極限平衡理論與淺基礎第1頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎5、淺基礎的設計與計算識記：剛性基礎臺階寬高比的概念。領會：各類建筑物對地基變形驗算的要求。綜合應用：按地基持力層承載力，確定墻下條形基礎和柱下單獨基礎的底面尺寸；進行基礎結構設計；軟弱下臥層承載力的驗算。6、減輕不均勻沉降危害的措施。領會：減輕不均勻沉降危害的建筑措施、結構措施和施工措施。4、地基承載力的確定識記：各級建筑物確定地基承載力的方法；影響地基承載力的主要因素。地基承載力特征值的深度、寬度修正方法。領會：根據(jù)規(guī)范表格確定各類地基土承載力特征值的方法。第2頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎學習目的和要求

通過本章的學習，了解淺基礎的類型及其適用條件，熟悉基礎埋置深度的確定原則，掌握地基承載力特征值的確定方法，熟練掌握按地基持力層承載力計算墻下條形基礎和柱下單獨基礎的底面尺寸，掌握軟弱下臥層承載力的驗算方法，理解地基變形驗算要求和減輕不均勻沉降危害的措施。第3頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎§3.1地基基礎設計原則

地基基礎設計是土木工程結構設計的重要組成部分。結構設計包含基礎設計。在某種地質條件下，基礎設計的意義和要求，比上部結構設計更重要、更難。1、概述第4頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎地基基礎分類：地基天然地基

是不經(jīng)過對地基土的處理人工地基

經(jīng)過地基處理第5頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎淺基礎

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?；A深基礎：當基礎埋置深度較大（一般大于5m或大于基礎最小寬度），須借助特殊的施工方法和裝備建造的基礎。第6頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎地基基礎設計包括兩方面的內容：地基、基礎對基礎的要求：①結構強度、剛度和耐久性②與上部結構相適應對地基的要求：①承載力（強度）

②沉降(變形）地基及基礎示意圖第7頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎DD地基與基礎的關系地基與基礎密切相關，彼此制約

地基與基礎設計不能單方面考慮第8頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎地基基礎方案選擇建筑物的性質工程地質條件施工條件包括建筑物的用途、結構布置、結構類型、荷載性質及大小等包括場地土層分布、組成、土性及地下水等包括當?shù)厥┕ぜ夹g力量、施工設備、材料價格、工期等優(yōu)選

天然地基上的淺基礎第9頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎地基基礎設計等級甲級乙級丙級1）地基復雜程度2）建筑物規(guī)模和功能特征3）地基問題可能造成建筑物破壞或影響正常使用程度劃分原則第10頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎計算要求

地基計算內容

建筑物類型

地基承載力計算設計等級為甲、乙、丙級的建筑物

地基變形計算設計等級為甲、乙及部分丙級建筑物

地基穩(wěn)定性計算經(jīng)常受水平荷載的高層建筑物；高聳結構、擋土墻；建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物或構筑物；基坑工程

抗浮驗算當?shù)叵滤癫剌^淺，建筑物地下室或地下構筑物存在上浮問題第11頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

計算內容

荷載效應最不利組合相應的抗力及限值

圖示按地基承載力確定基底面積及基礎埋深正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的標準組合地基承載力特征值

fa(kpa)

計算地基變形正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的準永久值組合（不計入風荷載和地震作用）地基變形值

[S]計算擋土墻土壓力、地基和斜坡的穩(wěn)定、滑坡推力承載力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，但分項系數(shù)均為1；確定基礎高度、支擋結構截面；計算基礎或支擋結構內力；確定配筋或驗算材料強度承載力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，采用相應的分項系數(shù)；荷載取值FMeF+G第12頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎建筑物的型式與功能上部結構荷載資料場地勘察與室內試驗資料場地施工技術條件基礎型式方案比較擬定基礎型式及平面布置確定基礎埋深必要時的驗算（軟弱下臥層強度、變形穩(wěn)定、抗滑驗算等）確定地基承載力確定基底平面尺寸計算地基承受荷載基礎結構設計（基礎剖面尺寸、配筋）編制施工說明、繪施工圖計算地基凈反力不滿足設計內容和步驟第13頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎淺基礎的設計方法建筑物設計上部結構的自重及各種荷載都是通過基礎傳到地基中的。上部結構基礎地基基底壓力附加應力地基沉降變形基底反力基礎結構的外荷載基底壓力接近直線“剛性設計”第14頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎§3.2淺基礎的類型淺基礎的分類方法按基礎材料無筋基礎鋼筋混凝土基礎按基礎結構類型擴展基礎柱下條形基礎柱下交叉條形基礎筏形基礎箱形基礎殼體基礎按基礎受力特點柔性基礎剛性基礎第15頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎1)擴展基礎基礎材料無筋擴展基礎(剛性基礎)鋼筋混凝土基礎(柔性基礎)結構型式柱下獨立基礎(單獨基礎)墻下條形基礎第16頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎無筋擴展基礎(剛性基礎）材料：磚、石、灰土、三合土及混凝土工作條件：猶如一倒置的承受地基反力

