基础工程本科全册配套完整教学课件

基础工程本科全册配套完整教学课件2024/7/22基础工程第1章

绪论内容提要

基础工程的含义地基基础设计的基本要求基础工程的发展状况基础工程课程的特点及学习要求1.1基础工程的含义建筑物上部结构基础地基建筑物三部分示意图

“万丈高楼平地起”，说明了基础工程的重要性。

建筑物的全部重力荷载和水平荷载都由其下面的地层来承担。受建筑物荷载影响的那部分地层称为地基；建筑物向地基传递荷载的下部结构物称为基础。地基与基础是保证建筑物安全和满足使用要求的关键之一。

基础的作用是扩散上部结构的荷载，减小直接作用在地层上的应力强度，最终将扩散后的荷载传递给地基。地基可分为天然地基和人工地基。天然地基：是指未经过处理就可以直接设置基础的天然土层称为天然地基。人工地基：是指经过人工加固处理后的地基称为人工地基。

在地基受力层范围内，基础底面下直接承受荷载、基础直接搁置其上的土层，称为地基的持力层。持力层之下受荷载影响较小的土层，称为地基的下卧层。

基础的埋置深度，对于建筑工程，是指基础底面到地面的竖向距离；对于桥梁工程，在无冲刷时为基础底面到河底面的距离，在有冲刷时为基础底面到局部冲刷线的距离。

基础根据埋置深度分为浅基础和深基础。

浅基础：通常指埋置深度较浅（一般在５ｍ以内）且施工简单的基础，如柱下独立基础、条形基础、筏形基础、交叉梁基础和箱形基础等。

深基础：若浅层土质不良，需将基础置于较深的良好土层上（一般埋置深度大于５ｍ）且施工较复杂的基础，如桩基、沉井、沉箱、地下连续墙、桩箱基础和桩筏基础等。

基础埋置在土层内深度虽较浅，但在水下部分较深，如深水中桥墩基础，称为深水基础。

目前，我国土木工程中应用最多的深基础是桩基础。

地基基础在整个建设工程中占有重要的地位，地基和基础是建筑物的根基，统称为基础工程。地基基础设计的基本要求实际上就是防止地基基础出现破坏，保证建筑物的安全和正常使用。在地基基础设计中必须满足以下技术条件：1.2地基基础设计的基本要求（１）地基应有足够的强度，在建筑物荷载作用下，不至于发生整体失稳破坏；（地基土强度问题）（２）地基不能产生影响建筑物正常使用的过大变形和基础之间的差异变形；（地基土的变形问题）（３）基础作为结构构件，本身应有足够的强度和刚度，在地基反力作用下基础不会破坏，并具有调整不均匀沉降的能力。基础还应该具有与相应的上部结构相适应的耐久性。以下是几个典型的涉及基础破坏的工程案例1.比萨斜塔比萨斜塔是举世闻名的建筑物倾斜的典型实例。意大利比萨斜塔1173年动工修建，当塔修建至24m高时发生倾斜，100年后续建该塔至塔顶，建成后塔高54.5m。塔身呈圆筒形，1～6层由优质大理石砌成，顶部与7、8层采用砖和轻石料。全塔总重约145MN，基础底面平均压力约50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和黏土层。目前塔北侧沉降超过1m，南侧沉降近3m，南北两端沉降差1.8m，塔顶偏离中心线约5.54m（倾斜约5.5°）。为使斜塔安全留存，意大利政府后在国际范围内进行了招标，对斜塔进行了加固处理。2.特朗斯康谷仓建于1914年的加拿大特朗斯康谷仓由65个圆柱形筒仓构成，高31m，宽23.5m，其下为钢筋混凝土筏形基础，由于事前不了解基础下埋藏有厚达16m的软黏土层，谷仓建成初次储存谷物达27000t后，发现谷仓明显下沉，结果谷仓西侧突然陷入土中7.3m，东侧上抬1.5m，仓身倾斜近27°。后查明谷仓基础底面单位面积压力超过300kPa，而地基中的软黏土层极限承载力才约250kPa，因此造成地基产生整体破坏并引发谷仓严重倾斜。该谷仓由于整体刚度极大，因此虽倾斜极为严重，但谷仓本身却完好无损。后于土仓基础之下做了70多个支承于下部基岩上的混凝土墩，使用了388个50t千斤顶以及支撑系统才把仓体逐渐扶正，但其位置比原来降低了近4.0m。(2)唐山地震。1976年7月28日发生在我国唐山市的大地震是人类历史上造成损失最严重的地震之一，震级7.8级，大量建筑物在地震中倒塌损毁，地基土的液化失效是其中的主要原因之一，唐山矿冶学院图书馆书库因地基土液化失效致使其第一层全部陷入地面以下。３.地震液化(1)日本新泻地震。日本新泻市于1964年６月16日发生了7.5级大地震，当地大面积的砂土地基由于在地震过程中产生振动液化现象而失去了承载能力，毁坏房屋近2890幢。基础工程和其他技术学科一样，是人类在长期生产实践中不断发展起来的。在一个多世纪的发展过程中，许多研究者继承前人的研究，总结了实践经验，孕育了本学科的雏形。20世纪20年代，基础工程有了比较系统、完整的专著问世，1936年，第一届国际土力学与基础工程会议后，土力学与基础工程作为一门独立的学科，从此步入了快速发展的轨道。距今6000年左右的我国西安市半坡村遗址土台和石基础即为一例。公元前2世纪修建的万里长城，后来修建的南北大运河、黄河大堤以及宏伟的宫殿、寺庙、宝塔等建筑，都有坚固的地基基础，经历强风考验，留存至今。

1.3基础工程的发展状况

隋朝（公元605年左右）李春修建的河北省赵州桥为世界最早最长的石拱桥，其结构合理、造型美观，桥台落在黏性天然地基上，地层表面是久经水流冲刷的粗砂层，以下是细石、粗石、细砂和黏土层。

根据现代测算，这里的地层能够承受450～660kPa的压力，而赵州桥对地面的压力为500～660kPa，能够满足大桥的要求。

自建桥到现在，桥基仅下沉了50mm，至今安然无恙。1991年美国土木工程师学会选定赵州桥为“国际历史土木工程第12个里程碑”。

作为应用科学，基础工程又是一门年轻的学科。十八世纪欧洲产业革命以后，水利、道路以及城市建设工程中大型建筑物的兴建，提出了大量与土的力学性态有关的问题，并要求在大量实践基础上建立起一定的理论来指导以后的工程实践。库仑（Coulomb,C.A.1773）提出著名的抗剪强度公式和土压力理论。1857年英国人W.J.M朗肯（Rankine）又从不同途径提出了挡土墙的土压力理论。1885年法国学者J.布辛奈斯克（Boussinesq）求得了弹性半空间体在竖向集中力作用下的应力和位移解。1852年法国的H.达西（Darcy）创立了砂性土的渗流理论“达西定律”。

1922年瑞典学者费伦纽斯(W.Fellenius)提出了解决了铁路滑坡，完善了土坡稳定分析圆弧法。这一时期的理论研究为土力学发展成为一门独立学科奠定了基础。这些理论与方法，至今仍广泛应用。

