房屋建筑工程地基基础与荷载的关系

第八章基础

第一节地基、基础与荷载的关系基础建筑物垂直承重构件延伸至地基的部分●—地基支承整个建筑物的那部分天然土●—一、基础与地基的概念在建筑工程中，建筑物与土层直接接触的部分称为基础，

支承建筑物重量的土层叫地基。

基础是建筑物的组成部分，它承受着建筑物的全部荷载，并将其传给地基。而地基则不是建筑物的组成部分，它只是承受建筑物荷载的土壤层。

其中，具有一定的地耐力，直接支承基础，持有一定承载能力的土层称为持力层；持力层以下的土层称为下卧层。地基土层在荷载作用下产生的变形，随着土层深度的增加而减少，到了一定深度则可忽略不计（如图）。

二、地基状况对建筑物的影响（二）、持力层和地耐力(地基承载力)●持力层—直接放置基础底面的土层.持力层的位置决定基础的埋深.●地耐力—持力层每平方米能承受的最大压力.地耐力的大小影响基础的选材及形式.（一）、土层的分布和特性

●土层的构成—固体颗粒、空气、水.其物质特性及配比决定土层的物理性质.

●土层的物理性质影响建筑物的沉降及变形情况.

●土层的自然分布情况影响建筑的沉降是否均匀.地耐力也称为──地基承载力。当基础对地基的压力超过地基承载力时地基将出现不允许的沉降变形，或者地基滑动，失去稳定，为了房屋的稳定和安全，必须保证基础底面积的平均压力不超过地基承载力。房屋的全部荷载是通过基础底面积传给地基的，当荷载一定时，加大基础底面积可以减少单位面积地基上所受到的压力。比如，以ｆ表示地基承载力，Ｎ代表房屋的总荷载，Ａ代表基础底面积，则可列出如下关系式：Ｎ/Ａ＜ｆ即:Ａ＞Ｎ/ｆＡ＞Ｎ/ｆ

ｆ表示地基承载力，Ｎ代表房屋的总荷载，Ａ代表基础底面积从上式可以看出，当地基承载力不变时，房屋总荷载愈大，基础底面积也随着增加。或者说，当房屋的总荷载不变时，地基承载力愈小基底面积也随着增大。在房屋设计中，要根据总荷载和建造地点的地基承载力确定基础底面积。三、对地基和基础的要求Ａ、地基应具有良好的稳定性地基在荷载作用下沉降均匀，才保证房屋的沉降均匀。如果地基土质分布不均匀，处理不好就会产生不均匀沉降，此极易产生墙身开裂、房屋倾斜、甚至破坏的情况。Ｂ、基础应有足够的强度基础具有足够的强度，才能稳定地把荷载传给基础。如何基础在承受荷载后受到破坏，必然会使房屋出现裂缝，甚至坍塌。所以房屋基础所用材料应符合基础强度要求。Ｃ、基础应满足耐久性的要求基础所用材料和构造的选择应与上部建筑等级适应，符合耐久性要求。基础是建筑物的主要承重构件，处在建筑物地面以下，属于隐蔽工程。