的兩端外伸的懸臂梁特點：磚、石、灰土，素混凝土材料抗壓強度較高，抗拉和抗剪強度很低，受彎后易剪切破壞。設計采用限制基礎外伸寬度與高方法：度之比（臺階寬高比）不超

過允許值的構造措施。第17頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎定義剛性基礎：用磚、石抗拉和抗剪強度較低的材料建造，在構造上受剛性角限制，受力后不發(fā)生撓曲變形的基礎。應用范圍：

一般用于六層及六層以下（三合土不超過四層）的民用建筑和輕型廠房。第18頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎鋼筋混凝土擴展基礎(柔性基礎)材料:

鋼筋混凝土工作條件：倒置懸臂梁特點：基礎配置一定數(shù)量的鋼筋，可

以承受拉應力，故不受剛性角的限制，但要滿足抗彎,抗剪和抗沖切等結構要求。定義：柔性基礎----用鋼筋混凝土建造，構造上不受剛性角限制，受力后允許產(chǎn)生一定撓曲變形的基礎。適用條件：寬基淺埋第19頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎2)柱下條形基礎基礎材料:鋼筋混凝土結構型式單向條形基礎:同一軸線（或同一方向）上若干

柱下相連的鋼筋混凝土條形基礎。十字交叉條形基礎:柱網(wǎng)下沿縱橫兩向分別設置的鋼筋混凝土條形基礎。第20頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎特點：1）抗彎剛度大，具有調

整不均勻沉降的能力。

2）能將集中柱荷載較均勻地分布到整個基底。工作條件：有別于鋼筋混凝土擴展基礎，不僅在橫截面方向如倒置的懸臂梁，在縱向則如倒置的以各柱為鉸支的多跨連續(xù)梁。適用條件：地基土較軟弱，分布不均；基底面積受相鄰建筑物或設備基礎的限制無法擴展時；柱荷載差異大，以致基底面積擴大使其彼此接近或象相碰時。第21頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎3)筏形基礎覆蓋于建筑物地基上的整體鋼筋混凝土板狀基礎?；A材料:鋼筋混凝土工作條件:猶如倒置的樓蓋結構結構型式墻下筏基–--平板式柱下筏基平板式梁板式第22頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎3)筏形基礎第23頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎1）有較大基底面積，不僅易于滿足軟弱地基承載力的要求，

而且減少了地基的附加壓力，并在與上部結構共同工作的條件下使沉降比較均勻；

2）對上部結構剛度較好的多層房屋，能增加整體性能，減少相對沉降，增強抗震性能；

3）可跨越土中淺層小洞穴和局部軟弱層，防止因局部下沉造成的房屋損壞；4）可作為水池、油庫等的防滲底板；5）有地下室時，可提供較寬敞的使用空間；

6）有地下室或架空地板時，具有一定的補償性效應。

筏基的功能不足之處1)無力調整過大的差異沉降2)上下配筋，經(jīng)濟指標較高第24頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎4)箱形基礎由鋼筋混凝土底板、頂板和內外墻體組成的整體空間結構基礎。整體性更好基礎材料:鋼筋混凝土適用條件：軟弱地基上的高層、重型或對不均勻沉降要求嚴格的建筑物第25頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎底板外墻內墻4)箱形基礎第26頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

特點1）基礎埋深大、中空形式，使開挖卸去的土重部分抵償了上部結構傳來的荷載，能顯著減小基底壓力、降低基礎沉降量；

2）整體剛度大，只能產(chǎn)生大致的均勻沉降或整體傾斜，抗震性能好；

3）具有較大地下空間可供各種使用功能，但因內墻分隔而使使用受限；

4）經(jīng)濟指標高，施工技術復雜，對防水通風要求較高。4)箱形基礎第27頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎5)殼體基礎基礎材料：鋼筋混凝土結構型式正圓錐殼體M形組合殼體內球外錐組合殼體特點：1）材料省、造價低，

2）施工技術要求高。適用條件：

可用作柱基礎和筒形構筑物基礎第28頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎單獨基礎柱下條形基礎箱形和筏形基礎基底面積越來越大、對上部結構荷載的擴散作用越來越強在相同的上部結構荷載作用下，基底壓力和基底附加壓力越來越小，剛度越來越大，可以適應更軟弱的地基，可以減小地基的沉降變形

在相同的地基條件下，可以承受更大的上部結構荷載作用

設計計算方法越來越復雜，一般情況下工程造價越來越高淺基礎的特點：小結第29頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎§3.3基礎埋置深度的選擇1、確定基礎埋深的意義和原則埋深定義下臥層持力層（受力層）FGd設計地面基礎底面基礎埋深第30頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎選擇埋深的意義實質選擇合適的持力層保證

1）地基的可靠性（強度、變形要求）

2）基礎的穩(wěn)定性（抗傾覆、滑動和侵蝕要求）

3）施工的難易性（埋深大施工難，反之則易）

4）造價的經(jīng)濟性（埋深大造價高，反之則低）第31頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎選擇埋深的原則1）在滿足地基強度、穩(wěn)定和變形要求的前提下，基礎應盡量淺埋；2）除巖石地基外，基礎埋深不宜小于0.5m。基礎頂面一般不露出地面，要求基礎頂面低于地面不小于0.1m。

