工程地质与地基基础07浅基础设计.pptx
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1、1/114第七章第七章 浅基础的常规设计浅基础的常规设计7.1 概述7.2 浅基础的类型7.3 基础埋置深度的选择7.4 地基承载力特征值7.5 基础底面尺寸的确定7.6 地基变形验算与建筑物沉降观测 7.7 无筋扩展基础设计7.8 扩展基础设计7.9 柱下条基、筏基和箱基简介7.10防止不均匀沉降的措施主要内容2/114第一节 概述1.地基基础的重要性地基基础是建筑物的根基,它影响整个建筑物的安全。2.地基基础的复杂性地基基础设计需根据具体地质条件。3.地基基础设计需全面考虑以下两方面因素:建筑物上部结构的情况;建筑物下部的工程地质条件。3/114地基基础方案的类型:1.天然地基上浅基础;2
2、.人工地基上浅基础;3.桩基础;4.深基础;4/114地基基础设计等级地基基础设计等级设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑物30层以上的高层建筑体形复杂,层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物大面积的多层地下建筑物对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物(包括高边坡)对原有工程影响较大的新建建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物丙级场地和地基条件简单,荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物;次要的轻型建筑物5/114地基计算的规定地基计算的规定各级建筑物的地基均
3、应进行地基承载力计算。设计等级为甲级、乙级的建筑物,应按地基变形设计;丙级建筑物有时也需作变形验算。地基承载力特征值小于130kpa,且体型复杂的建筑;附近有堆载或相邻基础荷载差异大,可能不均匀沉降;软弱地基上的建筑物存在偏心荷载;相邻建筑距离过近,可能发生倾斜时;地基内有厚度较大或厚薄不均的填土,其自重固结未完成时。对经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构,以及建造在斜坡上的建筑物和构筑物,尚应验算其稳定性。基坑工程应进行稳定性验算。当地下水埋藏较浅,对地下室(或地下构筑物)应进行抗浮验算。6/114 荷载效应最不利组合与相应的抗力限值荷载效应最不利组合与相应的抗力限值按地基承载力确定基底面
4、积及埋深时,传至基底上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值。计算变形时,传至基底上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合,不计风荷载和地震作用。相应限值应为地基变形允许值。计算挡土墙土压力、地基或斜坡及滑坡推力时,荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合,但其分项系数均为1.0。在确定基础高度、配筋和验算材料强度时,上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力,应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合,采用相应的分项系数。7/114地基基础的设计方法地基基础的设计方法(1)承载力要求。)承载力要求。必须保证地基在抵抗剪切破坏方面有足
5、够的安全度,Pk基底压力平均值,计算时采用荷载效应标准组合;fa修正后的地基承载力特征值。(2 2)正常使用要求。)正常使用要求。必须保证地基基础变形值小于地基的允许变形值。8/114设计内容和步骤:选择基础的材料和类型选择基础的埋置深度确定地基承载力确定基础的构造尺寸 必要时进行下卧层强度验算进行必要的地基验算(包括变形与稳定性验算)进行基础的高度设计绘基础施工图9/114设计所需资料:1.建筑场地的地形图;2.岩土工程勘察成果报告;3.建筑物平面图、立面图、荷载,特殊结构物布置与标高;4.建筑场地环境,邻近建筑物基础类型与埋深,地下管线分布;5.工程总投资与当地建筑材料供应情况;6.施工队
