地基基础工程设计第二章天然地基浅基础

基础工程第2章

天然地基上的浅基础学习重点：天然地基上的浅基础设计内容、步骤；浅基础设计的基本要求；浅基础的类型及基础方案的选用及地基设计计算；无筋扩展基础台阶宽高比的概念及构造要求；钢筋混凝土扩展基础的设计计算；柱下钢筋混凝土条形基础和交叉条形基础的设计计算方法；浅基础施工要点及减轻建筑物不均匀沉降危害的措施。2.1概述地基基础的方案总的来说有以下几种，即天然地基上的浅基础、人工地基上的浅基础、天然地基上的深基础及深浅结合的基础，如桩筏或桩箱基础。深浅基础而言，并没有明确的界限。一般认为，基础埋置深度不超过5m的为浅基础。若基础埋深较浅，采用简单的施工方法便可施工。而对于埋置深度较深的基础，若同样采用浅基础的施工方法进行时，便会产生一系列问题，如需进行基坑边坡支护及降低地下水位等。如此需采用特殊的施工方法进行施工，如采用桩基础、沉井基础、地下连续墙等基础型式，称为深基础。天然地基上浅基础设计的内容和一般步骤（1）掌握相关资料，选择合适的基础材料、类型和平面布置方案；（2）选择地基持力层和确定基础埋置深度；（3）确定持力层的地基承载力；（4）初步确定基础底面尺寸，若存在软弱下卧层，尚应验算软弱下卧层的承载力；（5）进行必要的地基变形和稳定性验算；（6）对需要抗震验算的建筑物，应进行地基基础的抗震验算；（7）进行基础结构设计并满足相关构造要求，以保证基础具有足够的强度、刚度和耐久性。（8）绘制基础施工详图，并附必要的技术说明。2.2浅基础设计的基本要求2.2.1浅基础设计的要求设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑30层以上的高层建筑体型复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等）对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）对原有工程影响较大的新建建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程开挖深度大于15m的基坑工程周边环境条件复杂、环境保护要求高的基坑工程（1）地基基础设计等级设计等级建筑和地基类型乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物除甲级、丙级以外的基坑工程丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物非软土地区且场地地质条件简单、基坑周边环境条件简单、环境保护要求不高且开挖深度小于5.0m的基坑工程（2）地基基础设计的基本规定①所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；②设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；③设计等级为丙级的建筑物，如有下列情况之一时，应作变形验算：a、地基承载力特征值小于130kPa，且体形复杂的建筑；b、在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；c、软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；d、相邻建筑物距离近，可能发生倾斜时；e、地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。④对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性；⑤基坑工程应进行稳定性验算；⑥建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。（3）作用效应与相应抗力限值基本规定

（4）地基基础设计作用组合的设计值基本规定（5）地基基础的设计使用年限

根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011的规定，地基基础的设计使用年限不应小于建筑结构的设计使用年限，此为新规范修订的技术内容。2.2.2浅基础的材料（1）砖石砌体基础

(2)混凝土和毛石混凝土基础（3）灰土基础（4）三合土基础（5）钢筋混凝土基础2.3浅基础的分类及适用范围2.3.1浅基础的分类钢筋混凝土扩展基础无筋扩展基础扩展基础刚性墙下条形基础刚性柱下独立基础柱下钢筋混凝土独立基础墙下钢筋混凝土条形基础联合基础连续基础柱下条形基础柱下交叉条形基础（柱下十字交叉基础）筏形基础（筏基）箱型基础（箱基）壳体基础刚性基础=单独基础柔性基础+墙下（或其他）独立基础浅基础分类一、扩展基础1．无筋扩展基础无筋扩展基础是指由砖、毛石、混凝土、灰土和三合土等材料组成的，且不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。

