1、 岩土工程研究所Geotechnical Institute河海大学岩土所河海大学岩土所基础工程基础工程地基模型第5章 沉井基础第4章 桩基础第3章 浅基础结构设计第1章 地基模型及其参数的确定第2章 浅基础设计基本原理目录第0章 绪论课程的主要内容课程的主要内容建筑物建筑物上部结构上部结构基基 础础地地 基基基基 础础上部结构上部结构地地 基基建筑物三要素示意图建筑物三要素示意图不仅包括住宅楼、办公楼等，还包括桥梁、码头、水电站、高速公路等第第1章章 绪绪 论论场地场地(site)场地是指工程群体所在地，在平面上大体相当于一个厂场地是指工程群体所在地，在平面上大体相当于一个厂区、居民点或自然
2、村的范围。同一类场地应具有相近的反应区、居民点或自然村的范围。同一类场地应具有相近的反应谱特征。谱特征。地基地基地基是指建筑物范围内的那部分场地。地基是指建筑物范围内的那部分场地。或或 承受建筑物荷载的地层成为地基。承受建筑物荷载的地层成为地基。地基持力层，受建筑物影响最大的地基，下卧层地基持力层，受建筑物影响最大的地基，下卧层基础基础基础是指直接与地基接触并向其传递荷载的建筑物的下部基础是指直接与地基接触并向其传递荷载的建筑物的下部承重结构。承重结构。基础的概念基础的概念下卧层地基与基础的简化地基与基础的简化D埋深D q=D均布荷载持力层（受力层）基础FG主要受力层功能不同相互影响共同作用地
3、基地基基础基础基础基础深基础：埋置深深基础：埋置深浅基础：埋置浅浅基础：埋置浅基础埋置基础埋置在较好的在较好的土层土层需要借助特殊施工需要借助特殊施工方法的基础方法的基础特点：特点：一般位于地下，具有隐蔽性；一般位于地下，具有隐蔽性；施工环境差，质量难控制，容施工环境差，质量难控制，容易成为建筑中的薄弱环节。易成为建筑中的薄弱环节。按地质情况分按地质情况分按设计施工分按设计施工分地基地基地基不加处理就可地基不加处理就可以满足设计要求以满足设计要求地基地基土基土基岩基岩基地基地基天然地基天然地基人工地基人工地基浅基浅基深基深基地基强度不满足或压缩性很大，地基强度不满足或压缩性很大，需进行处理，经
4、人工处理的地基需进行处理，经人工处理的地基特点：特点：隐蔽性、离散性、低强度、变隐蔽性、离散性、低强度、变形复杂。形复杂。出现问题较难纠正。出现问题较难纠正。基础工程的重要性基础工程的重要性地基和基础是建筑物的根基，统称为基础工程。地基和基础是建筑物的根基，统称为基础工程。基础工程一般占建筑物工程总造价的基础工程一般占建筑物工程总造价的2030。工期占总工期的工期占总工期的2530基础工程必须满足：基础工程必须满足：地基的强度条件；地基的强度条件；地基的变形条件，地基的变形条件，基础自身的强度问题。基础自身的强度问题。二、地基基础的主要问题和典型实例二、地基基础的主要问题和典型实例基础工程中的
5、问题主要可以分为基础工程中的问题主要可以分为5类：类：1.由于地基基础问题引起的上部结构倾斜，倒塌，墙体破坏等；由于地基基础问题引起的上部结构倾斜，倒塌，墙体破坏等；2.基础自身的破坏；基础自身的破坏；3.基础原因引起地基承载力不足发生整体滑动破坏或沉降量过大；基础原因引起地基承载力不足发生整体滑动破坏或沉降量过大；4.边坡丧失稳定性；边坡丧失稳定性；5.其它特殊不良地质条件引起的地基失效。其它特殊不良地质条件引起的地基失效。基础工程事故常见原因分析基础工程事故常见原因分析u因工程地质勘查中的错误而产生的事故因工程地质勘查中的错误而产生的事故u因建筑物基础底面土压力过大超过地基承载力造成因建筑
6、物基础底面土压力过大超过地基承载力造成的事故的事故 -加拿大特斯康谷仓加拿大特斯康谷仓u因地基中暗沟、古墓等旧构筑物影响造成的事故因地基中暗沟、古墓等旧构筑物影响造成的事故u因建筑地基发生溶蚀与管涌造成的事故因建筑地基发生溶蚀与管涌造成的事故地基基础设计必须满足的基本条件地基基础设计必须满足的基本条件 建筑物的建造使地基中原有的建筑物的建造使地基中原有的应力状态应力状态发发生变化，所以地基基础的设计必须满足：生变化，所以地基基础的设计必须满足：a.a.作用于地基的荷载不超过地基的承载能作用于地基的荷载不超过地基的承载能力（力（地基土的强度问题地基土的强度问题）；）；b.b.控制基础沉降使之不超