1925年太沙基发表第一部土力学专著，标志着土力学成为一门独立的学科。为了总结和交流世界各国的理论和经验，从1936年起，每隔４年召开一次国际土力学和基础工程会议，各地区也召开类似的专业会，提交大量论文与研究报告。

基础工程发展至今在设计理论和施工技术及测试工作中都存在很多有待进一步完善和解决的问题。我国基础工程科学技术着重开展了以下工作：地基强度、变形特性的基本理论研究；各种基础型式的创新，基础设计理论与施工方法的创新。

本教材主要介绍浅基础、深基础、挡土墙、地基处理、基坑工程、特殊土地基以及基础工程抗震等内容。本课程专门研究建造在岩土地层上建筑物基础及有关结构物的设计与建造技术的工程学科，是岩土工程学的组成部分。本课程建立在土力学的基础之上，涉及工程地质学、弹性力学、塑性力学、动力学、结构设计和施工等学科领域。它的内容广泛，综合性强，学习时应该突出重点，兼顾全面。1.4基础工程课程的特点及学习要求1.课程特点：根据建筑物对基础功能的特殊要求，通过勘探、试验、原位测试等，了解岩土地层的工程性质，然后结合工程实际，根据上部结构对变形的要求，运用土力学及工程结构的基本原理，分析岩土地层、基础工程与结构物的相互作用及其变形与稳定的规律，制定出合理的基础工程方案和建造技术措施，确保建筑物在施工阶段和使用阶段的安全与稳定。

原则上，本课程以工程要求和勘探试验为依据，以岩土与基础共同作用和变形与稳定分析为核心，以优化基础方案与建造技术为灵魂，以解决工程问题确保建筑物安全与稳定为目的。2.学习要求：采用理论紧密联系工程实际的方法，注意掌握岩土地层工程性质的识别与应用，正确合理地解决基础设计和施工问题。学习本课程应该重视土力学与工程地质学的基本理论和知识，培养阅读和使用工程地质勘察资料的能力，并逐步掌握地基土野外鉴别能力；同时学会运用土力学的基本理论，结合结构计算和施工知识，合理地解决基础工程问题。学习基础工程重在实践，通过实践，才能理解理论知识，才能真正学好基础工程。通过本课程的学习，应重点掌握浅基础、桩基础，掌握基坑支护和挡土墙计算设计的基本原理、适用范围、作用和机理等内容，具备合理选择基础类型与基坑支护方法的能力；掌握常用的基础与挡土墙的设计计算知识，并具备常用的基础工程设计计算能力；熟悉常用的深基础与基坑工程施工技术方法、常用机具与施工工艺。同时，地基基础问题的发生和解决具有明显的区域性特征。要能够正确使用《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）、《建筑桩基技术规范》（JG94—2008）、《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001，2009版）、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）等现行技术规定和公路、水利等行业现行规范规程，解决地基基础设计施工中所遇到的有关问题；强调现行规范与地区经验的结合，并应充分考虑地基、基础和上部结构的共同作用，重视施工质量和现场测试工作。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．钢筋混凝土扩展基础钢筋混凝土扩展基础是指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。柱下钢筋混凝土独立基础（a）阶梯形基础（b）锥形机场（c）杯口基础（a）无肋式（b）有肋式墙下钢筋混凝土条形基础

二、联合基础同列相邻两柱公共的钢筋混凝土基础。通常为满足地基承载力要求，需将基础底面尺寸扩大，使得相邻两柱的独立基础底面相接甚至重叠时，可将其连在一起形成联合基础。联合基础

三、连续基础将基础底面积扩大以满足地基承载力的要求，可将建筑物的基础沿单向或双向甚至整片连接起来形成连续基础。1．柱下条形基础当地基软弱或地基土压缩性分布不均匀而荷载较大时，可将同一方向上若干柱子的基础连通而成为柱下条形基础。柱下条形基础

柱下交叉条形基础

荷载较大的高层建筑，若土质较弱或地基两个方向都存在不均匀沉降时，可在柱网下纵横两方向设置钢筋混凝土条形基础，形成柱下交叉条形基础。2．柱下交叉条形基础3．筏形基础若地基软弱而荷载又很大，柱下交叉条形基础仍不能满足地基承载力要求或相邻基槽距离很小时，可将基础底板连成一片，即为筏形基础，或称片筏基础（俗称满堂基础）。

筏形基础箱型基础是由钢筋混凝土底板、顶板、侧墙和一定数量的内隔墙组成的单层或多层钢筋混凝土基础，是筏形基础的进一步发展。箱型基础

4．箱型基础（a）平板式（b）梁板式四、壳体基础为发挥混凝土抗压性能好的特性，可将基础做成如图所示的各种形式的壳体而形成壳体基础。壳体基础

（a）正圆锥壳（b）M形组合壳（c）内球外锥组合壳壳体基础具有材料省、造价低等优点。但施工技术要求高，施工期长，不便于机械化作业。常用作柱基础或烟囱、水塔、料仓等特种结构的基础。

各种基础类型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设计中，一般按照如下顺序选择基础形式。即为：无筋扩展基础钢筋混凝土扩展基础柱下条形基础柱下交叉条形基础筏形基础箱型基础的顺序来选择基础形式。2.3.2基础方案选用2.4基础埋置深度的选择基础埋置深度是指基础底面至设计地面的垂直距离。影响基础埋深因素很多，应综合考虑以下几方面加以确定。（1）建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的形式和构造（2）作用在地基上的荷载大小和性质(3)工程地质和水文地质条件（4）相邻建筑物的基础埋深相邻基础的埋深

（5）地基土冻胀和融陷的影响坑底不会被承压水冲破的条件

2.5地基承载力特征值的确定2.5.1按载荷试验确定载荷试验是确定地基承载力最直接、最可靠的方法，它是在设计位置的地基上进行载荷试验，因此是一种原位测试方法。缺点是现场试验的费用较高，时间较长。地基基础设计等级为甲级和乙级的建筑物应提供载荷试验指标。以浅层平板载荷试验为例,由载荷试验结果可得各级荷载与相应沉降量之间的关系曲线关系如图

—比例界限荷载；—极限荷载2.5.1按载荷试验确定2.5.2按规范法确定

表

承载力修正系数2.5.3按土的抗剪强度指标，用理论公式确定对于完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，可按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）岩基载荷试验方法确定；对破碎、极破碎的岩石地基承载力特征值，可根据平板载荷试验确定。对完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，也可根据室内饱和单轴抗压强度按下式进行计算：2.6基础底面尺寸的确定2.6.1按地基持力层承载力计算基础底面尺寸

(1)中心荷载作用下基础底面尺寸确定图

基础所受荷载基础受轴心荷载作用时，基础底面的压力应符合下列规定：基础底面处的平均压力值可按下式计算：

由此可得中心荷载作用下的基础底面积的计算公式：(2)偏心荷载作用下基础底面尺寸确定当时，如图再按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）检查基底应力是否满足要求：

