1、第二章第二章 淺基礎設計的基本原理淺基礎設計的基本原理黑龍江大學黑龍江大學 建筑工程學院建筑工程學院主要內容主要內容2.1 概述概述2.2 淺基礎類型淺基礎類型2.3 基礎的埋置深度基礎的埋置深度2.4 地基承載力的確定及驗算地基承載力的確定及驗算2.5 基礎底面尺寸的確定基礎底面尺寸的確定2.6 地基的變形驗算地基的變形驗算2.7 地基基礎的穩定性驗算地基基礎的穩定性驗算2.8 減輕不均勻沉降危害的措施減輕不均勻沉降危害的措施 2.1 概概 述述合理選擇地基基礎方案合理選擇地基基礎方案地基基礎方案有：地基基礎方案有：天然地基或人工地基上的淺基礎；天然地基或人工地基上的淺基礎；深基礎；深基礎；

2、深淺結合的基礎深淺結合的基礎 淺基礎設計要考慮的問題淺基礎設計要考慮的問題基礎所用的材料及基礎的結構型式；基礎所用的材料及基礎的結構型式；基礎埋置深度；基礎埋置深度；地基土的承載力；地基土的承載力；基礎的形狀和布置，以及與相鄰基礎、地下構筑物和基礎的形狀和布置，以及與相鄰基礎、地下構筑物和地下管線的關系；地下管線的關系；5、上部結構的類型、使用要求及其對不均勻沉降的、上部結構的類型、使用要求及其對不均勻沉降的敏感性；敏感性；6、施工期限、施工方法及所需的施工設備等；、施工期限、施工方法及所需的施工設備等；7、在地震區，還應考慮地基和基礎的抗震要求、在地震區，還應考慮地基和基礎的抗震要求按結構型

3、式分：按結構型式分： 擴展基礎、聯合基礎、柱下條形基礎、柱下交叉擴展基礎、聯合基礎、柱下條形基礎、柱下交叉條形基礎、筏形基礎、箱形基礎和殼體基礎等。條形基礎、筏形基礎、箱形基礎和殼體基礎等。按材料性能分：按材料性能分： 無筋擴展基礎、擴展基礎、柱下鋼筋砼條形基礎無筋擴展基礎、擴展基礎、柱下鋼筋砼條形基礎2.2 淺基礎的類型淺基礎的類型 一、無筋擴展基礎一、無筋擴展基礎 由磚、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土由磚、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料組成的無需配置鋼筋的墻和三合土等材料組成的無需配置鋼筋的墻下條形基礎或柱下獨立基礎。下條形基礎或柱下獨立基礎。 材料抗壓好；抗拉強度材料抗壓好

4、；抗拉強度很低很低要求基礎臺階寬高比要求基礎臺階寬高比剛性角符合一定條剛性角符合一定條件件F bth0二、鋼筋混凝土擴展基礎擴展基礎） 墻下鋼筋砼條形基礎和柱下鋼筋砼獨立基礎 抗彎、抗剪性能好，要滿足抗彎、抗剪和抗沖切 等結構要求三、柱下條形基礎三、柱下條形基礎 調節不均勻沉降調節不均勻沉降優點：材料省、造價低優點：材料省、造價低缺點：缺點： 施工復雜、技術高、工期長施工復雜、技術高、工期長柱下交叉條形基礎柱下交叉條形基礎 四、筏形基礎四、筏形基礎 平板式板厚不小于平板式板厚不小于400mm，一般為，一般為0.52.5m五、箱形基礎五、箱形基礎整體空間結構整體空間結構 優點：優點： 抗彎剛度大

5、，抗彎剛度大， 補償效應補償效應缺點：缺點： 鋼筋水泥用量大，工期長，造價高，施工復雜鋼筋水泥用量大，工期長，造價高，施工復雜六、殼體基礎六、殼體基礎 優點：材料省、造價低優點：材料省、造價低缺點：缺點： 施工復雜、技術高、工期長施工復雜、技術高、工期長基礎埋置深度是指基礎底面至天然地面的距離基礎埋置深度是指基礎底面至天然地面的距離2.3 基礎的埋置深度基礎的埋置深度下臥層持力層受力層）持力層受力層）FG基礎埋深確定的基本原則基礎埋深確定的基本原則在滿足承載力的條件下盡量淺埋在滿足承載力的條件下盡量淺埋; ;省省工省時省料，工省時省料，但是有如下基本要求：但是有如下基本要求： 埋深不宜小于埋深