如果基础先于上部结构破坏，检查和加固都十分困难，将严重影响房屋寿命。Ｄ、基础工程应注意经济效果基础工程造价,按结构类型不同约占房屋总造价的１０－３５％,甚至更高;所以应尽量选择土质优良的地段建造房屋，以降低基础工程的造价。当地段不能选择时，应采用恰当的基础形式及构造方案，尽量节省工程费用。除了上述措施之外，就近采用地方材料，减少运输费用，同样可以减少基础工程的开支，从而降低整个房屋的造价。四、地基的分类地基分为天然地基和人工地基两大类。天然地基指天然土层具有足够的地基承载力，不需要经人工改良或加固可以直接在上面建造房屋的地基。岩石、碎石、粉土、和粘性土等，一般均可作为天然地基。人工地基指土层的承载力差（如淤泥、人工填土等），直接在上面建造房屋时，缺乏足够的坚固性和稳定性，必须对土层进行人工加固后，才能在上面建造房屋的地基。五、加固地基的的方法P164加固地基有有多种方法法，如压实法、换土法、挤密法、排水固结法法、化学加加固法、加加筋法等。其中常用压压实法、换换土法和挤挤密法。压实法----机械法压实实、夯实。例如，用用１．５ｔｔ以上的重重锤夯打土土层，加固固地基。(地基土是由由土的颗粒粒、空隙中中的空气和和水三部分分组成的。。受力后空空气将被挤挤出，地基基被压缩。。对承载土土，可以采采用预先人人工压缩的的方法，排排除土中空空气，提高高土的密实实程度，以以提高地基基承载力。。这种方法法就是压实法。)换土法----将较弱的土土层挖去,换成较坚硬硬的材料,称为换土法或换土垫层层法。换土土常用材料料为灰土、、粗砂或中中砂。挤密法----是采用砂桩桩、碎石桩桩、灰土桩桩和水泥桩桩等把土挤挤实，由桩桩与桩间土土一起组成成复合地基基，从而提提高地基承承载力减少少沉降量。。排水法—加载排水使使土质紧密密第二节影影响基础础埋深的因因素一、基础埋埋置深度(基础的埋深深)基础的埋深深-----由室外设计计地面到基基础底面的的距离，称称为基础的的埋置深度度。基础埋深不不超过５ｍｍ的称为浅浅基础，大大于５ｍ的的属于深基基础。在一般情况况下，基础础的埋深应应不小于５５００ｍｍｍ。在确定基础础埋深时，，应优先选选择浅基础础。它的优优点是不需需要特殊施施工设备，，施工技术术也较简单单。基础埋深愈愈小，工程程造价愈低低。但当基础埋埋深过小时时，地基受受到压力后后有可能把把四周的土土挤走，使使基础失去去稳定。基基础埋得过过浅，还易易受各种侵侵蚀和影响响，从而造造成基础破破坏。二、影响基基础埋深的的因素P1661、建筑物上部部荷载的大大小和性质质：2、工程地质条条件：3、水文地质条条件：4、冻结深度：5、其他因素：二、影响基基础埋深的的因素1、建筑物上部部荷载的大大小和性质质：多层建筑一一般根据地地下水位及及冻土深度度等来确定定埋深尺寸寸。一般高层建建筑的基础础埋置深度度为地面以以上建筑物物总高度的的1/10--1/15。2、工程地质条条件：地基土层构构造及土质质的好坏基础底面应应尽量选在在常年未经经扰动而且且坚实平坦坦的土层或或岩石上，，俗称“老老土层”。。3、水文地质质条件--地下水位的的影响P166●地下水位—常年地下水水位、丰水水期水位、、枯水期水水位。地下水可能能对基础产产生浮力或或腐蚀.地下水可能能对地基土土承载力产产生影响.确定地下水水的常年水水位和最高高水位，以以便选择基基础的埋深深。一般宜将基基础落在常常年地下水水位和设计计最高地下下水位之上上，这样可可避免地下下水的变化化影响地基基承载力，，还可防止止地下水对对基础施工工带来的麻麻烦。当地下水位位较高，基基础不能埋埋在设计最最高水位之之上时，宜宜将基础埋埋在设计最最低地下水水位以下200mm。4、冻土深度度：冻土线(冰冻线)的影响●冻土线—寒冷地区地地表冰冻深深度的临界界线。应根据当地地的气候条条件了解土土层的冻结结深度，一一般将基础础的垫层部部分做在土土层冻结深深度以下。。否则，冬冬天土层的的冻胀力会会把房屋拱拱起，产生生变形；天天气转暖，，冻土解冻冻时又会产产生陷落。。冻胀融陷可可能造成基基础破坏。。建筑物基础础埋深宜在在冻土线以以下200mm。5、其他因素1)相邻建筑物物基础的影影响：新建建筑物物的基础埋埋深不宜深深于相邻的的原有建筑筑物的基础础；当新建基础础深于原有有基础时，，则要采取取一定的措措施加以处处理，以保保证原有建建筑的安全全和正常使使用。2)建筑物有无无地下室、、设备基础础等。二、影响基基础埋深的的因素P1661、建筑物上部部荷载的大大小和性质质：2、工程地质条条件：地基土层构构造及土质质的好坏3、水文地质条条件：地下水位的的高低4、冻结深度：土的冰冻深深度5、其他因素：相邻建筑物物基础的影影响、建筑物有无无地下室、、设备基础础等。第三节基基础的分类类与构造一、按基础础的材料和和传力情况况分类(一)、按基础的的传力情况况分为:刚性基础和和柔性基础础.●刚性基础—用刚性材料料制作的基基础刚性材料-----一般指抗压压强度高，，而抗拉、、抗剪强度度较低的材材料。常用的有砖砖、、灰土、混混凝土、三三合土、毛毛石等。基础底面的的扩大受材材料刚性角角的影响见图8-11P169刚性基础多多用于地基基承载力高高的地基上上建造的低低层和多层层房屋。刚刚性基础础台阶宽高高比的允许许值见P169表8－１。刚性角------通常按刚性性材料的受受力状况，，基础在传传力时只能能在材料的的允许范围围内控制，，这个控制制范围的夹夹角称为刚刚性角，用用α表示。●砖、石基础础的刚性角角控制在(1：1.25)~(1：1.50)(26°~33°)以内，●混凝土基础础刚性角控控制在1：1（45°）以内。非刚性基础础---当建筑物的的荷载较大大而地基承承载能力较较小时，基基础底面B必须加宽，，如果仍采采用混凝土土材料做基基础，势必必加大基础础的深度，，这样很不不经济。如如果在混凝凝土基础的的底部配以以钢筋，利利用钢筋来来承受拉应应力，使基基础底部能能够承受较较大的弯矩矩，这时，，基础宽度度不受刚性性角的限制制，故称钢钢筋混凝土土基础为非非刚性基础或柔性基础。●非刚性基础础基础底面的的扩大不受受材料刚性性角影响(二)、按基础的的材料分为为:砖基础,石基础,混凝土基础础

