天然地基上的浅基础设计

第八章天然地基上的

浅基础设计8.1概述8.2浅基础类型8.3基础埋置深度的选择8.4地基承载力的确定8.5基础底面尺寸的确定8.6墙下钢筋混凝土条形基础设计8.7减轻建筑物不均匀沉降的措施8.1概述

地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、平面布置和上部结构类型，充分考虑建筑场地和地基岩土条件，结合施工条件以及工期、造价等各方面要求，合理选择地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证建筑物的安全和正常使用。一、选择地基基础类型，主要考虑两方面因素：1、建筑物的性质；2、地基的地质情况。二、天然地基上的浅基础：做在天然地基上，埋置深度小于5米的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5米，但小于基础宽度的大尺寸基础（如箱形基础），在计算中基础的侧面摩擦力不必考虑，统称为天然地基上的浅基础。地基基础设计的基本原则1.防止地基土发生剪切破坏和丧失稳定性，应具有足够的安全度；2.控制地基的变形量，使之不超过建筑物的地基特征变形允许值；3.基础本身应具有足够的强度、刚度和耐久性。三、地基基础方案1.天然地基上的浅基础；2.人工地基上的浅基础；3.天然地基上的深基础、桩基础。8.1概述8.1概述人工地基：加固上部土层，提高土层的承载力，再把基础做在这种经过人工加固后的土层上。这种地基叫做人工地基。桩基础：在地基中打桩，把建筑物支撑在桩台上，建筑物的荷载由桩传到地基深处较为坚实的土层。这种基础叫做桩基础。深基础：把基础做在地基深处承载力较高的土层上。埋置深度大于5m或大于基础宽度。在计算基础时应该考虑基础侧壁摩擦力的影响。这类基础叫做深基础。四、常规设计：

常用浅基础体型不大、结构简单，在计算单个基础时，一般既不遵循上部结构与基础的变形协调条件，也不考虑地基与基础的相互作用。这种简化法也经常用于其它复杂基础的初步设计，称为常规设计。五、浅基础设计内容及步骤1.了解拟建场地工程地质条件的基础上，合理选择基础类型、平面布置及埋深；2.按地基承载力确定基础底面尺寸；3.进行必要的地基稳定性和变形验算；4.基础结构的内力分析和截面设计，并绘制施工图。8.1概述

地基、基础与上部结构相互作用的概念一、基本概念常规设计法是把上部结构、基础与地基三者作为彼此离散的独立结构单元进行力学分析（如图6-1）。不难看出常规设计法有不合理之处，因为地基、基础和上部结构沿接触面分离后，虽然满足静力平衡但却完全忽略了三者之间受荷前后的变形连续性。

其实，地基、基础和上部结构三者是相互联系成整体来承担荷载而发生变形的。这时，三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制约的作用，从而使整个体系的内力（包括柱脚和基底的反力）和变形（包括基础沉降）发生变化。显然，当地基软弱、结构物对不均匀沉降敏感时，上述常规分析结果与实际情况的差别就愈大。由此可见，合理的分析方法，原则上应该以地基、基础、上部结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前提。只有这样，才能揭示它们在外荷作作用下相互制约、彼此影响的内在联系，从而达到安全、经济的设计目的。

地基、基础与上部结构相互作用的概念二、地基和基础的相互作用（一）基础刚度对基底压力的影响1.柔性基础柔性基础的抗弯刚度很小。它好比放在地上的柔软薄膜，可以随着地基的变形而任意弯曲。基础上任意一点的荷载传递到基底时不可能向旁边扩散分布，象直接作用在地基上一样。基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致，均布荷载下柔性基础的基底沉降是中部大、边沿小。(a)(b)

地基、基础与上部结构相互作用的概念6-32.刚性基础

刚性基础具有非常大的抗弯刚度，受荷后基础不挠曲，因此，原来是平面的基底，沉降后仍然保持平面（如图6-3）。此处把刚性基础能跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中地传至基底边缘的现象叫做基础的“架越作用”。

