第二章、地基与基础2016

1、第二章、地基与基础第一节、地基、基础概述一、概念 1、地基：各类建筑物的全部荷载都是由它下面的地层来承受的，承受建筑物荷载的全部地层叫地基。直接承受建筑荷载的土层为持力层，持力层以下的为下卧层。 2、基础：建筑物最下部埋在土中的扩大承重构件称基础。二、地基、基础与荷载的关系 建筑物的总荷载（固定荷载和活动荷载）通过基础传到地基，在荷载的作用下，彼此联系、相互制约，基础起承上启下、传递荷载的作用，而地基则起着承受由基础传下来的荷载的作用。1、地基容许承载力：地基在稳定的条件下，每平方米所能承受的最大的垂直压力，一般取决于土的物理性质、土的分布等。 因此，为了保证建筑物的稳定和安全，基础底面传给地

2、基的平均压力必须小于地基承载力。2、安全条件：A（基础底面面积）Nk（建筑物总荷载）/fa（容许承载力）三、地基、基础设计应满足的基本条件 （一）强度、稳定性和均匀沉降 基础基础地基地基地基地基（二）耐久性（基础与上部建筑）（三）经济性 （3%35%）（一般10%20%）四、设计地基基础应掌握的资料 1、地形图 2、工程地质勘测资料：一般采用现场钻孔、取土样，通过观察、试验，了解土、地质的结构、土层分布及各土层的物理力学性能。第二节、地基一、天然地基： （一）概念：凡天然土层具有足够的承载力，不需要经过人工加固，可直接在其上建造房屋的称为天然地基。（二）地基土的分类：天然地基是由岩石风化破碎成

3、松散颗粒的土层，或是呈连续整体状的岩层。按地基基础设计规范，地基土分为以下五大类： 1、岩石 2、碎石土 3、砂土 4、粘性土 5、人工填土（三）土的地基特性 在一般情况下，土可以认为是由固体的颗粒、水和空气三部分组成。这三部分比例，反映土处于各种不同状态。如稍湿、很湿，密实、松散等。这对评定土的物理力学性质有很重要意义。要了解地基的物理力学性质，就要掌握土的三个组成部分之间的比例关系。因此，作为地基土具有下例特性：1、压缩与沉降 土在受压之后，将由于颗粒间的孔隙减小而产生垂直方向的沉降变形，称为土的压缩。因此，土的压缩可以认为是土粒的移动和重新排列，以及孔隙中一部分水和气体被挤出。而孔隙中的

4、水被挤出往往需要一定时间。所以，土的压缩需要一定时间才能稳定。 地基应有具有承担建筑物荷载的足够强度，同时保证在荷载作用下，不会产生过大的变形，地基稳定下，均匀沉降。 碎石类土及砂土比粘性土地基应沉降较快，所以较稳定。 要根据地基特点，分别预计建筑物在施工期间和试用期间的地基沉降值，正确选择地面标高，或在建筑物间留有足够的净空。 地基土层的压缩与地基抗压强度直接有关。当地基土层构造变化较大，厚薄分布不均，或在均匀的软弱土层，相邻两建筑物间的距离过近，均会使建筑物产生不均匀沉降。 2、抗剪与滑坡 土的抗剪强度是指土对于剪应力的极限抵抗强度。也即在极限应力状态下，一部分土对另一部分土产生相对侧向位

5、移时的抵抗能力。土的抗剪强度主要是取决于土的内聚力和内摩擦力。作为建筑地基，不允许土因剪力而产生滑动变形。 当土层内部潜在倾斜的和具有抗剪强度差的滑动面，在外界河流冲刷、地下水的活动或地震等的影响下，使部分土层或岩层在重力作用下，沿一定软弱面，以水平位移为主的变形现象称滑坡。 在选择建筑基地时，应避开可能产生滑坡现象的地段。在地形地质复杂的山区建设中，应采取各种防止滑坡的措施。如设挡土墙、排除地面水、截流地下水或山地植林等。 3、土中水及其对地基的影响 土中水呈气态(水气)、液态(水)、固态(冰)等三种形态。地面以下的液态水称地下水，是土中水的主要成分。它的主要来源、是大气降水(雨、雪、冰雹等