2.6.2地基软弱下卧层承载力验算

当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应按下式验算软弱下卧层的承载力软弱下卧层承载力验算简图

条形基础：矩形基础：2.6.3按允许沉降差调整基础底面尺寸太沙基和彼克提出了以下修正公式

2.6.4地基变形计算建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值，即[地基特征变形可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。≤]。图

地基特征变形

建筑物的地基变形允许值

（1）地基变形有关规定（2）地基变形计算基础沉降计算的分层示意

1—天然地面标高2—基底标高3—平均附加应力系数曲线4—层5—层2.6.5地基稳定性验算对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构、挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物或构筑物，都需考虑其稳定性。地基稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算、最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩应符合下式要求：式中：——抗滑力矩（kN·m）；——滑动力矩（kN·m）。2.7无筋扩展基础设计2.7.1概述无筋扩展基础受弯破坏

在设计时，一般通过对材料质量进行控制和基础构造进行限制来确保基础不发生拉力或剪切破坏。表

无筋扩展基础台阶宽高比允许值

2.7.2无筋扩展基础构造图

无筋扩展基础构造示意

—柱中纵向钢筋直径1—承重墙2—钢筋混凝土柱无筋扩展基础高度应满足下式的要求（1）根据就地取材原则，考虑上部结构荷载和地基条件，确定基础形式与埋深；（2）根据持力层承载力计算基础底面积并确定形状；(3)根据允许高宽比设计剖面形状及尺寸；（4）验算基础顶面及两种材料接触面的抗压强度；。（5）验算软弱下卧层；（6）进行地基变形验算；（7）绘制基础施工图。无筋扩展基础的设计步骤：2.8钢筋混凝土扩展基础设计2.8.1基础的破坏形式（a）纯剪破坏（b）斜压破坏（d）弯曲破坏扩展基础破坏形式（c）冲切破坏2.8.2扩展基础的验算柱下独立基础的受冲切承载力应按下列公式验算图

计算阶形基础的受冲切承载力截面位置

1-冲切破坏锥体最不利一侧的斜截面；2-冲切破坏锥体的底面线

当基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加两倍基础有效高度时，应按下列公式验算柱与基础交接处截面受剪承载力（此为《建筑地基基础设计规范GB50007－2011》新增内容）图

验算阶形基础受剪承载力示意

在轴心荷载或单向偏心荷载作用下，当台阶的宽高比小于或等于2.5和偏心距小于或等于1/6基础宽度时，柱下矩形独立基础任意截面的底板弯矩可按下列方法进行计算图

矩形基础底板的计算示意2.8.3扩展基础的构造图

柱下独立基础底板受力钢筋布置

图

墙下条形基础纵横交叉处底板受力钢筋布置2.9柱下条基、筏板基础和箱型基础2.9.1柱下条形基础的设计（1）基础底面尺寸确定

图简化计算法的基底反力分布

柱下条形基础简化计算法（2）翼板的计算图

翼板的计算简图（3）内力分析方法①静力平衡法用基础各截面的静力平衡条件求解内力的方法称为静力平衡法。图

静力平衡法计算简图

②倒梁法这种方法将地基反力视为作用在基础梁上的荷载，将柱子视为基础梁的支座，这样可将基础梁作为一倒置的连续梁进行计算，故称为倒梁法。图

倒梁法计算简图弹性地基梁法1、文克勒（Winkler）地基模型图

文克勒地基模型表

基床系数值

2、文克勒地基上的梁挠曲基本微分方程及部分解答图

弹性地基上基础梁

①无限长梁解a、无限长梁受集中荷载图

文克勒地基上的无限长梁b、无限长梁受力偶作用表文克勒地基上梁计算系数②半无限长梁解a、半无限长梁受集中力作用

图

半无限长梁

b、半无限长梁受力偶作用③有限长梁

图

有限长梁的计算④短梁（即刚性梁）可按一般的独立基础来考虑，也就是假定基底的反力为直线分布，基础的内力计算可按倒梁法或静力平衡法进行。2.9.2十字交叉条形基础的设计

边柱节点中柱节点和角柱节点2.9.3筏板基础的设计（1）基础底面积的确定（2）基础偏心距的计算(3)筏板基础的抗冲切验算1）平板式筏基

图

内柱冲切临界截面示意图

1—柱2—筏板

2)梁板式筏基

1、梁板式筏基底板受冲切承载力应按下式进行计算图

底板的冲切计算示意

1-冲切破坏锥体的斜截面2-梁3-底板

2、当底板区格为矩形双向板时，底板受冲切所需的厚度

图底板剪切计算示意

3、梁板式筏基双向底板斜截面受剪承载力(4)筏板基础连接构造图

地下室底层柱或剪力墙与梁板式筏基的基础梁连接的构造要求

1-基础梁2-柱3-墙

2.9.4箱型基础的设计及补偿式基础的概念（1）箱型基础的设计

1)箱基的平面尺寸

2）箱基的高度3）箱基的顶、底板4）箱基的内、外墙5）箱基墙体开洞要求6）箱型基础顶、底板及内外墙的钢筋7）箱型基础墙体局部承压强度

8）底层现浇柱主筋伸入箱型基础的深度9）箱型基础施工缝设置10）箱型基础的混凝土强度等级（2）补偿式基础（浮式基础）因为自重应力对土不产生变形，而引起地基土的变形的则是附加应力。因而从控制土的变形的角度讲，附加应力越小越好。因此设计时可将基础埋置深一些，使得即意味着基底不存在附加应力，也就不存在沉降（如果不考虑开挖基坑卸载和建房再加载变形），此种基础称为补偿式基础或浮式基础。2.10浅基础施工要点

2.10.1基坑开挖1）准备工作包括现场勘查、平整场地、场地排水、测量放样和施工临时设施等。

2）土方开挖对于大型的基坑，宜采用机械开挖。土方施工机械应根据工程规模、地质条件、施工现场条件选用。3）验槽验槽即指基坑开挖以后的检验工作，分为表面检验和钎探检验。

2.10.2基坑边坡表

土的垂直开挖允许深度表

深度在5米以内的基坑（槽）边坡的最陡坡度2.10.3坑内排水表

常用地下水控制方法及适用条件

表

降水井布置要求

2.10.4钢筋混凝土基础的制作

基坑开挖完成以后，应立即进行基础的制作工作，包括浇筑垫层、绑扎钢筋、架设模板、浇捣混凝土与养护等。2.11减轻建筑物不均匀沉降危害的措施

2.11.1建筑措施

1、建筑体型应力求简单2、合理控制建筑物长高比图

建筑物过长开裂3、设置沉降缝4、相邻建筑物基础间保留一定的净距5、调整建筑物各组成部分标高2.11.2结构措施

1、减轻建筑物的自重2、减少或调整基底附加压力

3、增强基础整体刚度4、设置圈梁

图

圈梁中断时的处理

2.11.3施工措施第3章

深基础内容提要概述桩基础基本知识轴向荷载下单桩的承载力群桩的承载力水平荷载下的桩基的承载力与沉降桩基础设计桩基础施工学习重点竖向荷载下单桩的工作性能以及荷载传递的特征和规律；按经验公式法确定单桩竖向抗压和抗拔承载力的计算，负摩阻力的概念以及计算方法；单桩在水平作用力下的工作特点以及桩的设计原则；群桩基础的设计方法和计算步骤。单桩水平承载力的确定方法学习目标