7、过允许值（控制基础沉降使之不超过允许值（地基地基土的变形问题土的变形问题）。）。3、发展应用阶段、发展应用阶段1.1.真空预压法真空预压法3.3.强夯法强夯法6.6.沙井预压法沙井预压法2.2.重锤夯实法重锤夯实法5.5.深层搅拌法深层搅拌法4.4.振动水冲法振动水冲法地基处理方法地基处理方法无论是设计理论无论是设计理论施工方法施工方法基础加固基础加固巨大发展巨大发展3、发展应用阶段、发展应用阶段1.1.补偿式基础补偿式基础3.3.桩箱基础桩箱基础2.2.桩筏基础桩筏基础4.4.巨型钢筋混凝土浮运沉井基础巨型钢筋混凝土浮运沉井基础基础设计方面基础设计方面基坑支护方面基坑支护方面1.1.盾构、顶
8、管盾构、顶管3.3.深层搅拌水泥土挡墙深层搅拌水泥土挡墙2.2.地下连续墙地下连续墙4.4.锚杆支护锚杆支护土力学土力学古典土力学古典土力学现代土力学现代土力学一个原理一个原理 两个理论两个理论一个模型一个模型三个理论三个理论四个分支四个分支(19231960)(1963?)作为作为应用科学应用科学，基础工程又是一门年轻的学科。，基础工程又是一门年轻的学科。作为本学科理论基础的土力学的发展历史可以划作为本学科理论基础的土力学的发展历史可以划分为分为古典土力学古典土力学和和现代土力学现代土力学两个阶段。两个阶段。理论基础理论基础古典土力学古典土力学一个原理一个原理两个理论两个理论有效应力原理饱和
9、土固结原理土体极限平衡原理现代土力学现代土力学一个模型一个模型三个理论三个理论四个分支四个分支非线性本构模型非饱和固结理论逐渐破坏理论液化破坏理论理论土力学实验土力学计算土力学应用土力学Roscoe提出剑桥模型1963第一节第一节 概述概述外荷载外荷载工程中的问题：工程中的问题：土体应力应变土体应力应变6 个个土描述地基土应力应变关系的数学表达式描述地基土应力应变关系的数学表达式p地基变形条件地基变形条件p地基强度条件地基强度条件p地基承载力地基承载力p沉降量、沉降差、倾斜沉降量、沉降差、倾斜p不发生剪切、滑移不发生剪切、滑移p地基破坏地基破坏首先首先第一节第一节 概述概述p地基模型选择地基模
10、型选择p要根据建筑物荷载的大小、地基的性质、地要根据建筑物荷载的大小、地基的性质、地基承载力大小合理选择基承载力大小合理选择p所选用模型应尽可能准确的反映土体在受到所选用模型应尽可能准确的反映土体在受到外力作用时的主要力学性状，同时还要便于外力作用时的主要力学性状，同时还要便于利用已有的数学方法和计算手段进行分析利用已有的数学方法和计算手段进行分析第一节第一节 概述概述l文克勒地基模型文克勒地基模型l 弹性半空间地基模型弹性半空间地基模型l 分层地基模型分层地基模型线性弹性地基模型线性弹性地基模型p线性弹性模型线性弹性模型p非线性弹性地基模型非线性弹性地基模型地基模型地基模型第一节第一节 概述
11、概述1.文克勒地基模型文克勒地基模型n假定：地基由许多独立的互不影响的弹簧组成，任一点的压力假定：地基由许多独立的互不影响的弹簧组成，任一点的压力P与与变形变形s成正比，而不影响其他点。成正比，而不影响其他点。Pk sn k地基基床系数，单位变形需要的压力强度地基基床系数，单位变形需要的压力强度 KN/m3n S-p作用点位置上的地基变形作用点位置上的地基变形 文克勒文克勒1867年提出，计算简便。年提出，计算简便。近似模型，地基越软，土的抗剪强度越低，越接近实际近似模型，地基越软，土的抗剪强度越低，越接近实际忽略了地基中的剪应力。忽略了地基中的剪应力。地基基床系数可由载荷板实验、室内三轴试验
12、、固结试验获得地基基床系数可由载荷板实验、室内三轴试验、固结试验获得见见表表1-1n假定：地基视为均匀的、各向同性的弹性半空间体假定：地基视为均匀的、各向同性的弹性半空间体则据布西奈斯克则据布西奈斯克(boussinesq)公式可求公式可求2.弹性半空间地基模型弹性半空间地基模型ErQs)1(2srQn当当r趋于趋于0时，时，s为无穷大，不符合实际情况为无穷大，不符合实际情况2.弹性半空间地基模型弹性半空间地基模型n均布荷载下矩形面积均布荷载下矩形面积n对荷载面积外的可按集中荷载计算，可满足精度，对荷载面积外的可按集中荷载计算，可满足精度，且计算简便且计算简便n该模型可扩散应力和变形该模型可扩
13、散应力和变形n但但计算沉降较实测大计算沉降较实测大n差异原因：一般认为是地基压缩层厚度是有限的差异原因：一般认为是地基压缩层厚度是有限的n且地基是分层的，即使同一种土，变形模量随深且地基是分层的，即使同一种土，变形模量随深度增加。度增加。3.分层地基模型分层地基模型n分层总和法分层总和法n1、土层是分层的，自重应力和附加应力沿深度变化。、土层是分层的，自重应力和附加应力沿深度变化。2、思路、思路工程上计算地基的沉降时，在地基可能产生工程上计算地基的沉降时，在地基可能产生压缩的土层深压缩的土层深度内度内，按土的特性和应力状态的变化将地基，按土的特性和应力状态的变化将地基分为若干（分为若干（n）层
