规范浅基础7

地基基础设计原则

• 1）防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方 面，应有足够的可靠度；（强度要求） • 2）控制地基的变形量不超过规范允许值； （变形要求） • 3）满足基础结构的强度、刚度和耐久性。 （上部结构的其他要求）

1

• 作用组合 基本组合 n S = γ G S Gk + ∑ γ Qiψ ci S Qik

i =1

S = γ G SGk + γ Q1SQ1k + ∑ γ Qiψ ci SQik

标准组合

i =2

n

水平作用较大的挡 土墙等，承载力极 限状态下的稳定验 算

S = S Gk + S Q1k + ∑ψ

i=2

n

正常使用极 ci S Qik 限状态下的 承载力验算

准永久组合

S = S Gk + ∑

正常使用极限状态下 ψ qi S Qik 的变形验算，不记地 i =1 震作用

n

2

具体规定 作用效应最不利组合与相应的抗力限值

• （1） 按地基承载力确定基础底面积及埋深或 按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底 面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用 效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载 力容许值或单桩承载力容许值。 • （2）计算地基变形时，传至基础底面上的作 用效应按正常使用极限状态下作用效应的准永 久组合，不应计入地震作用。相应的限值应为 地基变形容许值。

3

• （3）计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳 定及滑坡推力时，作用效应应按承载能 力极限状态下作用效应的基本组合，但 其分项系数均为1.0。 • （4）在确定基础或桩台高度、支挡结构 截面、计算基础或支挡结构内力、确定 配筋和验算材料强度时，上部结构传来 的作用效应组合和相应的基底反力，应 按承载能力极限状态下作用效应的基本 组合，采用相应的分项系数。当需要验 算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限 状态作用效应标准组合。 4

浅基础类型

¾ 按结构型式

扩展基础 柔性基础 联合基础 条形基础 独立基础 交叉条形基 础 刚性基础

按结构型式 壳体基础 箱形基础

5

筏形基础

扩展基础

无筋扩展基础 砖、石、灰土，素混凝土 材 料抗拉强度很低 有基础台阶宽高比(刚性角)要 求

F

扩展基础(柔性基础)

钢筋混凝土 要满足抗弯,抗剪和 抗冲切等结构要求

F

b1 tgα = h0

b1

h0

α

b0

与材料和 荷载有关

6

钢筋混凝土扩展基础 条形基础 钢筋混凝土独立基础

锥形基础

阶梯形基础 墙下条形基础

杯形基础

7

联合基础

矩形联合基础

梯形联合基础

连梁式联合基础

8

条形基础

条形基础的 主要受力层深度 ≤ 3.0b

条形基础

9

交叉条形基础

土质更差,或荷载很大,四面基础相连

纵向条形基础 横向条形基础

10

浅基础深度的确定

基础埋置深度：基础底面埋在地面下的深度。

F

G

持力层（受力层）

下卧层

11

地基冻融条件

考虑冻胀的基础埋深 dmi

n > zd – hmax

Zd 设计冻深；hmax允许冻土最大厚度

地面

Z0 Zd

dmin hmax

12

冻胀丘

13

地基变形的三个阶段

a.线性变形阶段

0 pb b

pu p ob段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载 与沉降关系接近于直线，土中τ＜τf,地 基处于弹性平衡状态

u b.弹塑性变形阶段 pb—比例极限荷载 bu段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲 或临塑荷载 线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑 pu—极限荷载 性变形区 c c.破坏阶段 s uc段，塑性区扩大，发展成连续滑动 面，荷载增加，沉降急剧变化 塑性变 p ＜p＜p b u 形区 p＜pb

14

连续滑动面

p≥pu

地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹 塑性变形阶段）时，地基所承受的基底压力称为临塑荷 载pb 地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段） 时，地基所承受的基底压力称为极限荷载pu • 地基的破坏形式

1.整体剪切破坏

a. p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的 三个阶段 b. 地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区 发展成连续的滑动面 c. 荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一 15 侧倾斜，基础两侧地面明显隆起

2.局部剪切破坏

a. p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段 b. 塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一 区域内 c. 荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起

3. 冲剪破坏

a. p-s曲线没有 明显的转折点 b.地基不出现明显连续滑动面 c. 荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而 16 是下陷