6、不宜小于0.5m,0.5m, 基礎頂面宜低于室外設計地面基礎頂面宜低于室外設計地面0.1m0.1m 橋墩基礎要求在沖刷深度以下橋墩基礎要求在沖刷深度以下D大于大于10cm一、建筑物的用途類型及荷載大小的性質一、建筑物的用途類型及荷載大小的性質1.首先考慮建筑物的使用功能，如必須設地下室、地首先考慮建筑物的使用功能，如必須設地下室、地下設施、屬于半埋式結構物等下設施、屬于半埋式結構物等2.高層建筑，為了滿足穩定性要求，基礎埋置深度應高層建筑，為了滿足穩定性要求，基礎埋置深度應加大：加大：筏形和箱型基礎，不小于建筑物高度的筏形和箱型基礎，不小于建筑物高度的1/15樁筏和樁箱基礎，不小于建筑物高樁筏

7、和樁箱基礎，不小于建筑物高1/181/203.對巖石地基上高層，滿足抗滑要求對巖石地基上高層，滿足抗滑要求4.受上拔力的基礎，滿足抗拔要求受上拔力的基礎，滿足抗拔要求5.高聳結構，滿足抗傾覆穩定性要求高聳結構，滿足抗傾覆穩定性要求二、工程地質和水文地質二、工程地質和水文地質（一水文地質條件（一水文地質條件 1. 基礎應盡量埋置在良好的持力層上。基礎應盡量埋置在良好的持力層上。 2. 當上層土的承載力低，而下層土的承載力當上層土的承載力低，而下層土的承載力高時，高時， 應將基礎埋置在下層較好的土層中。應將基礎埋置在下層較好的土層中。 3. 當地基受力范圍內存在軟弱下臥層時，軟當地基受力范圍內存在

8、軟弱下臥層時，軟弱下臥弱下臥 層的承載力和地基變形也應滿足要求。層的承載力和地基變形也應滿足要求。常見四種情況，確定基礎埋深：常見四種情況，確定基礎埋深：自上而下都是良好土層自上而下都是良好土層自上而下都是軟弱土層自上而下都是軟弱土層上部為軟弱土層，而下部為良好土層上部為軟弱土層，而下部為良好土層 取決于上部軟弱土層的厚度取決于上部軟弱土層的厚度上部為良好土層，而下部為軟弱土層上部為良好土層，而下部為軟弱土層 基礎盡量淺埋基礎盡量淺埋 （二水文地質條件（二水文地質條件 基礎應盡量埋置在地下水位以上基礎應盡量埋置在地下水位以上三、相鄰建筑物基礎埋深的影響三、相鄰建筑物基礎埋深的影響 四、地基土凍

9、脹和融陷的影響四、地基土凍脹和融陷的影響 凍脹：土凍結后體積增大的現象凍脹：土凍結后體積增大的現象 融陷：凍土融化后產生的沉陷融陷：凍土融化后產生的沉陷VVVVVmaxminhzddzezwzsdzz0五、補償基礎概念五、補償基礎概念在軟弱地基上建造采用淺基礎的高層建筑時，在軟弱地基上建造采用淺基礎的高層建筑時，常會遇到地基承載力或沉降不滿足要求的情常會遇到地基承載力或沉降不滿足要求的情況，常采用補償性基礎設計。況，常采用補償性基礎設計。 此時此時p0=0，建筑物的重力等于基坑挖去的總土重，建筑物的重力等于基坑挖去的總土重，即全補償性基礎；即全補償性基礎； 若若N/A大于大于0d，則稱部分補償

10、性基礎。，則稱部分補償性基礎。建筑物的沉降與建筑物基底附加壓力成正比建筑物的沉降與建筑物基底附加壓力成正比dANppc000ANd 2.4 地基承載力的確定及驗算地基承載力的確定及驗算 地基承載力概念地基承載力概念 地基承載力地基承載力指地基承受荷載的能力指地基承受荷載的能力 地基承載力特征值地基承載力特征值fa在保證地基穩定的條件下，在保證地基穩定的條件下，使建筑物的沉降量不超過允許值的地基承載力。使建筑物的沉降量不超過允許值的地基承載力。 fa取決于兩個條件：取決于兩個條件：要有一定的安全儲備，即要有一定的安全儲備，即fa=pu/K地基變形不應大于相應的允許值地基變形不應大于相應的允許值S

