1、第三章天然地基上淺基礎設計天然地基上的淺基礎地 基：直接承托建筑物的場地土層。天然地基：不加處理直接用作建筑物地基的天然土層。人工地基：經過地基處理后才滿足建筑物地基要求的土層。基 礎：建筑物在地面以下的結構部分。持 力 層：直接與基礎底面接觸的土層。下 臥 層：持力層以下的其它土層。淺 基 礎：天然地基上，基礎埋置深度小于5m的一般基礎 (柱基或墻基)以及埋置深度超過5m，但小于基礎寬度的大尺寸的基礎(如箱形基礎)。 三 淺基礎設計天然地基上的淺基礎設計Shallow foundation on natural groundGB50007-20193.1 地基基礎分類、荷載計算3.2 地基設

2、計承載力計算3.3 剛性基礎設計3.4 擴展基礎設計3.5 減輕建筑物不均勻沉降危害的措施三 淺基礎設計地基基礎設計計算應滿足1 防止地基剪切破壞和喪失穩定性，應具有足夠的安全度；2 控制地基的特征變形量，不超過建筑物的地基特征變形允許值，以免引起基礎和上部結構的損壞，或影響建筑物的使用功能和外觀；3應滿足對基礎結構的強度、剛度和耐久性的要求。三 淺基礎設計3.1.1 地基基礎的設計內容1 選擇基礎材料、類型，確定平面布置；2 選擇基礎埋深，即確定地基持力層；3 確定地基承載力；4 根據地基承載力，確定基底面面積（基礎尺寸），即地基承載力驗算；5 地基驗算（變形和穩定性）；6 確定基礎尺寸（基

3、礎的沖切驗算）；7 基礎的結構設計；8 繪制基礎施工圖；3.1 地基基礎分類與荷載計算三 淺基礎設計淺基礎設計步驟No結構、地質和環境資料基礎結構類型、建筑材料地基承載力、荷載和基礎初步尺寸基礎的結構和構造設計基礎設計圖、施工圖、預算書確定持力層、基礎埋深 驗算承載力、變形和穩定三 淺基礎設計地基基礎的設計等級 設計等級建筑和地基類型甲 級重要的工業與民用建筑30層以上的高層建筑休型復雜，層數相差超過10層的高低層連成一體建筑物大面積的多層地下建筑物（如地下車庫、商場、運動場等）對地基變形有特殊要求的建筑物復雜地質條件下的坡上建筑物（包括高邊坡）對原有工程影響較大的新建建筑物場地和地基條件復雜

4、的一般建筑物位于復雜地質條件及軟土地區的二層及二層以上地下室的基坑工程乙 級除甲級、丙級以外的工業與民用建筑物丙 級場地和場基條件簡單、荷載分布均勻的七層及七層以下民用建筑及一般工業建筑物；次要的輕型建筑物三 淺基礎設計3.1.2 地基基礎分類(一)天然地基與淺基礎淺基礎 埋深小于5m，或者埋深大于5m，但是小于基礎寬度。兩側（四周）的摩阻力忽略不計。所以不是簡單的深淺概念。天然地基 是不經過對地基土的處理人工地基 經過地基處理DD樁基礎三 淺基礎設計下臥層地基與基礎D埋深D q = D均布荷載持力層（受力層）地基基礎FG主要受力層三 淺基礎設計天然地基 淺基礎的分類1) 按基礎埋深分 淺基礎

5、 深基礎2) 按基礎剛度分無筋擴展(剛性)基礎擴展基礎3) 按基礎的結構形式分3.1.2 地基基礎分類Shallow foundationRigid foundationSpread foundationMat foundationPile foundationIndividual footing(pad foundation) Strip footingCross strip footingBox foundation三 淺基礎設計2) 按基礎剛度分無筋擴展基礎 Rigid foundation 磚、石、灰土，素混凝土 材料抗拉強度很低,有基礎臺階寬高比(剛性角)要求擴展基礎(柔性基礎)Sp

6、read foundation鋼筋混凝土要滿足抗彎,抗剪和抗沖切等結構要求Fbtb0h0F三 淺基礎設計(a)等高切法 (b)二一間隔砌法磚基礎 毛石基礎 無筋擴展基礎-剛性基礎 三 淺基礎設計磚基礎有等高砌法和二一間隔砌法兩種,磚、石、砂漿材料的最低強度等級應符合表3-2的要求。 毛石基礎是用未經人工加工的石材和砂漿砌筑而成，能就地取材，價格低，但施工勞動強度大。毛石基礎設計中，基底一般不設混凝土墊層 三合土基礎是用石灰、砂、碎磚或碎石三合一材料鋪設、壓密而成。其體積比一般按124136配制；灰土基礎是用石灰和粘性土混合材料鋪設、壓密而成。其體積比常用37或28的比例配制， 荷載較大或位于地

