：某柱下素混凝土基础，作用在设计地面处旳柱荷载设计值、
埋深及地基条件如图所示，柱底荷载原则值为，F 1050kN,
Dmin ＝ z0 t– dfr
z0 原则冻深； dfr 残留冻土层厚度
t 冻深影响系数
浅基础设计
fak f f0
f
1 ( 2.884 7.918 )
n
n2
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三、按提供的承载力表格确定
2．修正后的承载力特征值fa（b＞3m,d＞0.5m)
fa fak b (b 3) d m(d 0.5)
式中 fa—修正后的地基承载力特征值；
fak—地基承载力特征值；
6
7
刚性角要求： b' tan
h
8
一、按基础刚度分类
2. 柔性基础（钢筋混凝土基础）
1）指用抗拉、抗压、抗弯、 抗剪均较好的钢筋混凝土材 料做基础（不受刚性角的限 制）。
2）用于地基承载力较差、 上部荷载较大、设有地下室 且基础埋深较大一）独立基础
柱下独立基础
2．偏心荷载作用下的基础
pk fa
pk
max
1.2
fa
其中：
pk max
Fk Gk A
Mk W
pk min
Fk
Gk A
Mk W
pk
pk max pk min A
31
Ｆk
Vk
Mk
Gk
Pkmin
Pkmax
试验步骤
（1）先按轴心荷载作用公式计算基础底面积A0 （2）考虑偏心影响，加大A0，A=（1.1~1.4）A0。对
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362.92kPa
§9.4 基础底面尺寸的确定
天然地基上浅基础的设计，包括下述各项内容： 1.选择基础的材料、类型和平面布置； 2.选择地基持力层和基础的埋置深度； 3.确定地基承载力； 4.确定基础尺寸； 5.进行地基变形与稳定性验算； 6.进行基础结构设计； 7.绘制基础施工图，提出施工说明。
天然地基上的浅基础
2c q = − � Kγ tan( 45 − ϕ / 2 ) γ
C——坑壁土的粘聚力；γ——土的重度； q——基坑顶护道上的均布荷载；
ϕ ——坑壁土的内摩擦角；
K——安全系数，可采用1.25。
无围护基坑
基坑施工的注意事项
观察坑壁边缘 有无裂缝 设护道 静载距坑边缘 0.5m 动载距坑边缘 1.0m
基础的定位放样 • 目的——将设计图上的墩台基础位置，用适当的测量方法 测定到地面上，进行施工放样； • 定位测量方法： 直接丈量法 三角网交会法
g C C’ B B’ f e d b c a A’ A
基础横中线
h D’
≥1m
D
A、B、C、D 为基坑顶部四角的边桩； A’、B’、C’、D’ 为基坑底部四角的边桩； a、b、c、d、e、f、g、h 为基底边角。
桥位中线
旱地浅基础施工 • 基开挖及坑壁围护 ☯ 无围护基坑 � 适用条件 基坑较浅； 地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定。 � 开挖方式 直立开挖——适宜在岩石地基或基坑较浅又无地下水 的硬粘土； 斜坡开挖——一般土质条件。
� 稳定边坡 基坑深度5m以内，施工期较短，基坑底在地下水位以 上，土的湿度正常（接近最佳含水量），土层构造均匀， 基坑开挖坡度可参照p.27表2-7取用。 硬粘性土可采用自立坑壁，最大高度可按下式估算：
设截水沟
坑底30cm 人工开挖
观察坑壁边缘 有无松散塌落
☯ 有围护基坑 � 适用条件 基坑边坡不易稳定，并有地下水影响； 敞坡开挖工程量过大； 有邻近建筑物，敞坡开挖有限制。 � 常用支护形式 �板桩墙——在基坑开挖前先垂直打入土中至坑底以下一 定深度，然后边挖边设支撑，开挖基坑过程中始终是在板 桩支护下进行。
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四、基础设计方法
（一）合理设计法：
土的冻胀性分类
土类，含水量，地下水位
Z0标准冻深－多年实测最大冻结深度的平 均值, 夏季地面开始往下算。
北京 1.0m，哈尔滨 2.0m，满洲里 2.5m
(4) 考虑冻胀的基础埋深
dmin ＝ z0 t– dfr
Z0 标准冻深；dfr残留冻土层厚度
Ψt：采暖对冻深的影响系数 室内地面
Z0 Z0t
dmin
§9.1 浅基础的分类
D
D
浅基础 埋深小于5m，或者埋深大于
5m，但是小于基础宽度。两侧（四周）
的摩阻力忽略不计。所以不是简单的
深浅概念。
桩基础
天然地基 是不经过对地基土的处理
人工地基 经过地基处理
地基与基础
F 基础
地基
G
D
埋深D q = D 均布荷载
主
持力层（受力层） 要
下卧层
受 力
层
主要受力层
大于10cm
D
二、确定基础埋深应考虑的因素
1 工程地质条件
F
(1)地下室，地下管道
（上下水，煤气电缆）
应在基底以上，便于
维修，并防止基础沉
降压坏管道。
(2)新旧相邻建筑物有 一定距离 否则要求支护 并且要严格限制支护 的水平位移
L/ H=1~2
H L
台北国际金融中心
(3)基础埋深不同时
