第七章 天然地基上的浅基础(李光涛编稿)

1、第七章 天然地基上的浅基础第一节 概 述凡是直接在未加固过的地基上修筑的基础，该地基土能保持其自然形成的土质结构和特性，不需要进行人工加固就具有良好的稳定性，称为天然地基。当地基土的土质很差，不经过人工加固处理就不能达到设计要求，称为人工地基。还有局部地基遇到的地基土，如湿陷性黄土、多年冻土、压缩性强的软土等，这些地区均需做特殊的设计和施工，称为特殊地基。基础可分为两大类：平基和桩基。平基的地基一般为一平面，即使有些基础建筑在倾斜的岩面上，需要将地基做成台阶状，也属平基之列。由于浅平基一般是在露天开挖的基坑内直接修筑基础，故有时称按此法施工的基础为明挖基础。如沉井和沉箱等特殊方法修筑的基础，则

2、称为深平基。天然地基浅基础埋深浅，结构形式简单，施工方法简便，造价较低，是建筑最常用的基础类型。 图 7.1 明挖基础示意图 第二节明挖基础的尺寸基础平面形状在矩形或圆端形桥墩中常做成矩形的，圆形桥墩的基础平面形状常做成八角形。一、 基础厚度基础厚度等于基顶高程减去基底高程。为节省圬工，明挖基础一般做成台阶式，1m 一层，逐层扩大的形式，如图7.2所示。图7.2当传来的荷载大时，基础要厚些，也就是基础层数多些；当地基承载力大时，基础厚度可薄些，层数少些。如果设置在岩层上的基础，一般有一层1m的基础即可。二、 基础平面尺寸第一层基础的平面尺寸，等于墩身底面尺寸加襟边宽度；以下各层的平面尺寸，等于

3、上一层平面尺寸加台阶宽度。基础顶面边缘到墩台底部边缘的距离，称为基础的襟边宽度，如图7.2 所示。襟边宽度（台阶宽度）不得小于0.2m,其作用是:（1）考虑基础施工条件差，基础砌成后，其位置会偏移，设置了襟边，墩台就可按正确的定位要求放样，以纠正基础施工所产生的误差。（2）便于施工操作和搭置浇注墩台所需的模板。从墩台底部外缘到基础底面外缘的连线与竖线的夹角，常称为基础扩展角，如图7.2中的，为了保证刚性基础本身有足够的强度，通常限制扩展角不超过一定的极限值，该极限值称为基础的刚性角，用表示。刚性角的大小详见相应规范的具体规定，均不得超限。第三节 明挖基础的检算桥梁墩台下的基础多为刚性基础，只要

4、满足刚性角的要求，基础本身的强度即可得到保证。在设计基础时，应按照最不利荷载组合进行检算。一、 地基强度的检算1、 持力层强度检算持力层是直接与基底相接触的土层，持力层强度检算要求最不利荷载组合在基底产生的地基应力不超过持力层的地基容许承载力。基底应力的分布在理论上可采用弹性理论求得较精确解（详见土力学相应部分），在实践中常采用简化方法，即按材料力学偏心受压公式进行计算。由于浅基础埋置深度浅，在计算中可不计基础四周土的摩阻力和弹性抗力的作用。桥梁在直线上时，其计算公式为 （7-1）式中基底形心处的竖向合力（kN）； 各外力对基底截面形心处的力矩（kN·m）； A基底面积（）； W基底

5、截面模量（）； 地基容许承载力（kPa）。如桥梁在曲线上，则在验算纵向时，除了纵向力矩外，尚有离心力所产生的横向力矩对基底应力的影响，其计算公式为 （7-2）式中基底横向（横桥轴线y方向）向合力矩（kN·m）； 基底对y轴的截面模量（）； 按以上公式计算，当时，说明基底出现拉应力。非岩石地基，基底不容许出现拉应力；岩石地基，当出现拉应力时，由于规范规定不考虑基底承受拉应力，因此应考虑应力重分布，全部荷载仅由受压部分承担。按应力重分布计算的基底最大压应力。 2、软弱下卧层强度检算如图7.3所示，当受压层范围内地基土由多层土（主要指地基承载力有差异而言）组成，且持力层以下由软若下卧层的承

6、载力，验算时先计算软弱下卧层顶面（在基底形心轴下）处的总压应力（包括自重应力），要求不得大于软弱下卧层顶面处的地基承载力。其计算公式为 （7.3） 式中，各项的意义与土力学部分相同。 图7-3 软弱下卧层顶面应力 二、基地偏心距检算控制基底偏心距e的目的是为了使基底压应力的分布较均匀，减少地基土的不均匀下沉，从而避免基底产生拉应力和基础产生过大的倾斜。当桥梁墩台及挡土墙等受有水平荷载时，要设计使其合力通过基底中心，不但不经济，有时甚至是不可能的，设计时一般以基底不出现拉应力为原则，只要控制其偏心距e不超过某一数值即可。单项偏心时，基底合力偏心距按下式检算： （7-4）式中：所有外力对基底截面重