14、层，假定每一分层土质均匀且应力沿厚度均匀分布，然后，假定每一分层土质均匀且应力沿厚度均匀分布，然后对对每一分层分别计算其压缩量每一分层分别计算其压缩量Si，最后将各分层的压缩量，最后将各分层的压缩量总和起来总和起来，即得地基表面的最终沉降量，即得地基表面的最终沉降量S，这种方法称为，这种方法称为分分层总和法。层总和法。01eSHe3、计算深度的确定、计算深度的确定实际计算地基土的压缩量时，只须实际计算地基土的压缩量时，只须考虑某一深度范围内土层的压缩量考虑某一深度范围内土层的压缩量，这一深度范围内的土层就称为，这一深度范围内的土层就称为“压缩层压缩层”。对于一般粘性土，当地。对于一般粘性土，当
15、地基某深度的基某深度的附加应力附加应力z 与自重应力与自重应力s之比等于之比等于0.2时时，该深度范围内的，该深度范围内的土层即为压缩层；对于软粘土，则土层即为压缩层；对于软粘土，则以以z/s=0.1为标准确定压缩层的厚为标准确定压缩层的厚度度。分层地基模型分层地基模型3.分层地基模型分层地基模型优点：优点：较好反应了地基土扩散应力变形的能力较好反应了地基土扩散应力变形的能力土层分层、非均质土层分层、非均质结果较符合实际结果较符合实际缺点：缺点：未考虑土的非线性未考虑土的非线性过大的地基反力将引起地基土的塑性变形过大的地基反力将引起地基土的塑性变形第六节第六节 地基模型选择地基模型选择一、考虑
16、因素一、考虑因素1.土的变形特征和应力水平土的变形特征和应力水平2.土层的分布情况土层的分布情况3.基础及上部结构刚度及其形成过程基础及上部结构刚度及其形成过程4.基础的埋深基础的埋深5.荷载的种类荷载的种类6.时效时效7.施工过程（开挖、回填、降水及施工速度）施工过程（开挖、回填、降水及施工速度）第六节第六节 地基模型选择地基模型选择 文克勒模型文克勒模型无粘性土地基，局部受集中荷载，基础较柔软、刚度小。无粘性土地基，局部受集中荷载，基础较柔软、刚度小。计算简便，与实际不符计算简便，与实际不符适于沙土、薄压缩层地基或塑性区开展较大的粘性土地基适于沙土、薄压缩层地基或塑性区开展较大的粘性土地基
17、 弹性半空间和分层地基模型弹性半空间和分层地基模型粘性土地基。适于有一定刚度的基础，基底平均反力适中、粘性土地基。适于有一定刚度的基础，基底平均反力适中、地基土中应力水平不高、塑性区开展不大地基土中应力水平不高、塑性区开展不大分层模型尤其适于明显呈层状分布，各层差异较大，基础分层模型尤其适于明显呈层状分布，各层差异较大，基础埋置深度大的情况埋置深度大的情况第六节第六节 地基模型选择地基模型选择二、选择原则二、选择原则实践验证；计算值与实测值比较实践验证；计算值与实测值比较力求简单，确保精度力求简单，确保精度针对性，地基模型的地区经验性针对性，地基模型的地区经验性复杂问题，需要用不同模型进行比较
18、复杂问题，需要用不同模型进行比较 非线性弹性地基模型非线性弹性地基模型适用较广适用较广第二章第二章 浅基础设计基本原理浅基础设计基本原理建筑物建筑物上部结构上部结构基基 础础地地 基基基基 础础上部结构上部结构地地 基基建筑物三部分示意图建筑物三部分示意图第一节第一节 概述概述基础基础承上启下，受上部结构荷载及地基反力的作用承上启下，受上部结构荷载及地基反力的作用地表以上的建筑结构地表以下的建筑结构用于支撑上部结构和基础荷载，并受这些荷载影响的土层称为地基基础的设计需考虑因素基础的设计需考虑因素 1.选择基础的材料、基础结构形式；选择基础的材料、基础结构形式；2.选择基础的埋置深度；选择基础的
19、埋置深度；3.确定地基承载力；确定地基承载力；4.基础形状和布置，以及相邻基础、地下构基础形状和布置，以及相邻基础、地下构筑物和地下管道的关系；筑物和地下管道的关系；5.上部结构上部结构类型和使用要求及对不均匀沉降类型和使用要求及对不均匀沉降的敏感性的敏感性；6.施工期限、施工方法及所需的施工设备施工期限、施工方法及所需的施工设备 7.地震区还需考虑抗震要求地震区还需考虑抗震要求 第一节第一节 概述概述 1.选择基础的材料、类型和平面布置；选择基础的材料、类型和平面布置；2.选择基础的埋置深度；选择基础的埋置深度；3.确定地基承载力；确定地基承载力；4.确定基础尺寸；确定基础尺寸；5.进行地基