6、)。土孔隙中的液态水在重力、压力或毛细管作用下，能自由移动的水称自由水。这种水对土的工程性质影响很大。 含水量是判断粘性土在天然情况下的状态和性质的重要指标。其含水量的多少，直接影响地基的承载力。 石灰岩、白云岩、石膏等可溶性岩，受地下水溶解将形成溶洞造成地面变形、土层陷落、水的渗漏和涌水等事故，对建筑物影响很大。我国石灰岩地层分布很广，如云南、贵州、广西、四川等地均有。在这些地区选择地基时，应注意溶洞的发育、地下水及裂缝存在的情况。并采取相应的措施。如在裂缝中灌入粘土、沥青、水泥浆或混凝土等。还应设排水沟，排除地面水，防止溶洞的发展。（四）对天然地基的要求 （1）地基应具备足够的承载力。 （

7、2）地基应有均匀压缩变形的能力。以保证建筑物下沉在控制范围内。若地基不均匀下沉超过地基变形允许值时，建筑物上部会产生裂缝和变形。 （3）地基应具有防止滑坡、倾斜方面的能力。 （4）地基应有抵御地、爆破等动力荷载的能力。二、人工地基（一）概念：当土层的承载力较差或虽然土层较好，但上部荷载甚大时，为使地基具有足够的承载能力，可以对土层进行人工加固，这种经人工处理的土层，称为人工地基。（二）常用的人工加固地基的方法：压实法、换土法和桩基。1、压实法 用各种机械对土层进行夯打、碾压、振动来压实松散土的方法为压实法。（1）土的表面压实：在开挖基坑后，为改善土层表面松软状况、保证地基质量，往往采用木夯、石

8、硪、蛙式打夯机进行夯打、压实。必要时还可在面层铺上50150mm的碎石，有效深度约200 mm左右，一般用来作为保证地基质量的措施，不能提高地基的承载力。（2）机械压实法：重锤夯实法、机械碾压法 常用处理由建筑垃圾或工业废料组成的常见方法，以及地下水位以上的粘土、砂类土等。2、换土法 当基础下土层比较软弱，或地基有部分较弱的土层，如淤泥、淤泥质土、填土等，不能满足上部荷载对地基的要求时，可将较弱土层全部或部分挖去，换成其他较坚硬的材料，这种方法叫换土法。换土法所用材料一般是选用压缩性低的无侵蚀性材料，如砂、碎石、矿渣、石屑等松散材料。 3、桩基 当建筑物荷载很大，地基土层很弱，地基承载力不能满

9、足要求时，可以采用桩基，使基础上的荷载经过桩传给地基土层，这也是一种加固地基的方式。 桩基由承台和桩柱两部分组成。承台是在桩柱顶现浇的钢筋混凝土梁或板，上部支承墙的为承台梁，上部支承柱的为承台板，承台的厚度一般不小于300mm，由结构计算确定，桩顶嵌入承台的深度不宜小于5l00mm。桩桩基基 按桩柱的材料不同可分：混凝土桩、钢筋混凝土桩、土桩、木桩、砂桩等。较多的为钢筋混凝土桩。 钢筋混凝土桩，按施工方法不同又分为：预制桩（断面200-350mm，长12m）、灌注桩和爆扩桩（300-400mm）三种。第三节 基础一、基础的埋置深度（一）概念：由室外设计地面到基础底面的距离，叫基础的埋置深度。