7、心的合力矩（kN·m）；作用于基底截面重心的竖向合力（kN）；e基底容许偏心距（m）；桥规对容许偏心距的规定见表7-1 表7-1偏 心 距e 限 值 的 规 定地基及荷载情况e建于非岩石地基上的桥墩，仅承受恒载作用时合力作用点应接近基础底面的重心建于岩石地基（包括土状的风化岩层）上的桥墩，当承受主力加附加力时桥墩与土的基本承载力的桥台1.0土的基本承载力的桥台0.8建于岩石地基上的桥墩，当承受主力加附加力时硬质岩石1.5其他岩石1.2墩台承受长钢轨伸缩力或挠曲力加主力非岩石地基土的基本承载力0.8土的基本承载力的0.6岩石地基硬质岩石1.25其他岩石1.0墩台承受主力加特殊荷载（地震

8、力除外）时非岩石地基土的基本承载力1.2土的基本承载力的1.0岩石地基硬质岩石2.0其他岩石1.5注: 基底截面核心半径，这里的W为相应于应力较小边缘的截面抵抗力，A为基底面积。三、 基底稳定性检算 基础稳定性验算的目的是为了保证墩台在最不利荷载组合作用下，不致绕基底外缘转动或沿基底面滑动。其验算内容包括倾覆稳定性验算和滑动稳定性验算两部分。1、 倾覆稳定性验算在最不利荷载组合下，墩台基础的倾覆稳定性系数的计算公式为 （7.5）式中墩台基础的倾覆稳定系数；各竖直力（kN）各竖直力对验算截面重心的力臂（m）；各水平力（kN）；各水平力对验算截面重心的力臂（m）；y在截面重心与合力作用点的连线上，

9、自截面重心至验算倾覆轴的距离（m）,如图7.4所示；e所有外力合力R的作用点至截面重心的距离（m）；力矩和应视其绕截面重心的方向区别正负。对于凹多边形基底，验算倾覆稳定性时，其倾覆轴应取基底截面的外包线。墩台基础的倾覆稳定系数不得小于1.5，考虑施工荷载时不得小于1.2。 图7.4基础倾覆稳定性检算受力图理论和实践证明，基础倾覆稳定性与合力的偏心距有关。合力偏心距越大，则基础抗倾覆的安全储备越小。因此，在设计时，可以限制合力偏心距e来保证基础的倾覆稳定性。 2、 滑动稳定性验算墩台基础的滑动稳定系数的计算公式为 （7.6） 式中 f基底与持力层间的摩擦系数。当缺少实际资料时，可采用表7.2的数

10、值。 表 7.2 基底摩擦系数地基土软塑粘性土硬塑粘性土粉土、坚硬的粘性土砂类土碎石类土软质岩硬质岩摩擦系数f0.250.30.30.40.40.50.40.60.60.7墩台基础的滑动系数不得小于1.3，考虑施工荷载时不得小于1.2。四、 地基稳定性检算 建筑在图纸斜坡上的基础，尤其当受有水平荷载作用的建筑物，如桥台、挡土墙等，应注意这些基础是否会连同地基土一起下滑。要防止下滑，就必须加深基础的埋置深度，以加长其滑裂线，如图7.5所示。 图7.5基底外缘至斜坡的距离 位于稳定土坡上的建筑，当基础边长b（垂直于边坡）小于3m时，基础外缘至斜坡顶的水平距离s不得小于2.5m，且基础外缘至坡面的距

11、离l,对条形基础，不得小于3.5b对于矩形基础，不得小于2.5b,如图7.5(b)所示。当边坡坡脚大于，坡高D大于8m时，则尚应验算坡体（即地基）稳定性。地基稳定性可用圆弧滑动面法进行验算。稳定安全系数k是指最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩之比，其值应符合下式要求，即 （7.7） 五、 基础沉降计算 修建在非岩石地基上的桥梁基础，都会发生一定程度的沉降，但这种沉降不得大到因桥梁沉降问题而使运营发生困难，故要限制墩台基础的沉降量。通常由于在确定的地基土的基本承载力时，已考虑了地基变形这一因素，只要满足了地基强度的要求，就间接地满足了基础的沉降量要求。但遇到下列几种情况，则应验算基础的沉降量，使其不大于容许值。（1）建于非岩石地基上的拱桥、连续梁等超静定结构的基础；（2）当相邻墩台基础下的地基土有显著不同或相邻跨度差别悬殊而必须考虑其沉降差时；（3）湿陷性黄土、软土和以容许融化原则设计的融沉性多年冻土上的桥梁基础；（4）跨线桥和跨线渡槽下的净高需要预先考虑基础沉降量时