基础工程 第二章 浅基础

1、2.1 概 述 1）地基基础与整个建筑物的安全紧密相关，地基基础问题是很多工程事故的起因； 2）地基基础工程量、造价、工期在整个建筑工程中都占有较大比重； 3）地基基础属隐蔽工程，管理部门不易控制； 4）地基基础破坏预兆不明显，事故难补救1）由场地地基条件的复杂性引起；2）遇软弱地基需进行加固处理；3）受古河道、水井、坟墓、菜窖、上、下水管线等的影响。1）上部结构：形式、规模、用途、荷载大小与性质、整体刚度、不均匀沉降的敏感性2）地基：土质条件、各土层的性质、地下水位、冻结深度一、地基基础的重要性与复杂性1.地基基础的重要性：2.地基基础的复杂性：二、地基基础设计需考虑的因素 第2章 浅基础1

2、 1、天然地基上的浅基础： 建筑场地土质均匀、坚实、性质良好、地基承载力高(承载力特征值120kPa)。 三、地基基础方案的类型 2、人工地基上的浅基础： 建筑地基土层：压缩性高、强度低、地基承载力不够； 加固方法：碎石桩、强夯、换土、预压、注浆等。 3、深基础： 上部结构传来荷载很大，仅靠浅层土不足以承受，则往往采用深基础，例如 桩基础、沉井基础、地下连续墙基础等。 1、甲级： 1）重要的工业民用建筑；2）30层以上的高层；3）体型复杂，高差超过10层 4）大面积多层地下建筑；5）对变形特殊要求；6）复杂地质条件边坡的建筑； 7）对原建筑影响较大； 8）场地地基复杂的建筑；9）软土中二层地下

3、室基坑 四、地基基础的设计等级 2、乙级：除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物 3、丙级： 1）场地和地基条件简单，荷载分布均匀的七层及以下的民用及一般工业建筑； 2）次要的轻型建筑 21、各等级建筑物地基基础设计均应满足承载力计算的规定；2、甲、乙级及复杂的丙级建筑物除应满足承载力计算外尚应按地基变形设计；3、水平荷载常作用的高层、高耸结构、挡土墙、边坡上的建筑物应验算地基稳定性；4、基坑工程应进行稳定性验算；5、带有地下室的建筑物应进行抗浮验算。 五、地基基础设计要求 六、浅基础设计所需资料1、建筑场地的地形图、场地环境报告及岩土工程勘察报告2、建筑设计图及荷载组合；3、工程总投资与当地建筑

4、材料情况；4、施工队伍的技术力量及工期要求；1、基础选型、选材、平面布置；2、确定基础的埋深；3、计算、确定地基承载力特征值fak、fa；4、计算基底面积、确定基础高度及剖面形状；5、软弱下卧层验算；6、地基变形验算、稳定性验算；7、基础的结构和细部设计、绘制施工图 七、浅基础设计的步骤32.2 浅基础的类型 一、基础的结构类型1、定义：配置于整个建筑物之下或单柱下的浅基础2、常见形式：柱下，墙下，高炉、烟囱下3、特点：与上部结构或自身形成块状实体，每个独立基础有较大整体刚度 (一)、独立基础4 （二）、条形基础1、定义：基础长度大于或等于10倍基础宽度的浅基础2、常见形式：柱下条形基础，墙下

5、条形基础3、特点：单向整体刚度大5 （三）、十字交叉基础1、定义：采用条基不满足要求时，把其横向也连接起来构成十字交叉基础2、常见形式：柱下，墙下3、特点：较之条基双向整体性好6 （四）、筏板基础1、描述：十字交叉基础的翼缘用钢筋混凝土连成一片2、常见形式：柱下，墙下3、特点：承载力，整体性更好，底板抗渗性能好7 （五）、箱形基础1、定义：由顶板、底板、侧墙及一定数量内隔墙组成的整体刚度较好的钢筋混凝土箱形结构2、常见形式：高层建筑主塔下3、特点：基础本身及结构基础的整体性很好8 （六）、壳体基础1、定义：基础形为壳体，基础以轴力抵抗外部荷载2、常见形式：正圆锥壳、M形壳、内球外锥组合壳3、特

6、点：受力主要为轴力，节约材料，施工复杂( a )正圆锥壳； ( b )M形组合壳； ( c )内球外锥组合壳9 二、基础的材料 基础通常采用钢筋混凝土或素混凝土、砖、石料、灰土等材料建造。按是否采用钢筋分为两类： 1、无筋扩展基础（刚性基础） 是采用素混凝土、砖、石料、灰土等材料建造的基础。其截面构造尺寸按台阶允许宽高比设计。即 2、钢筋混凝土筋扩展基础 按钢筋混凝土结构设计理论进行设计计算。 式中 刚性基础台阶寛高 比允许值。可查表 基础的刚性角。 基底宽度，按地基 承载力确定。102.3 基础的埋置深度1）工程地质条件 持力层应尽量选择承载力高的坚实土层； 当土层上硬下软，应尽量选上层作为