10、基础的埋深小于等于5m者为浅基础，大于5m者为深基础。单从经济条件看，基础的埋置深度愈小，工程造价愈低，如基础没有足够的土层包围，基础底面的土层受到压力后会把基础四周的土挤出，基础将产生滑移而失去稳定；同时，基础埋置过浅，易受外界的影响而损坏，所以基础的埋置深度一般不应小于500mm。另外基础顶面应低于室外地面100mm以上，避免基础外露，遭到破坏。（二）影响基础埋深的因素 1、与地基的关系 基础的埋置深度与地基构造有密切关系，房屋要建造在坚实可靠的地基上，不能设置在承载能力低、压缩性高的软弱土层上。在选择埋深时，应根据建筑物的大小、特点、刚度与地基的特性区别对待。 2、地下水位的影响 地下水

11、对某些土层的承载能力有很大影响，如粘性土在地下水上升时，将因含水量增加而膨胀，使土的强度降低；当地下水下降时，基础将产生下沉。为避免地下水的变化影响地基承载力及防止地下水对基础施工带来的麻烦，一般基础应争取埋在最高水位以上。 当地下水位较高，基础不能埋在最高水位以上时，宜将基础底面埋置在最低地下水位以下200mm。这种情况，基础应采用耐水材料，如混凝土、钢筋混凝土等。施工时要考虑基坑的排水。 3、冻结深度与基础埋深的关系 冻结土与非冻结土的分界线称为冻土线。各地区气候不同，低温持续时间不同，深度亦不相同，如北京地区为0.81.0m，哈尔滨是2m，重庆地区则基本无冻结土，地基土冻结后，是否对建筑

12、产生不良影响，主要看土冻结后会不会产生冻胀现象。若产生冻胀，会把房屋向上拱起(冻胀向上的力会超过地基承载力)，土层解冻，基础又下沉。这种冻融交替，使房屋处于不稳定状态，产生变形，如墙身开裂，门窗倾斜而开启困难，甚至使建筑物结构也遭到破坏等。 地基土冻结后是否产生冻胀，主要与土壤颗粒的粗细程度、含水量和地下水位的高低有关。如地基土存在冻胀现象，特别是在粉砂、粉土和粘性土中，基础应埋置在冻土线以下200mm。 4、其他因素对基础埋深的影响 基础的埋置深度除考虑地基构造、地下水位、冻结深度等因素外，还应考虑相邻基础的深度，拟建建筑物是否有地下室、设备基础等因素的影响。二、基础的类型 研究基础的类型是

13、为了经济合理地选择基础的形式和材料，确定其构造，对于民用建筑的基础，可以按形式、材料和传力特点进行分类：（一）按基础的形式分类 基础的类型按其形式不同可以分为带形基础、独立式基础和联合基础。1、条形基础 基础为连续的带形，也叫带形基础。当地基条件较好、基础埋置深度较浅时，墙承式的建筑多采用带形基础，以便传递连续的条形荷载。条形基础常用砖、石、混凝土等材料建造。当地基承载能力较小，荷载较大时，承重墙下也可采用钢筋混凝土条形基础。 条形基础条形基础2、独立式基础 独立式基础呈独立的块状，形式有台阶形、锥形、杯形等。独立式基础主要用于柱下。 在墙承式建筑中，当地基承载力较弱或埋深较大时，为了节约基础

14、材料，减少土石方工程量，加快工程进度，亦可采用独立式基础。为了支承上部墙体，在独立基础上可设梁或拱等连续构件。 独立基础独立基础3、联合基础 联合基础类型较多，常见的有柱下条形基础、柱下十字交叉基础、片筏基础和箱形基础。 当柱子的独立基础置于较弱地基上时，基础底面积可能很大，彼此相距很近甚至碰到一起，这时应把基础连起来，形成柱下条形基础、柱下十字交叉基础。 如果地基特别弱而上部结构荷载又很大，即使做成联合条形基础，地基的承载力仍不能满足设计要求时，可将整个建筑物的下部做成一整块钢筋混凝土梁或板，形成片筏基础。 片筏基础整体性好，可跨越基础下的局部较弱土。片筏基础根据使用的条件和断面形式，又可分

