第一章地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本原理課件

1、本課程主要講授常見的地基基礎(chǔ)的設(shè)計理論和計算方法方面的內(nèi)容，主要包括地基基礎(chǔ)設(shè)計原則、淺基礎(chǔ)、連續(xù)基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、地基處理及基坑工程。通過學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本原理，具有從事一般工程基礎(chǔ)設(shè)計和施工管理的能力。 課 程 簡 介教材參考書規(guī) 范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB50007-2002 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范JGJ 79-2002建筑抗震設(shè)計規(guī)范GBJ50011-2001（2008版）建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GBJ50009-2001基礎(chǔ)工程 趙明華 主 編 高等教育出版社地基基礎(chǔ)工程 王廣月等編 中國水利水電出版社第一章 地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本原理第二章 擴(kuò)展基礎(chǔ)第三章 柱下條形基礎(chǔ)第四章 筏形基礎(chǔ)

2、第五章 箱型基礎(chǔ)第六章 樁基礎(chǔ)第七章 地基處理第八章 地基基礎(chǔ)抗震第九章 基坑工程課程內(nèi)容第 一 章地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本原理 地基基礎(chǔ)設(shè)計是整個建筑物設(shè)計的一個重要組成部分，它與建筑物的安全和正常使用密不可分。安全適用技術(shù)先進(jìn)經(jīng)濟(jì)合理確保質(zhì)量保護(hù)環(huán)境中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范Code for design of building foundation GB 50007-2002第一節(jié) 概 述 地基基礎(chǔ)設(shè)計，必須堅持因地制宜、就地取材、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的原則；根據(jù)巖土工程勘察資料，綜合考慮結(jié)構(gòu)類型、材料情況與施工條件等因素，精心設(shè)計。 地基建筑物下面的土層承擔(dān)著建筑物的全部荷載。

3、將受到荷載影響的那部分土層（相當(dāng)于壓縮層范圍的土層）稱為地基。基礎(chǔ)將建筑物荷載傳遞到地基上的實體結(jié)構(gòu)稱為基礎(chǔ)。下臥層持力層地基基礎(chǔ)FG一、地基與基礎(chǔ)的概念基礎(chǔ)工程指包括地基及基礎(chǔ)在內(nèi)的下部 結(jié)構(gòu)工程。 基礎(chǔ)工程是和巖土系系相關(guān)的，所以基礎(chǔ)工程也可以說是研究下部結(jié)構(gòu)物與巖土相互作用、共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)物所產(chǎn)生各種變形與穩(wěn)定問題的學(xué)科。天然地基人工地基地基 當(dāng)基礎(chǔ)直接建造在未經(jīng)加固的天然地層上時，這種地基稱為天然地基。 若天然地基很軟弱，須先進(jìn)行人工加固，再修建基礎(chǔ)，這種地基稱為人工地基。淺基礎(chǔ)通常將基礎(chǔ)的埋置深度小于基礎(chǔ)最小寬度，且只需經(jīng)過挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起來的基礎(chǔ)稱為淺基礎(chǔ)。深

4、基礎(chǔ)采用樁、沉井等特殊施工方法和設(shè)備且一般埋設(shè)大于基礎(chǔ)寬度的基礎(chǔ)?；A(chǔ)淺基礎(chǔ)深基礎(chǔ)1、選擇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型和建材；2、基礎(chǔ)埋置深度和持力層；3、地基土的承載力; 4、基礎(chǔ)的形狀、布置與相鄰的關(guān)系；5、上部結(jié)構(gòu)形式、使用要求及其對不均勻沉降的敏感性；6、施工影響因素； 7、地震影響因素。二、設(shè)計應(yīng)考慮的因素 第二節(jié) 基礎(chǔ)的類型按材料和構(gòu)造兩方面分類一、按材料分類磚基礎(chǔ)三合土基礎(chǔ)灰土基礎(chǔ)毛石基礎(chǔ)混凝土和毛石混凝土基礎(chǔ)就地取材、價格較低、施工簡便1、磚基礎(chǔ) 石灰、砂、碎磚或碎石，按體積比為1:2:4 1:3:6配成。 常用于地下水位較低的四層及四層以下的民用建筑工程。2、三合土基礎(chǔ) 石灰和土(粘性土)按

