第三节地基、基础与地下结构

1、 （一）（一） 地基地基是直接承受建筑物、构筑物荷载的土是直接承受建筑物、构筑物荷载的土层层 地基的层次：地基的层次： 持力层：直接承受建筑荷载的土层持力层：直接承受建筑荷载的土层 下卧层：持力层之下的土层下卧层：持力层之下的土层 （二）地基的允许承载力（二）地基的允许承载力 地基的允许承载力：地基土层所能承受的、具有一定地基的允许承载力：地基土层所能承受的、具有一定的安全度和不引起的安全度和不引起“不许可沉降量不许可沉降量”的荷载。的荷载。临塑性荷载：临塑性荷载：极限荷载：极限荷载：（三）（三） 地基土的物理性质与工程分类地基土的物理性质与工程分类 1.土的成因土的成因 残积物、坡积物、洪积

2、物、冲积物、沉积物残积物、坡积物、洪积物、冲积物、沉积物2.土的三相和工程分类土的三相和工程分类 固相、液相、气相固相、液相、气相（2） 土的工程分类土的工程分类 岩石：岩石：fk2004000 kPa 碎石土：碎石土：fk200 kPa 粒径粒径2mm的颗粒数：的颗粒数：50% 分为：漂石、块石、卵石、碎石、圆砾石、角砾石、分为：漂石、块石、卵石、碎石、圆砾石、角砾石、 六种六种 砂土：砂土：fk140500 kPa 粒径粒径2mm的颗粒数：的颗粒数：50% 分为：砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂、分为：砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂、 五种五种 黏性土：黏性土：fk105680 kPa 分为：老

3、粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土分为：老粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土 人工填土：人工填土： 土层分布不均匀，压缩性强，易湿陷，承载力低土层分布不均匀，压缩性强，易湿陷，承载力低(四）四） 地基的设计要点地基的设计要点 强强 度：度：具有足够的承载力具有足够的承载力 抗变形：抗变形：能抵抗不均匀沉降能抵抗不均匀沉降 稳定性：稳定性：防止产生倾覆、失稳方面的能力防止产生倾覆、失稳方面的能力 其其 它：它：基础的埋置深度要在冰冻线以下基础的埋置深度要在冰冻线以下 二、地基的类型二、地基的类型 天然地基、人工地基、特殊地基天然地基、人工地基、特殊地基 人工地基加固处理的主要方法：人工地基加固处

4、理的主要方法： 压实法压实法 机械法致密机械法致密（即：夯实法、压实法）（即：夯实法、压实法） 挤压法致密挤压法致密 向软弱或松散土中打（压）入钢管，或用水冲成孔，向软弱或松散土中打（压）入钢管，或用水冲成孔，然后注入砂、石或土，将土层挤压密实然后注入砂、石或土，将土层挤压密实 排水法致密排水法致密 预先对地基加载，使土层孔隙中的水排出，达到紧预先对地基加载，使土层孔隙中的水排出，达到紧密和防止发生不均匀沉降的目的密和防止发生不均匀沉降的目的 换土法换土法 打桩法打桩法Hgsfjord crossing Tunnel held down by anchors and tethersLength

5、: 1400 mMax. water depth: 155 mMax. depth to rock: 350 m 我国建筑市场问题多，豆腐渣工程。基础工我国建筑市场问题多，豆腐渣工程。基础工程首当其冲程首当其冲, 因为是隐蔽工程，偷工减料容易。因为是隐蔽工程，偷工减料容易。 18%以上新建工程为不合格工程，一般病害的以上新建工程为不合格工程，一般病害的 机率为机率为10% - 30% 基础工程中设计失误基础工程中设计失误40%, 施工问题施工问题60%,包括包括 *勘探不清勘探不清 *地基基础方案不当，地基基础方案不当， *不均匀沉降不均匀沉降 *管理混乱：无照设计，偷工减料，层层转包管理混乱