15、为板式和梁板式。 当建筑设 有 地 下室 ， 且 基础 埋 深 较大 时 ， 可将 地 下 室做 成 整 浇的 钢 筋 混凝 土 箱 形基 础 ， 它能 承 受 很大的弯矩，可 用 于 特大 荷 载 的建筑。片筏基础片筏基础箱形基础箱形基础（二）按基础的传力情况不同可分为：刚性基础和柔性基础两种。1、刚性基础（无筋扩展基础） 由于地基承载力在一般情况下低于墙或柱等上部结构的抗压强度，故基础底面宽度要大于墙或柱的宽度，当宽度很大时，往往挑出部分也很大，从基础的受力方面分析，挑出的基础相当于一悬臂梁，它的底面将受拉，当拉应力超过材料的抗拉强度时，基础底面将出现裂缝，以至破坏。 某些建筑材料：如砖、

16、石、混凝土等，它的抗压很好，但其抗拉、抗弯、抗剪等很差，这时，要对基础的出挑宽度与基础高度之比进行限制，即宽高比，并按此形成的夹角表示保证基础在此夹角内不因材料受拉和受剪而破坏，这一夹角称刚性角。 凡被刚性角限制的基础称刚性基础。2、柔性基础（扩展基础）： 用钢筋混凝土建造的基础，不仅能承受压应力，还能承受较大拉应力，不受材料的刚性角限制，故叫做柔性基础。三、设备管线对基础的影响 （1）设备管线穿越基础需在基础上预设备管线穿越基础需在基础上预留孔槽留孔槽 （2）基础沉降不得将设备管线剪断基础沉降不得将设备管线剪断第四节、常用刚性基础构造一、砖基础 砖基础取材容易、价格较低、施工简便，是常用的类

17、型之一。但由于强度、耐久性、抗冻性较差，多用于干燥而温暖地区的中小型建筑，在建筑物防潮层以下部分，砖的等级不得低于MU10；非承重空心砖、硅酸盐砖和硅酸盐砌块，不得用于做基础材料。 由于刚性角限制，并考虑砌筑方便，常采用每隔二皮砖厚收进1/4砖的断面形式，在基础底宽较大时，也可采取二皮一级与一皮一级的收进的断面形式，但其最底下一级必须用二皮砖厚。 砖基础的逐步放阶形式称为大放脚。在大放脚下需加设垫层。 如地基是老土，一般铺设30-50mm厚水泥砂浆起找平做的垫层； 若上部荷载较大或地基较弱，北方多用450mm厚的三七灰土（石灰：黄土为3：7）; 南方潮湿地区多用1：3：6（石灰：炉渣：碎石或碎

18、砖）三合土做传力垫层，厚度不小于300mm。二、石基础 石基础有毛石基础和料石基础两种。 毛石基础的毛石厚度和宽度不得小于150mm，长度为宽度的1.52.5倍，强度等级不低于MU25。 其做法有两种，一种是在基坑内先铺一层高约400mm左右的毛石后，灌以M2.5砂浆，分层施工，这叫毛石灌浆基础；另一种是边铺砂浆边砌毛石，叫做浆砌毛石基础。两种做法均要求毛石大小交错搭配，使灰缝错开。同时在砌毛石时，基础四周回填土应边砌边填分层夯实。 毛石基础剖面形式一般为矩形，墙厚为240-370mm时，一般基宽做成为500-600mm，基高900mm的矩形剖面。若基高大于1000mm时，则基宽B相应加宽，其

19、比值应按石材刚性角放阶，一般不宜超过三阶。 料石基础是用经过加工具有一定规格的石材，用M2.5砂浆或M5砂浆砌筑而成的基础。料石砌筑要求上下面平整，石缝错开，灰浆饱满。它的基宽B除按要求外，还应符合料石规格尺寸。如重庆地区的料石叫连二石，其尺寸为3003001000和2502501000。 石基础的耐久性、抗冻性很高，但毛石基础毛石间粘结依靠砂浆，结合力较差，因而砌体强度不高，而料石的基础强度就高得多。三、混凝土及毛石混凝土基础 混凝土基础是用水泥、砂、石子加水拌合浇筑而成，常用混凝土强度等级为C7.5-C15。它的剖面形式和有关尺寸，除满足刚性角外，不受材料规格限制，按结构计算确定，其基本形