１熟练掌握竖向荷载下单桩的工作性能以及荷载传递的特征和规律；

２熟悉确定单桩竖向承载力的各类方法，熟练掌握按经验公式法确定单桩竖向抗压和抗拔承载力的计算，掌握负摩阻力的概念以及计算方法；

３掌握单桩在水平作用力下的工作特点以及单桩水平承载力的确定方法；

４熟悉群桩基础的工作特点，熟练掌握群桩基础的设计方法和计算步骤，了解群桩基础的沉降计算方法；

５掌握桩的设计原则，了解桩的分类及各类桩的施工工艺；

６了解沉井基础的构造及各组成部分的作用，熟悉沉井的施工工艺和沉井时可能遇到的问题及处理措施；

７了解墩基础、地下连续墙等其他深基础的施工工艺与方法。3.1.1桩基础桩具有悠久的应用历史。新加坡高层建筑桩基础有四墩，每墩直径7.3ｍ，将荷载传递到下部持力性好的土层，承载力高，如下图所示。通常考虑下列情况选用桩基础方案：（１）不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其他重要的建筑物；（２）重型工业厂房和荷载过大的建筑物，如仓库、料仓等；（３）对烟囱、输电塔等高耸结构物，宜采用桩基以承受较大的上拔力和水平力，或用以防止结构物的倾斜时；（４）对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、减弱基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速率时；（５）软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物，或以桩基作为地震区结构抗震措施时。桩基础工程的特点如下（１）优点。将荷载传递到下部持力性好的土层，承载力高；沉降量小；抗震性能好，可穿过液化层；承受抗拔（抗滑桩）及横向力（如风载荷）；与其他深基础比较，施工造价低。（２）缺点。桩基础施工对周边环境的影响主要有：预制桩施工产生的噪声；钻孔灌注桩施工产生的泥浆；有地下室时，或者在深基坑中做桩时，均有一定干扰。3.1.2沉井基础

沉井的应用已有很长的历史，它是由古老的掘井作业发展而成的一种施工方法，用沉井法修筑的基础叫做沉井基础２．沉井的特点（１）沉井的优点。①埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载。②沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡土围堰结构物，施工工艺并不复杂。③沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础影响小。（２）沉井的缺点。①施工期较长；②对粉细砂类土，在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；③沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来一定困难。根据经济合理、施工上可能的原则，一般在下列情况，可以采用沉井基础：（１）上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其他深基础相比较，经济上较为合理的；（２）在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时；（３）岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。３．沉井的类型和构造（１）沉井的分类。①按沉井的施工方法分类：一般沉井、浮运沉井。②按沉井的建筑材料分类：混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、竹筋混凝土沉井。③按沉井形状分类。ａ．按沉井的平面形状分为圆形、圆端形、矩形，如右图所示。ｂ．按沉井的立面形状分为柱形、阶梯形、锥形，如图３-5所示。（２）沉井基础的构造：沉井的轮廓尺寸、平面形状取决于墩（台）底部的形状。对矩形或圆端形墩，可采用相应形状的沉井，当墩的长宽比较为接近时，可采用方形或圆形沉井。沉井顶面尺寸为墩（台）身底部尺寸加襟边宽度。沉井的入土深度：根据上部结构、水文地质条件及各土层的承载力等确定。一般沉井构造上主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和顶板等组成，如右图所示。４．沉井的施工沉井基础施工一般可分为旱地上沉井的施工、水中沉井的施工等。（１）旱地上沉井的施工。桥梁墩台位于旱地时，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板，如图3-7所示。（２）水中沉井的施工。一般采用筑岛法。当水深小于3m，流速≤1.5m/s时，可采用砂或砾石在水中筑岛[图3-8(a)]，周围用草袋围护；若水深或流速加大，可采用围堤防护筑岛[图3-8(b)]；当水深较大(通常<15m)或流速较大时，宜采用钢板桩围堰筑岛[图3-8(c)]。５．沉井下沉过程中可能出现的问题及处理（１）偏斜。偏斜原因：土岛表面松软，河底土质软硬不匀；井壁与刃脚中线不重合；抽垫方法欠妥，回填不及时；除土不均匀对称；刃脚遇障碍物顶住而未及时发现；排土堆放不合理，或单侧受水流冲击淘空等导致沉井承受不对称外力作用。发生倾斜的纠正方法：在沉井高的一侧集中挖土，在低的一侧回填砂石；在沉井高的一侧加重物或用高压射水冲松土层；在沉井顶面施加水平力扶正。（２）沉井下沉困难。①原因：开挖面深度不够，正面阻力大；偏斜，或刃脚下遇到障碍物、坚硬岩层和土层；井壁摩阻力大于沉井自重；井壁无减阻措施或泥浆套、空气幕等减阻构件遭到破坏。②解决下沉困难的措施主要是增加压重和减小井壁摩阻力。增加压重的方法：提前接筑下节沉井；在井顶加压砂袋、钢轨等重物；不排水下沉时，可井内抽水。减小井壁摩阻力的方法：井壁内埋设高压射水管组，射水辅助下沉；利用泥浆套或空气幕辅助下沉；增大开挖范围和深度；必要时还可采用０．１～０．２ｋｇ炸药起爆助沉。（３）突沉。①原因：井壁摩阻力较小，当刃脚下土被挖除时，沉井支承削弱；排水过多；挖土太深；出现塑流。②防止突沉的措施：控制均匀挖土，减小刃脚处挖土深度；在设计时可采用增大刃脚踏面宽度或增设底梁的措施提高刃脚阻力。（４）流砂。①原因：土中动水压力的水头梯度大于临界值。②防止流砂的措施：排水下沉时发生流砂，可向井内灌水；不排水除土下沉时，应减小水头梯度；采用井点，或深井和深井泵降水。3.1.3沉箱基础

沉箱的组成。沉箱由顶盖和侧壁组成（图下），其侧壁也称刃脚。顶盖留有孔洞，以安设向上接高的气筒（井管）和各种管路。气筒上端连以气闸。气闸由中央气闸、人用变气闸及料用变气闸（或进料筒、出土筒）组成。在沉箱顶盖上安装围堰或砌筑永久性外壁。顶盖下的空间称工作室。3.1.4地下连续墙基础1．地下连续墙的结构形式地下连续墙在工程应用中，主要有以下四种类型：作为地下工程基坑的挡土防渗墙，它是施工用的临时结构；在开挖期作为基坑施工的挡土防渗结构，以后与主体结构侧墙以某种形式结合，作为主体结构侧墙的一部分；在开挖期作为挡土防渗结构，以后单独作为主体结构侧墙使用；作为建筑物的承重基础、地下防渗墙、隔振墙等。目前在工程中应用的地下连续墙的结构形式主要有壁板式、Ｔ形和П形地下连续墙、格形地下连续墙、预应力或非预应力Ｕ形折板地下连续墙等几种形式，如图3-10所示。2．地下连续墙的施工在地面上用抓斗式或回转式等成槽机械，沿着开挖工程的周边，在泥浆护壁的情况下开挖一条狭长的深槽，形成一个单元槽段后，在槽内放入预先在地面上制作好的钢筋笼，然后用导管法浇灌混凝土，完成一个单元的墙段，各单元墙段之间以特定的接头方式相互连接，形成一条地下连续墙壁（图3-13）。现浇钢筋混凝土壁板式连续墙的主要施工程序有：修筑导墙，制备与处理泥浆，挖掘深槽，制备与吊装钢筋笼，浇筑混凝土墙体。

