第六章 天然地基上浅基础设计

兰州交通大学博文学院教案 课题: 第七章 天然地基上浅基础设计 一、教学目的：了解地基基础的基本规定及浅基础的分类，使学生能进行握浅基础的设计。 二、教学重点：浅基础柔性基础的设计 三、教学难点：浅基础底面尺寸的设计和剖面尺寸的设计 柱下扩展基础剖面尺寸的确定。 四、教学时数： 8 学时。 五、习题： 兰州交通大学博文学院教案 第六章 天然地基上浅基础设计 一、概述 上部结构、地基与基础是建够一个结构应考虑的三个组成，它们既有各自的要求与内容，但又是相互联系、相互影响和共有工作的。地基与基础占有特殊重要的地位，这不仅是它对建筑物的安全使用。工程造价和工程施工有很大的影响，而且由于地基条件复杂、地基工程属于隐蔽工程，难以监测与维修，如果出现问题，后果是极为严重的。因此必须遵照设计原则与步骤，进行精心设计与施工。 1.地基基础方案的选择 （1）浅基础与深基础的区别 1）浅基础：埋深不大，一般通过普通的基坑开挖、敞坑排水的施工方法建造，施工条件和工艺简单，设计时只考虑基底以下土的承载力，不考虑基础侧面土的抗剪强度对地基承载力的影响，还忽略了基础侧面与土之间的摩擦阻力。 2）深基础：采用特殊的施工方法和施工机具，施工条件比较困难，工艺比较复杂。设计时要考虑侧壁与土的摩擦阻力对基础的有利作用。 （2）天然地基与人工地基的选择 首选天然地基，也可将地基改良，使用人工地基。 （3）施工方案的选择 根据上部结构条件和工程地质条件，综合考虑工期、施工条件、造价和节约资源等。首选方案为天然地基上的浅基础。 2.天然地基上浅基础设计的内容和一般步骤： （1）准备资料，包括场地地形图，地质勘察报告，建筑物的平面、立面、剖面，设备管道布置图以及使用要求，建筑材料供应情况，施工单位设备和技术量等。 （2）选择基础的结构类型和材料； （3）选择持力层，确定合适的基础埋置深度d； （4）确定地基承载力； （5）根据地基承载力，确定基础底面尺寸； （6）进行必要的变形和稳定性验算； （7）进行基础的结构和构造设计； （8）绘制基础施工图； （9）进行工程预算； （10）编制设计说明书。 兰州交通大学博文学院教案 3.地基基础设计的基本规定 （1）地基基础设计原则 1）承载能力极限状态 对应于结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载大变形。 2）正常使用极限状态 对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限制。 （2）建筑安全等级 根据地基损坏造成建筑物后果，危及人的生命，造成经济损失和社会影响的可能性的严重性，分为三个安全等级。一级、二级、三级。 （3）地基基础设计三原则： 1）在防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度； 2）应进行必要的地基变形计算； 3）满足对基础结构的强度、刚度和耐久性要求。 二、浅基础的类型 1.浅基础的结构类型 （1）独立基础：框架结构柱基、高炉、烟囱、水塔基础均为独立基础。 （2）条形基础：长宽比大于10的基础。 （3）十字交叉基础（双向条形基础） （4）筏板基础：适用于上部荷载大、地基软弱或地下防渗。 （5）箱型基础：适用于高层建筑。 （6）壳体基础：多用于孔型建筑物。 2.浅基础材料类型 （1）砖基础：必须用粘土砖或蒸压灰砂砖，稍湿地基标号不低于MU10，严寒地区饱和地基不低于MU20。砌筑时采用：“二皮一收”， “二一间隔收”，以达到刚性角的要求。 （2）石料基础:选用不易风化的硬岩石，厚度不宜小于150mm，基础用的石料标号不低于200~300号。 （3）灰土基础:常用三七灰土，分层夯实。 （4）混凝土基础:标号常用C10。 （5）钢筋混凝土基础:最低标号不低于C15。 兰州交通大学博文学院教案 3．浅基础受力类型 （1）刚性基础（无筋扩展基础） 由砖、毛石、素混凝土及灰土等材料修建的基础，称为无筋扩展基础，旧称刚性基础。 设计原则： 1）台阶内缘与刚性角相交； 2）符合抗剪强度。 图6.1 无筋扩展基础合理截面 （2）扩展基础 由钢筋混凝土材料建造的基础称为扩展基础，或柔性基础。 三、基础的埋置深度选择 基础埋深指的是从设计地面到基础底面的距离。 埋置深度，实质上是选择基础合适的持力层，即直接支承基础的土层。它直接关系到地基的可靠性，基础的稳定性、施工难易程度，和造价高低。 总的要求：在满足地基稳定和变形要求前提下，基础应尽量浅埋，但地表往往较松软，不宜做持力层，所以埋深不得小于0.5米，为避免基础遭受外界影响损坏，基础顶面至少低于设计地面0.1米。 基础埋深一般考虑下列几方面因素： 1.建筑物本身情况： （1）建筑物的用途，结构类型； （2）作用于地基上荷载性质和大小； 2.建筑物环境条件： （1）工程地质和水文地质条件； （2）相邻建筑物的影响； （3）地基土的冻胀与融陷影响。 四、地基承载力计算 1.设计原则