20、式有矩形、阶梯形、梯形等。 混凝土的强度、耐久性、防水性都较好，是理想的基础材料。在混凝土基础体积过大时，可以在混凝土中填入适当数量的毛石，即是毛石混凝土基础。 毛石混凝土基础中所填毛石是未经风化的石块，使用前应用水冲洗干净，石块尺寸一般不得大于基础宽度的1/3，同时石块任一边尺寸不得大于300mm。填入石块的总体积不得大于基础总体积的30。 第五节 地基基础方案选择及地基局部处理一、地基基础设计方案的选择1.软弱地基（容许承载力10KNm2）上地基基础方案的选择（1）减少上部结构及基础的重量（2）适当降低地基承载力，这样就加大了基底的面积；同时加强基础刚度，以调整和减少建筑物的不均匀沉降（3

21、）加强建筑物上部结构的刚度（4）采用人工地基以提高土层的承载力、减少地基的沉降2.软弱土层覆盖在良好土层时地基基础方案的选择（1）地表下软弱土层厚度为2m左右时，可考虑将该层土挖除，实际上基础有一定的埋置深度，挖除整个软弱土层所增加的土方量不多。（2）软弱土层较厚，如厚度大于2m时，可以按照前述方法处理3.良好土层（容许承载力15KNm2）之间夹有软弱土层时地基基础方案的选择二、减少地基不均匀沉降的措施1.合理安排建筑平面、立面2.设置沉降缝沉降缝位置选择：平面形状复杂的建筑物的转折部位；建筑物高度差异处；很长的建筑物的适当部位；局部地下室的交接处；地基土的压缩性有显著差异处；建筑结构体系和基

22、础类型不同处；分期建造部分交界处。3.调整基础宽度和埋置深度及调整建筑物各部分的荷载分布4.加强建筑的整体刚度（1）控制建筑物的长高比（2）合理布置纵横墙以加强建筑物的刚度（3）设置钢筋混凝土圈梁（4）正确的安排施工顺序（先建高、荷载大的）和施工进度三、基础沉降缝构造 为了消除基础不均匀沉降，应按要求设置基础沉降缝。基础沉降缝的宽度与上部结构相同，基础由于埋在地下，缝内一般不填塞。条形基础的沉降缝通常采用双墙式和悬挑式做法。第六节、风景建筑的地基基础设计 在古典园林或现代园林中，风景建筑和园林工程，如水体建筑的水榭、桥、游船码头建筑的亭、廊、花架，服务建筑的小卖、茶室、大门、展览室、温室等以及

23、碑，石，置石、水池等等，都有与一般工业与民用建筑不同的独特的功能要求和特色。在总图位置上，这些建筑物、构筑物通常是建在依山傍水处。在建筑体型、立面以及内外空间方面，往往采用不对称体型，布局比较灵活自由，使建筑物取得舒展、活泼的造型都给结构设计特别是地基基础设计带来一定的不利因素。 一、水体建筑的地基基础 在风景建筑中，水体建筑经常碰到，如水中亭、廊(北京北海五龙亭)、游船码头、水榭、池边茶室(上海植物园茶室)等。 1、在河、湖、池塘中和池边，一般均有较软弱的淤泥土层，如软土层的厚度不深（2m左右）基础底应做在软土层下面较好的土层上。施工时可先将水排除（或局部排除）挖除淤泥层。如软土层较厚(大于