下图为修筑导墙中的常用的钢筋混凝土墙断面。３.２桩基础基本知识3.2.1桩基础的概念与分类１．桩基础的基本构造和特点桩基础可以是单根桩，也可以是单排桩或多排桩。对于多柱式桥墩单排桩基础，当桩外露在地面上较高时，桩间以横系梁相联，以加强各桩的横向联系。多数情况下桩基础是由多根桩组成的群桩基础，基桩可全部或部分埋入地基土中，如右图所示。（１）桩基的作用：穿过软弱的压缩性土层或水，使桩底坐落在更密实的地基持力层上。（２）承台的作用：将外力传递给各桩并将各桩联成一个整体共同承受外荷载。（３）桩基础的优点：承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，在深基础中具有耗用材料少、施工简便等特点。在深水河道中，可避免或减少水下工程，简化施工设备和技术要求，加快施工速度并改善工作条件。（４）桩基础的适应性：近代在桩基础的类型、沉桩机具和施工工艺以及桩基础理论等方面都有了很大发展，因此能以不同类型的桩基础的施工方法适应不同的水文地质条件、荷载性质和上部结构特征，故桩基础具有较好的适应性。２．桩基础的适用条件（１）荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时；（２）河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，位于基础或结构物下面的土层有可能被侵蚀、冲刷，如采用浅基础不能保证基础安全时；（３）当地基计算沉降过大或建筑物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软（高压缩）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，以减少建筑物沉降并使沉降较均匀；（４）当建筑物承受较大的水平荷载，需要减少建筑物的水平位移和倾斜时；（５）当施工水位或地下水位较高，采用其他深基础施工不便或经济上不合理时；（６）地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加建筑物抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对建筑物的危害。3．桩基础分类（１）按承台位置分类。桩基础按承台位置可分为高桩承台基础和低桩承台基础，简称高桩承台和低桩承台。高桩承台的承台底面位于地面或冲刷线以上，低桩承台的承台底面位于地面或冲刷线以下，如下图所示。（２）按施工方法分类。桩基础按施工方法可以分为沉桩（预制桩）、灌注桩、管柱基础、钻埋空心桩。其中，沉桩（预制桩）包括打入桩（锤击桩）、振动下沉桩和静力压桩。灌注桩包括钻孔灌注桩、挖孔灌注桩和沉管灌注桩。（３）按设置效应分类。按设置效应，桩基础可以分为挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩。（４）按桩土相互作用特点分类。按桩土相互作用特点，桩基础可以分为竖向受荷桩（摩擦桩、端承桩或柱桩）、横向受荷桩（主动桩、被动桩、竖直桩与斜桩）、桩墩（端承桩墩、摩擦桩墩）。（５）按桩身材料分类。根据桩的材料，桩可分为木桩（包括竹桩）、混凝土桩（含钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩）、钢桩和组合桩。（６）按桩径大小分类。桩径大小不同的桩，其承载性能不同，设计的要求不同，更为重要的是施工工艺和施工设备不相同，这类桩各适用于不同的工程项目和不同的经济条件。①小直径桩：犱≤２５０ｍｍ。②中等直径桩：２５０ｍｍ＜犱＜８００ｍｍ。③大直径桩：犱≥８００ｍｍ。４．桩与桩基础的构造（１）各种基桩的构造。①钢筋混凝土钻（挖）孔灌注桩。采用就地灌注的钢筋混凝土桩（图3-20），桩身常为实心断面。②钢筋混凝土预制桩。沉桩（打入桩和振动下沉桩）采用预制的钢筋混凝土桩，有实心的圆桩和方桩（少数为矩形桩），有空心的管桩，另外还有管柱（用于管柱基础），如图3-21和图3-22所示。（４）桩与承台、横系梁的连接。（２）桩的布置和中距。3.2.2桩型与成桩方法的选择桩型与成桩工方法的选择应考虑多方面的因素，主要有：①建筑物本身的要求，如荷载的形式和量级、工期的要求等；②工程地质和水文地质条件；③场地的环境，对环境的保护要求等；④设备材料和运输条件，施工技术力量，施工设备和材料的供应可能性等；⑤经济分析。１．预制桩的特点和适用条件（１）优点：桩的单位面积承载力高，打入土层时使松软土层挤密，从而使承载力提高；桩身质量较易保证和检查；易于在水上施工；桩身混凝土的密度大，抗腐蚀性强；施工工效高，施工工序简单。（２）缺点：单价较灌注桩高，预制桩需要配较多的钢筋以抵抗搬运、起吊和锤击时的应力；施工噪声大，污染环境，不宜在城市中使用；预制桩是挤土桩，群桩施工时将引起周围地面的隆起，对周围有影响；受到起吊设备能力的限制，单节预制桩的长度不能过长，一般为十余米，长桩时需接桩，桩的接头常形成桩身的薄弱环节，关键在于制造的施工工艺质量；不易穿透较厚的坚硬土层；打入后桩长超过要求时，截桩较困难。（３）适用条件：不需考虑噪声污染和振动影响的环境；持力层上覆盖的为松软土层，没有坚硬的夹层；持力层顶面起伏变化不大，桩长易于控制，减少截桩；水下桩基工程；大面积打桩工程，打入桩的工序和设备简单，工效高，桩数量多时有较高的经济效益。２．灌注桩的特点和适用条件（１）优点：可适用于各种地层；桩长可随持力层起伏而改变，不需截桩、没有接头；仅承受轴向压力时不用配置钢筋，节约钢材；采用大直径钻孔或挖孔灌注桩时单桩的总承载力大；一般情况下比预制桩经济。（２）缺点：桩的质量不易控制和保证，容易在灌注混凝土过程中出现断桩、缩颈、露筋和泥夹层等现象；桩身直径比较大，孔底沉积物不易清除干净，因而单桩的承载力的变化较大；大直径灌注桩做压载试验的费用昂贵。（３）适用条件：一般情况下不宜用于水下桩基。3.2.3桩基设计原则桩基设计应力求做到安全适用、经济合理，主要包括收集资料和设计两部分。１．收集资料（１）进行调查研究，了解结构的平面布置、上部荷载大小及使用要求等；（２）工程地质勘探资料的收集和阅读，了解勘探孔的间距、钻孔深度以及土层性质，桩基确定持力层；（３）掌握施工条件和施工方法，如材料、设备以及施工人员等。２．设计步骤（１）确定桩的类型和外形尺寸，确定承台埋深；（２）确定单桩竖向承载力特征值和水平承载力特征值；（３）初步拟定桩的数量和平面布置；（４）计算单桩上的竖向和水平荷载，确定群桩承载力；（５）必要时验算地基沉降；（６）承台结构设计；（７）绘制桩和承台的结构以及施工图。３．设计要求《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）第8.5.2条.3.2.4桩基技术发展趋势１．在小型桩基础方面２．在超长桩基础方面３．在桩基负摩阻力方面４．在桩基础水平荷载力作用方面５．支盘桩和螺杆桩等特殊桩型基础６．桩工机械现状７．基桩动测技术3.3轴向荷载下单桩的承载力3.3.1受压单桩的破坏类型与荷载传递１．受压单桩的破坏类型（１）桩身材料屈服。图a（２）持力层土整体剪切破坏。图b（３）刺入剪切破坏。图c２．单桩荷载传递桩顶在竖向荷载作用下的传递规律：（１）桩侧摩阻力是自上而下逐渐发挥的，而且不同深度土层的桩侧摩阻力是异步发挥的；（２）当桩土相对位移大于各种土性的极限位移后，桩土之间要产生滑移，滑移后其抗剪强度将由峰值跌落为残余强度，亦即滑移部分的桩侧土产生软化；（３）桩端阻力和桩侧阻力是异步发挥的。只有当桩身轴力传递到桩端并对桩端土产生压缩时才会产生桩端阻力，而且一般情况下（当桩端土较坚硬时），桩端阻力随着桩端位移的增大而增大；（４）单桩竖向极限承载力是指静载试验时单桩桩顶所能稳定承受的最大试验荷载。用荷载传递法来描述上述荷载传递过程：把桩沿桩长方向离散成若干单元，假定桩体中任意一点的位移只与该点的桩侧摩阻力有关，用独立的线性或非线性弹簧来模拟土体与桩体单元之间的相互作用。取深度z处的微小桩段dz，由力的平衡条件得由桩身压缩变形ｄs（z）与轴力Q（z）之间的关系可得z断面荷载为断面沉降以上各式中，A为桩身横截面面积（ｍ２），Eｐ为桩身弹性模量，U为桩身周长。3.3.2单桩承载力的确定根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008）和《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规定：（１）设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；（２）设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试验确定；（３）设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。（４）桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值宜通过埋设桩身轴力测试元件由静载试验确定，并通过测试结果建立极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值与土层物理指标、岩石饱和单轴抗压强度以及与静力触探等土的原位测试指标间的经验关系，以经验参数法确定单桩竖向极限承载力。１．根据桩身材料确定在竖向荷载作用下桩向下移动，周围土层对桩产生向上的摩阻力，并在桩端产生向上的反力，所以在荷载作用下摩擦桩的承载力可用下式表示：我国国家标准《建筑地基基础设计规范》（ＧＢ50007—2011）中规定，当桩的竖向荷载特征值确定后，桩身强度应符合下式要求：对钢套管混凝土灌注桩和钢筋混凝土桩，应考虑钢材和钢筋的抗压强度式２．利用原位测试法确定（１）当根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验，可按下式计算：（２）当根据双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，对于黏性土、粉土和砂土，如无当地经验时可按下式计算：３．采用经验参数公式法确定（１）当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式估算：（２）根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩单桩极限承载力标准值时，可按下式计算：４．嵌岩桩桩端置于完整、较完整基岩的嵌岩桩单桩竖向极限承载力，由桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限阻力组成。当根据岩石单轴抗压强度确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按下列公式计算：５．后注浆灌注桩后注浆灌注桩的单桩极限承载力，应通过静载试验确定。在符合注浆技术实施规定的条件下，其后注浆单桩极限承载力标准值可按下式估算：６．按单桩竖向抗压静载试验法确定（１）静载试验装置及方法。（２）终止加载条件。①在某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的５倍；②某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的２倍，且经２４ｈ尚未达到相对稳定；③已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时。（３）按试验成果确定单桩承载力。７．采用静力触探法确定８．按土的抗剪强度指标确定以土力学原理为基础的单桩极限承载力公式在土的抗剪强度指标的取值上考虑了理论公式所无法概括的一些影响因素，例如土的类别、排水条件、桩的类型和设置效应等，其单桩极限承载力犙ｕ一般可用下式表示：