7、下水位以下時，可選用混凝土基礎混凝土基礎 灰土基礎 三合土基礎 三 淺基礎設計3) 按基礎的結構形式分類1 單獨基礎: 柱下或墻下,土質較好Individual footing, pad foundation獨立基礎的主要受力層深度 1.5b三 淺基礎設計2 條型基礎墻下或柱下條形基礎, 柱下:一般是土質差,兩側單獨基礎相連Strip foundation條形基礎的主要受力層深度 3.0b三 淺基礎設計3 十字交叉基礎柱下:土質更差,或荷載很大,四面基礎相連縱向條形基礎橫向條形基礎三 淺基礎設計4 片筏基礎土質更差,單獨基礎聯成整體,游泳館,筏下有肋,板下處理三 淺基礎設計5 箱形基礎有筏、墻

8、和頂板形成箱，整體性更好三 淺基礎設計6 殼體基礎三 淺基礎設計3.1.3 荷載計算1 荷載種類永久(恒)荷載:(1)不隨時間變化,(2)變化與均值比可以忽略,(3)單調變化并趨于極值。可變(活)荷載：變化與均值比不可以忽略偶然(特殊)荷載：在結構使用期間不一定出現，一旦出現其值很大，持續時間很短。三 淺基礎設計標準值:為設計基準期內最大荷載統計分布的特征值，如均值組合值：對于可變荷載，組合超越概率與其出現概率相同頻遇值：對于可變荷載，超越概率為規定的較小比率準永久值：對于可變荷載，設計基準期內，其超越的總時間為設計基準期一半的荷載值。3.1荷載計算三 淺基礎設計2 荷載的代表值3 荷載的設計

9、值代表值分項系數4 荷載效應上部結構F：結構自重 屋面樓面荷載 活荷載基礎自重G：設計地面高程（內外地面平均值）F MFF HF MH一般為前兩種情況，橫向力不大，只做校核荷載計算三 淺基礎設計荷載計算5 荷載組合極限狀態設計時，為保證結構可靠性對于同時出現的各種荷載設計值的規定基本組合：承載能力極限狀態設計時，永久作用與可變作用的組合（分項系數）標準組合：正常使用極限狀態設計時，采用標準值（或組合值）為荷載代表的組合準永久組合：正常使用極限狀態設計時，對于可變荷載采用準永久值為荷載代表的組合三 淺基礎設計6 荷載取值規定： 確定基礎底面積及埋深時，傳至基礎底面上的荷載效應應采用按正常使用極限

10、狀態下荷載效應的標準組合值； 計算地基變形時，傳至基礎底面上的荷載效應應采用按正常使用極限狀態下荷載效應的準永久組合值，且不計入風荷載和地震作用； 驗算地基穩定性時，傳至基礎底面上的荷載效應應按承載能力極限狀態下荷載效應的基本組合值；但其分項系數均為1.0； 確定基礎高度、內力和驗算材料強度時，傳至基礎底面上的荷載效應應按承載力極限狀態下荷載效應的基本組合值，采用相應的分項系數。 三 淺基礎設計 荷載計算7荷載采用標準組合確定地基承載力 荷載計算SGK 永久荷載效應值SQiK 可變荷載效應值，SQ1K 表示起控制的可變荷載三 淺基礎設計淺基礎設計步驟No結構、地質和環境資料基礎結構類型、建筑材

11、料地基承載力、荷載和基礎初步尺寸基礎的結構和構造設計基礎設計圖、施工圖、預算書確定持力層、基礎埋深 驗算承載力、變形和穩定三 淺基礎設計3.2 地基設計計算下臥層持力層（受力層）FGD埋深三 淺基礎設計3.2.1 基礎埋深3.2.1 基礎埋深確定 一 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。省工省時省料，但是有如下基本要求： D大于50cm,表土擾動，植物，凍融，沖蝕 基礎頂距離表土大于10cm，保護 橋要求在沖刷深度以下還有4項控制因素:D大于10cm2 與建筑物有關的要求1 地基及地質水文條件4 凍結深度3 相鄰建筑物基礎的埋深三 淺基礎設計二 工程地質及地質水文條件1 地下水

12、位以上,否則開挖降水,費用大擾動；2 土層分布情況：(1) 淺基礎還是深基礎(樁基礎)(2) 天然還是人工地基(3) 如果是天然地基,基礎埋深的確定 根據土層分布3.2.1 基礎埋深三 淺基礎設計在滿足其他要求下盡量淺埋只有低層房屋可用,否則處理盡量淺埋但是如h1太小就為IIh14 m 樁基或處理二 工程地質及地質水文條件好土 I II III IV好土軟土h1軟土(很深)3.2.1 基礎埋深軟土好土h1三 淺基礎設計三 與建筑物有關的要求1 建筑功能：地下室，地下管道（上下水，煤氣電纜）應在基底以上，便于維修:F3.2.1 基礎埋深2 荷載效應： 豎向荷載大，地震力和風力等水平荷載作用大的高