5、其體積比為3:7或2:8，灰土基礎(chǔ)適用于地下水位較低，五層及五層以下的混合結(jié)構(gòu)房屋和墻承重的輕型工業(yè)廠房。3、灰土基礎(chǔ) 未風(fēng)化的毛石砌筑。毛石基礎(chǔ)的寬度及臺階高度不得小于40mm。4、毛石基礎(chǔ) 混凝土基礎(chǔ)的強(qiáng)度、耐久性、抗凍性都較好。用于荷載較大或位于地下水位以下時。5、混凝土和毛石混凝土基礎(chǔ) 鋼筋混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度度大，具有良好的抗彎性能。用于建筑物的荷載較大或土質(zhì)較軟弱時。6、鋼筋混凝土基礎(chǔ)根據(jù)受力特點可將前述基礎(chǔ)分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)剛性基礎(chǔ)磚基礎(chǔ)、三合土基礎(chǔ)、灰土基礎(chǔ)、毛石基礎(chǔ)、混凝土和毛石混凝土基礎(chǔ) 剛性基礎(chǔ)因無需配置鋼筋，也稱無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)。此類基礎(chǔ)設(shè)計時通過對基礎(chǔ)構(gòu)造的限制來實現(xiàn)其拉、

6、剪應(yīng)力不超過相應(yīng)材料強(qiáng)度設(shè)計值。柔性基礎(chǔ)鋼筋混凝土基礎(chǔ) 鋼筋混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度度大，具有良好的抗彎性能，在相同條件下，基礎(chǔ)的厚度較薄。建筑物的荷載較大或土質(zhì)較軟弱時，常采用這類基礎(chǔ)。適宜于“ 寬基淺埋”情況。二、按構(gòu)造分類柱下獨立基礎(chǔ)墻下條形基礎(chǔ)墻下條形基礎(chǔ)柱下條形基礎(chǔ)擴(kuò)展基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)柱下十字交叉條形基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)可采用磚、石、混凝土和鋼筋混凝土等材料制成。FFbtb0h01、柱下獨立基礎(chǔ)柱下獨立基礎(chǔ)的型式階梯形 錐形 杯口形 承重墻基礎(chǔ)的主要形式，常用磚、毛石、三合土和灰土建造。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷重較大而土質(zhì)較差時，可采用混凝土或鋼筋混凝土建造。2、墻下條形基礎(chǔ) 抗彎剛度較大，具有調(diào)整不均勻沉降

7、的能力，并將所承受的集中荷載較均勻地分布到整個基底面積上。常用于軟弱地基上框架或排架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式3、柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ) 柱下條形基礎(chǔ)用在地基軟弱且地基的壓縮性在兩個方向分別不均勻時。4、 柱下十字交叉條形基礎(chǔ) 基底面積大，承受荷載大；整體剛度好，能調(diào)節(jié)不均勻沉降；增強(qiáng)建筑物整體抗震性能；提供比較寬敞的地下使用空間。筏基的板面、板底均要配筋，造價比較高。筏基墻下筏基用于砌體承重結(jié)構(gòu)柱下筏基用于框架、剪力墻結(jié)構(gòu)平板式梁板式5、片筏基礎(chǔ)平板式梁板式梁板式筏形基礎(chǔ)的型式 箱形基礎(chǔ)是由筏、墻和頂板形成箱，整體性更好。 基礎(chǔ)中空部分可作地下室，與實體基礎(chǔ)相比可減小基底壓力。 適于高層建筑物的基礎(chǔ)。材

8、料用量大，工期長，造價高，施工技術(shù)復(fù)雜。6、箱形基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)傳力體系的特點建筑物的用途（對地下空間使用功能的要求）地基土的物理力學(xué)性質(zhì)施工條件、工期及造價環(huán)境保護(hù)選擇合理的地基基礎(chǔ)方案所需考慮的因素下臥層持力層（受力層）FGd埋深埋置深度指基礎(chǔ)底面到設(shè)計地面（室外） 的距離基礎(chǔ)埋深涉及建筑物的以下問題：穩(wěn)定使用功能施工的難易程度造價第三節(jié) 基礎(chǔ)埋置深度的選擇基礎(chǔ)埋深總原則在滿足地基穩(wěn)定性和變形要求的前提下，盡量淺埋。但還要滿足：最小埋深不宜小于500mm （巖石地基除外）；基礎(chǔ)頂面距設(shè)計地面宜大于100mm；橋要求在沖刷深度以下。d大于10cm影響基礎(chǔ)埋深的主要因素 工程地質(zhì)條件與地下水 與建

