土力學(xué)與基礎(chǔ)工程-第五章

第五章淺基礎(chǔ)設(shè)計5.1

概述5.2

基礎(chǔ)埋置深度的確定5.3

地基的計算5.4

剛性基礎(chǔ)的設(shè)計5.5

擴(kuò)展基礎(chǔ)的設(shè)計5.6

柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)設(shè)計5.7

箱型與筏形基礎(chǔ)設(shè)計概要5.8

減輕建筑物不均勻沉降的措施

5.1

概述

地基基礎(chǔ)設(shè)計必須根據(jù)建筑物的用途和安全等級、平面布置和上部結(jié)構(gòu)類型，充分考慮建筑場地和地基巖土條件，結(jié)合施工條件以及工期、造價等各方面要求，合理選擇地基基礎(chǔ)方案，因地制宜、精心設(shè)計，以保證建筑物的安全和正常使用。一、地基、基礎(chǔ)的類型

1、地基、基礎(chǔ)的類型天然地基人工地基

淺基礎(chǔ)深基礎(chǔ)下臥層地基與基礎(chǔ)D持力層（受力層）地基基礎(chǔ)FG人工地基：加固上部土層，提高承載力。經(jīng)過地基處理軟土大直徑鉆孔樁風(fēng)化砂巖及粉砂巖部分風(fēng)化及不風(fēng)化泥巖樁基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)新加坡發(fā)展銀行,四墩,每墩直徑5.3m。將荷載傳遞到下部好土層,承載力高。樁基礎(chǔ)二、地基基礎(chǔ)方案1）天然地基上的淺基礎(chǔ)；2）人工地基上的淺基礎(chǔ)；3）天然地基上的深基礎(chǔ)(樁基礎(chǔ)等)人工地基：加固上部土層，提高土層的承載力，再把基礎(chǔ)做在這種經(jīng)過人工加固后的土層上。這種地基叫做人工地基。樁基礎(chǔ)：在地基中打樁，把建筑物支撐在樁臺上，建筑物的荷載由樁傳到地基深處較為堅實(shí)的土層。這種基礎(chǔ)叫做樁基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)：把基礎(chǔ)做在地基深處承載力較高的土層上。埋置深度大于5m或大于基礎(chǔ)寬度。在計算基礎(chǔ)時應(yīng)該考慮基礎(chǔ)側(cè)壁摩擦力的影響。這類基礎(chǔ)叫做深基礎(chǔ)。

常用淺基礎(chǔ)體型不大、結(jié)構(gòu)簡單，在計算單個基礎(chǔ)時，一般既不遵循上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的變形協(xié)調(diào)條件，也不考慮地基與基礎(chǔ)的相互作用。這種簡化法也經(jīng)常用于其它復(fù)雜基礎(chǔ)的初步設(shè)計，稱為常規(guī)設(shè)計。防止地基土發(fā)生剪切破壞和喪失穩(wěn)定性，應(yīng)具有足夠的安全度；控制地基的變形量，使之不超過建筑物的地基特征變形允許值；基礎(chǔ)本身應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性。地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本原則5.2

天然地基上的淺基礎(chǔ)的主要類型做在天然地基上，埋置深度小于5米的一般基礎(chǔ)（柱基或墻基）以及埋置深度雖超過5米，但小于基礎(chǔ)寬度的大尺寸基礎(chǔ)（如箱形基礎(chǔ)），在計算中基礎(chǔ)的側(cè)面摩擦力不必考慮，統(tǒng)稱為天然地基上的淺基礎(chǔ)。A、按材料：剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)B、按形式：1、單獨(dú)基礎(chǔ)

2、條形基礎(chǔ)

3、十字交叉基礎(chǔ)

4、筏板基礎(chǔ)

5、箱型基礎(chǔ)1、剛性基礎(chǔ)：指受壓極限強(qiáng)度較大，而受彎、受拉極限強(qiáng)度較小的材料所建造的基礎(chǔ)。2、柔性基礎(chǔ)：指鋼筋混凝土基礎(chǔ)。利用其抗彎、抗拉性能。不受臺階寬高比限制，可寬基淺埋。獨(dú)立基礎(chǔ)特點(diǎn)：柱下或墻下，土質(zhì)較好。