13、層建筑，基礎埋深應適當增大，滿足穩定性要求. 3 設備條件：考慮給排水、供熱等管道的標高 三 淺基礎設計1 新舊相鄰建筑物有一定距離，否則要求支護，并且要嚴格限制支護的水平位移，L/ H=12四 相鄰建筑物基礎的埋深LH3.2.1 基礎埋深三 淺基礎設計2 基礎埋深不同時(1) 主樓與裙房 高度不同,分期施工設置后澆帶四 相鄰建筑物基礎的埋深(2) 臺階式相連, 如山坡上的房屋 或者驗算邊坡穩定性L/ H=123.2.1 基礎埋深三 淺基礎設計五 凍結深度1 凍脹危害及機理（1）凍脹及凍拔 地面隆起(不均勻) 翻漿,融陷,強度降低如果凍結深度大于融沉，稱為永凍土3.2.1 基礎埋深三 淺基礎設

14、計凍脹丘Pingo隨凍結面向下發展，當凍結層上水的壓力大于上覆土層強度時，地表就發生隆起，便形成凍脹丘。3.2.1 基礎埋深三 淺基礎設計2 發生凍脹的條件（1） 土的條件 一般是細顆粒土。 砂土的毛細高度小，發生冰凍時體積膨脹，孔隙水排走，骨架不變。太細的土，水分供應不及時，凍脹也不明顯。（2） 溫度條件 低于凍結溫度（3） 水力條件含水量，具有開放性條件，如粉土凍脹最嚴重3.2.1 基礎埋深三 淺基礎設計3 按凍脹的地基土分類 五級不凍脹，弱凍脹，凍脹，強凍脹、特強凍脹P36,表33土的凍脹性分類 土類，含水量，地下水位Z0地區標準凍深多年實測最大凍結深度的平均值, 夏季地面開始往下算。

15、北京 1.0m，哈爾濱 2.0m，滿洲里 2.5m3.2.1 基礎埋深三 淺基礎設計4 考慮凍脹的基礎埋深dmin zd hmaxzd z0zs zsw zeZ0 標準凍深； hmax基底允許殘留凍土層厚度zs 、 zsw 、ze 土類別、土凍脹性、環境的影響系數ZdZ0dmin室內地面hmax3.2.1 基礎埋深三 淺基礎設計3.2.2 地基承載力確定1 靜載試驗；2 強度理論-規范規定的公式；3 按動力、靜力觸探等方法確定；4 經驗方法；千斤頂荷載板3.2.2 地基承載力確定三 淺基礎設計一 利用靜載試驗確定承載力的特征值fak（未修正）取比例界限pcr；當pu6m 按6m, b/6, 此

16、時pkminb/6, 此時pkminat+2h0取ab= at+ 2h03.4 擴展基礎設計Al為陰影面積三 淺基礎設計3.4.3 單獨基礎沖切破壞am=(at+ab)/2ab-沖切破壞錐體最不利一側斜截面在基礎底面積范圍內的下邊長。沖切破壞錐體底面落在基礎l方向底面外時，即at+2h0 l取ab= l3.4 擴展基礎設計Al為陰影面積三 淺基礎設計3.4 擴展基礎設計3.4.4 單獨基礎彎矩計算三 淺基礎設計任意截面II，IIII處的彎矩G-考慮荷載分項系數的基礎自重及其上的土自重。當荷載組合值由永久荷載控制時，G=1.35Gk，Gk為基礎及其上土的標準自重。 3.4 擴展基礎設計三 淺基礎

17、設計基礎底板兩個方向上的鋼筋面積可近似按下式計算 3.4 擴展基礎設計三 淺基礎設計例：某多層框架結構柱400600mm，配有822縱向受力筋；相應于荷載效應標準組合時柱傳至地面處的荷載值Fk=480kN，Mk=55kN.m，Qk=40kN，基礎埋深1.8m，采用C20混凝土和HPB235級鋼筋，設置C10厚100mm的混凝土墊層，已知經深度修正后的地基承載力特征值fa=145kPa，試設計該柱基礎。 【解】 1.確定基礎底面積 取， 驗算承載力 滿足要求 三 淺基礎設計2確定基礎高度 考慮柱鋼筋錨固直線段長度：30d+40（砼保護層）700mm，擬取基礎高度h=700mm，初步擬定采用二級臺

18、階形基礎，如例圖3-6（a）所示。 基底凈反力式中1.35為標準值變為設計值的系數。 (1).驗算柱邊沖切 滿足要求 (2). 驗算臺階處的沖切 滿足要求 三 淺基礎設計3.基礎底板配筋 柱邊彎矩（如例圖3-6(b)） 三 淺基礎設計3.4 擴展基礎設計1 墻下鋼砼條形基礎布筋：橫向為受力筋；縱向為分布筋；2 按剪切條件確定基礎臺階或基礎底板的高度；3 按受彎計算確定底板橫向受力筋,對墻下條形基礎任意截面的彎矩，可采用獨立基礎M的計算式，取l=a=1m帶入公式中。3.4.5 墻下鋼砼條形基礎設計三 淺基礎設計3.5 減輕建筑物不均勻沉降危害的措施3.5.1 建筑措施1 建筑物體型力求簡單； L形、T形、 “ ”、“F”、“工”字形地基附加應力重疊，易產生較大不均勻沉降。三 淺基礎設計2 控制建筑物長高比，合理布置縱橫墻； 建筑物長高比大，整體剛度差。縱墻易撓曲過度開裂砌體承重的房屋，