11、a 一、地基基礎設計等級一、地基基礎設計等級 1. 地基基礎設計等級地基基礎設計等級2. 地基基礎設計應符合下列規定：地基基礎設計應符合下列規定：二、巖土工程勘察的要求二、巖土工程勘察的要求巖土工程勘察報告應提供的資料；巖土工程勘察報告應提供的資料；地基評價；地基評價；施工驗槽。施工驗槽。三、荷載效應組合的規定三、荷載效應組合的規定 1.作用在基礎上的荷載作用在基礎上的荷載 (1)永久荷載：上部結構永久荷載：上部結構+基礎自重、固定設備土壓力、基礎自重、固定設備土壓力、 穩定水壓力穩定水壓力 可變荷載：普通荷載：活荷載、風荷載、雪、吊可變荷載：普通荷載：活荷載、風荷載、雪、吊車車 特殊荷載：地

12、震、船只或漂流物的撞特殊荷載：地震、船只或漂流物的撞擊力擊力 (2)荷載效應的代表值荷載效應的代表值 標準值標準值 準永久值準永久值=標準值標準值*q 組合值組合值=標準值標準值*c (3)荷載設計值：代表值荷載設計值：代表值*分項系數分項系數2. 荷載效應組合荷載效應組合 (1)荷載效應標準組合正常使用極限狀態）荷載效應標準組合正常使用極限狀態）荷載效應的準永久組合荷載效應的準永久組合 (2)荷載效應的基本組合承載力極限狀態）荷載效應的基本組合承載力極限狀態）QikcikQckQGKkSSSSS.221QikqikQqkQqGKkSSSSS.2211QikciQikQcQkQQGKGSSSS

13、S.22211四、地基基礎設計的技術要求四、地基基礎設計的技術要求1. 地基土抵抗剪切破壞和防止喪失穩定，應具有足地基土抵抗剪切破壞和防止喪失穩定，應具有足夠的安全度夠的安全度2. 基礎沉降量應小于地基的允許變形值基礎沉降量應小于地基的允許變形值3. 基礎結構應具有足夠的強度、剛度和耐久性。基礎結構應具有足夠的強度、剛度和耐久性。fp 五、地基基礎設計的三種表達式五、地基基礎設計的三種表達式1. 容許承載力法容許承載力法2. 安全系數法安全系數法3. 分項系數法分項系數法afp kfpu六、地基承載力的確定六、地基承載力的確定1. 理論公式法理論公式法2、載荷試驗法、載荷試驗法 載荷試驗包括淺

14、層平板載荷試驗、深層平板試驗載荷試驗包括淺層平板載荷試驗、深層平板試驗及螺旋板載荷試驗及螺旋板載荷試驗密實砂土、硬塑粘土等低壓縮性土密實砂土、硬塑粘土等低壓縮性土p-s曲線為陡降曲線為陡降型型 取取p1比例界限荷載且比例界限荷載且p1pu/2松砂、填土、可塑粘土等中、高壓縮性土松砂、填土、可塑粘土等中、高壓縮性土p-s曲線曲線為緩變型為緩變型 取沉降取沉降s=(0.010.015)b所對應的荷載所對應的荷載3、地基承載力的修正、地基承載力的修正 計算公式為： 七、地基承載力驗算七、地基承載力驗算1.1.軸心荷載作用時軸心荷載作用時afdAFAAdFAGFpGkGkkk（一持力層承載力驗算（一持

15、力層承載力驗算afp ykyxkxkkWMWMlbGFpminmaxblN=F+G2.2.偏心荷載作用時偏心荷載作用時afpkafpk2 . 1max)661minmaxlebelbGFpxykk（)6;622blWlbWyx以條形面積為例以條形面積為例b be eNeb/6: 三角形三角形偏心荷載時：偏心荷載時：max2()3KKkFGplaa=b/2-emaxmin61FGeMpeAbFG（二軟弱下臥層承載力驗算（二軟弱下臥層承載力驗算F pdz 軟土軟土Es1Es2zczazppf注意：注意： 下臥層承載力下臥層承載力 faz faz 只做深度修只做深度修正正 擴散角可查表擴散角可查表2

16、-142-14 基礎埋深加大附加應力近似為零補償性）基礎埋深加大附加應力近似為零補償性）式中：式中：pz 軟弱下臥層頂面處的附加應力值軟弱下臥層頂面處的附加應力值(kPa)；pcz軟弱下臥層頂面處土的自重應力標準值，軟弱下臥層頂面處土的自重應力標準值，pcz= (d+z)， 為軟弱下臥層以上各土層的為軟弱下臥層以上各土層的加權平均重度加權平均重度(kN/m3)，d為基礎埋深為基礎埋深(m)，z為基礎底面至軟弱下臥層頂面處的距離為基礎底面至軟弱下臥層頂面處的距離(m)；faz 軟弱下臥層頂面處經深度修正后的地基軟弱下臥層頂面處經深度修正后的地基承載力特征值。承載力特征值。zczazppf式中：式