淺埋可節(jié)約材料，方便施工，縮短工期，降低造價第32頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎1）與建筑物有關的條件2、選擇基礎埋深的影響因素建筑物的功能用途1、考慮建筑物結構類型、使用功能和用途要求；2、土質地基上高層建筑，應滿足穩(wěn)定性要求；3、巖石地基上高層建筑，應滿足抗滑要求；4、受上拔力的基礎，滿足抗拔要求；5、高聳構筑物，滿足抗傾覆穩(wěn)定性要求?？拐饏^(qū)筏板、箱形基礎不宜小于建筑物高度1/15；樁箱、樁筏基礎不宜小于建筑物高度1/18~1/20第33頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎只有輕型建筑可用，否則采用連續(xù)基礎、人工處理或深基礎比較確定

上硬下軟盡量淺埋（寬基淺埋），但是如h1太小就按情況Ⅱ考慮

上軟下硬

h1<2m,基底置于下層好土h1=2m~4m高樓置于好土,低樓置于軟土h1>4m樁基或人工處理好土軟土(很深)好土軟土軟土好土

III IIIIVh1基礎條件由其它條件確定時，基礎盡可能淺埋2）工程地質條件h1第34頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎3）水文地質條件地基中有地下水時1）基礎應盡量置于地下水位以上；

2）當基礎必須置于地下水位以下時，應考慮排水、圍護及擾動，地下水有無侵蝕性，設計時還應考慮地下室防滲、抗浮等問題；

3）有承壓水時，由避免基坑被承壓水沖破的條件確定。向上的承壓水壓力向下的土壓力

要求

.有承壓水時第35頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎4）地基凍融條件凍土地基：地基土的溫度低于攝氏零度時，土

中部分孔隙水將凍結而形成凍土。凍土的類型季節(jié)性凍土----冬季凍結，夏季融化，

每年凍融交替一次。多年凍土----連續(xù)凍結三年以上的凍土。第36頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

土的凍脹與融陷毛細水土顆粒結合水冰凍脹—土凍結后體積的膨脹凍脹機理融陷—凍土融化后引起建筑物沉陷的現(xiàn)象。

結冰時水的膨脹可達10%左右，且膨脹力很大，達2MPa量級，當膨脹力大于基底壓力時，基礎被抬起第37頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎凍深毛細區(qū)地下水位凍結區(qū)

土凍脹的影響因素土質：含弱結合水或有毛細水的細粒土含水量：含水量越大，凍脹性越強地下水位：離凍結區(qū)越近，水分補充越快第38頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎凍脹的分類

不凍脹

特強凍脹

弱凍脹

凍脹

強凍脹凍深對基礎埋深的要求Zddmin室內地面hmax

dmin=zd–hmax式中：

zd––設計凍深；

hmax

––允許殘留凍土最大厚度。第39頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

①有地下室或半地下室的建筑，其埋深必須結合地下部分設計標高選定。地下管道（上下水，煤氣電纜）應在基底以上，且應預留孔洞，孔徑應大于管徑

（10~15mm），管道宜選柔材。5）場地環(huán)境條件②同一建筑物基礎可采用不同的埋深，對土質地基上的墻下無筋基礎，應做成

臺階狀，這是為解決基礎不均勻變形的構造措施。L/H=1~2第40頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎③新舊相鄰建筑物新基礎的埋深不宜超過原有建筑物基礎底面，否則應有一定間距，即：L／H=1~2若不能滿足上述要求，則應在施工期間對原有建筑

物采取保護措施。LH④為了保護基礎不受人

類和其他生物活動等的影響，基礎的頂面宜低于室外設計地面

0.10m，同時又要便于周圍排水溝的布置。d大于10cm第41頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

淺基礎的地基承載力§3.41.

地基承載力的概念

地基承受荷載的能力

為了滿足地基強度和穩(wěn)定性的要求，設計時必須控制基礎底面最大壓力不得大于某一界限值，這一界限值稱為地基承載力。

極限承載力:地基即將喪失穩(wěn)定性時的承載力;

允許承載力:地基穩(wěn)定有足夠的安全度且變形在允許范圍內時的承載力。第42頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

地基承載力特征值相應于載荷試驗時，地基土的壓力變形曲線線性變形段內不超過比例界限點的地基壓力值。sp~s曲線pcr

pufasa

p地基承載力特征值fa—在保證地基穩(wěn)定的條件下,

使建筑物的沉降量不超過允許值的地基承載力。

第43頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎2.

地基承載力確定的原則

1）在最不利荷載作用下，地基不出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象；

2）在長期荷載作用下，地基變形不造成上部結構損壞。特點：1.地基承載力特征值實質就是允許承載力；2.按正常使用極限狀態(tài)原則確定；3.以地基的變形作為控制標準。

荷載增加

地基變形增長

地基承載力加大地基承載力是其變形的函數(shù)

第44頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎3.