20、变形与稳定性验算；进行地基变形与稳定性验算；6.进行基础结构设计；进行基础结构设计；7.绘制基础施工图，提出施工说明。绘制基础施工图，提出施工说明。天然地基上浅基础的设计内容天然地基上浅基础的设计内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 浅基础的类型浅基础的类型 1 按基础所用材料分按基础所用材料分 2 按基础刚度分按基础刚度分 3 按基础的按基础的结构形式分结构形式分独立基础、条形基础、筏板基础独立基础、条形基础、筏板基础箱型基础、壳型基础等箱型基础、壳型基础等浅基础的分类浅基础的分类无筋扩展无筋扩展(刚性刚性)基础基础 扩展基础扩展基础刚性刚性柔性柔性灰土基础、砖基础、灰土基础、砖基础、毛石
21、基础、混凝土基础、毛石基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础钢筋混凝土基础第二节第二节 浅基础的类型浅基础的类型按基础刚度分为刚性和柔性按基础刚度分为刚性和柔性一、无筋扩展地基一、无筋扩展地基-刚性基础刚性基础Rigid foundation刚性基础系指由砖、块石、毛石、素混凝土、灰土和三合刚性基础系指由砖、块石、毛石、素混凝土、灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。F btb0h0优点：优点：抗压能力强、施工方便抗压能力强、施工方便缺点：缺点：抗拉、抗剪强度不高抗拉、抗剪强度不高自重大，基础相对高度自重大，基础相对高度比较大比较大一、刚性基础
22、一、刚性基础Rigid foundationF btb0h0地基承载力：基础底面积地基承载力：基础底面积基础本身：通过外伸宽度和基础高度的比值验算基础本身：通过外伸宽度和基础高度的比值验算 保证抗拉和抗剪的要求保证抗拉和抗剪的要求适用：适用：六层或六层以下民用建筑六层或六层以下民用建筑(三合土不宜超过三合土不宜超过4层）层）对荷载大，沉降敏感的建筑物、对荷载大，沉降敏感的建筑物、持力层土质差，不适宜持力层土质差，不适宜第三节第三节 基础的埋深基础的埋深下卧层持力层（受力层）持力层（受力层）FGD埋深埋深埋深D：基底到天然地面的垂直距离。：基底到天然地面的垂直距离。考虑到稳定性和动植物考虑到稳定
23、性和动植物的影响，除岩基外，一的影响，除岩基外，一般般D0.5m一、一、基础埋深基本概念基础埋深基本概念合理的埋深关系到合理的埋深关系到u地基可靠性地基可靠性u施工难易程度施工难易程度u工期长短工期长短u造价高低造价高低基础埋深确定的基本原则基础埋深确定的基本原则在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省料，在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省料，但是有如下但是有如下基本要求基本要求：1.1.D大于大于50cm(岩石地基除外岩石地基除外),表土扰动，植物，冻表土扰动，植物，冻融，冲蚀融，冲蚀2.基础顶距离表土大于基础顶距离表土大于10cm，保护基础，保护基础3.桥要求在冲刷深度以下的埋深见表
24、桥要求在冲刷深度以下的埋深见表2-1D大于大于10cm一、一、基础埋深基本概念基础埋深基本概念二、二、影响埋深的因素影响埋深的因素1 1、建筑物的用途、类型及荷载的大小性质、建筑物的用途、类型及荷载的大小性质 用途：地下室，设备基础及地下管道（上下用途：地下室，设备基础及地下管道（上下水，煤气电缆）结合建筑标高确定。水，煤气电缆）结合建筑标高确定。基础构造高度，刚性的埋深要大些。基础构造高度，刚性的埋深要大些。对地下室对地下室,要求要求:承载力变形 补偿基础高层建筑埋深还应满足稳定要求高层建筑埋深还应满足稳定要求承受较大水平荷载时，埋深应满足抗滑要求承受较大水平荷载时，埋深应满足抗滑要求F二、
25、二、影响埋深的因素影响埋深的因素1、建筑物的用途类型及荷载的大小性质、建筑物的用途类型及荷载的大小性质高层建筑稳定性要求：高层建筑稳定性要求：D1/15H建筑总高，地震区建筑总高，地震区D还要满足抗拔（输电塔），抗滑的要求还要满足抗拔（输电塔），抗滑的要求对于持力层倾斜或建筑使用上的要求，基础可以作对于持力层倾斜或建筑使用上的要求，基础可以作成台阶形，台阶高宽比一般成台阶形，台阶高宽比一般1：2桥墩基础，基础顶面应位于最低水位以下，桥墩基础，基础顶面应位于最低水位以下，并应考虑河床冲刷，埋深要求在冲刷深度以下并应考虑河床冲刷，埋深要求在冲刷深度以下管道一般高于基底，并在基础上预留孔洞以便穿越。