6、：无照设计，偷工减料，层层转包 回扣，技术力量不足回扣，技术力量不足三、与地基有关的典型工程案例三、与地基有关的典型工程案例n工程事故有三类：工程事故有三类：1) 规范允许的破坏，如规范允许的破坏，如自然灾害和地质灾害自然灾害和地质灾害导致的超过设计标准的荷载导致的超过设计标准的荷载2) 对特殊情况的认识不足，对特殊情况的认识不足，基本概念不清楚基本概念不清楚3) 违背违背勘察、设计、施工、管理勘察、设计、施工、管理规范规范（一）加拿大特朗斯康谷仓（一）加拿大特朗斯康谷仓 事故：事故：建成后初次存放谷物时：1小时竖向沉降达30.5cm24小时倾斜27西端下沉7.32m 东端上抬1.52m上部钢

7、混筒仓完好无损概况：长概况：长59.4m59.4m，宽，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。个圆筒仓。 钢混筏板基础，厚钢混筏板基础，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。 19111911年动工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。工程事故工程事故 由于事前不了解基础下埋藏有厚达16m的软粘土层，建成后初次贮存谷物，使基底平均压力（320kPa）超过了地基的极限承载力。结果谷仓西侧突然陷入土中8.8m，东侧则抬高1.5m，仓身倾斜27。这是地基发生整体滑动、建筑物丧失了稳定性的典型例子。1940年在软

8、粘土地基上的某水泥仓库的倾覆地基破坏（二）香港宝城滑坡（二）香港宝城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港宝城路附月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。角约五层住宅。死亡死亡7 7人。人。原因：原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水渗入使其强度山坡上残积土本身强度较低，加之雨水渗入使其强度进一步大大降低，渗透力使滑动力增加，安全系数下进一步大大降低

9、，渗透力使滑动力增加，安全系数下降。降。（三）阪神大地震中地基液化1995年日本阪神地震中的房屋倾斜阪神地震液化引起的储油罐倾斜阪神地震液化引起的河道破裂（四）比萨斜塔目前：目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m1.80m， 塔顶离中心线已达塔顶离中心线已达5.27m5.27m，倾斜，倾斜5.55.513601360：再复工，至再复工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8层，高度为层，高度为55m55m12721272：复工，经复工，经6 6年，至年，至7 7层，高层，高48m48m，再，再停工停工11781178：至至4 4层中，高约层中，高约2

10、9m29m，因倾斜停工，因倾斜停工11731173：动工动工原因：原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度较低，层，强度较低，变形较大变形较大。1590: 1590: 伽利伽利略在此塔做略在此塔做落体实验落体实验 建塔之初，塔体还是笔直向上的。但兴建至第三层时，发现塔体开始倾斜，工程被迫停工。塔体出现倾斜的主要原因是土层强度差，塔基的基础深度不够（只有3米深），再加上用大理石砌筑的塔身非常重，因而造成塔身不均衡下沉所致。这种情况的发生，完全是由于建筑师对当地地质构造缺乏全面、缜密的调查和勘测，使其设计有误、奠基不慎造成的。 1838-18391838-

11、1839：挖环形基坑卸载1933-19351933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固19901990年年1 1月月: : 封闭19921992年年7 7月：月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理目目 前前: : 已向游人开放。 处理措施比萨斜塔（五）墨西哥艺术馆超高压缩性淤泥。 基础的材料：基础的材料： 建筑地面以下的承重构件，是建筑物埋在地下的建筑地面以下的承重构件，是建筑物埋在地下的扩大部分。扩大部分。包括：基础墙、大放脚包括：基础墙、大放脚基地面积基地面积 AFN/f 等高式等高式 间隔式间隔式 ( (不等高式）不等高式） 基础大放脚形式基础大放脚形式大放脚大放脚 (一）一

