李广信

1. 关于地基基础设计的若干问题 李广信 清华大学 岩土工程研究所

2. 目录 • 1·地基基础设计理论与荷载 • 2·关于地基承载力 • 3·桩的承载特性与群桩效应 • 4·复合地基设计的三个原则 • 5·基坑及其事故分析 • 6·基坑的设计 • 7·土中水及其渗流问题 • 8·土工合成材料

3. 地基基础设计理论与荷载

4. 设计基本原则 • 满足如下要求： • 1、承载力 • 2、变形 • 3、稳定 • 4、基础本身（强度、刚度、耐久性、抗裂······）

5. 两种极限状态设计 • 承载能力极限状态：以结构内力（地基荷载）超过其承载能力为依据—各种失稳、结构破坏。 • 正常使用极限状态：以结构（地基）的变形、裂缝、振动参数（老化蠕变）的限值为依据。有时间接通过应力控制（例如最大塑性深度的限制—容许承载力）

6. 地基基础的设计思想 • 可靠度理论：以概率理论未基础的极限状态设计方法；是不确定性理论方法——因果关系的破缺；结果是破坏的概率或者工程的可靠度。 • 定值设计法：所有参数和条件是定值，所有不确定性由一个安全系数K包括。

7. 一、地基基础承载力设计理论 • 1、容许承载力理论 • 2、极限承载力理论－安全系数法 • 3、极限承载力理论－分项系数法 分项系数 重要性系数 分项系数

8. 1、容许承载力理论 • 承载力：塑性区开展范围：Pcr，P1/4,，s/b=0.01-0.02（载荷试验）、计算公式 • 荷载：标准值（组合） F 塑性区

9. 1、容许承载力理论 • 在载荷试验中可以由其比例界限确定； • 按一定沉降比人为规定，例如s/b0.002 • 在理论计算中可以由塑性区发展理论中的临塑荷载pcr＝p1/4、 p1/3确定。 • 按容许承载力理论确定的承载力，其沉降一般也会满足要求，常常不需进行沉降验算。 • 在这种设计中，工程的安全性和可靠性是无定量的概念的。因而是一种经验的设计方法。 • 其设计荷载可取为标准值或标准组合。

10. 2、极限承载力理论—安全系数法 • 承载力：极限承载力公式、平板载荷试验的极限值/安全系数（2－3） • 荷载采用标准值（组合）

11. 2、极限承载力理论—安全系数法 • 对于地基承载力问题，单一安全系数法的一般表达式为： • 在这一理论方法中，其安全程度用单一的安全系数K表示，但这一安全系数反映多大的失事概率是不得而知的。

12. 定值设计法 • 长期的经验的积累 • 合理的综合判断 • 工程的类比 • 合理的反算

13. 3、极限承载力理论－分项系数 • 承载力：采用标准值除以承载力分项系数 • 荷载：荷载效应组合的代表值×分项系数－设计值S（基本组合）

14. 3、极限承载力理论－分项系数 • 基于可靠度理论的分项系数设计方法也是一种极限状态设计方法。 • 由于工程中的荷载和抗力都是随机变量，有多少可能使荷载大于抗力而失事是一个随机事件， • 破坏的概率（可能性）决定于两个随机变量的均值（众值，中值及某个分位值）及其分布。

15. f(S) f(R) S R R，S S R R，S

16. 可靠度 • 其失事概率可用可靠度指标表示。例如，则表示失效概率为万分之9.4。相应的设计公式可简单表示为：3.0 • 这种设计理论能够明确地给出安全与失效的概率，然后通过经济、社会、技术的风险分析，给出最合理的设计值。所以是一种最科学合理的设计理论与方法，为国内外工程设计所广泛采用。我国颁布的《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）规定，对于各种结构设计应遵循该理论方法。

17. 岩土工程的不确定性 • 土层剖面与边界的不确定性 • 现场与实验室岩土指标的不确定性 • 现场应力与孔隙水压力的不确定性 • 外加荷载及其分布的不确定性 • 计算理论和方法的不确定性 • 应力变形的机理不清楚。

18. 三种设计理论 • 容许承载力法 • 单一安全系数 • 可靠度设计

19. 二、 荷载计算 • 1·极限状态：结构或者结构的一部分超过某一特定状态，而不能满足设计规定的某一功能要求时，这一特定状态为结构对于该功能的极限状态。 • （1）承载能力极限状态：一般是结构的内力超过其承载能力为依据； • （2）正常使用极限状态：一般是以结构的变形、裂缝、振动参数等超过设计允许的限值为依据。