26、管道一般高于基底，并在基础上预留孔洞以便穿越。2、工程地质及地质水文条件、工程地质及地质水文条件A、合理选择地基的持力层、合理选择地基的持力层下卧层持力层（受力层）持力层（受力层）FGD埋深地基的持力层：土层情况可分为地基的持力层：土层情况可分为软土、岩石、好土（承载力较大）软土、岩石、好土（承载力较大）软土为不良持力层，但表面软土为不良持力层，但表面有有23m硬壳层，六层以下民硬壳层，六层以下民居可充分利用居可充分利用根据工程地质条件选择合适根据工程地质条件选择合适的土层作为基础的持力层是的土层作为基础的持力层是确定基础埋深的重要因素确定基础埋深的重要因素我国沿海软土多为沉积土分层性，压缩性
27、高力学指标相差很大将基础埋植在下层较好的土将基础埋植在下层较好的土层之中。层之中。易于风化软岩，开挖后立即易于风化软岩，开挖后立即铺筑垫层，防风化。铺筑垫层，防风化。2、工程地质及地质水文条件、工程地质及地质水文条件B、埋深应注意地下水的深度、埋深应注意地下水的深度尽量埋在地下水位以上，若必须在地下水位以尽量埋在地下水位以上，若必须在地下水位以下，应考虑基坑排水，支护，地下水的侵蚀性下，应考虑基坑排水，支护，地下水的侵蚀性应控制开挖深度应控制开挖深度C、持力层下的承压水、持力层下的承压水11221uzzu静水压力静水压力rwhhz1承压水层承压水层z2隔水层隔水层对宽基坑，控制基坑开挖的深度，
28、使得承压含水层顶部的静水对宽基坑，控制基坑开挖的深度，使得承压含水层顶部的静水压力与坑底部总覆盖压力之比小于压力与坑底部总覆盖压力之比小于0.7若必须新建若必须新建D旧建筑旧建筑D则：新旧相邻建筑物有一定距离，则：新旧相邻建筑物有一定距离，具体与荷载大小，基础形式、土具体与荷载大小，基础形式、土质条件而定，一般要求：质条件而定，一般要求：L/H=12否则要求支护，并且要严格限制否则要求支护，并且要严格限制支护的水平位移支护的水平位移分段施工、支撑加固、板桩、水分段施工、支撑加固、板桩、水泥土搅拌桩挡墙、地下连续墙等泥土搅拌桩挡墙、地下连续墙等LH3、相邻建筑物基础埋深的影响、相邻建筑物基础埋深
29、的影响一般新建一般新建D0一般需进行深基坑开挖，用于地下室箱基或筏基一般需进行深基坑开挖，用于地下室箱基或筏基为了减小沉降，除了采用必要的地基处理、桩基础等措施外，选用补偿基础也是一种有效手段第四节第四节 地基承载力的确定和验算地基承载力的确定和验算地基土在同时满足强度和变形两个条件时，单地基土在同时满足强度和变形两个条件时，单位面积上所能承受的最大荷载的能力。位面积上所能承受的最大荷载的能力。地基承载力基本概念地基承载力基本概念n荷载板试验荷载板试验n规范规定的公式规范规定的公式n经验方法经验方法千斤顶千斤顶荷载板荷载板地基基础的功能、设计原则地基基础的功能、设计原则n能承受在正常施工和正常
30、使用时可能出现的各种作用；能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；n正常使用时具有良好的工作性能；正常使用时具有良好的工作性能；n在正常维护情况下具有足够的耐久性；在正常维护情况下具有足够的耐久性；n在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。基础底面尺寸：基础底面尺寸：根据外荷载与地基承载力进行确定根据外荷载与地基承载力进行确定。对于轴心荷载：对于轴心荷载：可假定基础底面形状为正方形；可假定基础底面形状为正方形；对于偏心荷载：对于偏心荷载：可假定为长方形，并根据偏心距给可假定为长方形，并根据偏心距给出出长边与短边的合适比例。
31、长边与短边的合适比例。概念题：概念题：n1 下面哪一种措施可以提高地基承载力并减下面哪一种措施可以提高地基承载力并减少沉降？少沉降？nA加大基础埋深，并加作一层地下室加大基础埋深，并加作一层地下室nB加大基础宽度，同时荷载也按比例增加加大基础宽度，同时荷载也按比例增加nC建筑物建成以后，大量抽取地下水建筑物建成以后，大量抽取地下水nD建筑物建成以后，在室外填高地坪高程建筑物建成以后，在室外填高地坪高程概念题：概念题：n22下面哪种情况，不能提高地基的极限承载下面哪种情况，不能提高地基的极限承载力力?nA A 加大基础宽度加大基础宽度nB B 增加基础埋深增加基础埋深nC C 降低地下水位降低地