7、持力层； 当土层上软下硬，软土层厚则加固，软土层薄则选下硬持力层2）水文地质条件 基底应尽量设置在地下水位以上； 当有承压水时，应保留粘性土槽底的安全厚度：一、上部结构情况建筑物的类型；有无地下室、设备基础和地下设施二、工程地质条件和水文地质条件 基础埋深与工程造价相关，选择基础埋置深度主要需考虑以下四方面的影响因素：111、地基土冻胀现象机理及危害 冻胀的要素：1)低温；2)水源(地下水)；3)弱结合水膜转移。 地基不均匀冻胀融沉，导致上部结构破坏。三、当地冻结深度2、地基冻胀性分类 1）分类依据：a土的类别(是否有弱结合水膜)； 毛细水上升 b冻前天然含水量(弱结合水膜厚度)； c冻结期间

8、地下水位距离冻结面的最小距离(毛细水上升路径的长短)； d平均冻胀率 2）分类方法：按规范将地基土的冻胀性分为5类：不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀、特强冻胀。3、季节性冻土地基的设计冻深标准冻深，地表平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不 少于10年实测最大冻深的平均值。按规范图查取或实测。 土的类别对冻深的影响系数，按规范表取值； 土的冻胀性对冻深的影响系数，按规范表取值； 环境对冻深的影响系数，按规范表取值； 基础底面下允许残留冻土层的最大厚度,按规范取值4、基础最小埋深5、防止冻害的措施1）减少切向冻胀力；2）减水防冻；3）增强房屋的整体刚度；4）减小对冻胀的约束；5）保温；12 四、建筑场地

9、的环境条件 1、临近存在建筑物 1)新建工程的基础埋深不宜大于原有建筑物 基础； 2)当必须深于原有建筑物基础时，则应使两 基础间保持一定的距离： 2、靠近边坡 1）计算边坡的稳定性； 2）当满足以下条件可不计算边坡稳定性 条形基础： 矩形基础：132.4 地基计算一、地基承载力计算 1、地基承载力的概念地基承载力是指地基承受荷载的能力。具体包括地基极限承载力和地基承载力特征值。地基极限承载力是地基在接近破坏的极限状态下的承载能力；地基承载力特征值是地基在稳定状态且地基变形在允许范围内的承载能力。 2、地基承载力特征值的确定确定地基承载力特征值的方法有四种：(a)根据土的抗剪强度指标以理论公式

10、计算；(b)由现场载荷试验的p-s曲线确定；(c)按规范提供的承载力表确定；(d)按工程经验确定。具体应用中根据地基基础设计等级选择适当方法。(1)按土的抗剪强度指标确定 a. 地基极限承载力理论公式 地基承载力特征值： b. 规范推荐的理论公式 经过经验修正后得 地基承载力特征值： 14 (2)、按地基载荷试验确定对“陡降型” p-s 曲线，取第i 次试验的比例界限荷载作为地基承载力特征值： 当极限承载力取 对“缓变型”p-s 曲线，取第 i 次试验沉降 对应的荷载作为地基承载力特征值： 在同一土层中试验应不少于处，其承载力最大级差不超过其平均值的30，取其平均值作为地基承载力特征值的标准值

11、： (3)、按规范承载力表确定 根据野外或室内试验结果查规范表格可确定地基承载力特征值 。以上 是按模型尺寸确定的，当实际基础宽度大于3m，埋深大于0.5m时，按上述方法确定的地基承载力特征值应按下式进行修正： (4)、按建筑经验确定参考附近已有建筑的建设和使用情况，确定地基承载力特征值。 15 二、地基持力层承载力验算 1、轴心荷载作用 式中 相应于荷载效应标准组合时的基底平均压力值， ； 修正后的地基承载力特征值。 2、偏心荷载作用 式中 相应于荷载效应标准组合时的基底边缘最大压力值， 当偏心距 时： 当偏心距 时： 16 三、地基软弱下卧层强度验算 1、软弱下卧层顶面的强度条件 式中 软

12、弱下卧层顶面处的附加压力设计值； 软弱下卧层顶面处的附加压力设计值； 软弱下卧层顶面处的附加压力设计值。 2、软弱下卧层顶面的附加压力计算 当 ， 式中 均布荷载中心点下的竖向附加应力系数； 式中 基底平均附加压力。 当 ，对于条基 对于矩形基础17 四、地基稳定性计算 对于经常受水平荷载的高层或高耸建筑、斜坡上的建筑或挡土墙，应按圆弧滑动面法进行稳定性分析，与土坡稳定分析的方法相同。要求最小稳定安全系数 式中 由土的抗剪强度在滑动面上发挥的稳定力矩； 滑动面上受到的滑动力矩。五、地基变形计算 1、应计算地基变形的建筑物范围 根据规范要求，甲、乙级及复杂的丙级建筑物应计算地基变形。 2、可不计

