1、第四章天然地基上的淺基礎天然地基上的淺基礎天然地基上的淺基礎設計天然地基上的淺基礎設計Shallow foundation on natural groundGB50007-20021 地基基礎分類，荷載和承載力計算地基基礎分類，荷載和承載力計算2 基礎埋深和基礎尺寸確定基礎埋深和基礎尺寸確定3 承載力驗算和下臥層驗算承載力驗算和下臥層驗算4 基礎的沖切驗算基礎的沖切驗算5 基礎的抗震驗算基礎的抗震驗算6. 基礎的結構設計基礎的結構設計7. 算例算例地基基礎分類荷載和承載力計算地基基礎分類荷載和承載力計算D D一一 地基基礎分類地基基礎分類(一一)天然地基與淺基礎天然地基與淺基礎淺基礎 埋深小

2、于埋深小于5m，或者埋深大于，或者埋深大于5m，但是小于基礎寬度。兩側（四，但是小于基礎寬度。兩側（四周）的摩阻力忽略不計。所以不是簡周）的摩阻力忽略不計。所以不是簡單的深淺概念。單的深淺概念。天然地基 是不經過對地基土的處理是不經過對地基土的處理人工地基 經過地基處理經過地基處理D D樁基礎樁基礎下臥層地基與基礎地基與基礎D埋深D q = D均布荷載持力層（受力層）地基地基基礎FG主要受力層主要受力層（表主要受力層（表3 30 02 2）n條形基礎3bn獨立基礎1.5bn且5m（二層以下民用建筑除外）天然地基天然地基 淺基礎的分類1 按基礎埋深分2 按基礎剛度分無筋擴展(剛性)基礎擴展基礎3

3、 按基礎的結構形式分地基基礎分類地基基礎分類Shallow foundationRigid foundationSpread foundationMat foundationPile foundationIndividual footing(pad foundation) Strip footingCross strip footingBox foundation2 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)Spread foundation鋼筋混凝土要滿足抗彎,抗剪和抗沖切等結構要求0

4、hbtgt1.1 1.5與材料和荷載有關F btb0h0F3 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 foundation2 條型基礎墻下或柱下條形基礎墻下或柱下條形基礎, , 柱下柱下: :一般是土一般是土質差質差, ,兩側單獨基礎相連兩側單獨基礎相連Strip foundation3 3 十字交叉基礎十字交叉基礎柱下柱下: :土質更差土質更差, ,或荷載很大或荷載很大, ,四面基礎相連四面基礎相連縱向條形基礎縱向條形基礎橫向條形基礎橫向條形基礎4 片筏基礎土質更差土質更差, ,單獨基礎聯成整體單獨基礎聯成整體, ,游泳館游泳館,

5、 ,筏下筏下有肋有肋, ,板下處理板下處理Mat foundation5 箱形基礎有筏、墻和頂板形成箱，整體性更好有筏、墻和頂板形成箱，整體性更好底板底板外墻外墻內墻內墻6 殼體基礎二二 荷載計算荷載計算2 荷載種類荷載種類永久永久( (恒恒) )荷載荷載: :(1)(1)不隨時間變化不隨時間變化,(2),(2)變化與均變化與均值比可以忽略值比可以忽略,(3),(3)單調變化并趨于極值。單調變化并趨于極值。可變可變(活活)荷載荷載：變化與均值比不可以忽略：變化與均值比不可以忽略偶然偶然(特殊特殊)荷載荷載：在結構使用期間不一定出現，：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。一

6、旦出現其值很大，持續時間很短。3 荷載的代表值荷載的代表值標準值標準值:為設計基準期內最大荷載統計分布的特為設計基準期內最大荷載統計分布的特征值，如均值征值，如均值組合值組合值：對于可變荷載，組合超越概率與其出對于可變荷載，組合超越概率與其出現概率相同現概率相同頻遇值頻遇值：對于可變荷載，超越概率為規定的較對于可變荷載，超越概率為規定的較小比率小比率準永久值：準永久值：對于可變荷載，設計基準期內，其對于可變荷載，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。超越的總時間為設計基準期一半的荷載值。荷載計算荷載計算4 荷載的設計值代表值荷載的設計值代表值分項系數分項系數5 荷載效應荷載效應