條型基礎(chǔ)墻下條形基礎(chǔ),柱下（一般是土質(zhì)差）Stripfoundation特點(diǎn)：基礎(chǔ)抗剪剛度較大，調(diào)整不均勻沉降，將所承受的荷載較為均勻發(fā)布到整個基底面積上。十字交叉基礎(chǔ)柱下:土質(zhì)差,或荷載很大,四面單獨(dú)基礎(chǔ)相互相連。作用：可調(diào)整兩個方向的不均勻沉降?？v向條形基礎(chǔ)橫向條形基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)能跨越地下淺層小洞穴和局部軟弱層；提供比較寬敞的地下使用空間；滿足不允許出現(xiàn)不均勻沉降的要求。箱型基礎(chǔ)有筏、墻和頂板形成箱，整體性更好底板外墻內(nèi)墻1.防止地基土發(fā)生剪切破壞和喪失穩(wěn)定性，應(yīng)具有足夠的安全度；2.控制地基的變形量，使之不超過建筑物的地基特征變形允許值；3.基礎(chǔ)本身應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性。1、均要進(jìn)行承載力計算2、甲級、乙級、不符合要求的丙級還要進(jìn)行變形驗(yàn)算。符合規(guī)定要求的丙級可不進(jìn)行變形驗(yàn)算。3、特定情況下的還要進(jìn)行地基穩(wěn)定性的驗(yàn)算。地基基礎(chǔ)設(shè)計分甲、乙、丙三個設(shè)計等級。三、地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本原則地基基礎(chǔ)設(shè)計等級設(shè)計等級建筑和地基類型甲級重要的工業(yè)和民用建筑物；30層以上的高層建筑；體型復(fù)雜，層數(shù)相差10層的高低層連成一體的建筑物；大面積的多層地下建筑物；對地基變形有特殊要求的建筑物；復(fù)雜地質(zhì)條件下的坡上建筑物；對原有工程影響較大的新建筑物；場地和地基條件復(fù)雜的一般建筑物；位于復(fù)雜地質(zhì)條件積軟土的二層級以上地下室的基坑工程。乙級除甲、丙級以外丙級場地和地基條件簡單、荷載分布均勻的七層級以下工業(yè)、民用建筑物；次要的輕型建筑物。四、淺基礎(chǔ)設(shè)計內(nèi)容及步驟了解擬建場地工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，確定結(jié)構(gòu)形式，合理選擇地基基礎(chǔ)方案；確定基礎(chǔ)埋深；3.進(jìn)行地基計算；4.進(jìn)行基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計；5.繪制施工圖。上述過程需要反復(fù)進(jìn)行直至達(dá)到滿足各項要求！承載力變形穩(wěn)定性地質(zhì)、建筑物、技術(shù)資料確定各層地基土的承載力（基本值）驗(yàn)算承載力確定基礎(chǔ)埋深，淺基礎(chǔ)確定基礎(chǔ)尺寸驗(yàn)算軟弱下臥層承載力沉降驗(yàn)算基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計：剛性基礎(chǔ)：尺寸、材料擴(kuò)展基礎(chǔ)：尺寸、混凝土標(biāo)號、配筋、沖切等驗(yàn)算1、基礎(chǔ)埋置深度

是指基礎(chǔ)底面至地面（一般指設(shè)計地面）的距離。2、基礎(chǔ)埋深選擇的意義建筑物的安全和正常使用；基礎(chǔ)施工技術(shù)措施；施工工期；工程造價。對高層穩(wěn)定、滑移的影響；地基強(qiáng)度、變形的影響；基礎(chǔ)由于凍脹或水影響下的耐久性。3、基礎(chǔ)埋深選擇的原則在保證建筑物安全、穩(wěn)定、耐久使用的前提下，應(yīng)盡量淺埋，以便節(jié)省投資，方便施工。除基巖外，一般不宜小于0.5米。另外，基礎(chǔ)頂面應(yīng)底于設(shè)計外地面100mm以上，以避免基礎(chǔ)外露。5.3

基礎(chǔ)埋置深度的確定二、影響基礎(chǔ)埋深的因素1、建筑物類型及基礎(chǔ)構(gòu)造：A、類型主要指高層與非高層之分。B、基礎(chǔ)構(gòu)造，針對基礎(chǔ)類別、用途等。2、基礎(chǔ)上荷載大小及性質(zhì)：A、荷載大小與地基承載力間的關(guān)系導(dǎo)致持力層選擇發(fā)生變化。B、建筑物類型不同，其所受荷載性質(zhì)發(fā)生變化，從而對基礎(chǔ)埋深產(chǎn)生影響。(高層建筑：水平力作用；磚窯：高溫作用；冷庫：低溫作用；受動力荷載基礎(chǔ)：對持力層土要求，不宜為飽和疏松的粉細(xì)砂)。A、工程地質(zhì)條件不同，基礎(chǔ)的埋深有較大差別，要合理選擇持力層以保證建筑物的安全和經(jīng)濟(jì)性。B、土層不均勻時可分段采用不同埋深。對建于邊坡上的基礎(chǔ)（如上圖），其埋深應(yīng)滿足下式：取3.5（條形基礎(chǔ))或2.5（距形或圓形基礎(chǔ)）3、工程地質(zhì)條件

