第二天然地基上的淺基礎設計祥解第1頁/共102頁2.1概述幾個概念：d基礎地基埋深第2頁/共102頁2.1概述天然地基上的淺基礎人工地基上的淺基礎深基礎換土墊層，水泥土樁、碎石樁復合地基等人工地基：埋深>5m特殊方法施工考慮側壁阻力作用沉井基礎沉箱基礎樁基礎也屬深基礎淺基礎：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。第3頁/共102頁2.1概述FdG主要受力層持力層（受力層）下臥層條形基礎3b獨立基礎1.5b且5m（二層以下民用建筑除外）主要受力層深度：第4頁/共102頁淺基礎按基礎剛度分

無筋擴展基礎擴展基礎(柔性基礎)1:1.0–1:2.0與材料和荷載有關Fbth0F

磚、石、灰土，素混凝土材料抗拉強度很低要求基礎臺階寬高比（剛性角）符合一定條件鋼筋混凝土要滿足抗彎、抗剪和抗沖切等結構要求2.1概述第5頁/共102頁2.1概述設計要求滿足：承載力、變形要求設計內容確定：埋深、型式、結構尺寸（長寬高）、材料驗算：承載力、變形、結構本身強度設計規范1《建筑地基基礎設計規范》（GBJ7-89）2《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）3《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）第6頁/共102頁2.1概述荷載規定荷載分類永久荷載可變荷載偶然荷載（特殊荷載）：爆炸力、撞擊力《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001）荷載的標準值荷載的準永久值第7頁/共102頁2.1概述荷載組合基本組合標準組合準永久組合正常使用極限狀態下的承載力驗算：確定基礎埋深及底面積正常使用極限狀態下的變形驗算，不記入風荷載和地震作用：計算地基變形承載力極限狀態下的穩定驗算：計算基礎內力、確定配筋及驗算材料強度第8頁/共102頁淺基礎設計步驟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、變形和穩定基坑設計第9頁/共102頁2.2基礎埋置深度原則：在滿足承載力的條件下盡量淺埋基本要求：除巖石以外，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其它控制因素第10頁/共102頁2.2基礎埋置深度1建筑物的用途、結構類型及荷載性質與大小地震區，除巖石地基外，天然地基的筏形和箱形基礎埋深不宜小于建筑物高度的1/15地下管道（上下水，煤氣電纜）應在基底以上，便于維修基礎埋深不同時

(1)主樓與裙房，高度不同,分期施工設置后澆帶

(2)臺階式相連,如山坡上的房屋第11頁/共102頁2.2基礎埋置深度2工程地質和水文地質條件盡量在地下水位以上,否則開挖降水,費用大有承壓水時，防止承壓水頂破基底基坑第12頁/共102頁相對隔水管涌突涌2工程地質和水文地質條件第13頁/共102頁2.2基礎埋置深度根據土層分布情況確定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IIh1<2m基底在好土；h1=2m~4m高樓好土，低樓軟土；h1>5m樁基或處理；好土軟土好土III IIIIV好土軟土軟土(很深)h1第14頁/共102頁2.2基礎埋置深度3地基土的凍脹凍脹丘Pingo第15頁/共102頁第16頁/共102頁凍脹危害及機理毛細水土顆粒結合水冰第17頁/共102頁凍脹危害及機理凍深毛細區地下水凍結區第18頁/共102頁2.2基礎埋置深度凍土多年凍土（凍結時間3年）季節性凍土發生凍脹的條件（1）土的條件一般是細顆粒土（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，如粉土凍脹最嚴重外因內因土的凍脹性第19頁/共102頁2.2基礎埋置深度土的凍脹性衡量指標凍脹性分類平均凍脹率：不凍脹1%弱凍脹1%

<3.5%凍脹3.5%

<6%強凍脹6%

<12%特強凍脹>12%注意：碎石、砂等中粒徑小于0.075mm的顆粒含量太高也會導致凍脹教材表2-1凍脹后地面原地面hh’實測凍土厚度zd第20頁/共102頁2.2基礎埋置深度考慮凍脹的基礎埋深按02規范dminzd-hmaxzd:

場地凍結深度（設計凍深）hmax：容許殘留凍土層最大厚度zd=z0zs

zw

ze標準凍深土類別凍脹性環境影響系數Z0標準凍深：北京0.8~1.0m哈爾濱2.0m滿洲里2.8m10年的實測最大凍深平均值第21頁/共102頁1新建筑物基礎埋深盡量淺2新舊相鄰建筑物有一定距離L/H=1~2

否則要求支護嚴格限制支護水平位移

4已有建筑物基礎的影響新舊LH第22頁/共102頁2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定極限承載力承載力容許承載力：設計承載力通常所說的承載力指容許承載力(承載力特征值)第23頁/共102頁地基承載力確定方法理論公式確定承載力載荷試驗確定承載力通過原位測試成果間接得到承載力極限承載力理論由塑性區控制承載力規范修正承載力公式淺層平板載荷試驗深層平板載荷試驗靜力觸探標準貫入動力觸探十字板剪切旁壓試驗第24頁/共102頁理論公式計算承載力：臨界荷載P1/4、P1/3臨塑荷載Pcr2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定階段1：彈性段階段2：局部塑性區階段3：完全破壞段極限荷載Pu（極限承載力）第25頁/共102頁2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定q=0dp2zMZmax=0

：Zmax=B/4或B/3

：

Pcr=0dNq+cNcP1/4=BN1/4+0dNq+cNc臨界荷載P1/3=BN1/3+0dNq+cNc臨塑荷載第26頁/共102頁極限荷載（極限承載力）Pu計算1普朗德爾-瑞斯納公式2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定q=0dd第27頁/共102頁2太沙基公式2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定被動區過渡區剛性核太沙基極限承載力：一個半經驗的公式第28頁/共102頁3漢森公式2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定在原有極限承載力公式上修正：基礎形狀修正深度修正荷載傾斜修正地面傾斜修正基底傾斜修正第29頁/共102頁理論公式計算承載力（總結）：臨界荷載P1/4、P1/3臨塑荷載Pcr極限荷載Pu（極限承載力）普朗特爾-雷斯諾公式太沙基公式漢森公式2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定第30頁/共102頁我國規范中取：fa=Mbb+Mdmd+Mcck以臨界荷載P1/4為理論基礎2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定1通過公式計算2通過載荷試驗確定p1/4=NB/2+Nq

d+Ncc第31頁/共102頁承載力公式計算：fa=Mbb+Mdmd+Mcck——fa：承載力特征值（設計值）2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定——Mb、Md、Mc：承載力系數，由k

查表——b：基底寬度，大于6m按6m考慮，對于砂土小于3m按3m考慮——ck：基底下一倍短邊寬深度內土的粘聚力根據經驗進行修正后的值：對砂性土予以提高第32頁/共102頁千斤頂荷載板2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定按載荷試驗確定地基承載力第33頁/共102頁地基承載力確定載荷試驗結果處理明顯拐點：臨塑荷載緩變型：由變形控制由極限強度控制第34頁/共102頁2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定fa=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)進行深度和寬度修正：fak：查表計算或靜載荷試驗確定的承載力標準值fa

：深寬修正后的承載力特征值（設計值）b、d

：寬度和埋深修正系數

：基礎底面以下土的重度m

：基礎底面以上土的加權平均重度b

：大于6m按6m考慮，小于3m按3m考慮d：由最小值控制;裙房荷載換為d第35頁/共102頁2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定基礎尺寸初步確定：GFdF

——作用在頂面的荷載，kNG

——基礎及臺階上填土總重，kNA

——基底面積，m2G

——平均重度，一般取20kN/m3d

——基礎埋深，mfa=fak+dm(d-0.5)