7、上部結構上部結構F F：結構自重：結構自重 屋面樓面荷載屋面樓面荷載 活荷載活荷載基礎自重基礎自重G G：設計地面高程（內外地面平均值）：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，只做校核一般為前兩種情況，橫向力不大，只做校核荷載計算荷載計算荷載計算荷載計算6 荷載組合極限狀態設計時，荷載組合極限狀態設計時，為保證結構為保證結構可靠性對于同時出現底各種荷載設計值的規定可靠性對于同時出現底各種荷載設計值的規定基本組合基本組合：承載能力極限狀態設計時，永久作：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）用與可變作用的組合（分項系數）標準組合標

8、準組合：正常使用極限狀態設計時，采用標：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值（或組合值）為荷載代表的組合準永久組合：準永久組合：正常使用極限狀態設計時，對于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可變荷載采用準永久值為荷載代表的組合1 原位測試方法原位測試方法 (1) 深，淺層平板荷載板試驗深，淺層平板荷載板試驗 (2)其他原位試驗其他原位試驗2 公式計算公式計算3 經驗類比經驗類比荷載采用標準組合確定地基承載力荷載采用標準組合確定地基承載力niQikcikQGkSSSS21 荷載計算荷載計算SGK 永久荷載效應值永久荷載效應值SQiK 可

9、變荷載效應值，可變荷載效應值，SQ1K 表示起控制的可變荷載表示起控制的可變荷載三三 地基承載力計算地基承載力計算n荷載板試驗荷載板試驗n規范規定的公式規范規定的公式n經驗方法經驗方法千斤頂千斤頂荷載板荷載板承載力的標準（特征）值承載力的標準（特征）值fakn比例界限比例界限pcrn當當pu1.5 pcr時，取極限承載力一半時，取極限承載力一半漸變型曲線漸變型曲線ns/b = 0.010.015低壓縮性土低壓縮性土ns/b = 0.02高壓縮性土高壓縮性土深度寬度修正的特征值深度寬度修正的特征值)5 . 0()3(dbffmdbkaa（二）（二） 規范中設計承載力的確定規范中設計承載力的確定

10、fa=Mb b+Md md+Mcck fa :承載力特征值（設計值）承載力特征值（設計值）相當與相當與 p1/4=N B /2+Nq d+Ncc但當內摩擦角比較大時，但當內摩擦角比較大時， 2Mb N 基礎寬度基礎寬度b大大于于6m按按6m計算，砂土小于計算，砂土小于3m按按3m計算計算（三）（三） 經驗類比法確定承載力經驗類比法確定承載力查表得出承載力的標準值，做基礎的寬度和查表得出承載力的標準值，做基礎的寬度和深度修正深度修正基礎埋深和基礎尺寸確定基礎埋深和基礎尺寸確定下臥層持力層（受力層）持力層（受力層）FGD埋深基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸一一 基礎埋深確定基礎埋深確定 ( (一）基礎

11、埋深確定的基本原則一）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，但是有如下料，但是有如下基本要求基本要求：1. 1. D大于大于50cm,表土擾動，植物，凍融，沖蝕表土擾動，植物，凍融，沖蝕2. 基礎頂距離表土大于基礎頂距離表土大于10cm，保護，保護3. 橋要求在沖刷深度以下橋要求在沖刷深度以下還有三項還有三項控制因素控制因素D大于大于10cm（二）（二） 結構要求結構要求1 1 地下室，地下管道（上下水，煤氣電纜）地下室，地下管道（上下水，煤氣電纜）應在基底以上，便于維修，要求地下室應在基底以上，便于維修，要求地下室, ,作用

12、作用: :承載力變形 補償基礎F 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸新舊相鄰建筑物有一新舊相鄰建筑物有一定距離定距離否則要求支護否則要求支護并且要嚴格限制支護并且要嚴格限制支護的水平位移的水平位移L/ H=12（二）（二） 結構要求結構要求LH基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸3基礎埋深不同時(1) 主樓與裙房主樓與裙房 高度不同高度不同, ,分期施工設置后澆帶分期施工設置后澆帶（二）（二） 結構要求結構要求(2) 臺階式相連臺階式相連, 如山坡上的房屋如山坡上的房屋 或者驗算邊坡穩定性或者驗算邊坡穩定性L/ H=12三三 基礎埋深和尺基礎埋深和尺寸寸臺北國際金融中心臺北國際金融中心（三）地基及地質水文條