17、中：l、b 分別為矩形基礎底面的長度和寬度；分別為矩形基礎底面的長度和寬度；pk 基底的平均壓力值；基底的平均壓力值；pc 基底處土的自重應力標準值，基底處土的自重應力標準值，pc= od， o為為 基底以上土的加權平均重度，基底以上土的加權平均重度，d 基礎的埋深基礎的埋深z 基底至軟弱下臥層頂面的距離；基底至軟弱下臥層頂面的距離； 基底壓力擴散角，可按表基底壓力擴散角，可按表2-14采用。采用。 “壓力擴散角概念：根據擴散前、后各面積壓力擴散角概念：根據擴散前、后各面積上的總壓力不變條件，得：上的總壓力不變條件，得：矩形：矩形：()(2 tan )(2 tan )kczlb ppplzbz

18、條基：條基：()2 tankczb pppbz關于關于 的簡化計算：的簡化計算：條件：321ssEEzpztgbppbpckz2)()2)(2()(ztglztgbpplbpckzazczzfppzpbazf墊層底面處的附加壓力值；墊層底面處的附加壓力值； 軟弱下臥層頂面處深度修正后的地基承載力特征值；矩形或條形基礎底邊寬度；矩形或條形基礎底邊寬度；czp墊層底面處的自重應力；墊層底面處的自重應力；cp基礎底面處的自重應力；基礎底面處的自重應力；z基礎底面至軟弱下臥層頂面的垂直距離；基礎底面至軟弱下臥層頂面的垂直距離；地基壓力擴散線與垂直線的夾角地基壓力擴散線與垂直線的夾角擴散角；擴散角；相應

19、于荷載效應標準組合時，基礎底面處相應于荷載效應標準組合時，基礎底面處 的平均壓力值的平均壓力值kp條形基礎條形基礎1. 墊層厚度的確定墊層厚度的確定 矩形基礎矩形基礎2. 墊層寬度的確定墊層寬度的確定ztgbb2應滿足基礎底面壓力擴散的要求，同時還應考慮到墊層應有應滿足基礎底面壓力擴散的要求，同時還應考慮到墊層應有足足夠的寬度及墊層側面土的強度條件，以防止墊層材料向側邊夠的寬度及墊層側面土的強度條件，以防止墊層材料向側邊擠擠出而增加墊層的豎向變形量出而增加墊層的豎向變形量3. 墊層承載力的確定墊層承載力的確定 取決于墊層材料性質、施工機具能量大小、施工質取決于墊層材料性質、施工機具能量大小、施

20、工質量的優劣量的優劣 通過現場載荷試驗確定通過現場載荷試驗確定4. 地基變形計算地基變形計算skkEzpps/ )2(1地基變形計算地基變形計算 s=s1+s2（1墊層自身的變形量墊層自身的變形量（2下臥土層的變形量下臥土層的變形量nisiiiiiEzzbps11102補充習題：補充習題：某磚混結構承重墻下條形基礎，寬某磚混結構承重墻下條形基礎，寬1.2m1.2m，埋深，埋深1m1m，上部結構作用于，上部結構作用于基礎頂面荷載為基礎頂面荷載為120kN/m120kN/m，地基土表層為粉質粘土，厚度，地基土表層為粉質粘土，厚度1m1m，重度，重度1117.5kN/m317.5kN/m3；第二層為

21、淤泥質粘土，厚度；第二層為淤泥質粘土，厚度15m15m，重度，重度2217.8 17.8 kN/m3kN/m3；第三層為密實砂礫石。地下水距地表層為；第三層為密實砂礫石。地下水距地表層為1m1m。地基承載力。地基承載力特征值特征值fak=45kPafak=45kPa。砂墊層厚度為。砂墊層厚度為1.7m1.7m，擴散角，擴散角=30o=30o，地基深度，地基深度修正系數修正系數d=1.0d=1.0。驗算砂墊層厚度是否滿足要求。（。驗算砂墊層厚度是否滿足要求。（1616分）分） 17.8 kN/m17.5 kN/m取取1m1m長度計算長度計算 地基承載力修正地基承載力修正 aakdmaffd0.5