12、） 基础的埋深与影响因素基础的埋深与影响因素埋置深度（埋深）埋置深度（埋深）室外地面到基础底面的高度，室外地面到基础底面的高度，Ho 浅基础埋深：浅基础埋深：5m 深基础埋深：深基础埋深：5m图 影响基础埋深的因素影响基础埋深的因素1、建筑物的使用要求、基础形式及荷载2、工程地质条件 a. 均为好土：均为好土：浅埋浅埋500mm b. 软土深度软土深度2m：尽量埋至下层好土尽量埋至下层好土 c. 软土深软土深25：荷载小浅埋，荷载大深埋荷载小浅埋，荷载大深埋 d.软土深软土深5m ：荷载小宜浅埋荷载小宜浅埋,且上部有措施且上部有措施 e. 软硬交替：软硬交替：荷载小浅埋，荷载大应深埋荷载小浅埋

13、，荷载大应深埋 高层建筑中，高层建筑中，Ho1/12 1/15 H （H建筑高度）建筑高度） 3、水文地质条件、水文地质条件冻土深度：冻土深度：埋于冻土线以下埋于冻土线以下200mm处（防止房屋开裂）处（防止房屋开裂）地下水位：地下水位： a. 水位低：水位低：埋于最高地下水位以上埋于最高地下水位以上200mm b. 水位高：水位高：埋于最低地下水位以下埋于最低地下水位以下200mm4、其他因素、其他因素 相邻建筑物、基础类型等都会对基础埋深产生影响。相邻建筑物、基础类型等都会对基础埋深产生影响。（二）基础的类型与构造（二）基础的类型与构造1、按材料及受力特点分类、按材料及受力特点分类（1）

14、刚性基础刚性基础 刚性角刚性角基础放宽的引线与墙体垂直线之间的夹角基础放宽的引线与墙体垂直线之间的夹角。 tgb /H 刚性角越大，有效受力面积越大基础底面宽度基础底面宽度 Bo=B2H tg 砖基础砖基础 石基础石基础 砼基础砼基础 灰土、三合土基础灰土、三合土基础 刚性基础的类型：刚性基础的类型：图a.a.基础受力在基础受力在刚性角范围以内刚性角范围以内b.b.基础宽度超过基础宽度超过刚性角范围而破坏刚性角范围而破坏 大放脚：大放脚：等高式等高式两皮放出两皮放出1/4砖砖 间隔式间隔式两皮放两皮放1/4与一皮放与一皮放1/4间隔间隔 垫层：垫层：地基为老土时：铺地基为老土时：铺3050mm

15、厚水泥砂浆厚水泥砂浆 地基较弱，荷载较大时：北方：地基较弱，荷载较大时：北方：450厚厚3：7灰土灰土 南方：南方：300厚厚1：3：6三合土三合土 材料：材料：砖砖Mu10 砂浆砂浆M2.5，M5 砖基础砖基础 tg1/1.5 石基础石基础 tg1/1.251/1.5 材料：材料：石石Mu25，砂浆，砂浆M5, M2.5 类型：类型：a 毛石基础：毛石基础：B700时用矩形断面时用矩形断面 B700时用阶形断面，每阶伸出时用阶形断面，每阶伸出200 通常：通常： 当墙厚当墙厚240370时时 基宽做成基宽做成500600mm 基高基高900mm，矩形，矩形 当基高当基高1000mm时时 基宽

16、基宽B按比值放阶，但按比值放阶，但三阶三阶 b 条石基础：条石基础： 尺寸：尺寸：3003001000, 2502501000 砼基础砼基础 tg1/1.01/1.5 材料：材料：砼砼C10, C7.5C15。 形状：形状：H350 采用矩形断面采用矩形断面 H350 采用阶梯形断面，每阶高度采用阶梯形断面，每阶高度300500 B2m 采用锥形断面，边缘高度采用锥形断面，边缘高度200混凝土地基的形式混凝土地基的形式 灰土、三合土基础灰土、三合土基础 tg1/1.01/1.5 材料：材料：灰土灰土 2:8，3:7 三合土三合土石灰石灰:黏土黏土:砂砂1:2:4，1:3:6。 适用范围：适用范