9、筑物有關(guān)的條件 場地環(huán)境條件 地基凍融條件一、工程地質(zhì)條件與地下水位1、工程地質(zhì)條件由其它條件和最小埋深確定輕型建筑，按I 處理；不滿足要求，重新選擇基礎(chǔ)或地基處理。良好土層 I II軟弱土層(很深)原則：基礎(chǔ)盡量淺埋，盡量埋置在良好土層上盡量淺埋，但是如h1太小，就為II。h24 m ，按情況II考慮。 III IV良好土層軟弱土層h1軟弱土層良好土層h2基礎(chǔ)應(yīng)盡量埋在地下水位以上 基礎(chǔ)位于水下時，要考慮流砂、涌土及地下水水質(zhì)問題。 2、地下水位二、與建筑物有關(guān)的條件1、應(yīng)滿足使用功能和用途方面的要求如必須設(shè)置地下室、帶有地下設(shè)施、屬于半埋式結(jié)構(gòu)物等。 高層建筑荷載大，風(fēng)和地震等水平作用大，

10、天然地基基礎(chǔ)最小埋深不少于建筑地面高度的1/15。樁基礎(chǔ)則要求不少于樁長的1/18。 對于水塔與煙囪等高聳構(gòu)筑物還要演算抗傾覆的穩(wěn)定性。 對于高壓輸電塔需要有較大埋深滿足抗拔力。2、應(yīng)滿足地基承載力、變形和穩(wěn)定性要求三、場地環(huán)境條件若L （12）H，則在基礎(chǔ)施工期采取有效措施LH若深于，則新舊相 鄰建 筑物應(yīng)有一定 的凈距 L （12）H新基礎(chǔ)不深于既有建筑物基礎(chǔ)的底面四、地基凍融條件土凍結(jié)后產(chǎn)生凍脹的條件水分，土質(zhì)，負(fù)溫度 當(dāng)?shù)鼗恋臏囟鹊陀诹愣龋ǎr，土中部分孔隙水將凍結(jié)而形成凍土，造成地面隆起 (不均勻)，翻漿, 融陷, 強(qiáng)度降低。凍脹丘Pingo 隨凍結(jié)面向下發(fā)展，當(dāng)凍結(jié)層上水的壓力大

11、于上覆土層強(qiáng)度時，地表就發(fā)生隆起，便形成凍脹丘。地下水凍深毛細(xì)區(qū)凍結(jié)區(qū)凍脹的形成土的含水量較高凍結(jié)深度范圍內(nèi)的土中水被凍結(jié)成冰晶體。地下水在凍結(jié)深度下1.52.0m未凍結(jié)區(qū)的自由水、部分結(jié)合水會不斷地向凍結(jié)區(qū)遷移、聚集，使冰晶體不斷擴(kuò)大、冰層膨脹、地面隆起。水分的遷移冰晶體不斷擴(kuò)大的供給。 地基規(guī)范根據(jù)凍脹對建筑物的危害程度，把地基土的凍脹性分為：不凍脹，弱凍脹，凍脹，強(qiáng)凍脹不凍脹土的基礎(chǔ)埋深不考慮凍結(jié)深度考慮凍脹的土質(zhì)：粉質(zhì)粘土、粉砂、粉土不考慮凍脹的土質(zhì)：細(xì)砂、中砂、粗砂、巖石Zddmin室內(nèi)地面hmax凍脹土的基礎(chǔ)埋深凍脹、強(qiáng)凍脹、特強(qiáng)凍脹地基土，尚應(yīng)采取相應(yīng) 的防凍害措施 允許殘留凍土