13、算地基变形的丙级建筑物范围 根据地基土层情况和建筑物的使用功能要求，可划分出一部分丙级建筑物不必计算地基变形。其范围可查表2-2获得。 3、地基变形验算式中 代表某种地基变形特征计算值；其允许值按规范确定，或查表2-6确定。地基变形特征可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜等四种。设计中按上部结构形式选用。18一、中心荷载作用下的基底尺寸确定 根据地基持力层强度条件，要求基底压力小于等于地基持力层承载力特征值： 其中 则： 对于条形基础：二、偏心荷载作用下的基底尺寸确定（试算法）根据地基持力层强度条件，要求基底最大压力小于等于1.2倍地基持力层承载力特征值： 其中 ， ， 则： ，为了保证基础不

14、致过分倾斜，通常要求 。2.5 基础尺寸设计19 通常采用试算法按以下步骤确定矩形基础底面尺寸：(1)进行深度修正，初步确定修正后的地基承载力特征值；(2)根据荷载偏心情况，将按轴心荷载作用计算得到的基底面积增大10%40%，即取(3)选取基底长边与短边的比值(一般取 )，则 ，(4)考虑是否应对地基承载力进行宽度修正。如需要，在承载力修正后重复(2)、(3)两个步骤，使所取宽度前后一致。(5)计算偏心距和基底最大压力 ，并验算是否满足强度和偏心距要求(6)若 、 取值不适当(太大或太小)，可调整尺寸再行验算，反复一二次，便可定出合适的尺寸。 注意：以上确定的基底尺寸尚需满足地基软弱下卧层验算

15、和地基变形的要求。三、基础的构造高度 基础的构造高度应满足基础材料抗弯、抗剪及抗冲切的要求。同时应满足基础材料的构造要求。另外，在建筑上，基础顶面应埋入室外地面下1015cm，以避免基础受到自然风化作用。 20 2.6 扩展基础设计 一、无筋扩展基础设计、无筋扩展基础高度的确定为了保证无筋砌体不发生抗拉破坏，无筋扩展基础的高度 应按刚性角确定： 即： 式中 按砌体材料和基底压力(表2.9)确定。、无筋扩展基础的构造要求 砖基础二皮一收砌法根据无筋扩展基础选用的材料，应满足相应的构造要求。 素砼基础每阶高 砖基础二一间隔收砌法毛石砼基础每阶高毛石基础每阶宽 灰土基础 h=300450 每阶高=4

16、0060021 二、钢筋混凝土扩展基础设计1、构造要求(1)锥形基础的边缘高度不宜小于200mm，阶梯形基础的边缘高度宜为300500mm；(2)垫层厚度不宜小于70mm，垫层混凝土强度等级不小于C10；(3)底板受力钢筋直径不小于10mm，间距不大于200mm，也不小于100mm；(4)基础混凝土强度等级不应低于C20；2、墙下条形基础计算(1)轴心荷载作用：基础高度按混凝土受剪承载力确定： 式中 ， 即底板配筋按底板弯矩计算： 基础每延长米的受力钢筋截面积：(2)偏心荷载作用: 基底净反力： 基础根部剪力和弯矩：式中基础高度与配筋计算同上。22 3、柱下矩形基础计算(1)基础高度 按混凝土

17、抗冲切承载力确定 式中 荷载基本组合时 基底净反力，荷载 偏心时取最大值： 冲切力作用面积； 截面高度系数； 由冲切承载力条件得： 23 (2)基础底板配筋 当 ， 底板弯矩: 底板配筋: 平行于 方向的受力钢筋截面积分别为： ，242.7 联合基础设计一、概述、联合基础的定义联合基础是指相邻两柱公共的钢筋混凝土基础。包括矩形联合基础、梯形联合基础、连梁式联合基础。、联合基础的设计假定(1)基础是刚性的； (2)基底压力为线性分布；(3)地基主要受力层范围内土质均匀；(4)不考虑上部结构刚度的影响。二、矩形联合基础(1)计算柱荷载的合力作用点位置；(2)确定基础长度，使基础底面形心尽可能与柱荷

18、载合力作用点位置重合；(3)按地基土承载力确定基础底面宽度；(4)计算基底净反力，并按静定分析法计算基础内力，画出弯矩图剪力图；(5)根据抗冲切和抗剪承载力确定基础高度；(6)按弯矩图中的最大正负弯矩进行纵向配筋计算；(7)按等效梁概念进行横向配筋计算。25三、梯形联合基础梯形联合基础适合于两个柱子的荷载相差较大的情况。荷载较小的柱下基础宽度较小，以表示；荷载较大的柱下基础宽度较大，以表示，可按以下三式联立求解：配筋计算可参照矩形联合基础的计算方法。四、连梁式联合基础当两柱的间距较大，为了减小跨中弯矩，可采用连梁式联合基础。连梁的作用只是将两个柱下独立的矩形基础联系在一起。两个独立矩形基础的底面积按相应柱的荷载及地基承载力确定，设计中连梁的底面与地基土不接触，不考虑两个矩形基础之间的地基反力对连梁的作用。连梁的内力按两个矩形基础的地基反力计算。26 2.8 减轻不均匀沉降危害的措施 地基不均匀沉降常引起房屋墙体开裂，结构损坏。设计中应采取措施予以预防。预防措施可分类如下：一、建筑措施1、建筑物的体型应力求简单2、控制建筑物的长高比及合理布置墙