4、水文地質(zhì)條件1、盡量將基礎(chǔ)置于地下水位以上。2、防止流砂；3、防止地基因挖土減壓而隆起開裂；應(yīng)控制承壓含水層頂面的有效應(yīng)力大于0。對于埋置于可凍脹土中的基礎(chǔ)，其最小埋深應(yīng)由下式確定：(GB50007-2002）zd—設(shè)計凍深；hmax—基底下允許殘留凍土層的最大厚度。5、地基土凍脹和融陷條件最小埋深不小于0.5米，且不超過相鄰建筑基礎(chǔ)的底面，否則，與相鄰基礎(chǔ)的凈距應(yīng)大于該相鄰基礎(chǔ)底面高差的1~2倍。6、場地環(huán)境條件5.4

地基承載力設(shè)計值理論公式法規(guī)范法靜載荷實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場原位實(shí)驗(yàn)5.5

地基的計算1、地基承載力驗(yàn)算2、地基變形驗(yàn)算3、地基穩(wěn)定性驗(yàn)算一、地基承載力計算

1、按持力層的承載力確定基礎(chǔ)底面積

2、軟弱下臥層的承載力驗(yàn)算持力層基本條件：基底平均壓力p不大于持力層承載力的設(shè)計值fapfa1、根據(jù)持力層承載力確定基礎(chǔ)面積1)確定基礎(chǔ)尺寸2)驗(yàn)算持力層承載力GFfa1、按地基持力層的承載力計算基底尺寸

設(shè)計時，先選定埋深d并初步選擇基底尺寸，求得持力層承載力設(shè)計值fa

，在按下列條件驗(yàn)算并調(diào)整尺寸直至滿足設(shè)計要求。1）、對于中心受壓基礎(chǔ)Pk——相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值。fa——修正后的地基承載力特征值-地基承載力設(shè)計值。GF矩形基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)注意：1、d為基礎(chǔ)平均埋深；

2、地基承載力設(shè)計值計算中暫不考慮寬度修正。1）對于中心受壓基礎(chǔ)涉及到fa的寬度修正

1、先假定B≤3m，不做寬度修正。

2、如果B>3m，則再考慮寬度修正。1）對于中心受壓基礎(chǔ)2）對于偏心受壓基礎(chǔ)：同時滿足：算法：1、按中心受壓計算，求出A0；2、令A(yù)=（1.1~1.4）A0；3、驗(yàn)算是否滿足P

max≤1.2fa若不滿足，再適當(dāng)調(diào)，再驗(yàn)算，直到滿足為止。2）對于偏心受壓基礎(chǔ)：重點(diǎn)講：例5-1：PAGE1581、對地基土承載力進(jìn)行修正，將fak轉(zhuǎn)為fa;2、求基礎(chǔ)寬度：由基礎(chǔ)埋深確定后，即可由公式3、驗(yàn)算：求pk=?是否滿足<fa；若不滿足；重新計算b值。當(dāng)?shù)鼗芰臃秶鷥?nèi)存在軟弱下臥層時，還必須對下臥層進(jìn)行驗(yàn)算。應(yīng)力擴(kuò)散角（表7-14）2、軟弱下臥層的承載力驗(yàn)算對于條形基礎(chǔ)2、軟弱下臥層的承載力驗(yàn)算（一）地基特征變形

1、沉降量：基礎(chǔ)某點(diǎn)的沉降值；

2、沉降差：基礎(chǔ)兩點(diǎn)或相鄰柱基中點(diǎn)的沉降量之差；

二、地基變形驗(yàn)算3、傾斜：基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的沉降差與其距離的比值；4、局部傾斜：砌體結(jié)構(gòu)沿縱向6~10m內(nèi)基礎(chǔ)兩點(diǎn)的沉降差與其距離的比值。L二、地基變形驗(yàn)算（二）地基變形的控制