——暫不做寬度修正單獨基礎，中心荷載第36頁/共102頁2.3地基承載力和基礎尺寸初步確定GFd條形基礎，中心荷載偏心荷載時：將上面計算的A

或b

擴大至1.1~1.4倍根據A

可初步確定b

和L第37頁/共102頁2.4地基承載力驗算和變形驗算1持力層承載力驗算：根據初步確定的埋深d與b，確定fa承載力驗算初步確定了埋深和尺寸后,需要進行一系列驗算第38頁/共102頁偏心荷載時：2.4地基承載力驗算和變形驗算pkmax1.2f高層建筑(筏,箱基)：pkmin0考慮地震可能出現e>b/6,此時允許pkmin<0，但0應力區不能超過25%blN=F+G要求：第39頁/共102頁beNe<b/6:梯形beNe>b/6:三角形偏心荷載時：2.4地基承載力驗算和變形驗算第40頁/共102頁雙向偏心荷載時：2.4地基承載力驗算和變形驗算blN1增加面積AA不變，改變b和

l，具體看偏心方向采用不對稱柱若不滿足承載力要求，則考慮：注意方向及W取值N2步驟：承載力底面積教材例題2第41頁/共102頁地基承載力確定承載力驗算FhFvMpFh右側的水平推力基底反向的水平推力基礎底面的雙向反力＝彎矩MhFV基礎底反向力基礎底雙向反力＝彎矩MvMk第42頁/共102頁2.4地基承載力驗算和變形驗算2軟弱下臥層承載力驗算：F

pdzpcz軟土Es1Es2注意：下臥層承載力fa

只做深度修正條基無后一項擴散角可查表教材例題3第43頁/共102頁天然地基設計計算嚴紹軍CUG軟弱下臥層地基承載力驗算Es1Es2當z過小可能發生沖切破壞z/b擴散的是附加應力值上部土層變形模量/下部土層值越大擴散角越大軟弱下臥層頂部荷載包括傳來的附加壓力和上部自重軟弱下臥層的強度要進行深度修正教材例題3第44頁/共102頁天然地基設計計算嚴紹軍CUG軟弱下臥層地基承載力驗算1.軸心荷載算面積2.偏心還需要放大3.有了面積算壓力4.平均、最大需校核5.軟弱下臥層還得算承載力注意地下水的存在將各個荷載轉換為軸力和彎矩例題3第45頁/共102頁天然地基設計計算嚴紹軍CUG例題3擴散角軟弱下臥層地基承載力驗算持力層承載力驗算考慮偏心面積取1.5A實際為2.6×5.2m2Gk=486.7kN∑Fk=Ｎk+Ｐk=2020kN∑Mk=M+Q×1.2+P×0.62=1302.4kN·m第46頁/共102頁3其它驗算：水平荷載較大時，穩定驗算建筑在斜坡上時，穩定驗算抗震驗算2.4地基承載力驗算和變形驗算PhPv第47頁/共102頁天然地基設計計算嚴紹軍CUG地基穩定性計算水平滑動整體滑動斜坡處基礎K=MR/M