地基、基础与上部结构相互作用的概念3.基础相对刚度的影响6-66-7结论：基础相对刚度越大，架越作用越明显，基底压力分布与上部荷载分布越不一致。

地基、基础与上部结构相互作用的概念6-81.地基压缩性不均匀的影响（二）地基非均质性的影响

地基、基础与上部结构相互作用的概念2.不均匀地基上荷载分布不同的影响图6-9

地基、基础与上部结构相互作用的概念三、上部结构刚度的影响

上部结构刚度：整个上部结构对基础不均匀沉降或挠曲的抵抗能力，或称整体刚度。（一）柔性结构如排架结构等，由于屋架铰接于柱顶，整个承重体系对基础的不均匀沉降有很大的顺从性，故基础的沉降差不会引起主体结构的附加应力，传给基础的柱荷载也不因此而有所变动。结构与地基变形之间并不存在彼此制约、相互作用的关系。这类结构最适合按常规方法设计。

地基、基础与上部结构相互作用的概念（二）敏感性结构

最常见的砖石砌体承重结构和钢筋混凝土框架结构，对基础不均匀沉降的反应都很灵敏，故称之为敏感性结构。此类结构应考虑相互作用的影响。（三）刚性结构

烟囱、水塔、高炉、筒仓这类的高耸结构物之下整体配置的独立基础与上部结构浑然一体，使整个体系具有很大的刚度，当地基不均匀时，基础转动倾斜，但几乎不会发生相对挠曲。这类结构也可采用常规设计。

地基、基础与上部结构相互作用的概念

8.2浅基础的类型可按照基础材料、构造类型、受力特点分类。一、按材料分：1、砖基础：大放角基础。两皮一收或两皮一收与一皮一收相间。注意对材料的最底要求。2、毛石基础：毛石：未经加工整平的石料。注意其构造要求及台阶高宽比要求。3、灰土基础：依体积比分为3：7灰土、2：8灰土，灰土干重度≥14.5~15.5KN/m,容许承载力可达250~300KPa。3应：捏紧成团，落地开花。

8.2浅基础的类型优点：施工简便，造价便宜，可节约水泥、砖石材料。缺点：在水中硬化慢，早期强度低，抗水性差，抗冻性差。一般只用于冰冻线以下，地下水位以上。4、灰浆碎砖三合土基础。石灰、砂、骨料体积比为1：2：4~1：3：6。5、混凝土和毛石混凝土基础。6、钢筋混凝土基础。二、按构造类型分：1、条形基础：长度远大于宽度的基础。2、独立基础。3、联合基础：柱下条形基础，柱下十字交叉条形基础，筏板基础，箱形基础。

8.2浅基础的类型扩展基础：配筋或不配筋的墙下条形基础和单独柱基础。（一）无筋扩展基础（刚性基础）1、材料：砖、毛石、灰土或三合土。2、构造要求（保证抗拉、剪强度）：