钢筋混混凝土基础础等１、砖基础础(P171)砖基础所用用的砖是一一种取材容容易价格低低廉的材料料。由于砖的强强度、耐久久性均较差差，故砖基基础多用于于地基土质质好、地下下水位低、、五层以下下的砖木结结构或砖混混结构建筑筑。砖基础采用用台阶式向向下逐级放放大，称大大放脚。为了满足刚刚性角的限限制，大放放脚的宽高高比应≤１：１.５（表8－１）。大放脚的作作法，一一般采用每每两皮砖挑挑１／４砖砖与一皮砖砖挑出１／／４砖相间间砌筑。砌筑前基槽槽底面要铺铺30-50ｍｍ厚水泥泥砂浆垫层层。或灰土土,三合土垫层层。砖基础的构构造见图8－13P171。２、灰土基基础(P171)在地下水位位比较低的的地区，可可以在砖基基础下作灰灰土垫层。。由于灰土垫垫层按基础础计算，所所以叫灰土土基础。灰土基础是是由石灰与与粘土加适适量水拌和和夯实而成成。石灰与与粘土的体体积比为３３：７或２２：８。灰土每层均均虚铺２２２０ｍｍ，，夯实后厚厚度为１５５０ｍｍ左左右，称为为第一步。。三层及三三层以下房房屋用二步步，三层以以上建筑用用三步。由于灰土的的抗冻、耐耐水性能差差，灰土基基础只能埋埋在地下水水位以上，，且顶面应应在冻结深深度以下。。图8－13(P171)虚线部分为为灰土基础础。３、三合土土基础(P171)三合土基础础是由石灰灰、砂、骨骨料（碎砖砖或石子））按体积比比１：３：：６或１：：２：４加加水拌合夯夯实而成。。其计算方方法与灰土土基础相同同。三合土每层层夯实后１１５０ｍｍｍ左右，通通常三合土土基础的总总厚度Ｈ００≥３００ｍｍｍ；宽度ｂｂ≥６００ｍｍｍ。三合土基础础适用于四四层及四层层以下的建建筑，与灰灰土基础一一样，应埋埋在地下水水位以上，，顶面应在在冻结深度度以下。图图8－１3(P171)虚线部分为为三合土基基础。４、毛石基基础毛石基础是是由中部厚厚度不小于于１５０ｍｍｍ的末经经加工的块块石和砂浆浆砌筑而成成，通常采采用水泥砂砂浆砌筑。。由于石材强强度高、抗抗冻、耐水水性能好，，水泥砂浆浆同样是耐耐水材料，，所以毛石石基础可以以用于地下下水位较高高、冻结深深度较深的的的地区。。由于我国各各地石材产产量丰富，，故被广泛泛用于低层层及多层民民用建筑。。当工程所所在地距离离石材产地地较近时，，则毛石基基础的造价价较低，约约为砖基础础造价的９９０％左右右。毛石基础的的剖面形式式多为阶梯梯（图8－１4）。基础顶面要要比墙或柱柱每边宽出出１００ｍｍｍ；基础础的宽度ｂｂ、每台阶阶的高度ｈｈ、ｚｈ２２均不小于于４００ｍｍｍ；每个个台阶挑出出的宽度ｂｂ２不应大大于２０００ｍｍ，以以确保符合合宽高比不不大于１：：１.５０或１：：１.２５（表8－１）的限限制。当当基础底面面宽度ｂ≤７００ｍｍｍ时，毛石石基础应做做成矩形截截面。５、混凝土土基础混凝土基础础具有坚固固、耐久、、耐水、刚刚性角大的的特点，常常用于有地地下水和冰冰冻作用的的地方。由于混凝土土是可塑的的，基础断断面不仅可可以做成矩矩形和阶梯梯形，当底底面宽度ｂｂ≥２００ｍｍｍ时还可以以做成锥形形，锥形断断面能节约约混凝土，，从而减轻轻基础自重重。