17、围：四层以下建筑四层以下建筑 且用于地下水位之上，冰冻线之下且用于地下水位之上，冰冻线之下 做法：做法：每步虚铺每步虚铺220，夯实至，夯实至150 四层用四层用3步，三层用步，三层用2步步(2) 柔性基础柔性基础 材料：材料：钢筋砼，钢筋砼，C15，垫层，垫层50100厚厚C10砼砼 特点：特点：不受刚性角限制，底面宽度按结构计算确定不受刚性角限制，底面宽度按结构计算确定 形式：形式：锥形断面锥形断面 边缘高度边缘高度200 阶梯形断面阶梯形断面 每阶高度每阶高度300500 壳形基础壳形基础 杯形基础杯形基础 （1）独立基础）独立基础 柱下独立基础柱下独立基础 杯形基础、杯形基础、 锥形基

18、础、锥形基础、 阶形基础、壳形基础阶形基础、壳形基础 墙下单独基础墙下单独基础 2、 按构造形式分类按构造形式分类 （2）条形基础）条形基础 柱下条形基础柱下条形基础 a. 材料：材料：砼砼C20，受力筋二级，受力筋二级 b. 断面：断面：梁高梁高=（1/41/8）柱距，翼板厚度）柱距，翼板厚度200 翼板厚度翼板厚度200250时等厚时等厚 翼板厚度翼板厚度250时变厚，坡度时变厚，坡度1:3 墙下条形基础墙下条形基础 （1 1）墙下条形基础示意图）墙下条形基础示意图 （3）柱下十字交叉基础）柱下十字交叉基础 （4）满堂基础）满堂基础 1 片筏基础片筏基础 a. 材料：材料：砼砼C20，水位

19、以下时用抗渗砼，水位以下时用抗渗砼S68 b. 筏板厚度：筏板厚度：200 c. 形式：形式：板式板式墙下筏板基础墙下筏板基础 梁板式梁板式柱下筏板基础柱下筏板基础 2 箱形基础箱形基础 适用于有地下室或地基承载能力较低而上部荷载较大的基础。适用于有地下室或地基承载能力较低而上部荷载较大的基础。筏形基础筏形基础浅基础工程浅基础工程筏板基础筏板基础浅基础工程浅基础工程筏板基础筏板基础浅基础工程浅基础工程筏板基础筏板基础浅基础工程浅基础工程筏板基础筏板基础n由钢筋砼底板、顶板、侧墙及一定数量的纵横墙构成的封闭箱体。适用于上部结构分布不均匀的高层建筑物的基础。箱形基础箱形基础箱形基础箱形基础a. 适

20、用范围：适用范围：采用天然地基的采用天然地基的820层或层或60米以下钢筋砼框架米以下钢筋砼框架 或现浇剪力墙结构的基础或现浇剪力墙结构的基础 有抗震人防及地下室要求的高层建筑有抗震人防及地下室要求的高层建筑b. 组成：组成：底板顶板侧墙及一定数量的隔墙底板顶板侧墙及一定数量的隔墙c. 埋深：埋深：满足地基强度和稳定性要求，地震区满足地基强度和稳定性要求，地震区1/10Hd. 构造要点：构造要点： 墙体布置：墙体布置：外墙沿建筑四周，内墙沿上部柱网和剪力墙纵外墙沿建筑四周，内墙沿上部柱网和剪力墙纵 横均匀布置横均匀布置 墙体数量：墙体数量：长度长度40cm/m2基础面积，面积基础面积，面积1/10基础面积，基础面积， 纵墙纵墙3/5墙体墙体 墙体厚度：墙体厚度：外墙外墙250，内墙，内墙200 （5）桩基础）桩基础 用于软土层用于软土层5m时时 组成组成 承台：承台：宽度宽度 500，周边至桩边净距，周边至桩边净距 0.5桩径桩径 厚度厚度 300，砼，砼 C15 桩顶嵌入深度桩顶嵌入深度 5100mm 可分为可分为 承台梁承台梁 承台板承台板 用以支承墙用以支承墙 用以支承柱用以支承柱 桩柱桩柱 桩基的类型桩基的类型 按材料分：按材料分：砼桩、钢筋砼桩、土桩、木桩、砂桩砼桩、钢筋砼桩、土桩、木桩、砂桩 按