地基承載力特征值確定的方法

根據(jù)土的抗剪強度指標，按理論公式計算

按地基現(xiàn)場載荷試驗確定

按規(guī)范承載力表確定

根據(jù)相鄰條件相似的建筑經(jīng)驗確定分類第45頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎1)按地基載荷試驗確定------適用于淺層地基

淺層平板載荷試驗

深層平板載荷試驗

螺旋板載荷試驗適用于深層地基千斤頂荷載板載荷板的測試范圍：在現(xiàn)場通過0.25～0.50m2的載荷板對擾動較少的地基土體直接施荷，所測得的成果一般能反映相當于1～2倍荷載板寬度的深度以內土體的平均性質。

第46頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎p~s曲線“陡降型”

步驟：

1）當p~s曲線上有明顯的比例界限pb時，取pb對

應的荷載值為地基承載

力特征值；

2）當pu<2pb時，取pu/2

為地基承載力特征值。載荷試驗結果

p~s曲線確定

地基承載力特征值第47頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎條件：承壓板面積為

0.25~0.50m2p~s曲線“緩變型”

步驟：

當p~s曲線上無明顯的比例界限pb和極限荷載pu時，取沉降s=(0.01~0.015)b對應的荷載值為地基承載力特征值；且其值不大于最大加載量的一半。第48頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎載荷試驗結果

p~s曲線確定

地基承載力特征值方法

p-s曲線“陡降型”——

取值主要由地基強度控制

p-s曲線“緩變型”——取值主要由地基允許變形控制

常出現(xiàn)于中、高壓縮性土

常出現(xiàn)于低壓縮性土第49頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

同一層土參加統(tǒng)計試驗點不少于三點，所得試驗實測值的極差(最大值與最小值之差)不超過平均值的30%時，取此平均值為地基承載力特征值fak。即：

滿足：

Δf=famax

–

famin

≤0.3fam

有：fak

=fam

要求第50頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

載荷試驗的主要優(yōu)缺點

載荷板與實際基礎對地基影響深度比較

(a)載荷試驗(b)實際基礎

優(yōu)點：載荷試驗可靠性高，對于成分或結構很不均勻的土層，如雜填土、裂隙土、風化巖等，它則顯出用別的方法所難以代替的作用。

缺點：費時、耗資多；載荷板的尺寸一般比實際基礎小，影響深度較小，試驗只反映這個范圍內土層的承載力。第51頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎2)按土的抗剪強度指標確定

地基極限承載力理論公式安全系數(shù)，一般取2~3

地基規(guī)范推薦的理論公式fa

=

Mb

b

+

Md

md

+

Mcck

注：此式以p1/4=Nb/2+Nqd+Ncc

為理論依據(jù)

該公式相應的理論模式是基底壓力呈條形均勻分布。所以僅適用于e≤0.0033b的情況。承載力系數(shù)，按查表確定。第52頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎幾點說明：（1）土的抗剪強度指標、ck的取值

原狀土樣，三軸試驗，每層土的試驗數(shù)量≥6組；

（2）地下水對地基承載力的影響基底上下土的重度γm、γ，在地下水位以下采用有效重度;（3）基礎寬度和埋深對地基承載力的影響

對＞0的土，增大基礎寬度，地承力隨之增大；但b≥6

時，取b=6；對砂土地基b<3時，取b=3。

（4）按此式確定fa時，尚應進行地基的變形驗算。fa

=

Mb

b

+

Md

md

+

Mcck第53頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎3.地基承載力特征值的修正修正原因:考慮增加基礎寬度和埋置深度時，地基承載力也將隨之提高，所以，應將地基承載力對不同的基礎寬度和埋置深度進行修正，才能供設計使用。適用條件:當基礎寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，從現(xiàn)場載荷試驗或其他原位測試等方法確定的地基承載力特征值應進行修正。修正公式:fa

=

fak

+

ηb

(b

–3)+

η

d

m(d

–0.5)基礎寬度和埋深的地承力修正系數(shù)，查表7.10第54頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

fa與fak的區(qū)別fa

=

Mb

b

+

Md

md

+

Mcckfa

=

fak

+

ηb

(b

–3)+

η

d

m(d

–0.5)以界限荷載為基礎的理論公式結合經(jīng)驗給出計算地基承載力設計值未經(jīng)深寬修正的地基承載力特征值，由土質地基的現(xiàn)場載荷試驗和靜力觸探、動力觸探、標準貫入試驗等原位測試法取得，經(jīng)深寬修正后方得到。

第55頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎3-63-41第56頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎3-6第57頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎第58頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

基礎底面尺寸的確定§3.5

建筑物確定了基礎類型和埋置深度后，若已知基礎底面尺寸，可以進行地基土持力層承載力和變形驗算，如果還存在軟弱下臥層，還需對軟弱下臥層的承載力進行驗算。

若底面尺寸不知道，可以根據(jù)外荷載和地基承載力進行地基基礎設計，對于軸心荷載作用，可假定基礎底面形狀為正方形；對于偏心荷載作用，可假定基礎底面形狀為長方形，并根據(jù)偏心距的大小給出長邊和短邊的合適比例后，再進行設計。第59頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎1.