（1）总安全系数设计原则：将安全系数作为控制设计的标准:upfK,国外普遍采用，

我国某些规范也采用，经验不多。 兰州交通大学博文学院教案 （2）容许承载力设计原则：将满足强度和变形两个基本要求作为地基承载力控制设计的标准。[]pp,我国常用，经验丰富。 （3）概率极限状态设计原则：参数统计困难和资料不足，很大程度上凭经验。采用地基承载力特征值。 2.地基承载力特征值的确定 地基承载力特征值即为在发挥正常使用功能时所允许采用的抗力设计值，实质上就是地基容许承载力。可由荷载试验或其他原位测试、公式计算，并结合工程实践经验等方法总和确定。 （1） 荷载试验法 有直线段取临塑荷载处的值为界限荷载，对于 高压缩性土，没有直线段，此时取沉降量为 （0.01~0.015）倍宽度的沉降量对应的荷载为界限荷载。故取值时应符合下列规定： 1）有比例界限，取比例界限对应的荷载； 图6.2 荷载试验p-s曲线 2）极限荷载小于界限荷载的2倍时，取极限荷载的一半； 3）不满足上述要求时，取/0.01~0.015sb对应的荷载，其值不应大于加载量的一半。 （2） 理论公式法 1）抗剪强度指标计算

对于偏心距0.033eb时，地基承载力特征值按下式计算：

abdmckfMbMdMc （6.1） 式中bM，dM，cM—承载力系数，通过查表确定； b—基础底面宽度，大于6米时按6米取值，对于砂土不足于3米时按3米取值；

kc—基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值。

2）临塑荷载计算 crdca

pNdNcfKK

3）临界荷载计算

 中心荷载：1144dca

pNbNdNcfKK

 兰州交通大学博文学院教案  偏心荷载：1133dca

pNbNdNcfKK



（3） 当地经验参数法 设计等级为丙级或不太重要的轻型建筑物可根据临近建筑物的经验确定。 （4） 按规范表格确定 设计规范中查表也可确定地基承载力，新规范已不存在，但允许各地区自建表格。 （5）地基承载力特征值宽深修正 基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从荷载试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力的特征值，应按下式修正： (3)(0.5)aakbdmffbd （6.2） 式中af—修正后的地基承载力特征值； akf—地基承载力特征值；

b，d—宽度和埋深的承载力修正系数，通过查表确定；

b—基础底面宽度，大于6米时按6米取值，不足于3米时按3米取值；

3.基底压力符合的条件 （1）中心荷载时：

apf （6.3） （2）偏心荷载时：

max1.2apf （6.4） 五、基础底面尺寸设计 1.中心荷载作用 （1）基础底面积 取基础底面处诸力平衡:

()aaGGNpffNfAGfAdAfdAA

所以：

aGNAfd

 （6.5）

1）独立基础：通常取正方形，即2Ab；当地形限制无法取正方形时长宽比和应力系数表相对应以便于求附加应力和沉降； 2）条形基础：按平面线荷载计算，取单位长度，此时Ab。 兰州交通大学博文学院教案 （2）计算步骤 1）先假定基础宽度，一般初步取3bm，不用进行宽度修正； 2）求宽度修正后的地基承载力特征值af； 3）按下式计算宽度： 矩形基础：aGNbfd

条形基础：aGNbfd 4）比较假设值与实际计算值，若不符合，新宽度代替旧宽度，重复2）~4）步骤，直到满足条件。 注：求出宽度后，考虑支模等因素，适当改正宽度值。 2.偏心荷载作用 （1）受到偏心荷载时需要满足以下条件：

apf

max1.2apf minmax

6(1)NGMNGepAWAl

其中，MeNG 此时，min0p 当偏心过大时，/6el，max2(),/23FGpaleba

（2）计算步骤： 1）先按中心荷载作用下的公式计算基底面积1A； 2）考虑偏心的影响，根据偏心距大小将面积增大 图6.3 基底应力验算 10%~40%，即1(1.1~1.4)AA；

3)计算偏心荷载作用下的基底压力，使得maxmin1()2appf， max1.2apf，若不符合

条件，继续改变面积，直到合格。 六、软弱下卧层的验算 当基底满足条件时，基底下所有土层都应该满足强度条件，若地基持力层下部存在软弱土层时，应进行软弱下卧层强度验算，须满足下式：