6、伍技术力量与工期要求。10/114一、按材料分类一、按材料分类砖基础砖基础毛石基础毛石基础砼基础砼基础毛石砼基础毛石砼基础钢筋砼基础钢筋砼基础第二节 浅基础的类型11/11412/11413/11414/11415/114由砖、毛石、素混凝土以及灰土等材料修建的基础,称为无筋扩展基础(刚性基础)。这类基础抗压强度大,但不能承受拉力和弯矩。可用于6层以下(三合土基础不宜超过4层)的民用建筑和墙承重的厂房。设计要求:16/114由钢筋混凝土材料修建的基础称为扩展基础(柔性基础)。在基础内配置钢筋来承受拉应力和弯矩。这种基础不受刚性角的限制,基础剖面可做成扁平形状。适用于上部结构荷载较大,有时为偏心
7、荷载或承受弯矩、水平荷载的建筑物基础。在地表有硬壳层需宽基浅埋时最常用。17/114对基础材料的要求:(1)砖 必须用粘土砖,灰砂砖与轻质砖均不得用于基础。一般地区稍湿地基,砖的标号不低于MU7.5;严寒地区饱和地基,砖的最低标号为MU20。通常应取比最低标号略高的标号。(2)石料 包括毛石、块石和经加工平整的料石,均应选用不易风化的硬岩石。石料的厚度不宜小于150mm。基础用的石料标号不低于200300号。(3)砂浆 白灰、水泥混合砂浆不能用于含水饱和地基。水泥砂浆在很湿的或饱和的地基中最低标号为M5。(4)混凝土 混凝土标号常用C10。体积大的混凝土基础,可以掺入2030毛石,称毛石混凝土
8、,以节约水泥。(5)钢筋混凝土 钢筋按计算配置,混凝土标号不低于C15。严格按重量配合比制备混凝土。18/114(6)灰土。中小工程可用灰土材料做基础,常用三七灰土(即体积比,三分石灰、七分粘性土),搅拌均匀,分层压实。所用石灰,在使用前加水,闷成熟石灰粉末,并需过5mm的筛子。土料宜就地取材,以粉质粘土为好,应过15mm筛,含水量接近最优含水量。拌和好的灰土,可以“捏紧成团,落地开花”为合格。灰土的强度与夯实密度有关施工质量要求最小干密度d(1.451.55)t/m3。灰土施工方法:每层虚铺灰土200mm250mm,夯实后为150mm,称为“一步灰土”。根据工程的需要,可设计二步灰土或三步灰
9、土,即厚度为300mm或450mm。合格灰土的承载力,可达(250300)kPa。灰上的缺点是早期强度低、抗水性差、抗冻性也较差,尤其在水中硬化很慢。因此,灰土作基础材料,通常只适用于地下水位以上。19/114二、按结构分类二、按结构分类单独基础单独基础条形基础条形基础柱下十字形基础柱下十字形基础箱形基础箱形基础片筏基础片筏基础柱下单独基础柱下单独基础墙下单独基础墙下单独基础墙下条形基础墙下条形基础柱下钢筋混凝土条形基础柱下钢筋混凝土条形基础20/11421/11422/11423/11424/11425/11426/114中商工行大厦片筏基础正在施工27/11428/114地基基础设计方案比
10、较 凡较重要的工程,或软弱地基以及土层分布极不均匀的情况,设计地基基础必须作出两个以上的方案,进行技术经济全面比较。对每一个可行性设计方案,需进行地基变形与强度计算,确定基础结构类型、尺寸、材料,以及造价、施工方法与工期等项目,一一列表,进行分析,全面比较,从中选择一个最佳方案实施。29/114需考虑的因素:上部结构情况工程地质和水文地质条件当地冻结深度建筑场地的环境条件第三节 基础埋置深度的选择30/114上部结构情况 如需作地下室等,埋深至少大于3m。高层建筑,为抗震稳定性要求埋深不小于 1/101/15的建筑物地面以上高度。若上部结构为超静定结构,对地基不均匀沉降很敏感,基础需座落在坚实
11、地基上。同一建筑物各部分埋深可以不同,做成台阶式过渡。31/114地基土层地基土层组成类型组成类型硬硬软软(A)(B)A:A:考虑荷载情况,按最小埋深要求确定;考虑荷载情况,按最小埋深要求确定;考虑荷载情况,按最小埋深要求确定;考虑荷载情况,按最小埋深要求确定;B:B:考虑人工地基,按最小埋深要求确定;考虑人工地基,按最小埋深要求确定;考虑人工地基,按最小埋深要求确定;考虑人工地基,按最小埋深要求确定;(C)C:C:地基土分为两层,上硬下软地基土分为两层,上硬下软地基土分为两层,上硬下软地基土分为两层,上硬下软:v硬土层厚度满足要求时,尽量浅埋;硬土层厚度满足要求时,尽量浅埋;v硬土层厚度很薄