按地基持力層承載力特征值確定基底面積1）中心荷載下的基礎計算假定:基底壓力均勻分布基底平均壓力標準值pk不超過持力層經(jīng)修正后的地基承載力特征值fa，即：

pk

≤fa

計算要求GkFk第60頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎GkFk計算公式dlb基礎自重及其臺階上的土重實體基礎Gk=γGAd=20Ad

第61頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎討論基礎及回填土的平均重度，一般取20,地下水位以下取10上式中有兩個未知數(shù)和，可能要通過反復試算確定。計算時，可先對地基承載力只進行深度修正，計算值；然后按計算所得的，考慮是否需要進行寬度修正，使得、間相互協(xié)調一致。第62頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎①矩形基礎A=lb（一般l/b≤3）②方形基礎A=b2③條形基礎A=1×b=b沿基礎長度方向取1m的計算單元（l=1m）第63頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎【例1】某住宅承重墻厚240mm，采用墻下條形基礎；地基土表層為雜填土，厚度0.80m，重度17.5kN/m3，其下為粘土層，重度18.5kN/m，承載力特征值fak為200kPa，孔隙比0.86。地下水位在地表下1.0m處。若已知上部墻體傳來的豎向荷載標準值為195kN/m。試確定基礎底面尺寸。解:

1.確定基礎埋深:為了便于施工，基礎宜建在地下水位以上，故選擇粘土層作為持力層，初步選擇基礎埋深d=1m。第64頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎3.取1m長的條基作計算單元基礎寬度：埋深范圍內土的加權平均重度：

2.對持力層土進行深度修正:3-6第65頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎取該承重墻下條形基礎寬度b＝1.25m。4.驗算:滿足要求。第66頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎（2）偏心荷載作用下的基礎：計算假定:基底壓力按直線分布（梯形或三角形分布）pk

≤fa

pkmax

≤1.2fa

計算要求同時滿足下列兩式的要求，即：eF+GFMlbpkmaxpkminpke第67頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎計算公式基礎底面的抵抗矩矩形基礎Mk=(Fk+Gk)e第68頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎矩形基礎當pkmin<0時偏心荷載作用點至最大壓力pkmax作用邊緣的距離(m):k=(l/2)-eexylbk3kF+Ge>l/6:出現(xiàn)拉應力區(qū)e第69頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎計算偏心荷載作用下的基礎底面尺寸——逐次漸近試算法計算步驟1)按中心受壓初步計算基底尺寸：2)據(jù)偏心大小，增加基底尺寸10~40%，即：A1=（1.1~1.4）A0

3)初選l和b，一般取l/b=1~2，得實際基底尺寸：A≈A1承載力特征值可先進行深度修正若b＞3，則對地基承載力進行寬度修正第70頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎其中：Mk=M0k+VkH0上部結構傳來的力矩標準值pkpkmax

4)計算基底應力：第71頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎要求：1）應滿足e

≤

l／６

(即pkmin≥0)

2）對重要建筑物：pkmin／pkmax≥1/4~1/3

以避免產(chǎn)生過大的不均勻沉降；

3）對個別情況可：e

＞

l／6

(即pkmin<0）此時：5)驗算

：pk≤fa

pkmax≤1.2fa如不滿足要求，應修改尺寸，重復上述步驟，直到符合要求為止。第72頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎【例2】柱截面尺寸300mm×400mm，作用在柱底的荷載標準值：中心垂直荷載700kN，力矩80kN-m，水平荷載13kN。其它參數(shù)見下圖。試根據(jù)持力層地基承載力確定基礎底面尺寸。此題為偏心荷載作用下的基礎，解題思路為:對地基承載力進行深度修正，按中心荷載作用初定基礎底面積，考慮偏心荷載作用擴大基礎面積，驗算地基承載力，如不合適，調整基底面積重復按上述步驟計算。第73頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎【解】1、求地基承載力特征值根據(jù)粘性土e=0.7，IL=0.78查表7.10，得：ηb=0.3ηd=1.6持力層承載力特征值fa（先只考慮對基礎進行深度修正）：2、初步選擇基底尺寸計算基礎和回填土重Gk時的基礎埋深。按中心受壓計算基底面積：由于偏心不大，基礎底面積按20%增大，即：初步選擇基礎底面積因不需再對fa進行寬度修正。第74頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎3、驗算持力層地基承載力基礎和回填土重：偏心距：即基底最大壓力：最后確定該柱基礎底面長L=2.4m,寬b=1.6m?；灼骄鶋毫Γ簼M足要求。第75頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎2.地基軟弱下臥層承載力驗算

軟弱下臥層是指在持力層下，成層土地基受力層范圍內，承載力顯著低于持力層的高壓縮性土層。Fk

Pkdzpcd軟土Es1Es2Gk

pcz基底壓力軟臥層頂面處自重應力驗算要求：作用于下臥層頂面的全部壓力（自重應力和附加應力），不超過軟臥層的承載力。即：

當持力層下有軟土時，可能在此層破壞，需要驗算軟弱下臥層的地基承載力基底處自重應力pz+pcz≤faz軟臥層頂面處的附加應力標準值第76頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎軟弱下臥層頂面的附加應力簡化計算---壓力擴散角法假設基底處的附加應力向下傳遞時按某一角度向外擴散，并均勻分布于較大面積的軟弱下臥土層上。