32、下水位nD D 增加基础材料的强度增加基础材料的强度概念题概念题n3 下面哪种情况下计算使用基底净压力下面哪种情况下计算使用基底净压力pe?nA 持力层承载力验算持力层承载力验算nB 基础沉降计算基础沉降计算nC 软弱下卧层的附加应力计算软弱下卧层的附加应力计算nD 扩展基础的冲切计算扩展基础的冲切计算第第3章章 浅基础结构设计浅基础结构设计第一节第一节 概述概述p地基承载力地基承载力p地基沉降计算地基沉降计算p基础强度验算基础强度验算p确定基础底面尺寸确定基础底面尺寸p满足地基变形条件满足地基变形条件p拉压剪力下不破坏拉压剪力下不破坏浅基础除受来自上部结构的荷载作用，还受地基反力作用浅基础除
33、受来自上部结构的荷载作用，还受地基反力作用，截面内力是两种荷载的共同作用。，截面内力是两种荷载的共同作用。浅基础承上启下浅基础承上启下根据建造材料不同，结构设计内容不同根据建造材料不同，结构设计内容不同u砖、石、素混凝土砖、石、素混凝土-无筋扩展地基无筋扩展地基u钢筋混凝土钢筋混凝土-扩展地基扩展地基抗压高，拉剪弱抗压高，拉剪弱控制控制基础高宽比基础高宽比，主要承受压，主要承受压应力，并保证基础内产生的拉应力，并保证基础内产生的拉应力和剪应力不超过材料强度应力和剪应力不超过材料强度设计值。设计值。截面抗拉、抗剪强度较高，基截面抗拉、抗剪强度较高，基础的形状布置比较灵活，截面础的形状布置比较灵活
34、，截面验算内容主要包括基础底面尺验算内容主要包括基础底面尺寸、截面高度和界面配筋等。寸、截面高度和界面配筋等。基底面积：根据地基承载力和对沉降及不均匀沉降的要求确定基底面积：根据地基承载力和对沉降及不均匀沉降的要求确定基础高度：有混凝土的抗剪切条件确定基础高度：有混凝土的抗剪切条件确定基础受力钢筋配筋量：由基础验算截面的抗弯能力确定基础受力钢筋配筋量：由基础验算截面的抗弯能力确定(1)(1)在确定基础底面尺寸或计算基础沉降时，考虑设计地在确定基础底面尺寸或计算基础沉降时，考虑设计地面以下面以下基础及其上覆土重力的作用；基础及其上覆土重力的作用；(2)(2)截面设计（基础高度，基础截面配筋截面设
35、计（基础高度，基础截面配筋)应采用不计基础与上覆土的重力的应采用不计基础与上覆土的重力的地基净反力地基净反力地基土压力或地基反力在用于不同的计算目的时其取地基土压力或地基反力在用于不同的计算目的时其取值有所区别值有所区别第一节第一节 概述概述常规设计法常规设计法把上部结构与地基基础分离开来进行计算，把上部结构与地基基础分离开来进行计算，即视上部结构底端为固定支座或固定铰支座，即视上部结构底端为固定支座或固定铰支座，不考虑荷载作用下各墙柱端部的相对位移，并不考虑荷载作用下各墙柱端部的相对位移，并按此进行内力分析。按此进行内力分析。第一节第一节 概述概述第二节第二节 无筋扩展基础无筋扩展基础一、设
36、计原则一、设计原则满足地基承载力要求满足地基承载力要求-主要承受压应力，基础内产生主要承受压应力，基础内产生的拉应力和剪应力都不超过材料强度设计值。的拉应力和剪应力都不超过材料强度设计值。具体设计中通过对基础的外伸宽度与基础高度比值验算具体设计中通过对基础的外伸宽度与基础高度比值验算来实现来实现基础宽度满足地基承载力的要求。基础宽度满足地基承载力的要求。Fh无筋扩展地基通常由砖、块石、毛石、素无筋扩展地基通常由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土材料建造混凝土、三合土和灰土材料建造第三节第三节 墙下条形基础墙下条形基础一、墙下条形基础的设计原则一、墙下条形基础的设计原则一般按平面应变问题处理
37、，长度取一般按平面应变问题处理，长度取1 1米米设计内容设计内容p地基承载力地基承载力p抗剪（冲切验算）抗剪（冲切验算）p抗弯验算抗弯验算p确定确定b bl lp确定确定h hp确定配筋确定配筋地基承载力、沉降验算要考虑基础及其上土的重量地基承载力、沉降验算要考虑基础及其上土的重量截面设计不计基础上覆土重力作用时的地基净反力截面设计不计基础上覆土重力作用时的地基净反力第四节第四节 柱下独立基础柱下独立基础设计内容设计内容p地基承载力地基承载力p抗剪（冲切验算）抗剪（冲切验算）p纵横向抗弯验算纵横向抗弯验算p确定确定b blp确定确定h hp确定底板纵横向配筋确定底板纵横向配筋第四节第四节 柱下