对于黏性土中的桩，因桩在设置和受荷初期，桩周土来不及排水固结，一般以短期承载力控制设计，宜按总应力分析法取不排水强度犆ｕ估算，故：3.3.3桩基负摩阻力当桩周土体因某种原因发生下沉，其沉降变形大于桩身的沉降变形时，在桩侧表面的全成一部分面积上将出现向下作用的摩阻力，称其为负摩阻力，如图３-３０所示。１．桩的负摩阻力产生的原因（１）在桩附近地面大量堆载，引起地面沉降。（２）土层中抽取地下水或其他原因，地下水位下降，使土层产生自重固结下沉。（３）桩穿过欠压密土层（如填土）进入硬持力层，土层产生自重固结下沉。（４）桩数很多的密集群桩打桩时，桩周土中产生很大的超孔隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉。（５）在黄土、冻土中的桩，因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。２．负摩阻力的机理与特性3.3.4桩基的抗拔承载力主要承受竖向抗拔荷载的桩称竖向抗拔桩。某些建筑物，如海洋建筑物、高耸的烟囱、高压输电铁塔、受巨大浮托力的地下建筑物、特殊土如膨胀土和冻土上的建筑物等，它们所受的荷载往往会使其下的桩基中的某部分受到上拔力的作用。桩的抗拔承载力主要取决于桩身材料强度及桩与土之间的抗拔侧阻力和桩身自重。对桩的抗拔极限承载力的计算公式一般可以分成两大类。一类是理论计算公式，此类公式是先假定不同的桩的破坏模式，然后以土的抗剪强度和侧压力系数等主要参数进行承载力计算。１．单桩抗拔静载试验２．经验公式法（１）单桩或群桩基础呈非整体性破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值计算式为（２）群桩基础呈整体性破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值计算式为3.4群桩的承载力3.4.1端承型群桩基础对于端承型群桩基础，由于持力层坚硬，压缩性很低，桩顶沉降较小，桩侧摩阻力不易发挥，桩顶荷载基本上通过桩身直接传到桩端处土层上（图）。桩端处压力较集中，各桩端的压力彼此互不影响，可近似认为端承型群桩基础中各基桩的工作性状与单桩基本一致，桩间土基本不承受荷载，群桩基础的承载力即为单桩承载力之和。群桩的沉降量也与单桩基本相同，即群桩效应系数η＝１。因此，端承型群桩基础无群桩效应。式中Pｕ、Qｕ———群桩和单桩的极限承载力（ｋＮ）；n———群桩中的桩数。3.4.2摩擦型群桩基础群桩效应具体特征如下。（１）预制桩沉桩：对砂土、一般黏性土和填土有挤密作用，使承载力增加饱和黏土，超静孔压积累，地面上浮，先入桩后上浮，土层扰动，使承载力降低。（２）应力叠加：桩底应力增加，承载力不足，总的沉降量增加。（３）桩之间互相调节：个别桩承载力低总体上可互补，个别桩受荷，其他桩帮助传递荷载。（４）承台可部分承受荷载。3.4.3承台下土对荷载的分担作用