13、件1 地下水位以上地下水位以上,否則開挖降水否則開挖降水,費用大費用大擾動擾動2 土層分布情況土層分布情況(1) 淺基礎還是深基礎淺基礎還是深基礎(樁基礎樁基礎)(2) 天然還是人工地基天然還是人工地基(3) 如果是天然地基如果是天然地基,基礎埋深的確定基礎埋深的確定 根據土層分布根據土層分布 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸在滿足其在滿足其他要求下他要求下盡量淺埋盡量淺埋只有低層只有低層房屋可用房屋可用, ,否則處理否則處理盡量淺埋盡量淺埋但是如但是如h h1 1太小就為太小就為IIIIh14 m 樁基樁基或處理或處理（三） 地基及地質水文條件好土好土軟土軟土( (很深很深) )好土好土軟土軟土

14、軟土軟土好土好土 I II III IVh1 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸h1（四）（四） 凍結深度凍結深度凍脹丘凍脹丘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。表就發生隆起，便形成凍脹丘?；A埋深和尺寸基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸冰椎冰椎 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸（四）（四） 凍結深度凍結深度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，稱如果凍結深度大

15、于融沉，稱為永凍土為永凍土 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸1 凍脹危害及機理凍脹危害及機理凍深毛細區毛細區地下水地下水1928-1929 Casagrande做了較深入的研究,美國北部:冰深45cm,凍脹13cm,=8%12%, 60%110%, 冰透鏡達13cm凍結區凍結區基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸毛細水毛細水土顆粒土顆粒結合水結合水冰冰(2) 機理機理 復雜復雜,開始認為是水變成冰的體脹開始認為是水變成冰的體脹.自由水凍結溫度自由水凍結溫度0oc,結合水凍結溫度結合水凍結溫度-0.5-30oc基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸總結:開敞式水源,凍結慢,形成透鏡體吸引毛細水吸引毛細水自由水自由水+

16、 +外層外層( (弱弱) )結合水凍結結合水凍結, ,形成冰針形成冰針, ,冰透鏡冰透鏡結合水膜變薄結合水膜變薄, ,離子濃度加大離子濃度加大, ,吸力增加吸力增加吸引地下水吸引地下水基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸2 發生凍脹的條件發生凍脹的條件（1） 土的條件土的條件 一般是細顆粒土。一般是細顆粒土。 砂土的毛細高度小，發生冰凍時體積膨脹，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。不及時，凍脹也不明顯。（2） 溫度條件溫度條件 低于凍結溫度低于凍結溫度（3） 水力條件水力條件含水量，具有開放性條件

17、，如粉土凍脹最嚴重含水量，具有開放性條件，如粉土凍脹最嚴重基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸3 按凍脹的地基土分類 老規范 土類，含水量，地下水位土類，含水量，地下水位Z0標準凍深多年實測最大凍結深度的平標準凍深多年實測最大凍結深度的平均值均值, 夏季地面開始往下算。夏季地面開始往下算。 北京北京 1.0m，哈爾濱，哈爾濱 2.0m，滿洲里，滿洲里 2.5m4 考慮凍脹的基礎埋深dmin z0 t dfrZ0 標準凍深；dfr殘留凍土層厚度Z0 tZ0dmin室內地面室內地面dfr4 4 考慮凍脹的基礎埋深考慮凍脹的基礎埋深凍脹率凍脹率 ：地面最大凍脹量：地面最大凍脹量/設計凍深設計凍深(%)hw凍