8.2浅基础的类型（二）钢筋混凝土扩展基础1、特点：抗弯、剪性能好。2、形式：墙下和柱下钢筋混凝土扩展基础。

8.2浅基础的类型联合基础1、型式8.三2三浅三基础三的类三型独立基础壳体的设计及构造见《建筑地基基础设计规范》。8.三2三浅三基础三的类三型三、三按受三力性三能分三：1、三刚性三基础三：指受压三极限三强度三较大三，而三受弯三、受三拉极三限强三度较三小的三材料三所建三造的三基础三。2、三柔性三基础三：指钢筋三混凝三土基三础。三利用三其抗三弯、三抗拉三性能三。不三受台三阶宽三高比三限制三，可三宽基三浅埋三。3、三内力三计算（1三）按三直线三分布三假定三计算三基底三静反三力（2三）按三混凝三土规三范对三基础三高度三和变三阶处三进行三受冲三切和三受剪三切承三载力三验算三；（3三）锥三形基三础的三边缘三高度三不小三于2三00mm三，阶梯三形基三础的三阶高三宜为三30三0~三50三0mm三；（4三）确定三底板三受力三钢筋三时，三任意三截面三的弯三矩计三算：对距形基础，当台阶高宽比且荷载偏心距时，任意截面及的弯距按下式计算：（5）构造：混凝土强度等级不低于C15，底板受力钢筋不小于8mm,@≤200mm，混凝土保护层厚度有垫层时不小于35mm，无垫层时不小于70mm。8.三3三基础三埋置三深度三的选三择一、三概念三：1、三基础三埋置三深度三：是指三基础三底面三至地三面（三一般三指设三计地三面）三的距三离。2、三基础三埋深三选择三的意三义：影响三：建三筑物三的安三全和三正常三使用三；基三础施三工技三术措三施；三施工三工期三；工三程造三价。安全三方面三：对三高层三稳定三、滑三移的三影响三；地三基强三度、三变形三的影三响；三基础三由于三冻胀三或水三影响三下的三耐久三性。3、三基础三埋深三选择三的原三则：在保证三建筑三物安三全、三稳定三、耐三久使三用的三前提三下，三应尽三量浅三埋，三以便三节省三投资三，方三便施三工。三除基三岩外三，一三般不三宜小三于0三.5三米。三另外三，基三础顶三面应三底于三设计三外地三面1三00mm以上三，以三避免三基础三外露三。8.三3三基础三埋置三深度三的选三择二、三影响三基础三埋深三的因三素：1、三建筑三物类三型及三基础三构造三：A、类型三主要三指高三层与三非高三层之三分。B、基础三构造三，针三对基三础类三别、三用途三等。2、三基础三上荷三载大三小及三性质三：A、荷载三大小三与地三基承三载力三间的三关系三导致三持力三层选三择发三生变三化。B、建筑三物类三型不三同，三其所三受荷三载性三质发三生变三化，三从而三对基三础埋三深产三生影三响。eg三,高层三建筑三：水三平力三作用三；输三电塔三：上三拔力三作用三；砖三窑：三高温三作用三；冷三库：三低温三作用三；受三动力三荷载三基础三：对三持力三层土三要求三，不三宜为三饱和三疏松三的粉三细砂三（振三动液三化）三。8.三3三基础三埋置三深度三的选三择3、三工程三地质三条件A、工程三地质三条件三不同三，基三础的三埋深三有较三大差三别，三要合三理选三择持三力层三以保三证建三筑物三的安三全和三经济三性。B、土层三不均三匀时三可分三段采三用不三同埋三深。三对建三于边三坡上三的基三础（三如上三图）三，其三埋深三应满三足下三式：X取3三.5m（条形三基础三)或三2.三5m（距形三或圆三形基三础）4、水文地质条件1、尽量将基础置于地下水位以上。2、防止流砂；3、防止地基因挖土减压而隆起开裂；应控制承压含水层顶面的有效应力大于0。8.三3三基础三埋置三深度三的选三择5、三地基三土冻三胀和三融陷三条件对于三埋置三于可三冻胀三土中三的基三础，三其最三小埋三深应三由下三式确三定：—标三准冻三深；—采三暖对三冻深三的影三响系三数—基三底下三允许三残留三冻土三层的三厚度三。8.三3三基础三埋置三深度三的选三择z-maxhd=dmin(G三B5三00三07三-2三00三2）(G三BJ三7-三89三）maxhdz—设计三冻深三；—基三底下三允许三残留三冻土三层的三最大三厚度三。8.三3三基础三埋置三深度三的选三择=zdz0.yzs.yzw.yze—标准冻深；系采用在地表平坦、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。当无实测资料时，按规范附录F采用。—土的类别对冻深的影响系数。—土的冻胀性对冻深的影响系数。—环境对冻深的影响系数。z0yzsyzwyze6、场地环境条件

最小埋深不小于0.5米，且不超过相邻建筑基础的底面，否则，与相邻基础的净距应大于该相邻基础底面高差的1~2倍。8.三4三地三基承三载力三的确三定1、三地基三承载三力：地基三在保三证其三稳定三的前三提下三，满三足建三筑物三各类三变形三要求三时的三承载三能力三。2、三地基三承载三力的三确定三方法三：a、根据三《规三范》三表格三确定三；b、按静三载荷三试验三方法三确定三；c、根据三土的三强度三理论三计算三确定三；d、根据三相邻三条件三相似三的建三筑物三经验三确定三。8.三4三地三基承三载力三的确三定一、按土的抗剪强度指标确定（一）魏锡克公式承载力设计值按下式计算：—折减系数；—有效面积；—基础实际面积。—安全系数2~3。（二）规范推荐的理论公式长期承载力设计值：短期承载力设计值：（三）几点说明（1）理论公式计算承载力的正确与否关键是抗剪强度参数的选取；（2）地下水位土体采用计算承载力；（3）理论公式没有考虑变形的要求，此时必须进行地基变形验算。8.三4三地三基承三载力三的确三定二、三按地三基载三荷试三验确三定承载三力实三测值三：对低三压缩三性土三：或（当对高三压缩三性土三：承载三力标三准值三：对同三一层三土，三选取三三个三以上三的试三验点三，如三所得三的实三测值三的极三差不三超过三平均三值的三30三%，三则取三平均三值作三为地三基承三载力三特征三值三。8.三4三地三基承三载力三的确三定(0三.0三2)(1三.5三)三、三按规三范承三载力三表确三定（已三取消三）1、三查表三（6三-3三）~三（6三-1三3）三得到三或2、三如按三土的三物理三、力三学性三质指三标确三定的三基本三值，三应按三下式三折算三为标三准值三：—回三归修三正系三数。承载三力特三征值三的修三正：8.三4三地三基承三载力三的确三定8.三4三地三基承三载力三的确三定四、软弱下卧层验算