S

第48頁/共102頁建筑物需滿足地基變形要求建筑物變形驗算沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜等2.4地基承載力驗算和變形驗算幾乎所有建筑物！！4地基變形驗算：注意：荷載應按正常使用極限狀態下荷載效應的準永久組合，不應計入風荷載和地震荷載第49頁/共102頁地基變形控制指標沉降量：基礎中一點的沉降值單層排架柱基體型簡單的高層及高聳結構沉降差：一般指相鄰柱基中點的沉降量之差框架結構(敏感建筑)：受剪扭曲破壞砌體中邊排柱、抗風柱第50頁/共102頁地基變形控制指標傾斜：基礎傾斜方向兩端點沉降差與其距離的比值高層與高聳結構：以傾斜控制，傾斜滿足，驗算沉降局部傾斜：一般指砌體承重結構沿縱向6～10m基礎兩點沉降差與距離的比值墻體的撓曲受拉形成正、反八字裂縫第51頁/共102頁4.地基變形驗算地基變形指標圖例計算方法結構特點沉降量s1基礎中點沉降值單層排架結構柱基;高聳結構沉降差兩相鄰獨立基礎沉降量之差Δs=s1–s2框架結構第52頁/共102頁4.地基變形驗算地基變形指標圖例計算方法結構特點傾斜高聳結構以及長高比很小的高層建筑局部傾斜砌體承重結構第53頁/共102頁計算原理：分層總和法計算方法：規范推薦“平均附加應力系數”方法高大釗書中將其稱為“應力面積法”地基沉降變形計算第54頁/共102頁2.4地基承載力驗算和變形驗算dzizi-10i沉降不滿足時，需要：增大尺寸(減少p0)增加埋深(減少p0),尤其增加地下室-補償基礎地基處理調整荷載計算深度的確定第55頁/共102頁減輕不均勻沉降危害的措施建筑措施體型簡單設沉降縫結構措施減輕自重，如摩天大樓，鋼結構采用筏基、箱基等整體性好的基礎施工措施坑底土保護，坑底20cm保護層適當安排施工順序增加上部結構剛度（控制長高比，設置圈梁，合理布置縱橫墻···）第56頁/共102頁磚基礎2405×602405×602.5基礎結構設計剛性基礎（無筋擴展基礎）第57頁/共102頁磚石基礎第58頁/共102頁素混凝土基礎一層臺階兩層臺階錐形斷面第59頁/共102頁磚基礎毛石基礎素混凝土基礎上述基礎材料都要符合強度等級要求灰土基礎石灰和土（粘性土）按其體積比3：7或2：8構成三合土基礎由石灰：砂：碎磚（或碎石）按1：2：4～1：3：6配成剛性角(寬高比)：

bi—任一臺階寬度(m);

Hi—相應臺階高度(m);tanα—臺階寬高比的允許值，參照下述規范表格經驗值選用剛性基礎構造要求第60頁/共102頁2.5基礎結構設計剛性基礎（無筋擴展基礎）1:1.0–1:2.0Fbth0有剛性角要求教材表2-16第61頁/共102頁2.5基礎結構設計FFFF安全不安全安全浪費第62頁/共102頁

剛性基礎構造要求圖圖2.1剛性基礎構造示意

d—柱中縱向鋼筋直徑第63頁/共102頁無筋擴展基礎（剛性基礎）設計

例題4：1.地基設計2.基礎設計3.放大腳設計第64頁/共102頁磚基礎剖面圖（a）“兩皮一收”砌法；（b）“二一間隔收”砌法第65頁/共102頁抗拉鋼筋的使用突破了材料剛性角的限制良好的抗剪和抗彎能力柔性基礎降低了基礎厚度減少了混凝土用量減小了基坑開挖量基礎的布置和形式有更多自由工程運用上的優點受力更為合理物盡其用柱下鋼筋混凝土獨立基礎和墻下鋼筋混凝土條形基礎均稱為鋼筋混凝土擴展基礎柔性基礎（擴展基礎）第66頁/共102頁鋼筋混凝土擴展基礎相互作用相互影響一些擴展基礎型式簡圖第67頁/共102頁2.5基礎結構設計柔性基礎（擴展基礎）沖切彎曲2121純剪斜壓第68頁/共102頁鋼筋混凝土擴展基礎構造要求鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG1.墊層：C10素混凝土厚70～100mm可加厚2.底板：錐形200mm階梯形300～500mm

底板混凝土保護層40(有墊層）70(無墊層）

200底板受力鋼筋：

10mm間距100～200mm墻下條基分布鋼筋：

8mm間距300mm第69頁/共102頁鋼筋混凝土擴展基礎構造要求鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG3.杯口基礎構造要求書上只提及低杯口由柱截面尺寸（長邊）確定杯底a1和杯壁厚度t(查表）根據荷載(偏心)及杯壁的t/h2確定是否配置頂部構造鋼筋柱的插入深度h1由柱的型式和尺寸確定(查表)第70頁/共102頁鋼筋混凝土擴展基礎構造要求鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG4.鋼筋混凝土擴展基礎與上部結構的連接基礎插筋柱內縱向受力筋相同布置首先滿足錨固長度然后一般情況可僅將四角鋼筋伸至底板鋼筋網插筋至少應配置上下兩道箍筋基礎以上一定范圍柱內箍筋加密獨立柱基第71頁/共102頁第72頁/共102頁鋼筋混凝土擴展基礎構造要求鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG第73頁/共102頁墻下鋼筋混凝土條形基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG地基設計型式選擇埋深等地基土的承載力控制基礎底面寬度計算上部荷載作用下的變形基礎設計模型簡化及內力分析