12、最大厚度 設(shè)計凍深；分別為實測凍土層厚度和地表凍脹量考慮凍脹的基礎(chǔ)埋深基礎(chǔ)埋深的選擇 選擇基礎(chǔ)的埋置深度是基礎(chǔ)設(shè)計工作中的重要一環(huán)，因為它關(guān)系到建筑物的使用功能地基是否可靠、施工的難易及造價的高低。 以上是影響基礎(chǔ)埋深的五個主要因素，對于一項具體工程來說，往往只是其中一、二種因素起決定作用。第四節(jié) 地基基礎(chǔ)的設(shè)計原則 建筑物地基承受上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)傳來的全部荷載，因此，地基計算的基本原則應(yīng)從保證上部結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性來考慮。承載力計算：正常使用極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)組合 pkfa 中心受壓 pmax1.2fa 偏心受壓變形計算： sw 準(zhǔn)永久組合穩(wěn)定性計算：高層、高聳結(jié)構(gòu)、斜坡上結(jié)構(gòu)一、一般要求

13、 不同類型的建筑物，對地基變形的適應(yīng)性是不同的，因此，不同建筑物采用不同的地基變形特征來進(jìn)行比較和控制。沉降量：基礎(chǔ)中心的沉降量沉降差：相鄰兩個獨基沉降量的差傾斜：獨基在傾斜方向兩端點沉降量差與其距離的比值局部傾斜：磚石承重結(jié)構(gòu)沿縱墻610米內(nèi)兩點的沉降差 與其距離的比值。二、地基變形的分類沉降量砌體結(jié)構(gòu) 局部傾斜框架結(jié)構(gòu) 沉降差排架結(jié)構(gòu) 沉降量高層建筑 傾斜、沉降量高聳構(gòu)筑物 傾斜、沉降量沉降差傾斜 在常規(guī)設(shè)計中，一般都針對各類建筑物的結(jié)構(gòu)特點、整體剛度和使用要求的不同，計算地基變形的某一特征值 ，驗證其是否不超過相應(yīng)的允許值 ，即要求滿足條件 是和結(jié)構(gòu)特點、使用要求、對地基不均勻沉降的敏感

14、度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度儲備等因素有關(guān)的值。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范提出了建筑物地基變形允許值三、地基允許變形值 地基基礎(chǔ)設(shè)計所要滿足的強(qiáng)度條件、變形條件是相對的。即不同的建筑物、不同的地基，要求是不一樣的。 根據(jù)地基復(fù)雜程度、建筑物規(guī)模和功能特征和由于地基問題可能造成建筑物破壞或影響正常使用的程度，將地基基礎(chǔ)設(shè)計分為三個設(shè)計等級。四、地基基礎(chǔ)設(shè)計等級及地基計算規(guī)定1、設(shè)計等級三個設(shè)計等級根據(jù)建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計等級長期荷載作用下地基變形對上部結(jié)構(gòu)的影響程度地基基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定：1)所有建筑物的地基計算均應(yīng)滿足承載力計算的有關(guān)規(guī)定；2)設(shè)計等級為甲級、乙級的建筑物，均應(yīng)按地基變形設(shè)計；3)部分設(shè)計等級為丙

15、級的建筑物可不作變形驗算,如有下列情況之一時，仍應(yīng)作變形驗算：2、地基計算的要求地基承載力特征值小于130kPa,且體型復(fù)雜的建筑；在基礎(chǔ)上及其附近有地面堆載或相鄰甚礎(chǔ)荷載差異較大，可能引起地基產(chǎn)生過大的不均勻沉降時； 軟弱地基上的建筑物存在偏心荷載時；相鄰建筑距離過近可能發(fā)生傾斜時；地基內(nèi)有厚度較大或厚薄不均的填土，其自重固結(jié)未 完成時。容易產(chǎn)生大變形或不均勻變形的情況4)對經(jīng)常受水平荷載作用的高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和擋土墻等，以及建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物和構(gòu)筑物，尚應(yīng)驗算其穩(wěn)定性；5)基坑工程應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性驗算；6)當(dāng)?shù)叵滤癫剌^淺，建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問題時，尚應(yīng)進(jìn)行抗浮驗算。