12、时(硬土层厚度很薄时(1/4b),按按B情况考虑;情况考虑;v硬土层厚度较薄时,可提高室外设计地面。硬土层厚度较薄时,可提高室外设计地面。硬硬软软工程地质和水文地质条件1.工程地质条件32/114D:D:地基土分为两层,上软下硬地基土分为两层,上软下硬地基土分为两层,上软下硬地基土分为两层,上软下硬:v软土软土2m,埋于硬土上;埋于硬土上;v软土软土25m,轻型可浅埋软土上,荷载较大埋于硬土层;轻型可浅埋软土上,荷载较大埋于硬土层;v软土软土5m,轻型可浅埋软土上,荷载较大可采用人工地基轻型可浅埋软土上,荷载较大可采用人工地基 浅埋,荷载大应埋于硬土层,或选其它基础方案。浅埋,荷载大应埋于硬土
13、层,或选其它基础方案。(D)(E)地基土层地基土层组成类型组成类型E:E:地基土由若干软硬交替土层组成,根据减少地基土由若干软硬交替土层组成,根据减少地基土由若干软硬交替土层组成,根据减少地基土由若干软硬交替土层组成,根据减少沉降与工程量原则,按上述方法确定。沉降与工程量原则,按上述方法确定。沉降与工程量原则,按上述方法确定。沉降与工程量原则,按上述方法确定。硬硬软软软软硬硬硬硬33/1142.水文地质条件 一般基底宜设置在地下水位以上。若需置于地下水位以下时,则应考虑施工时基坑排水、坑壁围护以及地下水对基础是否有侵蚀性等问题。有承压水时,要防止基坑突涌。34/114当地冻结深度粉砂、粉土与粘
14、性土为冻胀性土。基础的最小埋深dmin=Zd-hmax式中 Zd-设计冻深,m;hmax-基底下允许残留冻土层的最大厚度35/114建筑场地的环境条件1.邻近存在建筑物2.靠近土坡d(xb-a)tg x对矩形和圆形基础取2.5 对条形基础取3.5 L(12)HH原基础原基础新基础新基础L36/1140.000.45埋深埋深d0.5m0.1m37/114第四节 地基承载力特征值地基计算包括:地基承载力计算地基变形计算软弱下卧层验算地基稳定性计算38/114设计要求:轴心荷载作用时,偏心荷载作用时,修正后的地基承载力特征值当偏心矩el/6 时1.地基承载力计算39/114 原位试验法:理论公式法:
15、经验法:地基承载力特征值的确定方法地基承载力特征值的确定方法甲级建筑物,用原位试验法,结合理论公式确定。乙级建筑物,用标准贯入试验野外鉴别确定。丙级建筑物,可参照邻近建筑物经验确定。通过现场直接试验(包括荷载试验、静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验)确定。根据土的抗剪强度指标计算。基于地区的使用经验,进行类比判断。40/114地基土的成因与堆积年代;地基土的物理力学性质;地下水;建筑物情况。地基承载力特征值的影响因素主要有:41/1141 1).根据土的抗剪强度指标计算根据土的抗剪强度指标计算当当e0.0330.033b承载力系数地基土的重度基础底面以上土的加权重度基础地面宽度,大于6m时,
16、按6m取值,对于砂土小于3m时按3m取值基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值42/1142)2)、按载荷试验、按载荷试验p-sp-s曲线确定曲线确定 p pu up p0 0s s千斤顶千斤顶荷载板荷载板平衡架平衡架拉锚拉锚由拐点得地基极限承载力p pu u,除以安全系数K得地基承载力 p p 1.p-s曲线有明确的比例界限时,取比例界限所对应的荷载值。2.极限荷载能确定,且值小于对应比例界限的荷载值的2倍时,取极限荷载值的一半。3.不能按上述两点确定时,取s/b=0.010.015对应荷载值;但值不应大于最大加载量的一半。p043/114地基承载力特征值的修正地基承载力特征值的修正规范规范
17、规定:当规定:当b3m3m或或d0.5m0.5m,地基承载力特征值应地基承载力特征值应该进行修正该进行修正地基承载力特征值,根据强度指标确定地基承载力修正系数44/114第五节 基础底面尺寸的确定1、中心荷载作用下由A=b l 独立基础:条形基础:A=b 1 方形基础:A=b b 1)基础底面积一、基底尺寸一、基底尺寸45/1142)基础高度基础高度保护层厚度46/114确定基底面积的步骤:1.按中心受压求A1;2.考虑偏心将A1扩大10%40%得A;3.验算:2、偏心荷载作用下47/114例:例:已知传至基础顶的内力值N=490kN,M=49kNm,V=9.8kN,地基承载力特征值地基为粘性