（a）砖基础

（b）毛石基础

（c）混凝土基础

（d）灰土基础

无筋扩展基础为扩散上部结构传来的荷载，使作用在基底的压应力满足地基承载力的设计要求，且基础内部的应力满足材料强度的设计要求，通过向侧边扩展一定底面积的基础称为扩展基础。2．钢筋混凝凝土扩展基基础钢筋混凝土土扩展基础础是指柱下下钢筋混凝凝土独立基基础和墙下下钢筋混凝凝土条形基基础。柱下钢筋混混凝土独立立基础（a）阶梯形基基础（（b）锥形机场场（（c）杯口基础础（a）无肋式（（b）有肋式墙下钢筋混混凝土条形形基础二、联合基基础同列相邻两两柱公共的的钢筋混凝凝土基础。。通常为满满足地基承承载力要求求，需将基基础底面尺尺寸扩大，，使得相邻邻两柱的独独立基础底底面相接甚甚至重叠时时，可将其其连在一起起形成联合合基础。联合基础三、连续基基础将基础底面面积扩大以以满足地基基承载力的的要求，可可将建筑物物的基础沿沿单向或双双向甚至整整片连接起起来形成连连续基础。。1．柱下条形形基础当地基软弱弱或地基土土压缩性分分布不均匀匀而荷载较较大时，可可将同一方方向上若干干柱子的基基础连通而而成为柱下下条形基础础。柱下条形形基础柱下交叉叉条形基基础荷载较大大的高层层建筑，，若土质质较弱或或地基两两个方向向都存在在不均匀匀沉降时时，可在在柱网下下纵横两两方向设设置钢筋筋混凝土土条形基基础，形形成柱下下交叉条条形基础础。2．柱下交交叉条形形基础3．筏形基基础若地基软软弱而荷荷载又很很大，柱柱下交叉叉条形基基础仍不不能满足足地基承承载力要要求或相相邻基槽槽距离很很小时，，可将基基础底板板连成一一片，即即为筏形形基础，，或称片片筏基础础（俗称称满堂基基础）。。筏形基础础箱型基础础是由钢钢筋混凝凝土底板板、顶板板、侧墙墙和一定定数量的的内隔墙墙组成的的单层或或多层钢钢筋混凝凝土基础础，是筏筏形基础础的进一一步发展展。箱型基础础4．箱型基基础（a）平板式式（（b）梁板式式四、壳体体基础为发挥混混凝土抗抗压性能能好的特特性，可可将基础础做成如如图所示示的各种种形式的的壳体而而形成壳壳体基础础。壳体基础础（a）正圆锥锥壳（（b）M形组合壳壳（（c）内球外外锥组合合壳壳体基础础具有材材料省、、造价低低等优点点。但施施工技术术要求高高，施工工期长，，不便于于机械化化作业。。常用作作柱基础础或烟囱囱、水塔塔、料仓仓等特种种结构的的基础。。各种基础础类型的的选择结构类型岩土性质与荷载条件适宜的基础类型多层砖混结构土质均匀，承载力高，无软弱下卧层，地下水位以下，荷载不大（5层以下建筑物）时无筋扩展基础土质均匀性较差，承载力低，有软弱下卧层，基础需浅埋时墙下钢筋混凝土条形基础或交叉条形基础土质均匀性差，承载力低，荷载较大，采用条形基础面积超过建筑物投影面积50%时墙下筏形基础框架结构（无地下室）土质均匀，承载力较高，荷载相对较小，柱网分布均匀时柱下钢筋混凝土独立基础土质均匀性较差，承载力较低，荷载较大，采用独立基础不能满足要求时柱下条形基础或交梁基础土质不均匀，承载力低，荷载大，柱网分布不均匀，采用条形基础面积超过建筑物投影面积50%柱下筏形基础全剪力墙，10层以上住宅结构地基土层较好，荷载分布均匀墙下钢筋混凝土条形基础当上述条件不能满足时墙下筏形基础或箱型基础高层框架、剪力墙结构（有地下室）可采用天然地基时筏形基础或箱型基础在浅基础础设计中中，一般般按照如如下顺序序选择基基础形式式。即为为：无筋筋扩展基基础钢钢筋混凝凝土扩展展基础柱柱下条形形基础柱柱下交交叉条形形基础筏筏形基基础箱箱型基础础的顺序序来选择择基础形形式。2.3.2基础方案案选用2.4基础埋置置深度的的选择基础埋置置深度是是指基础础底面至至设计地地面的垂垂直距离离。影响基础埋埋深因素很很多，应综综合考虑以以下几方面面加以确定定。