38、独立基础柱下独立基础基础破坏形式基础破坏形式2121纯剪斜压冲切弯曲第五节第五节 柱下条形基础柱下条形基础u柱下条形基础在其纵、横方向均产生弯曲变形，故在这柱下条形基础在其纵、横方向均产生弯曲变形，故在这两个方向的截面内均存在剪力和弯矩。两个方向的截面内均存在剪力和弯矩。u柱下条形基础的横向剪力和弯矩通常可考虑由翼板的抗柱下条形基础的横向剪力和弯矩通常可考虑由翼板的抗剪切、抗弯能力承担，内力计算与墙下条形基础相同。剪切、抗弯能力承担，内力计算与墙下条形基础相同。u柱下条形基础纵向的剪力和弯矩一般由基础梁承担，基柱下条形基础纵向的剪力和弯矩一般由基础梁承担，基础梁的纵向内力通常可采用简化法础梁的
39、纵向内力通常可采用简化法(直线分布法直线分布法)或弹性地或弹性地基梁计算。基梁计算。一、柱下条形基础的受力特点一、柱下条形基础的受力特点2 2、对不均匀沉降或振动敏感的地基，为加强整体、对不均匀沉降或振动敏感的地基，为加强整体性，将独立基础连成条基性，将独立基础连成条基1 1、单柱荷载较大，地基承载力不是很大，单独基、单柱荷载较大，地基承载力不是很大，单独基础所需底面积较大，基础间净距很小，为方便施工，础所需底面积较大，基础间净距很小，为方便施工，将净距取消，即为柱下条形基础将净距取消，即为柱下条形基础适用范围适用范围第五节第五节 柱下条形基础柱下条形基础二、基础梁纵向内力计算二、基础梁纵向内
40、力计算1 1、直线分布法、直线分布法1)1)静定分析法静定分析法按照基底反力的直线分布假设和整体静力平衡条件按照基底反力的直线分布假设和整体静力平衡条件求出基底净反力，并将其与柱荷载一起作用于基础求出基底净反力，并将其与柱荷载一起作用于基础梁上，然后按照一般静定梁的内力分析方法计算各梁上，然后按照一般静定梁的内力分析方法计算各截面的弯矩和剪力截面的弯矩和剪力适用于上部为柔性结构，且基础本身刚度较大的条适用于上部为柔性结构，且基础本身刚度较大的条基。不考虑基础与上部结构相互作用，弯矩一般较大基。不考虑基础与上部结构相互作用，弯矩一般较大地基持力层土质比较均匀，上部结构刚度较大，各地基持力层土质比
41、较均匀，上部结构刚度较大，各柱距相差不大柱距相差不大(20%),(l/6Hl/6柱距的情况下，地基反力可假定为直线分布。柱距的情况下，地基反力可假定为直线分布。静定分析法静定分析法倒梁法倒梁法计算条形基础梁内力的常用方法以柱脚为条形基础的计算条形基础梁内力的常用方法以柱脚为条形基础的固定铰支座，将基础梁视作倒置的多跨连续梁，以地固定铰支座，将基础梁视作倒置的多跨连续梁，以地基净反力及柱脚处的弯矩当做基础梁的荷载，用基净反力及柱脚处的弯矩当做基础梁的荷载，用弯矩弯矩分配法或弯矩系数法分配法或弯矩系数法来计算其内力来计算其内力A A 视为多跨连续梁，柱脚为固定铰支座，基底净反力和视为多跨连续梁，柱
42、脚为固定铰支座，基底净反力和柱脚弯距为基础梁上荷载柱脚弯距为基础梁上荷载B B 弯距分配法，求内力弯距分配法，求内力R1Ri-1RiR i+1q=bpj2)倒梁法（连续梁法）倒梁法（连续梁法）二、基础梁纵向内力计算二、基础梁纵向内力计算2)2)倒梁法（连续梁法）倒梁法（连续梁法）计算条形基础梁内力的常用方法计算条形基础梁内力的常用方法C C 求出支座反力求出支座反力RiRi，一般与柱子，一般与柱子PiPi不等，计算不平衡力不等，计算不平衡力iiippR1013ipqll13iiiipqll将其均匀布置于相邻两跨各将其均匀布置于相邻两跨各1/31/3跨度内跨度内边跨边跨中间跨中间跨R1Ri-1R
43、iR i+1q1qi-1qiqi+12)2)倒梁法倒梁法D D 弯距分配法求内力、支座反力，计算不平衡力，弯距分配法求内力、支座反力，计算不平衡力，直至小于计算容许最小值（一般不超过荷载的直至小于计算容许最小值（一般不超过荷载的20%20%），），并将结果叠加，即为最终结果并将结果叠加，即为最终结果该方法适于上部结构刚度不是很大，各柱沉降差不该方法适于上部结构刚度不是很大，各柱沉降差不大的情况大的情况R1Ri-1RiR i+1q1qi-1qiqi+12 2 弹性地基梁法弹性地基梁法当上部结构刚度不大，荷载分布不均，且条基梁当上部结构刚度不大，荷载分布不均，且条基梁高小于高小于l/6/6时，地基
44、反力不按直线分布，可按弹性时，地基反力不按直线分布，可按弹性地基梁计算地基梁计算基床系数法；半无限弹性体法基床系数法；半无限弹性体法地基模型用文克勒模型，求解地基梁挠曲线微地基模型用文克勒模型，求解地基梁挠曲线微分方程，求梁内力。地基沉降与基础梁挠曲线分方程，求梁内力。地基沉降与基础梁挠曲线变形相协调。变形相协调。1)1)长梁解长梁解L视梁端挠度为视梁端挠度为0 0A A 受集中力受集中力P P的作用的作用设集中力作用点为坐标原点设集中力作用点为坐标原点则则0 xw 从而得从而得120CC34(cossin)xwecxcx通解变为通解变为由对称性可知，荷载和地基反力对称于原点，梁也由对称性可知