当地基受力层范围内存在软弱下卧层时，还必须对下卧层进行验算。基底压力标准值；基底处自重压力值；应力扩散角（表7-14）；pcpczpz8.三5三基础三底面三尺寸三的确三定一、三按地三基持三力层三的承三载力三计算三基底三尺寸设计三时，三先选三定埋三深d并初三步选三择基三底尺三寸，三求得三持力三层承三载力三设计三值fa，在按三下列三条件三验算三并调三整尺三寸直三至满三足设三计要三求。Pk≤三fa1、三对于三中心三受压三基础三：Pk——相应三于荷三载效三应标三准组三合时三，基三础底三面处三的平三均压三力值三。fa——修正三后的三地基三承载三力特三征值三。8.三5三基础三底面三尺寸三的确三定dfaFkAGg-≥dfaFkbGg-（矩三形）（条三形）Fk——相应三于荷三载效三应标三准组三合时三，上三部结三构传三至基三础顶三面的三竖向三力值三。Gk——基础三自重三和基三础上三的土三重。AGkFkpk+=A——基础三底面三面积三。≥注意三：d为基三础平三均埋三深。算法三：涉及三到fa的宽三度修三正。1、三先假三定B≤三3m三，不做三宽度三修正三。2、三如果B>三3m三，则再三考虑三宽度三修正三。2、三对于三偏心三受压三基础三：同时三满足三：8.三5三基础三底面三尺寸三的确三定Pk≤三faMk——相应三于荷三载效三应标三准组三合时三，作三用于三基础三底面三的力三矩值三。由上三式得三：afW2.1MK≤+kpmax=AGkFk+即：8.三5三基础三底面三尺寸三的确三定—折减系数（0.6~1）；kpmax=3laGk)2(Fk+算法三：1、三按中三心受三压计三算，三求出A0。2、三令A=（三1.三1~三1.三4）A0。3、三验证Pkm三ax三≤1三.2fa或：1、三令2、三验证Pkm三ax三≤1三.2fa三，求出A0。若不三满足三，适三当调三整，三再验三算，三直到三适合三为止三。当时相当于不考虑偏心的影响；当时表示由于荷载偏心较大，应该限制基底平均压力，使之不超过未考虑偏心影响的地基承载力的60%。8.三5三基础三底面三尺寸三的确三定8.三5三基础三底面三尺寸三的确三定作业三：某砖三混房三屋外三纵墙三，中三心受三压，三室内三外高三差0三.3m，作用三在室三内地三平处三的竖三向荷三载值三为Fk=1三20三kN三/m三,由天三然地三面起三算的三基础三埋深三为0三.7m，采用三灰土三基础三，Mu三10砖，M7三.5水泥三砂浆三，地三基承三载力三特征三值fa=1三10三kp三a,三ηb=0三.3三,三ηd=1三.6三。试确三定基三础宽三度，三并进三行剖三面设三计。8.三5三基础三底面三尺寸三的确三定8.三5三基础三底面三尺寸三的确三定8.三5三基础三底面三尺寸三的确三定8.三5三基础三底面三尺寸三的确三定8.三5三基础三底面三尺寸三的确三定8.三5三基础三底面三尺寸三的确三定地基三特征三变形三验算三和基三础底三面尺三寸调三整一、三地基三特征三变形三验算（一三）地三基变三形特三征1、三沉降三量：三基础三某点三的沉三降值三；2、三沉降三差：三基础三两点三或相三邻柱三基中三点的三沉降三量之三差；3、三倾斜三：基三础倾三斜方三向两三端点三的沉三降差三与其三距离三的比三值；4、三局部三倾斜三：砌三体结三构沿三纵向三6~三10m内基三础两三点的三沉降三差与三其距三离的三比值三。（二三）地三基变三形的三控制1、砖混结构：应控制局部倾斜值小于0.002~0.003；2、排架结构：应控制柱基的沉降量和沉降差；3、框架结构：应控制相邻柱基的沉降差；4、多高层建筑：应控制倾斜值；5、高耸结构物：应控制倾斜和沉降量；地基三特征三变形三验算三和基三础底三面尺三寸调三整（三三）地三基变三形验三算范三围凡属三下列三情况三之一三者，三尚需三验算三地基三特征三变形三是否三超过三允许三值：（1三）安三全等三级为三一级三的建三筑物三；（2三）表三3.三0.三2所三列范三围以三外的三二级三建筑三物；（3三）表三3.三0.三2所三列范三围以三内有三下列三情况三的二三级建三筑物三：1）三地基三承载三力标三准值三小于三13三0，三且体三型复三杂的三建筑三；2）三附近三有地三面堆三载或三相邻三基础三荷载三差异三较大三；3）三软弱三地基三上的三相邻三建筑三距离三过近三，可三能发三生倾三斜时三；4）三地基三内有三厚度三较大三或厚三薄不三均的三填土三，其三自重三固结三未完三成时三；地基三特征三变形三验算三和基三础底三面尺三寸调三整二、按允许沉降调整基础底面尺寸（一）基本概念均质地基上矩形基础的沉降量：基底平均附加压力：得：（6-30a）（6-30b）地基三特征三变形三验算三和基三础底三面尺三寸调三整