20. 2· 荷载种类： • 永久荷载（恒荷载） ： （1）不随时间变化(自重）；（2）变化与均值比可忽略（设备）；（3）单调变化并趋于极值（正常水压力）：结构及基础自重、固定设备重量、土压力、正常稳定水位的水压力 • 可变荷载（活荷载1） ：变化与均值比不可忽略：屋面、楼面、吊车、雪、风荷载 • 偶然荷载（特殊荷载、活荷载2） ：在结构使用期间不一定出现，一旦出现其值很大，持续时间很短：地震、撞击、爆炸、

21. 3·荷载的代表值 • （1）标准值：基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值（如：均值、众值、中值··） • （2）组合值：对于可变荷载，组合超越概率与其出现概率相同（等于标准值）如：1％台风＋设防地震＋最大楼面荷载········ • （3）频遇值：对于可变荷载，超越概率为规定的较小比率； • （4）准永久值：对于可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间为设计基准期一半的荷载值。（人群活荷载－沉降）

22. p S：荷载 R：抗力 标准值 荷载与抗力的取值

23. 4·荷载与承载力的设计值 • 荷载S＝代表值分项系数（大于1） • 抗力R＝代表值/分项系数（大于1）

24. 5·荷载效应：指在一定的外荷载作用下，在一定设计对象中的作用：轴力、水平力、力矩··5·荷载效应：指在一定的外荷载作用下，在一定设计对象中的作用：轴力、水平力、力矩··

25. 基础上荷载及荷载效应 • 上部结构F、M、H：结构自重 屋面荷载 楼面荷载 活荷载 • 基础自重G：设计地面高程（内外地面平均值）

26. 基础上荷载及荷载效应 F M F M F H F H 一般为前两种情况，横向力不大，只做校核

27. 6· 荷载组合：按极限状态设计时，为保证结构的可靠性对于同时出现的各种荷载设计值的规定。 • 基本组合：承载能力极限状态设计时，永久作用与可变作用的组合；（分项系数） • 偶然组合：承载能力极限状态设计时，（永久作用）＋（可变作用）＋（一个偶然作用）的组合；（大于基本组合） • 标准组合：正常使用极限状态设计时，采用标准值，（或组合值）为荷载代表的组合； • （频遇组合）：正常使用极限状态设计时，对于可变荷载，采用频遇值（或准永久值）为荷载代表的组合：（永久组合标准值）＋（主导可变荷载频遇值）＋（伴随可变荷载的准永久值） • 准永久组合：正常使用极限状态设计时，对于可变荷载，采用准永久值为荷载代表的组合

28. （1）基本组合－荷载效应组合的设计值 • （1）由可变荷载控制时： SQ1k: 在所有可变荷载中产生最不利荷载效应的一个 （2）由永久荷载控制时： 组合值系数c

29. （2）标准组合－荷载效应组合的设计值 SQ1k: 在所有可变荷载中产生最不利荷载效应的一个 组合值系数c

30. （4）准永久组合－荷载效应组合的设计值 准永久值系数q

31. 民用建筑楼面均布活荷载的各种代表值

32. 规范GB5007-2002中的规定

33. （一）按地基承载力确定基础底面积及埋深，传至基础底面上的荷载应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合 。承载力采用特征值。 组合值系数c

34. （二）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下的荷载效应的准永久组合。不应计入风荷载和地震荷载。相应的限值应为地基变形的允许值。（二）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下的荷载效应的准永久组合。不应计入风荷载和地震荷载。相应的限值应为地基变形的允许值。 准永久值系数q

35. （三）在确定基础或承台高度、支挡结构高度、计算它们的内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，采用承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。（三）在确定基础或承台高度、支挡结构高度、计算它们的内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，采用承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。

36. （1）由可变荷载控制时： 组合值系数c

37. （2）由永久荷载控制时： 组合值系数c

38. （3）对于由永久荷载控制的基本组合，也可采用简化规则：（3）对于由永久荷载控制的基本组合，也可采用简化规则： • R:结构构件抗力的设计值 • Sk:荷载效应的标准组合值

39. （四）计算挡土墙、地基或斜坡稳定基滑坡推力时，荷载效应，按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1：（四）计算挡土墙、地基或斜坡稳定基滑坡推力时，荷载效应，按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1： 组合值系数c

40. GB50007-2002的设计理论应用 • 地基承载力－容许承载力 • 稳定分析－单一安全系数 • 结构计算－可靠度的分项系数

41. 几种荷载组合的应用 • 地基承载力－标准组合 • 稳定分析—基本组合，分项系数＝1，（单一安全系数法） • 结构设计－基本组合 • 沉降计算－准永久组合