a. 主楼与裙房 高度不同,分期施工设置后浇带
对经常承受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构（烟囱等）以及 建造在斜坡上的建筑物应验算其稳定性；（承载能力极限状态）
§9.2 基础埋深的选择
F G D 埋深
持力层（受力层）
下卧层
基础埋置深度：指基础底面至设计地面的距离；
一、基础埋深确定的基本原则
在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省 料，但是有如下基本要求： 1. D大于50cm,表土扰动，植物，冻融，冲蚀 2. 基础顶距离表土大于10cm,避免基础外露 3. 桥要求在冲刷深度以下 还有三项控制因素
（研究阶段）考虑地基、基础、上部结构共同工作；
（二）常规设计法
在工程设计中，通常把上部结构、基础和地基三者分离， 分别对三者进行计算：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； 而对基础与地基，则假定地基反力与基底压力呈直线分布，分别 计算基础的内力与地基的沉降；对于良好均匀地基上刚度大的基 础和墙柱布置均匀、作用荷载对称且大小接近的上部结构是可行 的；
b. 台阶式相连, 如山坡上的房屋 或者验算边坡稳定性
b. 台阶式相连, 如山坡上的房屋或者验算边 坡稳定性
建造在土坡坡顶的基础基础埋深应满足：
当 a≥2.5，b≤3m时
d (b a) tan
3.5 条形基础
2.5
矩形或圆形基础
2、地基及地质水文条件
(1)地下水位以上,否则开挖降水,费用 大扰动
此时，坑底隔水层的重力应大于其下面承压水的
压力即：
h whw
设土的重度为20
kN / m2, 则
1 h 2 hw
3、冻结深度
冻胀危害及机理 冻胀及冻拔 地面隆起(不均匀) 翻浆,融陷,强度降低
如果冻结深度大于融沉，称 为永冻土
（四） 冻结深度
冻胀丘Pingo
随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时，地 表就发生隆起，便形成冻胀丘。
条形基础3b 独立基础1.5b 且5m（二层以下民用建筑除外）
一、按基础材料分类
1、砖基础
2、毛石基础
3、灰土基础 4、三合土基础 5、混凝土基础
砖基础 （下铺垫层）
6、钢筋混凝土基础
混凝土或毛石 混凝土基础
毛石基础 （下铺垫层）
灰土或三 合土基础
二、 按基础的结构形式分类
1 单独基础: 柱下或墙下,土质较好
(2) 土层分布情况 a.浅基础还是深基础(桩基础) b. 天然还是人工地基 c. 如果是天然地基,基础埋深的确定
根据土层分布
I
好土
在满足其 他要求下 尽量浅埋
II
软土
(很深)
III
h1 好土
软土
IV
h1 软土 好土
只有低层 房屋可用, 否则处理
尽量浅埋 但是如h1 太小就为
II
h1< 2m 基底 在好土
2 条型基础
墙下或柱下条形基础, 柱下：一般是土质差, 两侧单独基础相连
3 十字交叉基础 柱下:土质更差,或荷载很大,四面基础相连
横向条形基础
纵向条形基础
4 片筏基础 土质更差,单独基础联成整体,游泳馆,筏下有肋,
板下处理
Mat foundation
5 箱形基础 有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好
五、对地基计算的要求
1、承载力计算：
荷载：基本组合
n
S GCGGk Q1CQ1Q1k C Qi QiQiQik i2
设计值
恒载=分项系数×标准值 活载=分项系数×组合系数×标准值
2、变形计算：
一级建筑物及表6-17所列范围以外的二级建筑物应进行变 形计算；（正常使用极限状态）
3、稳定性验算：
内
墙
外
墙
底板
6 壳体基础
按基础刚度分
无筋扩展基础(刚性基础) 扩展基础(柔性基础)
砖、石、灰土，素混凝土 钢筋混凝土
材料抗拉强度很低
要满足抗弯,抗剪和
有基础台阶宽高比(刚性角)
要求
F tg bt
抗冲切等结构要求
F
h0
1.1 1.5
h0
与材料和b0btFra bibliotek荷载有关
三、浅基础（d 5m）设计的内容
(2) 发生冻胀的条件
a. 土的条件 一般是细颗粒土。 砂土的毛细高度小，发生冰冻时体积膨胀， 孔隙水排走，骨架不变。太细的土，水分供应 不及时，冻胀也不明显。 b. 温度条件 低于冻结温度 c. 水力条件 含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重
(3) 按冻胀的地基土分类 老规范
不冻胀，弱冻胀，冻胀，强冻胀
h高1=楼2m好~土4m,低 楼软土
h1>4 m 桩基 或处理
(3)具有侵蚀性的地下水，应采用抗侵蚀的水泥品种 和相应的措施；
如：地下水对混凝土结构具有中等腐蚀时，应对基础采用 二级防护措施，铝酸三钙含量小于5%，保护层厚度50mm
(4)当持力层为隔水层而其下方存在承压水时，为 避免开挖基坑时隔水层被承压水冲破，坑底隔水 层应有一定的厚度，即控制基坑开挖深度；