懸臂梁假設基礎底板厚度由剪切作用控制

變階截面

底板配筋由彎矩控制第74頁/共102頁墻下鋼筋混凝土條形基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG基礎設計基底凈反力基礎自重不產生內力基底凈反力用于結構計算荷載組合為基本組合設計值截面I—I內力分析計算截面和墻有關剪力彎矩第75頁/共102頁墻下鋼筋混凝土條形基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG基礎厚度確定（經驗:b/8)h0有效高度抗剪強度遠大于剛性基礎配筋計算簡化公式第76頁/共102頁墻下鋼筋混凝土條形基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG力平衡力矩平衡第77頁/共102頁墻下鋼筋混凝土條形基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG例題5設計某教學樓外墻鋼筋混凝土基礎，上部結構傳至基礎頂面的荷載設計值F=270kN/m，修正后的地基承載力特征值fa=135kPa；混凝土強度等級為C20，鋼筋為HPB235級，基底標高-1.75m，基底墊層厚100mm?(1)求基礎寬度(2)求基底凈反力取2mF=270KN/m第78頁/共102頁墻下鋼筋混凝土條形基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG例題5混凝土強度等級為C20鋼筋為HRB235級基底墊層厚100mm(3)求基礎厚度(4)計算配筋C20混凝土ft：1.1N/mm2按構造要求取h=200mm一級鋼筋fy：210N/mm2取9根則間距為110mm取8根則間距為125mm第79頁/共102頁墻下鋼筋混凝土條形基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG例題51.通過承載力來確定寬度2.簡化模型求凈反力確定得到彎矩M和剪力V3.通過抗剪計算得到厚度通過梁抗彎曲計算得到配筋量設計成功了？？第80頁/共102頁無筋擴展基礎最小擴大200-500mm剛性角第81頁/共102頁墻下條形基礎凈反力厚度不足剪壓破壞配筋不足彎曲破壞VM第82頁/共102頁柱下鋼筋混凝土獨立基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG柱下鋼筋混凝土獨立基礎破壞型式斜拉裂縫沖切破壞彎曲破壞第83頁/共102頁（二）中心受壓獨立基礎設計1、基礎底板厚度第84頁/共102頁第85頁/共102頁第86頁/共102頁中心受壓柱下鋼筋混凝土獨立基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG抗沖切計算確定底板厚度首先地基反力的求取pj根據沖切錐將錐體外四分計算作用于最不利面上沖切力

Fl=pjAabcdef

計算能提供的抗沖切力唯一一個未知數：h0第87頁/共102頁中心受壓柱下鋼筋混凝土獨立基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG抗沖切計算確定底板厚度第88頁/共102頁中心受壓柱下鋼筋混凝土獨立基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG抗沖切計算確定底板厚度bc+2h0≥b

不同情況下acbc取值不同第89頁/共102頁3）有臺階時第90頁/共102頁中心受壓柱下鋼筋混凝土獨立基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG彎矩計算確定底板配筋I-I截面彎矩梯形面積形心O1至I－I距離第91頁/共102頁中心受壓柱下鋼筋混凝土獨立基礎計算與設計彎矩計算確定底板配筋II-II截面彎矩梯形面積形心O2至II－II距離計算方法與I-I截面彎矩相同第92頁/共102頁中心受壓柱下鋼筋混凝土獨立基礎計算與設計鋼筋混凝土擴展基礎設計嚴紹軍CUG例題6地基設計確定基礎底面積長寬一致則通過抗沖切確定底板厚度初步分析：估計底板厚度

h0=b/8=0.275m沖切錐體是否超過底板范圍

bc+2h0=bh0=0.925m下面按沖切錐體沒有超出底板范圍進行設計