地基承载力

• 规范规定的公式

千斤顶

• 荷载板原位试验 • 经验方法

荷载板

17

※ 地基容许承载力：是指地基稳定有足够安 全度的地基承载力，相当于地基极限承载力 除以一个安全系数。

18

”按地基载荷试验确定地基的承载力特值

19

香港国际机场

20

F

静力触探试验法

方法简介： 用静压力将装有探头的触探器压入土中，通 过压力传感器及电阻应变仪测出土层对探头 的贯入阻力。探头贯入阻力的大小直接反映 了土的强度的大小，把贯入阻力与荷载试验 所得到的地基容许承载力建立相关关系，从 而即可按照实测的贯入阻力确定地基的容许 承载力值。还可以把土的贯入阻力与土的变 形模量及压缩模量建立相关关系，从而可以 确定变形模量和压缩模量 比贯入阻力：探头单位截面积的阻力

Q Qc + Qf ps = = A A

21

钻杆

探头

Qf Qc

探头阻力Q可分 为两个部分 1.锥头阻力Qc 2.侧壁摩阻力Qf

标准贯入试验法

钻杆 器头

贯入 器身

方法介绍： 试验时，先行钻孔，再把上端接有钻杆 的标准贯入器放至孔底，然后用质量为 63.5kg的锤，以76cm的高度自由下落将 贯入器先击入

土中15cm，然后测继续打 30cm的所需要锤击数，该击数称为标准 贯入击数 建立标准贯入击数与地基承载力之间的 对应关系，可以得到相应标准贯入击数 下的地基承载力

器靴

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地基容许承载力确定

[ fa ] = [ fa 0 ] + k1γ 1 ( b − 2 ) + k2γ 2 ( h − 3)

式中 [ fa]—修正后的地基承载力容许值（kPa）； b—基础底面的最小边宽，当b ＜2m时，取b =2m；当b ＞10m时 ，取b =10m； h —基底埋置深度，自天然地面起算，有水流冲刷时自一般冲刷 线起算；当h ＜3m时，取h =3m；当h /b＞4时，取h=4b； k1，k2 —基底宽度、深度修正系数，根据基底持力层土的类别 按表3.3.4确定； γ1 —基底持力层土的天然重度。若持力层在水面以下且为透水者 ，应 取浮重度； γ2 —基底以上土层的加权平均重度，换算时若持力层在水面以下 ，且不透水时，不论基底以上土的透水性质如何，一律取饱和重 度；当透水时，水中部分土层则应取浮重度。 23

基础底面尺寸的确定

™（持力层承载力验算，必要时软弱下卧层验算）

按地基持力层的承载力计算基底尺寸

Pmax =N/A ≤ [ f ] Pmax =N/A ±∑M/W≤ [ f ]

24

软弱下卧层承载力验算：

pz = γ 1 ( h + z ) + α ( p − γ 2 h ) ≤ γ R [ f a ]

式中

F p

d z

θ

pz ——软弱地基或软土层的压应力 h ——基底或桩端处的埋置深度 scz

Es1 Es2

z ——从基底或桩基桩端处到软弱地基

或软土层地基顶面的距离

软土

γ 1——深度（h+z）范围内各土层的换算重度

α

γ —— 深度h范围内各土层的换算重度(kN/m3) 2

——土中附加压应力系数

p ——基底压应力

25

[ fa ]

——软弱地基或软土层地基顶面土的承载力容许值

基础底面尺寸确定例题

• 已知如图所示的某矩形基础，试计算该 基础底面尺寸（作用均为标准值）。

N=4500kN M=350kN•m V=100kN 2.0m 1.6m 3.5m

Es = 7500kPa γ = 18.6kN / m 3 I L = 0.65 γ sat = 19.8kN / m 3 f ak = 200kPa

淤泥质粘 性土

γ = 17.3kN / m 3

Es = 2500kPa f ak = 80kPa

26

解： （1）求取地基承载力容许值 对于的粘性土 I L = 0.65,

k 1＝0、 k 2=1.5

（2）确定基础底面尺寸

4500 + 0 N+P = = 31.09 m 2 A0 = f a − γ G d 216.74 − 20 × 3.6

考虑荷载偏心影响，将基底面积增大20％，则基底面 积A＝1.2A0=37.3m2

假设l/b=2 b=4.5m l=9m

取b=4.5m

取l=9m

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（3）计算基底平均压力和最大压力

基底处总竖向力∑ N = 4500 + 0 + 20 × 4.5 × 9 × 3.6 = 7416 kN 基底处的总力矩 e = ∑ M / ∑ N = 550 / 7416 = 0.074(