16、 地基基礎(chǔ)設(shè)計時，所采用的荷載效應(yīng)最不利組合與相應(yīng)的抗力限值應(yīng)按下列規(guī)定：按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時，傳至基礎(chǔ)或承臺底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。相應(yīng)的抗力應(yīng)采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值。計算地基變形時傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合不應(yīng)計入風(fēng)荷載和地震作用。相應(yīng)的限值應(yīng)為地基變形允許值。3、荷載取值規(guī)定計算擋土墻土壓力、地基或斜坡穩(wěn)定及滑坡推力時，荷載效應(yīng)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，但其分項系數(shù)均為1.0 在確定基礎(chǔ)或樁臺高度、支檔結(jié)構(gòu)截面、計算基礎(chǔ)或支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力、確定配筋和驗

17、算材料強(qiáng)度時，上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)組合和相應(yīng)的基底反力，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，采用相應(yīng)的分項系數(shù)。 當(dāng)需要驗算基礎(chǔ)裂縫寬度時，應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。 基礎(chǔ)設(shè)計安全等級、結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)應(yīng)按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定采用但結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)不應(yīng)小于1.0。 地基基礎(chǔ)設(shè)計首先必須保證在荷載作用下地基土體具有足夠抵抗剪切破壞的安全度。第五節(jié) 地基承載力的確定地基承載力特征值fa在保證地基穩(wěn)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。要有一定強(qiáng)度的安全儲備地基變形不應(yīng)大于相應(yīng)的允許值兩個含義一、地基承載力概念壓密階段局部塑性變形階段破壞階段或地基允許變形

18、值控制系數(shù)地基承載力特征值表達(dá)式基礎(chǔ)荷載與地基變形的關(guān)系ppcSpuSS 地基承載力的確定方法主要有根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計算、按現(xiàn)場載荷試驗確定、由工程經(jīng)驗計算確定等。各種確定方法的選用應(yīng)以建筑物的安全等級并結(jié)合具體的工程條件進(jìn)行。二、 地基承載力特征值的確定 當(dāng)荷載偏心距 時，可采用規(guī)范推薦的以地基臨界荷載 為基礎(chǔ)的理論公式：1、根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計算 此公式為規(guī)范推薦，且只需通過勘察知道 、 、 值即可，應(yīng)用比較廣泛。式中：fa-由土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的地基承載力特征值；Mb、Md、Mc-承載力系數(shù)，為內(nèi)摩擦角的函數(shù)；b-基礎(chǔ)底面寬度，大于6m時按6m取值，對于砂土 小于3m時按3m取值

19、； d-基礎(chǔ)埋置深度(m)，取值方法見后； -基礎(chǔ)底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度； m-基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下 取浮重度； ck-基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值。 在現(xiàn)場通過一定尺寸的載荷板對擾動較少的地基土體直接施荷，所測得的成果一般能反映相當(dāng)于12倍載荷板寬度的深度以內(nèi)土體的平均性質(zhì)。淺層平板載荷試驗深層平板載荷試驗螺旋板載荷試驗2、按現(xiàn)場載荷試驗確定 載荷試驗的成果： 荷載Q和時間t對應(yīng)的沉降s，Q-s曲線Q/kNQuQS/mm 密實砂，硬塑粘土等低壓縮性土，其Q-s曲線有比較明顯起始直線段和極限值，呈陡降型，其承載力一般由強(qiáng)度安全控制。 松砂、 填土、可塑粘土等有一定強(qiáng)度的中、高壓縮性土，其Q-s曲線無明顯轉(zhuǎn)折點，但曲線的斜率隨荷載的增加而逐漸增大，其承載力受允許沉降量的控制。 對同一土層，應(yīng)選擇三個以上的試驗點，如所得的實測值的極差不超過平均值 的30%，則取該平均值作為地基承載力特征值。當(dāng)Qs曲線呈陡降型時有比例界限時，fakQcr當(dāng)Qu3.5b -d/tg獨立基礎(chǔ) a2.5b -d/tg當(dāng)不滿足上式時，應(yīng)進(jìn)行坡體穩(wěn)定性驗算d二、斜坡上地基穩(wěn)定性驗算增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)對不均勻沉降的適應(yīng)能力減少不均