條件矩形基礎：條形基礎軟臥層頂面處附加應力=基底處附加應力應力擴散后面積注

擴散角與Es1/Es2及z/b有意:關，持力層太薄不起作用Fk

Pkdz軟土Es1Es2Gk

第77頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎軟弱下臥層地基承載力特征值faz計算faz=fak+ηdγm（d+z–0.5）對軟弱下臥層地基承載力只進行深度修正，修正深度從地面到軟臥層頂面pz+pcz≤fazFk

Pkdzpcd軟土Es1Es2Gk

pcz第78頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎當上述驗算不能滿足時可采取的措施1)采用“寬基淺埋”方案，盡量減少基礎埋深，增

加基底至軟弱下臥層的距離，使傳至軟弱下臥

層的附加應力減??；2)增大基礎寬度，減小基底壓力，使傳至軟臥層的附加應力減?。ǖ赡茉黾榆浫跖P層變形）;3)采用人工地基或采用深基礎避開軟弱下臥層

。第79頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎【例3】某承重墻厚，傳來軸力標準值基礎埋深，地基資料如下圖所示，試確定基底尺寸并驗算軟弱下臥層?！窘狻?/p>

1、持力層承載力驗算：中心荷載作用，沿墻長方向取。埋深范圍內土的加權平均重度先進行深度修正：第80頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎由于：不須進行寬度修正?；灼骄鶋毫藴手担捍_定基底尺寸：第81頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎淤泥質土承載力修正：2、軟弱下臥層驗算：軟弱下臥層頂面處自重應力則：滿足要求軟弱下臥層頂面處的附加應力：軟弱下臥層頂面以上土的加權平均重度：第82頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎3.

地基穩(wěn)定性驗算

驗算對象1)承受水平荷載作用的高層建筑、高聳結構物2)建在斜坡上或邊坡附近的建(構)筑物。

驗算內容1)整體滑動破壞---通常采用圓弧滑動面法要求:K=Mr／Ms

≥1.2抗滑力矩滑動力矩第83頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

驗算內容2)斜坡上建(構)筑物對穩(wěn)定土坡(如圖)上的基礎當b≤3m，a<2.5m，且符合要求:可不進行穩(wěn)定驗算對條形基礎:對矩形基礎:第84頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎地基變形驗算目的——保證建筑物安全、正常使用和外觀。變形驗算的要求：建筑物的地基特征變形計算值，不

應大于地基特征變形允許值，即

Δ——

地基特征變形計算值

[Δ]——變形特征允許值。注：傳至基礎上的荷載應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的準永久組合（不應計入風荷載和地震作用）。Δ≤[Δ]地基變形驗算§3.6第85頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎地基變形特征：

對各種建筑物產(chǎn)生危害的不利沉降形式。

類型

沉降量

沉降差

傾斜

局部傾斜第86頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎(1)沉降量——指基礎某點的沉降值。

控制對象：對于單層排架結構，體型簡單的高層建筑基礎，高聳結構基礎的沉降量應注意驗算。第87頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎(2)沉降差

——

一般指相鄰柱基中點的沉降量之差。控制對象：是不均勻沉降的一種，框架結構容易出現(xiàn)這種情況的破壞。第88頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎（3）傾斜

——指基礎傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值。

控制對象：高聳結構、長高比很小的高層建筑第89頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎（4）局部傾斜

——指砌體承重結構沿縱向6～10m內基礎兩點的沉降差與其距離的比值。

控制對象：一般砌體承重結構房屋的長高比不太大，易出現(xiàn)這種不均勻沉降。它是砌體承重結構的主要變形特征。

第90頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎變形特征

定義

圖示

控制對象沉降量基礎中心點的沉降值單層排架結構，體型簡單的高層建筑基礎，高聳結構基礎的沉降量應注意驗算。沉降差相鄰兩個柱基的沉降量之差?？蚣芙Y構、砌體墻填充的邊排柱等基礎傾斜基礎傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值多高層建筑物、高聳結構、土層分布不均及相鄰建筑物影響局部傾斜砌體承重結構沿縱墻6~10米內基礎兩點的沉降差與其距離的比值砌體承重結構第91頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

變形驗算的選擇（1）與柔性結構有關的地基變形特征通常柔性結構指排架結構，一般在低、中壓縮性地基上不會產(chǎn)生沉降破壞，但在高壓縮性地基上應注意下列變形特征：①砌體墻填充的邊排柱（尤其是端部抗風柱）--驗算沉降差②單層排架柱基（尤其是多跨排架的中排柱基）驗算沉降量③對有橋式吊車的廠房，應限制相鄰柱基沉降差引起的吊車軌道面的傾斜，以防導致吊車滑行或卡軌。第92頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎（2）與敏感性結構有關的地基變形特征所謂敏感性結構指對不均勻沉降敏感的框架結構和砌體承重結構。由于一般砌體的抗拉、抗剪強度較低，在地基不均勻變形影響下，易沿縱墻開裂破壞；而框架結構則主要是由于相鄰柱基的不均勻沉降在上部結構中產(chǎn)生較大次應力，使強度超過安全儲備而破壞。因此：①砌體承重結構---驗算局部傾斜②框架結構---驗算相鄰柱基的沉降差

第93頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎（3）與剛性結構有關的地基變形特征所謂剛性結構指高層建筑和高聳結構物。①高聳結構和長高比很小的高層建筑，地基變形的主要特征