pk max

k min

∑ M = 350 + 100 × 2.0 = 550kN ⋅ m

N 6e ∑ (1 ± ) = = A l

7416 6 × 0.074 (1 ± ) 4.5 × 9 9

OK

⎧192.14kPa

08kPa > 0

28

（4）软弱下卧层验算

先计算软弱下卧层顶面处的 地基承载力容许值： d = 1.6 + 2.0 + 3.5 = 7.1m

N=4500kN M=350kN•m V=100kN 2.0m 1.6m 3.5m

18.6 × 3.6 + 9.8 × 3.5 θ 3 γm = = 14.26 kN / m 7 .1

= 23 o

软弱下卧层顶面处的自重压力值： γ ( h + z ) = 18.6 × 3.6 + 9.8 × 2.5 = 91.46kPa 查表，得 α = 0.453 pz = γ 1 ( h + z ) + α ( p − γ 2 h )

Es = 7500kPa γ = 18.6kN / m 3 I L = 0.65 γ sat = 19.8kN / m 3 f ak = 200kPa

淤泥质粘 性土

γ = 17.3kN / m 3

Es = 2500kPa f ak = 80kPa

= 91.46 + 52.61

OK

29

例 题

• 1.如图所示某柱下独立基础，基础底面 尺寸3.0m×2.5m,上部结构传至基础的 荷载效应，轴向荷载 FK =1650kN，基础 埋深1.5m。（不考虑相邻基础荷载的影 响） (1)基底压力计算：

Fk + Gk 1650 + 20 × 3.0 × 2.5 × 1.5 = Pk = = 250kPa A 3.0 × 2.5

30

31

基底附加压力：

p0 = pk − σ c =250-1.5 ×19=221.5kPa

(2)地基变形沉降计算深度：

zn =b(2.5−0.4lnb) =2.5×(2.5−0.4ln2.5) =5.33 m

(3)假设 p0 > f k ，计算基础底面下6m内主要 压缩土层的最终沉降时，沉降计算经验 系数ψ s ：

32

计算深度范围内土层压缩模量的当量值：

Es A ∑ = A 其中 Ai = ( z i • α i − z i −1 • α i −1 ) • p0 ∑E

i i si

基底下6m深度内主压缩层有两层土： 基础按根据矩形基础，L/b=3.0/2.5=1.2 查 表 z 0 = 0 ，查表得 α 0 = 0.2500 基础底面处： z1 = 2.5，查表得 α 1 = 0.1822 黏土层底面： z 2 = 6 ，查表得α 2 = 0.1036 基础底面下6m处：

33

所以有，

A1 = ( z1 • α1 − z0 • α0 ) • p0 =(2.5 × 4 × 0.1822-0) • p0 =1.822p0

计算深度范围内土层压缩模量的当量值：

=(6 × 4 × 0.1036-2.5 × 4 × 0.1822) • p0 =0.6644p0

计算深度范围内土层压缩模量的当量值：

Es A ∑ = A ∑E

i i

si

1.822 + 0.6644 = = 5.0 MPa 1.822 0.6644 + 4.5 7 .2

ψ s = 1 .3 −

1 . 3 − 1. 0 × (5 − 4) = 1.2 7−4

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查表得

• 最终沉降量：

s = ψ s s0 = ψ s ∑

i =1 n

p0 ( zi α i − zi −1α i −1 ) Esi

⎡ 2.5 × 0.1822 × 4 − 0 6 × 4 × 0.1036 − 2.5 × 0.1822 × 4 ⎤ = 1.2 × 221.5 × ⎢ + 3 ⎥ 4.5 × 10 7.2 ×103 ⎣ ⎦ = 332.25 × ( 0.4049 − 0.0923) ×10−3 = 0.103

35