（1）建筑物的的用途，有有无地下室室、设备基基础和地下下设施，基基础的形式式和构造（2）作用在地地基上的荷荷载大小和和性质(3)工程地质和和水文地质质条件（4）相邻建筑筑物的基础础埋深相邻基础的的埋深（5）地基土冻冻胀和融陷陷的影响坑底不会被被承压水冲冲破的条件件2.5地基承载力力特征值的的确定2.5.1按载荷试验验确定载荷试验是是确定地基基承载力最最直接、最最可靠的方方法，它是是在设计位位置的地基基上进行载载荷试验，，因此是一一种原位测测试方法。。缺点是现现场试验的的费用较高高，时间较较长。地基基基础设计计等级为甲甲级和乙级级的建筑物物应提供载载荷试验指指标。以浅层平板板载荷试验验为例,由载荷试验验结果可得得各级荷载载与相应沉降降量之间的关系系曲线关系如图—比例界限荷荷载；—极限荷载2.5.1按载荷试验验确定2.5.2按规规范范法法确确定定表承载力修修正系数数2.5.3按土的抗抗剪强度度指标，，用理论论公式确确定对于完整整、较完完整和较较破碎的的岩石地地基承载载力特征征值，可可按《建筑地基基基础设设计规范范》（GB50007-2011）岩基载载荷试验验方法确确定；对对破碎、、极破碎碎的岩石石地基承承载力特特征值，，可根据据平板载载荷试验验确定。。对完整、、较完整整和较破破碎的岩岩石地基基承载力力特征值值，也可可根据室室内饱和和单轴抗抗压强度度按下式式进行计计算：2.6基础底底面尺尺寸的的确定定2.6.1按地基基持力力层承承载力力计算算基础础底面面尺寸寸(1)中心荷荷载作作用下下基础础底面面尺寸寸确定定图基础所所受荷荷载基础受受轴心心荷载载作用用时，，基础础底面面的压压力应应符合合下列列规定定：：基础底底面处处的平平均压压力值值可按按下式式计算算：由此可可得中中心荷荷载作作用下下的基基础底底面积积的计计算公公式：：(2)偏心荷荷载作作用下下基础础底面面尺寸寸确定定当时，如如图再按照照《建筑地地基基基础设设计规规范》（GB50007-2011）检查查基底底应力力是否否满足足要求求：2.6.2地基软软弱下下卧层层承载载力验验算当地基基受力力层范范围内内有软软弱下下卧层层时，，应按按下式式验算算软弱弱下卧卧层的的承载载力软弱下下卧层层承载载力验验算简简图条形基基础：：矩形基基础：：2.6.3按允许许沉降降差调调整基基础底底面尺尺寸太沙基基和彼彼克提提出了了以下下修正正公式式2.6.4地基变变形计计算建筑物物的地地基变变形计计算值值，不不应大大于地地基变变形允允许值值，即即[地基特特征变变形可可分为为沉降降量、、沉降降差、、倾斜斜、局局部倾倾斜。。≤]。图地基特特征变变形建筑物物的地地基变变形允允许值值（1）地基基变形形有关关规定定（2）地基基变形形计算算基础沉沉降计计算的的分层层示意意1—天然地地面标标高2—基底标标高3—平均附附加应应力系系数曲线4—层5—层2.6.5地基稳稳定性性验算算对经常常受水水平荷荷载作作用的的高层层建筑筑、高高耸结结构、、挡土土墙等等，以以及建建造在在斜坡坡上或或边坡坡附近近的建建筑物物或构构筑物物，都都需考考虑其其稳定定性。。地基基稳定定性可可采用用圆弧弧滑动动面法法进行行验算算、最最危险险的滑滑动面面上诸诸力对对滑动动中心心所产产生的的抗滑滑力矩矩与滑滑动力力矩应应符合合下式式要求求：式中：——抗滑力矩（（kN·m）；——滑动力矩（（kN·m）。2.7无筋扩展基基础设计2.7.1概述无筋扩展基基础受弯破破坏在设计时，，一般通过过对材料质质量进行控控制和基础础构造进行行限制来确确保基础不不发生拉力力或剪切破破坏。表无筋筋扩扩展展基基础础台台阶阶宽宽高高比比允允许许值值2.7.2无筋筋扩扩展展基基础础构构造造图无筋筋扩扩展展基基础础构构造造示示意意—柱中中纵纵向向钢钢筋筋直直径径1——承重重墙墙2——钢筋筋混混凝凝土土柱柱无筋筋扩扩展展基基础础高高度度应应满满足足下下式式的的要要求求（1）根据就地取取材原则，考考虑上部结构构荷载和地基基条件，确定定基础形式与与埋深；（2）根据持力层层承载力计算算基础底面积积并确定形状状；(3)根据允许高宽宽比设计剖面面形状及尺寸寸；（4）验算基础顶顶面及两种材材料接触面的的抗压强度；；。