22、45 1 (17.5 1 7.8 1.7)/2.72.70.570kP 基底附加應力：基底附加應力： 01a1201.2 1 20ppd17.5 1102.5kP1.2 下臥層頂面附加應力下臥層頂面附加應力 0zaop b102.5 1.2p38.9kPb2ztg1.22 1.7tg30 下臥層頂自重應力下臥層頂自重應力 czap17.5 117.8 101.730.76kP zczaapp69.6kPf故砂墊層厚度滿足要求。故砂墊層厚度滿足要求。 （3分）（3分）（4分）（3分）（3分）afAGFpkkGFdFk 作用在頂面的荷載標準值，作用在頂面的荷載標準值，kNGk基礎及臺階上填土總重，

23、基礎及臺階上填土總重，kNA 基底面積，基底面積，m2 G 平均重度，一般取平均重度，一般取 20 kN/m3d 基礎平均埋深，基礎平均埋深，mfa=fak+dm(d-0.5) 暫不做寬度修正，認為暫不做寬度修正，認為b3mb3maAfAdFGkdfFAGka一、軸心荷載作用下一、軸心荷載作用下2.5 基礎底面尺寸的確定基礎底面尺寸的確定單獨基礎單獨基礎GFddfFAGak條形基礎條形基礎dfFbGak1.1.按軸心荷載作用計算按軸心荷載作用計算A A2.2.將計算得到將計算得到 A A 或或 b b 擴大至擴大至 10%-30% 10%-30%3.3.驗算地基承載力，若不滿足繼續放大驗算地基

24、承載力，若不滿足繼續放大二、偏心荷載作用下二、偏心荷載作用下 不同類型建筑物根據結構類型、使用要求、不同類型建筑物根據結構類型、使用要求、荷載性質等需滿足不同的地基變形要求荷載性質等需滿足不同的地基變形要求沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜等沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜等2.6 地基變形驗算地基變形驗算注意：荷載應按正常使用極限狀態下荷載注意：荷載應按正常使用極限狀態下荷載效應的準永久組合，不應計入風荷載和地效應的準永久組合，不應計入風荷載和地震荷載震荷載 點的沉降差與點的沉降差與其距離的比值其距離的比值(d)(d)；三、地基沉降量計算方法三、地基沉降量計算方法1、彈性理論公式法土力學）、彈性理

25、論公式法土力學）基于布辛尼斯克課題的位移解：基于布辛尼斯克課題的位移解：bwpEvs0021地基均勻較方便，結果偏大。w沉降影響系數；E0 變形模量基本假定：基本假定：（1地基只有豎向壓縮變形，無側向變形；地基只有豎向壓縮變形，無側向變形；（2用基礎中點地基的附加應力計算變形。用基礎中點地基的附加應力計算變形。niisiiniiiiiniiHEpHeeess1112111（3確定計算深度與分層厚度確定計算深度與分層厚度0.4b或者或者 12m均適宜。均適宜。cz2 . 0基本假定：各向同性均質直線體理論計算基本假定：各向同性均質直線體理論計算地基附加應力，對于同一層采用單一指標，精地基附加應力

26、，對于同一層采用單一指標，精度高。度高。0111()nsiiiiisipsz az aE確定計算深度確定計算深度niinss1025. 0)ln4 . 05 . 2(bbzn課本課本P37令zzszsEAdzEdzs001zzzzdzpdzpdzA00000zpA0sEzps0zdzz00111()nssiiiiisipssz az aE4、考慮地基回彈的沉降計算、考慮地基回彈的沉降計算niiiiicicccazazEps111)(pc基坑底面以上的自重應力，地下水位以下取基坑底面以上的自重應力，地下水位以下取浮重度。浮重度。 回彈變形量回彈變形量如：基坑開挖等如：基坑開挖等niiiiisic

27、icccsaazazEpEpsss1110)(（工業建筑，按荷載施加階段來工業建筑，按荷載施加階段來進行觀測進行觀測（2施工后持續觀測，半年后沉降量小于施工后持續觀測，半年后沉降量小于2mm，停止觀測，停止觀測2.7 地基基礎的穩定性驗算地基基礎的穩定性驗算l 經常承受水平荷載作用的高層和高聳結構經常承受水平荷載作用的高層和高聳結構l 位于斜坡上的建筑物位于斜坡上的建筑物l 地基中存在傾斜或軟弱地層地基中存在傾斜或軟弱地層PhPv驗算穩定性的工程條件驗算穩定性的工程條件圓弧滑動面法圓弧滑動面法滑動穩定安全系數滑動穩定安全系數K2 . 1滑動力矩抗滑力矩K條形基礎：條形基礎：a3.5bd/tan矩形基礎：矩形基礎：a2.5bd/tan條件：條件：坡高坡高h8m，坡角坡角45o、a2.5m, b3m(1)(2)u采用樁基礎或其他深基礎，減少地基總沉降量采用樁基礎或其他深基礎