是建筑物的整體傾斜；②對地基較均勻、且無相鄰荷載影響的高聳結構，則注意控

制沉降量。高聳及高層建筑容易產(chǎn)生傾斜的主要原因是地基不均勻及相鄰建筑影響，此外這類結構受水平荷載大、重心高，容易重心偏移引起偏心力矩而影響傾覆穩(wěn)定性，故傾斜允許值隨高度增加而遞減。第94頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

沉降觀測與地基變形值的預估沉降觀測目的

通過對觀測結果的分析來驗證計算方法；

可預測沉降發(fā)展的趨勢及時采取處理措施。

預估施工期間使用期間變形值

便于預留建筑物有關部分間凈空第95頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎預估地基變形值考慮

土的壓縮性多層建筑在施工期間完成的沉降量

砂土---80%以上

低壓縮性土–50~80%

中壓縮性土–20~50%

高壓縮性土–5~20%

變形不滿足時的措施1)適當調整基底尺寸(改變基底附加壓力);2)適當調整基礎埋深;3)改用其它基礎型式;4)采用人工地基處理方案;5)從建筑\結構及施工等方面采取措施以防止地基不均勻沉降對上部結構造成的損害。第96頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎無筋擴展基礎設計§3.7Fkb2bH0b1b0d適用范圍：六層以及六層以下（三合土基礎不宜超過4層）的民用建筑和墻承重的廠房。材料：由磚、毛石、素混凝土與灰土等材料組成第97頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎Fkb2bH0b1b0d

設計原理

采用增加基礎高度H0，控制基礎外伸寬度b2與基礎高度H0的比值（臺階寬高比，又稱剛性角）來提高基礎抗彎能力，從而無需配筋就可保證基礎結構不發(fā)生破壞。第98頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

設計方法Fkb2bH0b1b0d通過控制材料強度等級和基礎臺階的寬高比來確定基礎的截面尺寸，要求臺階寬高比小于其允許值

設計公式基礎臺階寬高比允許值查表7.1第99頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎一般先按地基承載力特征值確定基礎底面尺寸，然后根據(jù)剛性角要求按下式計算基礎高度：Fkb2bH0b1b0d因剛性角，大小取決于基礎材料和pk第100頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

驗算要求對階梯形截面基礎，除基礎高度應符合要求外，各級臺階的寬高比亦應滿足剛性角要求

；2)除墻下條基只在橫截面方向進行臺階寬高比驗算外，單獨基礎則應在長、寬兩個方面進行驗算

;3)若基礎由二種或二種以上材料疊合而成，則應分別滿足不同材料的允許剛性角，并應對兩種材料接觸部分進行局部受壓驗算。第101頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎不滿足剛性角要求時可采取的措施1）增加基礎高度H0

（增加埋深d）——使減?。?/p>

（應注意若其下有軟弱下臥層時，不宜采用）

；2）改用鋼筋混凝土擴展基礎——不受允許寬高比限

制，使H0及d減小

;3）采用人工地基——提高地基承載力使b減小

。第102頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎構造要求

1）基頂埋深d1（1）必要性：①保護不受大氣風化和外力破壞；②保持建筑物整體外觀；③預留地坪結構層及埋設管線所需位置。（2）最小構造尺寸：①民用建筑≥100mm②工業(yè)建筑≥500mm；第103頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎構造要求

2)基頂寬度bt（1）必要性：①便于增加建筑物的穩(wěn)定性；

②便于施工，防止誤差，上部結構有調整余地（2）最小構造尺寸：兩側超出墻、柱的尺寸原則上應符合材料的模數(shù)。①磚——b1≥60mm②石——b1≥100mm③砼——b1≥50mm

第104頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎類型：獨立基礎和墻下條形基礎受力模型：倒置的懸臂梁。主要問題：彎曲，剪切，沖切。擴展基礎（柔性基礎）設計§3.8擴展基礎適用范圍

適用于上部結構荷載較大，有時為偏心荷載或承受彎矩、水平荷載的建筑物基礎。在地基表層土質較好、下層土質軟弱的情況，利用表層好土層設計淺埋基礎，最適宜采用擴展基礎。第105頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎一、擴展基礎的構造要求：1、一般要求：底板鋼筋的保護層，當有墊層時不小于40mm，無墊層時不小于70mm。砼強度等級不應低于C25。

第106頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎2、現(xiàn)澆柱下獨立基礎的構造要求現(xiàn)澆鋼筋砼柱基礎剖面尺寸第107頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

現(xiàn)澆柱基礎中應伸出插筋，插筋在基礎內應符合下列要求：（1）插筋的數(shù)量、直徑、以及鋼筋種類應與柱內的縱向受力鋼筋相同。（2）插筋錨入基礎的長度等應滿足有關規(guī)范要求。（3）基礎中插筋至少需分別在基礎頂面下100mm和插筋下端設置箍筋，且間距不大于800mm，基礎中箍筋直徑與柱中同。第108頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎3、墻下條形基礎的構造要求：第109頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎二、擴展基礎的設計計算