18、結面與地下水的距離凍結面與地下水的距離Zd設計凍深設計凍深 (h - z)凍脹后地面凍脹后地面原地面原地面 zzdh實測凍土厚度實測凍土厚度4 考慮凍脹的基礎埋深dmin zd hmaxZd 設計凍深；hmax允許殘留凍土最大厚度ZdZ0dmin室內地面hmax思考題：思考題：在遼寧某地修建一在遼寧某地修建一6 6層宿舍樓，層宿舍樓，9 9月底月底開工挖地基，開工挖地基，3 3月份建成第一層時發月份建成第一層時發現基礎和墻面由于凍脹而開裂。設計現基礎和墻面由于凍脹而開裂。設計的基礎埋深完全滿足凍深的要求，解的基礎埋深完全滿足凍深的要求，解釋為什么發生凍脹破壞？釋為什么發生凍脹破壞？ 5 5 基

19、礎尺寸的確定基礎尺寸的確定基本條件：基底壓力的標準值不基本條件：基底壓力的標準值不大于承載力的特征值大于承載力的特征值pk fa三三 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸中心荷載柱基礎柱基礎（1）底面積）底面積A的確定的確定*荷載荷載Fk+Gk Gk=Ad, 是基礎加土是基礎加土=20KN/m3*承載力特征值承載力特征值fa（暫不做寬度修正）（暫不做寬度修正）*基底面積Fk+Gk =Afa)5.0( fadDdfFAAfdAFakak三三 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸GkFk(2) 長和寬長和寬,高度的確定高度的確定單獨無筋擴展基礎單獨無筋擴展基礎bl A, b b0+2htg , l l0+2htg

20、 滿足滿足d h+0.1m確定確定b, l 和和hhbtgt =45o (1:1) 30o (1:2)Fll0b0bbth三三 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸條基單位長度，確定基礎寬度FhdfFbbfdbFakakbb0+2htg 確定h磚墻:承重墻b 6070cm, b0為24,37,48cm 非承重墻b 50cm三三 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸偏心荷載以柱下獨立基礎為例以柱下獨立基礎為例（1 1）按中心荷載確定底面積）按中心荷載確定底面積A A1 1(2)考慮偏心A=(1.11.4) A1 根據偏心大小根據A初步確定b和ldfFAak1F MeF+G三三 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸擴展基

21、礎（鋼筋混凝土）n埋置深度和平面尺寸的確定方法一埋置深度和平面尺寸的確定方法一剛性基礎相同剛性基礎相同n基礎高度較小基礎高度較小. .F btb0h0F三三 基礎埋深和尺寸基礎埋深和尺寸承載力和下臥層驗算承載力和下臥層驗算下臥層D埋深D q = D均布荷載持力層（受力層）持力層（受力層）基礎FG主要受力層初步確定了埋深和尺寸后初步確定了埋深和尺寸后,需要一系列驗算需要一系列驗算( (一一) ) 持力層驗算持力層驗算1 承載力的設計值的確定b6m 按按6m, b/6, 此時此時pminb/6, 此時pmin1016%, 79度不液化* 非液化土層du很厚,地下水位dw很深(一定值) 不必進一步判

22、斷例: du 69m, dw 58m,2 規范法判斷地基液化液化(2)復判復判在以上初在以上初判的基礎上判的基礎上,用標準慣入擊數用標準慣入擊數N63.5反映砂土密度反映砂土密度首先飽和首先飽和,地下水以下地下水以下,砂土或粉土砂土或粉土cwscrddNN3)(1.09.00ds標慣點深度；標慣點深度； dw地下水深度，地下水深度， dsdw非液化非液化 c粘粒含量，粘粒含量，N0基準基準標慣擊數標慣擊數N0基準基準標慣擊數標慣擊數 7 8 9近震近震 6 10 16遠震遠震 8 12 /裂度裂度遠近遠近基礎的結構設計基礎的結構設計一一 磚基礎磚基礎240560240560二二 磚石基礎磚石基

23、礎30030030080 150 150素混凝土基礎素混凝土基礎一層臺階一層臺階120200240 60 170240 60 150 150兩層臺階兩層臺階算例算例 e=0.1 Il=0.2 w=0.1n=6(樣本數樣本數)北京地區，居民住宅，北京地區，居民住宅，條形基礎，無地下室條形基礎，無地下室，案例題案例題F=300kN/m素填土，素填土，.9kN/m3 Es=4MPa0.00-1.50-6.50-14.50w=29%; ; 9kN/m3; e=0.80; wl=37.7%,; wp=18.0% ,Es=8.8MPack=25kPa; k=18 。粘土。粘土-1.205m8mw=38%;