对于摩擦型桩基，在竖向荷载作用下而发生沉降，承台底一般会受到土反力的作用，而使一部分荷载为承台下土来承担。而传统的方法认为，荷载全部由桩承担，承台底地基土不分担荷载，这种考虑无疑是偏于安全的。二十多年来的大量室内研究和现场检测表明：对于摩擦型桩基，除了承台底面存在几类特殊性质土层和动力作用的情况外，承台下的桩间土均参与承担部分外荷载，且承载的比例随桩距的增大而增大。

显然承台下桩间土的承载能力取决于桩和桩间土的刚度，而先决条件是承台底面必须与土保持接触而不能脱开。3.4.4确定基桩承载力特征值的规范方法《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008）第8.5.4条规定，群桩中单桩桩顶竖向力应按下列公式进行计算：１．轴心竖向力作用下式中Fｋ———相应于作用的标准组合时，作用于桩基承台顶面的竖向力（ｋＮ）；Gｋ———桩基承台自重及承台上土自重标准值（ｋＮ）；Qｋ———作用的标准组合时，轴心竖向力作用下任一单桩的竖向力（ｋＮ）；n———桩基中的桩数。２．偏心竖向力作用下式中Qｋ———作用的标准组合时，偏心竖向力作用下第i根桩的竖向力（KN）；Mｘｋ、Mｙｋ———标准组合作用于承台底面通过桩群形心的x、y轴的力矩（KN·ｍ）；xi、yi———桩犻至桩群形心的y、x轴线的距离（ｍ）。３．水平力作用下式中犎ｋ———相应于作用的标准组合时，作用于承台底面的水平力（KN）；犎犻ｋ———相应于作用的标准组合时，作用于任一单桩的水平力（KN）。3.5水平荷载下桩基的承载力与沉降3.5.1水平荷载下桩的工作性状１．水平荷载作用下桩的破坏性状（１）刚性桩。（２）弹性桩。２．单桩在水平荷载作用下的工作性状3.5.2水平荷载作用下的理论计算现在较普遍采用的是将桩视为弹性地基上的梁。这是因为在桩顶受到竖轴向力、横轴向力和弯矩作用时，如果略去轴向力的影响，桩就可以看做一个设置在弹性地基中的竖梁（若作用于杆的力或弯矩均与杆的轴线相垂直，并使该杆发生弯曲，杆就称为梁）。求解其内力的方法有三种：一种是直接用数学方法解桩在受荷后的弹性挠曲微分方程，再从力的平衡条件求出桩各部分的内力和位移（这是当前广泛采用的一种）；另一种是将桩分成有限段，用差分式近似代替桩的弹性挠曲微分方程中的各阶导数式而求解的有限差分法；第三种则是将桩划分为有限单元的离散体，然后根据力的平衡和位移协调条件，解得桩的各部分内力和位移的有限元法。１．桩的计算参数根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008）的第5.7.5条，桩的水平变形系数和地基土水平抗力系数可按下列规定确定。（１）桩的水平变形系数α：（２）桩侧土水平抗力系数的比例系数犿，宜通过单桩水平静载试验确定，当无静载试验资料时，可按表３-１７取值。２．桩的挠曲微分方程的建立及其解３．桩顶水平位移４．桩身最大弯矩及其位置3.5.3单桩水平静载试验桩的水平静载试验是确定桩的横轴向承载力的较可靠的方法，也是常用的研究分析试验方法。试验是在现场进行，所确定的单桩横轴向承载力和地基土的水平抗力系数最符合实际情况。如果预先已在桩身埋有量测元件，则可测定出桩身应力变化，并由此求得桩身弯矩分布。试验方法主要有两种：单向多循环加卸载法和慢速连续法。一般采用前者，对于受长期横向荷载的桩可采用后者。桩水平静载试验装置示意如图３-４１所示。桩承受水平荷载的试验可在两根桩间放置一个千斤顶，在这两根桩间施加水平力。如果做力矩产生水平位移的试验，可在地面上一定高度给桩施加水平力，必要时还可进行带承台桩的荷载试验。水平位移用大量程百分表测量，试验结果整理成水平荷载（H０）时间（t）水平位移（x０）的曲线，如图３-４２所示。3.6桩基础设计3.6.1桩基础设计的一般规定桩的作用是把建筑物的荷载传递给地基，不同桩径、不同桩长、不同形状、不同材质、不同施工方法和不同地质状况的桩，单桩承载力和变形特征不同。桩基础应按下列两类极限状态设计。（１）承载能力极限状态：桩基达到最大承载能力、整体失稳或发生不适于继续承载的变形；（２）正常使用极限状态：桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。桩基应根据具体条件分别进行下列承载能力计算和稳定性验算。（１）应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的竖向承载力计算和水平承载力计算。（２）应对桩身和承台结构承载力进行计算；对于桩侧土不排水抗剪强度小于１０ｋＰａ且长径比大于５０的桩应进行桩身压屈验算；对于混凝土预制桩应按吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力验算；对于钢管桩应进行局部压屈验算。（３）当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层承载力验算。（４）对位于坡地、岸边的桩基应进行整体稳定性验算。（５）对于抗浮、抗拔桩基，应进行基桩和群桩的抗拔承载力计算。（６）对于抗震设防区的桩基应进行抗震承载力验算。下列建筑桩基应进行沉降计算。（１）设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基；（２）设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基；（３）软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。桩基设计时，所采用的作用效应组合与相应的抗力应符合下列规定。（１）确定桩数和布桩时，应采用传至承台底面的荷载效应标准组合；相应的抗力应采用基桩或复合基桩承载力特征值。（２）计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时，应采用荷载效应准永久组合；计算水平地震作用、风载作用下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风载效应标准组合。（３）验算坡地、岸边建筑桩基的整体稳定性时，应采用荷载效应标准组合；抗震设防区，应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合。（４）在计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时，应采用传至承台顶面的荷载效应基本组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算时，应分别采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合。（５）桩基结构设计安全等级、结构设计使用年限和结构重要性系数γ０应按现行有关建筑结构规范的规定采用，除临时性建筑外，重要性系数γ０不应小于１．０。