進行擴展基礎結構計算，確定基礎配筋和驗算材料強度時，上部結構傳來的荷載效應組合應按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合；相應的基底反力為凈反力。確定基底面積時，傳至基礎底面上的荷載效應組合應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的標準組合；比較不計基礎及其上覆土自重時的基底反力第110頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎（一）墻下鋼筋混凝土條形基礎的結構計算1、中心荷載作用簡化計算：第111頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎2、偏心荷載作用基底邊緣處的最大和最小凈反力計算基底偏心距：懸臂支座處1-1截面的地基凈反力1-1截面處的彎距M和剪力V：第112頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎（二）柱下鋼筋混凝土單獨基礎結構計算（1）基礎底板厚度

柱下鋼筋混凝土單獨基礎的底板厚度（即基礎高度）主要由受沖切承載力計算決定。1、中心荷載作用下：第113頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎對矩形截面柱的矩形基礎，應驗算柱與基礎交接處以及基礎變階處的受沖切承載力；受沖切承載力應按下列公式驗算：沖切破壞錐體最不利一側計算長度作用在沖切面上的地基凈反力第114頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎第115頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎（2）基礎底板配筋基礎底板的配筋，應按受彎承載力確定。對于柱下單獨內力采用簡化計算方法計算：即將單獨基礎的底板視為嵌固在柱子邊或基礎變階處（階梯形基礎）第116頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎2、偏心荷載作用：第117頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎上部結構、基礎和地基共同作用§3.9一、地基、基礎與上部結構相互作用的概念常規(guī)設計法是把上部結構、基礎與地基三者作為彼此離散的獨立結構單元進行力學分析，不難看出常規(guī)設計法有不合理之處，因為地基、基礎和上部結構沿接觸面分離后，雖然滿足靜力平衡但卻完全忽略了三者之間受荷前后的變形連續(xù)性。第118頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎共同作用主要體現(xiàn)在以下三個方面

一

、地基與基礎的相互作用

二、地基變形對上部結構的影響

三、上部結構對基礎受力狀況的影響上部結構基礎地基第119頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎

其實，地基、基礎和上部結構三者是相互聯(lián)系成整體來承擔荷載而發(fā)生變形的。這時，三部分都將按各自的剛度對變形產(chǎn)生相互制約的作用，從而使整個體系的內力（包括柱腳和基底的反力）和變形（包括基礎沉降）發(fā)生變化。顯然，當?shù)鼗浫?、結構物對不均勻沉降敏感時，上述常規(guī)分析結果與實際情況的差別就愈大。由此可見，合理的分析方法，原則上應該以地基、基礎、上部結構之間必須同時滿足靜力平衡和變形協(xié)調兩個條件為前提。只有這樣，才能揭示它們在外荷作作用下相互制約、彼此影響的內在聯(lián)系，從而達到安全、經(jīng)濟的設計目的。第120頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎二、地基和基礎的相互作用（一）基礎剛度對基底壓力的影響1.柔性基礎柔性基礎的抗彎剛度很小。它好比放在地上的柔軟薄膜，可以隨著地基的變形而任意彎曲?；A上任意一點的荷載傳遞到基底時不可能向旁邊擴散分布，象直接作用在地基上一樣。(a)(b)特點：基礎剛度小，基礎可隨地基變形而彎曲；基底反力與作用在基礎上荷載分布一致。第121頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎2、剛性基礎

剛性基礎具有非常大的抗彎剛度，受荷后基礎不撓曲，因此，原來是平面的基底，沉降后仍然保持平面。此處把剛性基礎能跨越基底中部，將所承擔的荷載相對集中地傳至基底邊緣的現(xiàn)象叫做基礎的“架越作用”。第122頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎3.基礎相對剛度的影響6-66-7結論：基礎相對剛度越大，架越作用越明顯，基底壓力分布與上部荷載分布越不一致。第123頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎4、鄰近荷載的影響——使其受影響基礎的基底反力呈中間大兩邊小的拱形分布。設計時要考慮相鄰建筑物之間的間距。（二）地基壓縮性不均勻的影響

荷載布置時應考慮地基的非均勻性，以減少地基土的不均勻變形。第124頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎結論及建議:1、基礎架越作用的強弱，取決于基礎相對剛度、土的壓縮性及基底塑性區(qū)的大小。2、加強基礎剛度可以調整或減少不均勻沉降，但應注意同時會使基礎內力加大，故基礎方案應作綜合考慮。3、對地基軟弱不均（如石芽地基），可采用連續(xù)基礎；巖石或壓縮性很低的地基，宜優(yōu)先采用擴展基礎。第125頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎(三)上部結構剛度對基礎受力狀況影響以柱下條形基礎為例(2)完全柔性的上部結構——基礎梁在上部荷載和基底反力作用下產(chǎn)生彎曲。上部結構不參與工作，彎距圖不均勻。(1)絕對剛性的上部結構——基礎梁在基底反力作用下產(chǎn)生彎曲。各柱只能均勻下沉，彎距圖較均勻。第126頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎結論:1、上部結構剛度對基礎受力有約束作用。2、應適度增大上部結構剛度，以減少基礎撓曲及內力，調整地基變形。3、在軟土地基上，當基礎整體剛度有限時，加強上部結構剛度才有效。第127頁/共143頁第3章極限平衡理論與淺基礎減輕不均勻沉降危害