45、，荷载和地基反力对称于原点，梁也对称于原点，故对称于原点，故x0,0,时有时有00 xdwdx1234(cossin)(cossin)xxwecxcxecxcxPox1)1)长梁解长梁解00 xdwdx34340CCCCC得得(cossin)xwCexx从而通解为从而通解为在在o o点右侧处把梁切开，则右半边剪力为地基总反点右侧处把梁切开，则右半边剪力为地基总反力的一半，其值为力的一半，其值为P P0 0/2/2，指向下方，即：，指向下方，即：30302xPd wQEIdx 由此得由此得02PCkb34(cossin)xwecxcx1)1)长梁解长梁解0(cossin)2xPwexxkb得得对
46、对w w求一阶、二阶、三阶导数得转角、弯距和剪力求一阶、二阶、三阶导数得转角、弯距和剪力2323dwd wd wMEIQEIdxdxdx 系数通过表系数通过表3-53-5，表，表3-63-6来求来求P78P781)1)长梁解长梁解B B 受集中力偶受集中力偶M M0 0的作用的作用设集中力偶作用点为坐标原点设集中力偶作用点为坐标原点则则0 xw 同样可得同样可得120CC34(cossin)xwecxcx通解变为通解变为在在M M0 0作用下，地基反力关于原点反对称，故作用下，地基反力关于原点反对称，故x0,0,时有，时有，w w0 0，于是，于是C3C30 04sinxwc ex上式变为上式
47、变为1234(cossin)(cossin)xxwecxcxecxcxM0ox1)1)长梁解长梁解在在o o点右侧处把梁切开，则右半部该截面上的弯矩为外点右侧处把梁切开，则右半部该截面上的弯矩为外力弯矩的一半，其值为力弯矩的一半，其值为M M0 0/2/2，即：，即：20202xMd wMEIdx 由此得由此得204MCkbB 受集中力偶受集中力偶M0的作用的作用4sinxwc ex1)1)长梁解长梁解20sinxMwexkb得得对对w w求一阶、二阶、三阶导数得转角、弯距和剪力求一阶、二阶、三阶导数得转角、弯距和剪力2323dwd wd wMEIQEIdxdxdx 对梁左半部分，可利用对称关
48、系求得对梁左半部分，可利用对称关系求得系数通过表系数通过表3-53-5，表，表3-63-6来求来求P78P781)1)长梁解长梁解2)2)半长梁解半长梁解一端有限，一端无限：梁端作用有力一端有限，一端无限：梁端作用有力设集中力作用点为坐标原点设集中力作用点为坐标原点则则0 xw 从而得从而得120CC结果可查表结果可查表3-53-5，P78P78X0时，时，MM0,QP0,可以推导得出可以推导得出2230040222CPMCMkbkbkbP0M0ox1234(cossin)(cossin)xxwecxcxecxcx3)3)有限长梁解有限长梁解荷载作用对梁端的影响不可忽略荷载作用对梁端的影响不可
49、忽略原梁在原梁在A A、B B截面无内力，要使无限长梁截面无内力，要使无限长梁IIII的的ABAB段与原段与原梁等价，可以在梁等价，可以在A A、B B处处加虚拟荷载加虚拟荷载Pa、Ma,Pb、Mb 并使其产生的内力与并使其产生的内力与N N、M M作用下产生的内力在作用下产生的内力在A A、B B处处刚好抵消刚好抵消.可利用长梁解和叠加原理来求解则可利用长梁解和叠加原理来求解则将梁将梁I延长为无限长梁延长为无限长梁II，则有荷载，则有荷载N、M引起的引起的A、B处的弯距剪力为处的弯距剪力为Ma,Mb、Qa、Qb NMNMABPAMAPBMB3)3)有限长梁解有限长梁解有前述可以列出如下方程有
50、前述可以列出如下方程NMNMABPAMAPBMB04422022220442202222ABABLLaABABLLaABABLLbABABLLbPPMMCDMPPMMDAQPPMMCDMPPMMDAQ解该方程组，可得解该方程组，可得Pa、Ma,Pb、Mb，3-25式式 A点弯矩点弯矩A点剪力点剪力B点弯矩点弯矩B点剪力点剪力3)3)有限长梁解有限长梁解由此具体计算步骤如下由此具体计算步骤如下i）将梁）将梁I延长为无限长梁延长为无限长梁II，计算梁端，计算梁端A、B处的弯距处的弯距剪力为剪力为Ma,Mb、Qa、Qb NMNMABPAMAPBMBii）按式）按式3-25计算梁端附加荷载计算梁端附加