3.6.2桩基础设计的步骤桩基础设计应力求做到安全适用、经济合理，设计过程主要包括收集资料和设计两部桩基础设计的一般步骤为：（１）确定桩的类型和外形尺寸，确定承台埋深；（２）确定单桩竖向承载力特征值和水平承载力特征值；（３）初步拟定桩的数量和平面布置；（４）计算单桩上的竖向和水平荷载，确定群桩承载力；（５）必要时验算地基沉降；（６）承台结构设计；（７）绘制桩和承台的结构以及施工图。3.6.3桩基础设计的内容桩基础设计内容如下。１．收集基本设计资料２．初定承台底面高程，确定桩的类型、桩长和断面尺寸３．确定单桩承载力４．确定桩的数量、间距，承台底面和桩的布置５．桩基础的验算3.6.4桩基础的构造要求下面给出《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）和《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008）中的一些构造要求。（１）对应用最多的混凝土预制桩和混凝土灌注桩低承台桩基础，桩和桩基的构造，应符合下列要求。①摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的３倍；扩底灌注桩的中心距不宜小于扩底直径的１．５倍，当扩底直径大于２ｍ时，桩端净距不宜小于１ｍ。在确定桩距时尚应考虑施工工艺中挤土等效应对邻近桩的影响。②扩底灌注桩的扩底直径，宜为桩身直径的１～３倍。③桩端进入持力层的深度，根据地质条件、荷载及施工工艺确定，宜为桩身直径的１～３倍。在确定桩底进入持力层深度时，尚应考虑特殊土、岩溶以及震陷液化等影响。嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，不宜小于０．５ｍ。④布置桩位时宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合。⑤预制桩的混凝土强度等级不应低于Ｃ３０；灌注桩不应低于Ｃ２０；预应力桩不应低于Ｃ４０。⑥桩的主筋应经计算确定。打入式预制桩的最小配筋率不宜小于０．８％；静压预制桩的最小配筋率不宜小于０．６％；灌注桩最小配筋率不宜小于０．２％～０．６５％（小直径桩取大值）。箍筋采用６～８＠２００～３００ｍｍ，宜采用螺旋式箍筋；当钢筋笼长度超过４ｍ时，应每隔２ｍ左右设一道１２～１８焊接加劲箍筋。⑦配筋长度。受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定；桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土层或液化土层；坡地岸边的桩、８度及８度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应通长配筋；桩径小于６００ｍｍ的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不宜小于桩长的２／３。⑧桩顶嵌入承台内的长度对大直径桩不宜小于１００ｍｍ，对小直径桩不宜小于５０ｍｍ。主筋伸入承台内的锚固长度不宜小于主筋直径（ＨＰＢ３００级钢）的３０倍和钢筋直径（ＨＲＢ３３５级钢和ＨＲＢ４００级钢）的３５倍。对于大直径灌注桩，当采用一柱一桩时，可设置承台或将桩和柱直接连接。柱纵筋插入桩身的长度应满足锚固长度的要求。⑨主筋的混凝土保护层厚度，不应小于３５ｍｍ，水下灌注混凝土，不得小于５０ｍｍ。⑩在承台及地下室周围的回填中，应满足填土密实性的要求。（２）对以控制沉降为目的的桩基，应结合地区经验，并满足下列要求。①桩身强度应按桩顶荷载特征值验算。②桩基设计时，应考虑桩、土、承台的共同工作，桩、土荷载分配应按上部结构与地基共同作用分析确定。③桩端进入较好的土层，桩端平面处土层应满足下卧层承载力设计要求。④桩距可采用４～６犱（犱为桩身直径）。3.6.5桩数及桩位布置１．桩径、桩长的拟定（１）桩径拟定。（２）桩长拟定。２．确定基桩根数及其平面布置（１）桩根数的估算。基础所需桩的根数可根据承台底面上的竖向荷载和单桩容许承载力按下式估算：（２）桩间距的确定。（３）桩的平面布置。桩数确定后，可根据桩基受力情况选用单排桩或多排桩桩基。多排桩的排列形式常采用行列式［图3-43（a）］和梅花式［图3-43（b）］，在相同的承台底面积下，后者可排列较多的基桩，而前者有利于施工。3.6.6桩基承载力验算１．桩顶作用效应计算对于一般建筑物和受水平力（包括力矩与水平剪力）较小的高层建筑群桩基础，应按下列公式计算柱、墙、核心筒群桩中基桩或复合基桩的桩顶作用效应。（１）竖向力。轴心竖向力作用下偏心竖向力作用下（２）水平力：２．桩基竖向承载力计算（１）桩基竖向承载力计算应符合下列要求。①荷载效应标准组合。轴心竖向力作用下偏心竖向力作用下除满足上式外，尚应满足下式的要求：②地震作用效应和荷载效应标准组合。轴心竖向力作用下除满足上式外，尚应满足下式的要求：（２）单桩竖向承载力特征值犚ａ应按下式确定：（４）考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值可按下列公式确定。不考虑地震作用时考虑地震作用时3.6.7承台设计１．柱下桩基承台的弯矩的简化计算方法（１）多桩矩形承台计算截面取在柱边和承台高度变化处。多桩矩形承台计算截面取在柱边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘），如图3-45（a）所示：②等腰三桩承台［图3-45（c）］。3.6.8桩基设计实例3.7桩基础施工3.7.1挤土桩施工要点１．沉管灌注桩的施工２．沉桩（预制桩）的施工３．旋挖灌注桩的施工４．大直径空心桩的施工3.7.2钻孔桩施工要点１．钻孔灌注桩施工（１）准备工作。①准备场地。②埋置护筒。③制备泥浆。④安装钻机或钻架。（２）钻孔。①旋转钻进成孔。②冲击钻进成孔。③冲抓钻进成孔。（３）清孔及装吊钢筋骨架。①抽浆清孔。②掏渣清孔。③换浆清孔。２．挖孔灌注桩施工（１）挖孔桩的优点：①施工工艺和设备比较简单；②质量好，不卡钻，不断桩，不塌孔，绝大多数情况下无须浇筑水下混凝土，桩底无沉淀浮泥；易于扩大桩尖，提高桩身支承力；③速度快，无需重大设备如钻机等，容易多孔平行施工，加快全桥进度；④成本低，比灌钻孔可降低３０％～４０％。（２）施工工艺。①施工准备。②开挖桩孔。③护壁和支撑。3.7.3桩基础质量检验１．桩的几何受力条件检验２．桩身质量检验３．桩身强度与单桩承载力检验第四章挡土墙学习重点

挡土墙的分类，重力式挡土墙和钢筋混凝土悬臂式挡土墙的工作原

理、适用条件、设计计算和构造要求。学习目标１．熟悉挡土墙的分类；２．熟悉重力式、薄壁式挡土墙的构造；３．掌握重力式挡土墙的工作原理、适用条件、设计计算；４．掌握钢筋混凝土悬臂式挡土墙的工作原理、适用条件、设计计算。

４.１概述

挡土墙是指支承填土或山坡土体、防止填土或土体坍滑失稳的构造物，在土木工程领域有着十分广泛的应用，既可作为房屋地下室侧墙、陡坡与路堤支护、桥台等，亦可做水闸及码头驳岸等。在挡土墙横断面中，与被支承土体直接接触的部位称为墙背；与墙背相对的、临空的部位。挡土墙的类型有多种，各类挡土墙的工作原理、适用条件均有差异，设计时应根据与所支挡土体的稳定平衡条件，综合考虑地形地质状况、地基的承载力、施工条件以及环境特点等因素