18、土,基础埋深d=1.5m,试设计基底面积。48/114【解解】先设b3m,修正后的地基承载力特征值为:先按轴心受压基础估算面积将底面积增大10%,,控制取49/114故基底长=2.6m,宽b=1.3m,设计合适。50/114二、软弱下卧层强度验算二、软弱下卧层强度验算软弱下卧层顶面处的附加应力值软弱下卧层顶面处土的自重应力值软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值条形基础:独立基础:51/114 例:例:一轴心受压基础,上部结构传来轴向力设计值N=780kN,地质资料如图所示,试设计基底面积及验算下卧层。52/114基底面积取【解解】先设b3m,修正后的地基承载力特征值为:基底附加压力:
19、持力层满足要求53/114查表9-20,下卧层顶面处的附加压力值:下卧层顶面处土的自重压力值:54/114下卧层顶面以上土的加权平均重度下卧层顶面处修正后的地基承载力特征值为验算:下卧层强度也满足要求.55/114第六节第六节 地基变形验算地基变形验算 对于一般多层建筑,地基土质较均匀且较好时,按地基承载力设计基础,可同时满足地基变形要求,不需进行地基变形计算。但对于甲级和乙建筑物及荷载较大、土层不均匀、地基承载力不高的丙级建筑物(表9-2以外),为了保证工程的安全,除满足地基承载力要求外,还需进行地基变形计算,防止地基变形事故的发生。56/114一、地基变形特征一、地基变形特征n1.1.沉降
20、量沉降量一般指基础中点的沉降量一般指基础中点的沉降量n2.2.沉降差沉降差相邻两基础的沉降量之差相邻两基础的沉降量之差n3.3.倾倾斜斜基基础础倾倾斜斜方方向向两两端端点点的的沉沉降降差差与与其其距离之比距离之比n4.4.局局部部倾倾斜斜承承重重砌砌体体沿沿纵纵墙墙610m内内基基础础两点的沉降差与其距离之比两点的沉降差与其距离之比57/114二、建筑物的地基变形允许值二、建筑物的地基变形允许值单层排架结构柱基以沉降量为控制值单层排架结构柱基以沉降量为控制值框架结构及砖石墙填充的边排柱以沉降差为控框架结构及砖石墙填充的边排柱以沉降差为控制值制值砌体承重结构以局部倾斜为控制值砌体承重结构以局部倾
21、斜为控制值高耸结构和高层建筑以整体倾斜和沉降量为控高耸结构和高层建筑以整体倾斜和沉降量为控制值制值详见建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)58/114第七节 无筋扩展基础设计刚性基础底面的宽度,受材料刚性角的限制 d为柱中钢筋直径200mm砖基础有“二皮一收”、“二一间隔收”两种砌法,砖基础下设垫层,材料可用混凝土、三合土等。垫层每边伸出基底50mm,厚度100mm。一、刚性基础59/114例例:北京一6层住宅楼,地基为粉土,土质良好,地基承载力特征值为250kPa。上部结构传至基础上的荷载为N200kNm。室内地坪0.00高于室外地面0.45m,基底高程为1.60m。设计无筋扩展
22、条形基础。60/114【解解】(1)基础埋深d由室外地面标高算起为 d1.60m-0.45m1.15m(2)条形基础底宽 0.88m取b1.00m。(3)基础材料设计 基础底部用素混凝土,强度等级为C15,高度300mm。其上用砖,质量要求不低于MU7.5,高度360mm,4级台阶,每级台阶宽度60mm。61/114(4)刚性角验算砖基础验算 采用M5砂浆,由表9-3查得基础台阶宽高比允许值tg1:1.50,设计上部砖墙宽度为b0360mm。4级台阶高度分别为60,120,60,120mm。砖基础底部实际宽度 b0b0十2460360mm十480mm840mm。砖基础允许底宽为:bb0十2Ht
23、g360mm十2360mm0.67840mm=b0 设计宽度正好满足要求。62/114混凝土基础验算 根据表9-3查得混凝土基础台阶宽高比允许值tg=1:1.00 设计b0840mm,H0300mm,基底宽b1000mm。混凝土基础允许底宽为:b0十2H0tg840mm十2300mm1 1440mmbl 000mm因此,设计基础宽度安全。63/114扩展基础分为柱下独立基础和墙下条形基础两类。第八节 扩展基础设计64/114构造要求1锥形基础的边缘高度,不宜小于200mm,也不宜大于 500mm;阶梯形基础的每阶高度宜为300mm500mm;2垫层的厚度不宜小于70mm,垫层混凝土强度等级 C
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