５、混凝土土基础混凝土的刚刚性角α＝４５°，阶梯形断面面台阶的宽宽高比≤１：１～１１：１.５（表8－１），锥形断面的的斜面与水水平面夹角角β应≥４５°。混凝土基础础的构造见见图8－１5。为了节约混混凝土从而而节约水泥泥，可以在在混凝土中中加入粒径径不超过３３００ｍｍｍ的毛石。。这种混凝凝土称为毛毛石混凝土土。毛石混凝土土基础所用用毛石的尺尺寸，不得得大于基础础宽度的１１／３，毛毛石的体积积一般为总总体积的２２０－３００％。毛石石在混凝土土中应均匀匀分布。6.钢筋混凝土土基础采用刚性材材料的基础础，因受刚刚性角限制制，基础底底面宽度ｂｂ很大时，，必须增加加基础的高高度，使基基础体积很很大。这样样，不仅使使开挖土方方的工程量量增加，还还将使基础础材料用量量增加，对对工期和造造价都不利利。特别是有软软弱下卧层层的地基，，不宜将基基础埋置过过深，以充充分利用持持力层好土土的承载力力。如在混凝土土基础中配配置钢筋，，利用钢筋筋承受拉力力，基础就就能承受弯弯矩。钢筋筋混凝土基基础的构造造见图8－１2。6.钢筋混凝土土基础钢筋混凝土土基础相当当于一个受受均布荷载载的悬臂梁梁，所以它它的截面高高度向外逐逐渐变小，，但最薄处处的厚度不不应小于２２００ｍｍｍ。截面如做成成梯形，每每步高度为为３００－－５００ｍｍｍ。基础础中受力钢钢筋的数量量应通过计计算确定，，但钢筋直直径不宜小小于８ｍｍｍ，间距不不宜大于２２００ｍｍｍ。基础混混凝土的强强度等级不不宜低于ＣＣ１５。为了使基础础底面均匀匀传递压力力，常在基基础下用强强度等级为为Ｃ７.５或Ｃ１００的混凝土土做一个垫垫层，其其厚度宜为为５０－１１００ｍｍｍ。有垫层时，，钢筋距基基础底面的的保护层厚厚度不宜小小于３５ｍｍｍ，不设设垫层，钢钢筋距基础础底面不宜宜小于７００ｍｍ，以以保护钢筋筋免遭锈蚀蚀。二、按基础的构构造形式分类基基础形式主要要是由上部承重重结构和地基承承载力决定的。。如墙的基础一一般应为连续的的，柱下基础可可为独立的，当当荷载大而地基基承载力小时，，则应做桩基础础或整片基础。。按基础的构造型型式分类：条形基础、独立立基础、井格式式基础、筏形基基础、箱形基础础（一）条形基础础条形基础呈连续续的带状，故也也称带条形基础础。条形基础一一般用于墙下，，亦可用于柱下下，其构造形式式见图8－8。１、当房屋为墙墙承重结构时，，承重墙下一般般采用通长的条条形基础。中小小型建筑常采用用的刚性条形基基础当荷载较大大、地基软弱，，也可采用钢筋筋混凝土条形基基础。２、柱下条形基基础当房屋为骨架承承重或内骨架承承重结构时，在在荷载较大且地地基为软土时，，常采用钢筋混混凝土条形基础础将各柱下的基基础连接在一起起，使整个房屋屋的基础具有良良好的整体性。。柱下条形基础础可以有效地防防止不均匀沉降降。3.井格形基础—柱下条基纵横连连接更有利于基基础的整体性。。条基●墙下条基—承重墙的基础●柱下条基—减少不均匀沉降降（二）独立基础础