24、 ; 8kN/m3; e=1.10; wl=25.0%,; wp=14.0% ,Es=3.0MPack=12kPa; k=10 。淤泥質土。淤泥質土密實砂礫密實砂礫石層石層1根據給定條件，比較合理的埋深應為：根據給定條件，比較合理的埋深應為：n(A)2.00mn(B)1.00mn(C)1.40mn(D)3.50m2.用經驗類比（查表）法，第二層土的承載用經驗類比（查表）法，第二層土的承載力標準值最接近于：力標準值最接近于：n(A)180kPan(B)200kPan(C)250kPan(D)150kPae=0.80; w=29%; wl=37.7%; wp=18.0% IL(w-wp)/Ip=0

25、.558查表得承載力基本值查表得承載力基本值215.36kPa e=0.1， IL=0.2， w=0.1n=6(樣本數樣本數)，回歸修正系數回歸修正系數 f 0.832承載力標準值承載力標準值179.2kPa.3.用經驗類比（查表）法，第三層土的承載用經驗類比（查表）法，第三層土的承載力標準值最接近于：力標準值最接近于：n(A)100kPan(B)80kPan(C)95kPan(D)112kPaw=38%;查表得承載力基本值查表得承載力基本值95kPa回歸修正系數回歸修正系數 f 0.832承載力標準值承載力標準值79.0kPa4.如果基礎埋深定為如果基礎埋深定為1.5米；基礎寬度為米；基礎寬

26、度為1.7米。米。根據理論公式計算，第二層土的承載力設計根據理論公式計算，第二層土的承載力設計值最接近于：值最接近于：n(A)220kPan(B)250kPan(C)300kPan(D)175kPafa=Mb b+Md md+Mcck表表5.2.5 k=18 , Mb0.43, Md2.72, Mc=5.31, =9kN/m3, m=18.92kN/m3fa=0.4391.7+2.7218.921.5+5.3125217kPa 承載力設計值承載力設計值 5. 如果基礎埋深定為如果基礎埋深定為1.5米；基礎寬度為米；基礎寬度為1.7米。米。根據查表計算，第二層土的承載力設計值最根據查表計算，第二

27、層土的承載力設計值最接近于：接近于：n(A)230kPan(B)210kPan(C)300kPan(D)175kPa承載力標準值承載力標準值179.2kPa進行寬度和深度修正進行寬度和深度修正 b0.3 d=1.6,承載力設計值承載力設計值fa179.2+1.618.92（1.50.5）=209.5kPa)5 . 0()3(dbffmdbkaa6軟弱下臥層頂面處的土層自重應力最接近軟弱下臥層頂面處的土層自重應力最接近于（于（kPa)：n(A)50n(B)100n(C)70n(D)80自重應力自重應力18.91.2+0.31994.7=70.7kPa7.基底的凈壓力（基底的凈壓力（P0)最接近于

28、（最接近于（kPa):n(A)155n(B)166n(C)177n(D)200(300+19.61.71.5)/1.7-18.91.5177kPa8.軟弱下臥層頂面處的土層附加應力最接近軟弱下臥層頂面處的土層附加應力最接近于（于（kPa)：n(A)72n(B)67n(C )83n(D)56z/b0.5, 模量比約為模量比約為3， 23o z(1771.7)/(1.7+24.7tan23o） 53kPa9.根據查表軟弱下臥層的承載力設計值根據查表軟弱下臥層的承載力設計值最接近于最接近于(kPa)：n(A)100n(B)120n(C)140n(D)150)5 . 0()3(dbffmdbkaa承載力標準值承載力標準值79.0kPa , d=1.1， m=11.4kN/m3承載力設計值承載力設計值fa79.+1.111.4（6.50.5）=154.2kPa10.將二、三兩層分別按一層計算沉降，不進將二、三兩層分別按一層計算沉降，不進行修正（設行修正（設 s=1.0)時，其沉降最接近于時，其沉降最接近于(cm):n(A)20n(B)30n(C)10n(D)