假设对建筑物下荷载不同的柱基础群，按一个统一的承载力设计值f来确定所有基础的基底尺寸，则各基础的基底附加压力均为：设：不变，为常数，由式（6-30a）看出，基础底面尺寸越大，其沉降量也越大。所以，从减少沉降差的角度看，单纯按承载力确定基础底面尺寸的设计方法就未必合理了，在一定条件下调整基底尺寸有其必要性。地基三特征三变形三验算三和基三础底三面尺三寸调三整就一个柱基而言，其荷载F不变。从式（6-30b）看，增大底面尺寸反而可以减少沉降量，按照这一概念，对于承受一定柱荷载的基础，可以通过改变底面尺寸来改变沉降量的目的。这就提供了调整不同柱基间的沉降差的可能性。（二）以迭代法调整基础底面尺寸设有两基础j、k分别受中心荷载作用：jk地基三特征三变形三验算三和基三础底三面尺三寸调三整表示k基础三承受三单位三荷载三时，三在j基础三中心三引起三的沉三降。沉降三量表三达式三：jk设k基础三的沉三降较三大，K、三j两基三础的三沉降三差为三：地基三特征三变形三验算三和基三础底三面尺三寸调三整如且按相同f的值选定了和则只能将增大为，使的。此时，k基础基底附加压力减小为，与底面尺寸有关的沉降影响系数相应地改变为由此得：由于均为未知数，故无法直接求得，采用迭代法才能求得，步骤如下：地基三特征三变形三验算三和基三础底三面尺三寸调三整（1）由上式得：（第一次迭代）（2）计算近似解（3）由代入上式计算（4）如前后两次计算结果满足下列条件：以作为最终结果地基三特征三变形三验算三和基三础底三面尺三寸调三整8.三6三墙下三钢筋三混凝三土条三形基三础设三计一、三构造三要求三：二、三底板三厚度三和配三筋计三算：（一）三中心三受压三：h0—基础三底板三有效三厚度三。设垫三层时三，h0=h三-4三0-三0.三5φ三，不设三垫层三时，h0=h三-7三0-三0.三5φ1、三底板三厚度三：按三剪压三破坏三考虑三。V≤三0.三07三fch0,即h0≥v三/0三.0三7fcfc—混凝三土轴三心抗三压强三度设三计值三。2、三底板三配筋三：As三=M三/(三0.三9fyh0)8.三6三墙下三钢筋三混凝三土条三形基三础设三计（一）三偏心三受压三：净反三力偏三心距三：en0=M三/F三（三≤b三/6三）Pnm三ax=F三/b三×(三1+三6en0/b三)Pnm三in=F三