（5）验算软弱下下卧层；（6）进行地基变变形验算；（7）绘制基础施施工图。无筋扩展基础础的设计步骤骤：2.8钢筋混凝土扩扩展基础设计计2.8.1基础的破坏形形式（a）纯剪破坏（b）斜压破坏（d）弯曲破坏扩展基础破坏坏形式（c）冲切破坏2.8.2扩展基础的验验算柱下独立基础础的受冲切承承载力应按下下列公式验算算图计算阶形基础础的受冲切承承载力截面位位置1-冲切破坏锥体体最不利一侧侧的斜截面；；2-冲切破坏锥体体的底面线当基础底面短短边尺寸小于于或等于柱宽宽加两倍基础础有效高度时时，应按下列列公式验算柱柱与基础交接接处截面受剪剪承载力（此此为《建筑地基基础础设计规范GB50007－2011》新增内容）图验算阶形基础础受剪承载力力示意在轴心荷载或或单向偏心荷荷载作用下，，当台阶的宽宽高比小于或或等于2.5和偏心距小于于或等于1/6基础宽度时，，柱下矩形独独立基础任意意截面的底板板弯矩可按下下列方法进行行计算图矩形基础底板板的计算示意意2.8.3扩展展基基础础的的构构造造图柱下下独独立立基基础础底底板板受受力力钢钢筋筋布布置置图墙下条形形基础纵纵横交叉2.9柱下条基基、筏板板基础和和箱型基基础2.9.1柱下条形形基础的的设计（1）基础底底面尺寸寸确定图简简化计计算法的的基底反反力分布布柱下条形形基础简简化计算算法（2）翼板的的计算图翼板的计计算简图图（3）内力分分析方法法①静力平平衡法用基础各各截面的的静力平平衡条件件求解内内力的方方法称为为静力平平衡法。。图静力平衡衡法计算算简图②倒梁法法这种方法法将地基基反力视视为作用用在基础础梁上的的荷载，，将柱子子视为基基础梁的的支座，，这样可可将基础础梁作为为一倒置置的连续续梁进行行计算，，故称为为倒梁法法。图倒梁法计计算简图图弹性地基基梁法1、文克勒勒（Winkler）地基模模型图文克勒地地基模型型表基床系数数值值2、文克图弹性地基基上基础础梁①无限长长梁解a、无限长长梁受集集中荷载载图文克勒地地基上的的无限长长梁b、无限长长梁受力力偶作用用表文文克勒地地基上梁梁计算系系数②半无限长长梁解a、半无限长长梁受集中中力作用图半无限长梁梁b、半无限长长梁受力偶偶作用③有限长梁梁图有限长梁的的计算④短梁（即即刚性梁））可按一般的的独立基础础来考虑，，也就是假假定基底的的反力为直直线分布，，基础的内内力计算可可按倒梁法法或静力平平衡法进行行。2.9.2十字交叉条条形基础的的设计边柱节点中柱节点和和角柱节点点2.9.3筏板基础的的设计（1）基础底面面积的确定定（2）基础偏心心距的计算算(3)筏板基础的抗抗冲切验算1）平板式筏基基图内柱冲切临界界截面示意图图1—柱2—筏板2)梁板式筏基1、梁板式筏基基底板受冲切切承载力应按按下式进行计计算图底板的冲切计计算示意1-冲切破坏锥体体的斜截面2-梁3-底板2、当底板区格格为矩形双向向板时，底板板受冲切所需需的厚度图底板剪剪切计算示意意3、梁板式筏基基双向底板斜斜截面受剪承承载力(4)筏板基础连接接构造图地下室底层柱柱或剪力墙与与梁板式筏1-基础梁2-柱3-墙2.9.4箱型基础的设设计及补偿式式基础的概念念（1）箱型基础的的设计1)箱基的平面尺尺寸2）箱基的高度度3）箱基的顶、、底板4）箱基的内、、外墙5）箱基墙体开开洞要求6）箱型基础顶顶、底板及内内外墙的钢筋筋7）箱型基础墙墙体局部承压压强度8）底层现浇柱柱主筋伸入箱箱型基础的深深度9）箱型型基础础施工工缝设设置10）箱型基基础的混混凝土强强度等级级（2）补偿式式基础（（浮式基基础）因为自重重应力对对土不产产生变形形，而引引起地基基土的变变形的则则是附加加应力。。因而从从控制土土的变形形的角度度讲，附附加应力力越小越越好。因因此设计计时可将将基础埋埋置深一一些，使使得即意味着着基底不不存在