1、磚混結(jié)構(gòu)：應(yīng)控制局部傾斜值小于0.002~0.003；

2、排架結(jié)構(gòu)：應(yīng)控制柱基的沉降量和沉降差；

3、框架結(jié)構(gòu)：應(yīng)控制相鄰柱基的沉降差；

4、多高層建筑：應(yīng)控制傾斜值；

5、高聳結(jié)構(gòu)物：應(yīng)控制傾斜和沉降量；凡屬下列情況之一者，尚需驗(yàn)算地基特征變形是否超過允許值：（1）設(shè)計等級為甲級的建筑物；（2）表5.2所列范圍以外的乙級建筑物；（3）表5.2所列范圍以內(nèi)有下列情況的乙級建筑物：a）地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值小于130，且體型復(fù)雜的建筑；b）附近有地面堆載或相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大；c）軟弱地基上的相鄰建筑距離過近，可能發(fā)生傾斜時；d）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；（三）地基變形驗(yàn)算范圍定義：由磚、素砼等材料建成的基礎(chǔ)，無受力鋼筋。1、磚基礎(chǔ)大放角基礎(chǔ)。兩皮一收或兩皮一收與一皮一收相間。注意對材料的最低要求。2、毛石基礎(chǔ)毛石：未經(jīng)加工整平的石料。注意其構(gòu)造要求及臺階高寬比要求。3、灰土基礎(chǔ)：依體積比分為3：7灰土、2：8灰土，灰土干重度≥14.5~15.5KN/m,容許承載力可達(dá)250~300KPa。4、三合土基礎(chǔ)。石灰、砂、骨料體積比為1：2：4~1：3：6。5、素混凝土和毛石混凝土基礎(chǔ)。5.5

剛性基礎(chǔ)設(shè)計磚基礎(chǔ)混凝土基礎(chǔ)二、按構(gòu)造類型分1、條形基礎(chǔ)：長度遠(yuǎn)大于寬度的基礎(chǔ)。2、獨(dú)立基礎(chǔ)。三、剛性基礎(chǔ)設(shè)計

滿足構(gòu)造要求（可保證抗拉、抗剪強(qiáng)度）剖面設(shè)計:根據(jù)基礎(chǔ)材料和基底壓力確定每個臺階的寬高比ΔhΔb某磚混房屋外縱墻，中心受壓，室內(nèi)外高差0.3m，作用在室內(nèi)地平處的豎向荷載值為Fk=120kN/m,由天然地面起算的基礎(chǔ)埋深為0.7m，采用灰土基礎(chǔ)，Mu10磚，M5.5水泥砂漿，地基承載力特征值fa=110kpa,ηb=0.3,ηd=1.6。試確定基礎(chǔ)寬度，并進(jìn)行剖面設(shè)計。作業(yè)：包括：柱下鋼筋混凝土單獨(dú)基礎(chǔ)和墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)特點(diǎn)：抗彎、抗剪性能好，可用于寬基淺埋。5.7

鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計

(1)錐形截面基礎(chǔ)，邊緣高度≥150mm，基礎(chǔ)高度≤250mm

時，可做成等厚度板。

(2)基礎(chǔ)墊層厚一般取100mm，每邊伸出基礎(chǔ)50-100mm，

混凝土墊層應(yīng)為C10。

(3)底板受力鋼筋≥?10mm，100mm≤間距≤200mm；分布鋼筋≥?8mm，間距≥300mm;

每延米分布鋼筋的面積應(yīng)≥受力鋼筋面積的1/10。

(4)混凝土保護(hù)層厚度：有墊層時≥40mm；無墊層≥70mm(5)混凝土強(qiáng)度≥C20。

(6)當(dāng)基礎(chǔ)寬度b≥2.5m時,底板受力鋼筋的長度可取0.9b，并交錯布置。構(gòu)造要求階梯基礎(chǔ)，每階高度300-500mm

基礎(chǔ)高度

600mm～900mm為二級階梯；≥900mm為三級錐形基礎(chǔ)邊緣高度h≥200mm；

頂部每邊放出50mm。構(gòu)造要求構(gòu)造要求1、基本形式2、破壞特點(diǎn)（一）破壞形式彎曲破壞沖切破壞斜壓破壞純剪破壞一、柱下鋼筋砼單獨(dú)基礎(chǔ)設(shè)計1、設(shè)計計算內(nèi)容在計算基礎(chǔ)的內(nèi)力、確定配筋、驗(yàn)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)的基底壓力，應(yīng)按承載能