独立基础呈呈柱墩形，也叫叫单独基础，其其构造形式见图图8－9。柱下独立基础当房屋为骨架承承重结构或内骨骨架承重结构时时，承重柱下扩扩大形成独立基基础常用断面形形式有阶梯形、、锥形、杯形等等。（三）整片基础础整片基础包括筏式基础和箱形基础当上部荷载较大大、地基承载力力较低、柱下交交叉条形基础或或墙下条形基础础的底面积占建建筑物平面面积积较大比例时，，可以考虑选用用整片筏式基础础具有减少基底底压力、提高地地基承载力和调调整地基不均匀匀沉降的能力。。筏式基础一般分分柱下筏基和墙墙下筏基二类，，前者系框架结结构上的筏基，，后者系承重墙墙结构下的筏基基。筏式基础(片筏基础)—分板式和梁板式式墙下筏基也称墙墙下筏板基础，，广泛应用于量量大面广的多层层或高层住宅、、办公楼等民用用建筑。整片筏式基础按按结构形式分为为板式结构和梁梁板式结构两类类，其构造形式式见图8－１0ａ、ｂ、c、d。箱形基础当钢筋混凝土基基础埋深很大，，为了增加建筑筑物的刚度，可可用钢筋混凝土土筑成有底板顶顶板和四壁的箱形基础。箱形基础内部空间可用作作地下室。这样样基础可用荷载载很大的高层建建筑，其构造形形式见图8－１0e。（四）桩基础当建筑物荷载较较大，地基的软软弱土层厚度在在５ｍ以上，基基础不能埋在软软弱土层内或对对软弱土层进行行人工处理困难难或不经济时，，常采用桩基础。采用桩基础能节节省基础材料，，减少挖填土方方量，改善工人人的劳动条件，，缩短工期。在严寒地区进行行基础施工时，，要开挖冻土，，耗费人工，进进度迟缓；采用用桩基础能避开开挖掘冻土这一一繁重劳动。因因此近年来桩基基础采用量逐年年增加。桩的种类桩的种类很多，，按桩的材料可可以分为木桩、钢筋混凝土桩、、钢桩等；按桩的受力性能能又可以分为端承桩与摩擦桩。桩基础把建筑的的荷载通过桩端端传给深处坚硬硬土层，或通过过桩侧表面与周周围土的摩擦力力传给地基。前前者是端承桩，后者称为摩擦桩。端承桩适用于