24、2m)，施工排水较困难，则应采用其他处理方案。2、建筑物的一部分在岸上，另部分在岸边水中时。通常岸上的土质较好，在水中的土质较差。可利用岸上的结构悬挑出钢筋混凝土梁板，来支撑岸边水中的构件，悬挑的长度以不超过2-3m为宜。 3、如果上述方法不宜使用，则应用沉降缝把建筑物平面上伸入水中的部分与岸为二块，特别是当水下部分体量较大，土质差别较大时，应优先采用此方案。4、用人工地基方法加固软弱地基（1）用木桩加固：当上部荷载不大，软弱土层在常年地下水位以下时，可采用直径为10-15cm，长度为1.5m左右的柏木桩，一般不做为支承桩使用，来加固软弱淤泥土层，以提高软弱土的地基强度，保证地基的稳定，降低软

25、弱土的压缩性。除柏木、杉木桩外还可采用砂桩、灰桩等做为加固材料。（2）钢筋混凝土桩：当上部荷载较大，软弱土较厚(如大于3m)，并在软弱土层下有很好的土层时，可采用预制钢筋混凝土或现浇钢筋混凝土桩。混凝土桩一般做为支承桩，上部荷重通过承桩台，桩体将荷载直接传给软弱土层下的好土层。 （3）人工土基：凡是通过改变土的天然结构和性质，或用某一种土更换另一种土的方法而得到加强的地基，均称为人工土基，它包括：碾压夯实、换土垫层，排水固结、振动及挤密、化学加固等。二、建在土石山上和山边的建筑 在园林中有些建筑在土石山上或在山边，其工程地质条件比平地上复杂。主要表现于地基的不均匀性和场地的稳定性两方面。 在土

26、石山上有的岩石埋藏较浅，有的出露在地表。用岩石做地基一般说是较好的。园林建筑在山区修建，岩石表面起伏变化大，覆盖土层厚薄不均，同一建筑物的基础，部分落在岩石上，而另一部分却落在土层上等情况。若地表高差悬殊，平整场地后，常使部分基础落在填方区。这些因素都会导致基础产生不均匀沉降。 1、岩石地基 在建筑物地基的主要受力层范围内，如遇下列情况之一，则认为是岩土地基。（1）在基础下卧层岩石表面坡度大于10者：在这种情况下，土层厚薄不均，可能引起建筑物的倾斜或上覆土层沿着岩石面产生滑动而丧失稳定。 当土层下面的岩石单向倾斜较大时，可用调整基础深度、宽度或采用桩基和深基础等处理措施。例如，将条形基础沿岩石

27、倾斜方向分段加深，做成阶梯形基底，使地基变形趋于一致。 岩石的允许坡度值与上覆土层的强度，厚度及建筑类型等因素有关。处于稳定的单向倾斜的岩层，当岩石表面至基底的距离不小于30cm，且上部结构类型和地质条件符合表2-31要求时，可不作地基处理和变形计算。（2）石芽密布的地基：当石芽间覆土较薄时，可挖除覆土，用碎石、砂石等压缩性较大的材料，重新回填夯实。也可利用坚硬的石芽在其上建造支墩式独立基础，再在支墩上做钢筋混凝土地基梁来支撑墙体。 若石芽间为硬塑或坚硬状态的红粘土时，对于小型园林建筑亦可直接作为地基持力层，不作处理。（3）大块孤石或个别石芽外露的地基：这类地基的变形条件对建筑物最为不利。在地基处理时，应使局部部位的变形与周围的变形条件相适应，否则极易在软硬交界处产生不均匀沉降，造成建筑物开裂。 其做法是把出露在基底的岩石凿去一定的厚度，然后回填可压缩性的材料，并分层夯实，使它与压缩性较高部位的沉降相适应。2、建在土山上的建筑地基基础处理 在新建公园、旅游风景区修建园林建筑时，对建在土质山上的建筑物，除满足造园艺术和结合地形的建筑风格外，对地基处理应有足够的重视。 在人工土山上（指人工挖湖、河及外部运来的土堆积的小山丘）建造房屋建筑。首先应对土山的成因、土的来源、土质组