第3章-天然地基上的浅基础设计

第三章天然地基上浅基础的设计概述浅基础的类型与基础材料地基设计无筋扩展基础的设计扩展基础的设计减轻建筑物不均匀沉降危害的措施内容提要按材料和构造两方面分类。一、地基基础设计等级

我国现行《建筑地基设计规范》中，根据地基复杂程度、建筑物的规模和特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计分为三个设计等级。3-1

概述按材料和构造两方面分类。二、地基基础设计的基本原则为了保证建筑物的安全与正常使用，根据建筑物的安全等级和长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应该满足下述几项基本原则：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、乙级和部分丙级的建筑物，均应进行地基变形计算。3、对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构等，应验算其稳定性。4、基坑工程应进行稳定性验算；5、当地下水埋藏较浅，存在地下室上浮问题时，应进行抗浮验算。1.选择基础的材料、类型和平面布置；2.选择基础的埋置深度；3.确定地基承载力；4.确定基础尺寸；5.进行地基变形与稳定性验算；6.进行基础结构设计；7.绘制基础施工图，提出施工说明。三、天然地基上浅基础的设计内容3-2

浅基础的类型与基础材料按材料和构造两方面分类。一、按基础材料分类1、砖基础就地取材、价格较低、施工简便等高砌法二一间隔砌法2、三合土基础石灰、砂、碎砖或碎石，按体积比为1:2:4~1:3:6配成，常用于地下水位较低的四层及四层以下的民用建筑工程中。3、灰土基础石灰和土(粘性土)按其体积比为3:7或2:8，灰土基础适用于地下水位较低，五层及五层以下的混合结构房屋和墙承重的轻型工业厂房。4、毛石基础未风化的毛石，毛石基础的宽度及台阶高度不得小于40mm。5、混凝土和毛石混凝土基础

混凝土基础的强度、耐久性、抗冻性都较好。上述基础，设计时必须保证其拉、剪应力不超过相应材料强度设计值这种保证是通过对基础构造的限制来实现的。6、钢筋混凝土基础

钢筋混凝土基础强度大，具有良好的抗弯性能，在相同条件下，基础的厚度较薄。建筑物的荷载较大或土质较软弱时，常采用这类基础。适宜于“宽基浅埋”情况。(一)

刚性基础（无筋扩展基础）前述的基础根据受力特点可分类为：(二)

柔性基础（扩展基础）1、砖基础2、三合土基础3、灰土基础4、毛石基础5、混凝土和毛石混凝土基础6、钢筋混凝土基础二、按构造分类(一)

单独基础1、柱下单独基础

柱基础主要类型。依材料，常采用砖石、混凝土和钢筋混凝土等。阶梯形基础锥形基础杯形基础2、墙下单独基础

当上层土质松散，而在不深处有较好的土层时，为了节省基础材料和减少开挖土方量而采用的一种基础形式。(二)

条形基础

条形基础是指基础长度远大于其宽度的一种基础形式。1、墙下条形基础

承重墙基础的主要形式，常用砖、毛石、三合土和灰土建造。当上部结构荷重较大而土质较差时，可采用混凝土或钢筋混凝土建造。无肋式有肋式2、柱下钢筋混凝土条形基础地基软弱而荷载较大。(三)

柱下十字形基础荷载较大的高层建筑。(四)

筏板基础把柱下独立基础或者条形基础全部用联系梁联系起来，下面再整体浇注底板。一般说来地基承载力不均匀或者地基软弱的时候用笩板型基础。而且笩板型基础埋深比较浅，甚至可以做不埋深式基础。(五)

箱形基础

箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和纵横交叉的隔墙构成。具有很大的整体刚度。基础中空部分可作地下室，与实体基础相比可减小基底压力。适于高层建筑物的基础。基础埋深地基承载力计算基础底面尺寸地基变形验算地基稳定性验算主要内容：持力层地基承载力计算软弱下卧层地基承载力计算3-3

地基设计基础埋置深度是指室外设计地面到基础底面的深度。一、基础埋置深度的选择原则：在保证安全可靠的前提下，尽量浅埋，但不应浅于0.5m。

基础顶面低于室外设计地面至少0.1米。根据实际情况，选择良好的土层作为基础持力层，减小基础尺寸，减少土方开挖，使基础的造价最低。1）.工程地质条件影响地基土层组成类型

A：考虑荷载情况，按最小埋深要求确定；B:考虑人工地基，按最小埋深要求确定；C:

地基土分为两层，上硬下软硬土层厚度满足要求时，尽量浅埋；硬土层厚度很薄时（≤1/4b)，按B情况考虑；硬土层厚度较薄时，可提高室外设计地面1.工程地质和水文地质条件地基土层组成类型

D:地基土分为两层，上软下硬:软土≤2m,埋于好土上；软土2~5m,轻型可浅埋软土上，荷载较大埋于好土层；软土≥5m,轻型可浅埋软土上，荷载较大可采用人工地基浅埋，荷载大应埋于好土层，或选其它基础方案。E:地基土由若干软硬交替土层组成，根据减少沉降与工程量原则，按上述方法确定。宜在地下水水位以上防侵蚀性破坏基坑排水防产生流砂与管涌地下水水位地下水水质地下水流动2）.水文地质条件影响位于边坡坡顶上的建筑物要求：条基：d(3.5b－a)tg

矩形基础：d(2.5b－a)tg

条件：坡高h<8m，坡角

45o、b3m(1－1)(1－2)2.与建筑物有关的条件

包括建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的型式和构造等。高层建筑荷载大，风和地震等水平作用大：天然地基基础最小埋深不少于建筑物高度的1/15；桩基础则要求不少于1/18~1/20。对于水塔与烟囱等高耸构筑物还要验算抗倾覆的稳定性。对于高压输电塔，需要有较大埋深满足抗拔力。新基础埋深≤相邻的基础埋深否则：L≥(1~2)ΔH否则：分段施工；加固3.相邻建筑物基础埋深的影响地基土冻胀性分类《规范》将冻胀性分为如下五类：土类型含水量地下水位不冻胀强冻胀弱冻胀冻胀特强冻胀危害：

降低承载力不均匀沉降影响因素4.地基冻融条件的影响按冻胀要求确定基础最小埋深zd—设计冻深hmax—允许最大残留冻深z0—标准冻深（观测平均值）冻胀性土防冻措施1.地下水位以上基础侧面用非冻胀性土回填；2.以下用桩基础或自锚式基础；3.选地势高、地下水位低、排水好的建筑场地；4.防止地表水侵入地基，设地上地下排水设施；5.基础结构设圈梁，控制建筑长高比，增强整体刚度；6.基础梁下留有土层冻胀的空隙；7.室外设施、结构与主体结构断开；8.跨年度施工的建筑及设计采暖的建筑，入冬前采取防护措施。二、地基承载力的确定

地基承载力是保证地基强度和稳定的条件下，建筑物不产生过大沉降和不均匀沉降的地基承受荷载的能力。地基工程特性代表值有标准值、平均值及特征值。确定地基承载力的方法：1、按原位测试的方法确定地基的承载力；2、根据地基土的强度理论确定承载力；3、按经验方法确定地基的承载力。1.原位载荷试验

地基变形的三个阶段：

1）.压密阶段线变形阶段

2）.剪切阶段塑性变形阶段

3）.破坏阶段

剪切破坏、产生连续滑动面

现场试验时，荷载是逐级施加的，并按时观测土的变形量，直至变形相对稳定为止。载荷试验所施加的总荷载，应尽量接近预估地基的极限荷载。根据载荷试验结果，可以绘制压力P与变形量S的关系曲线和变形量S与时间T的关系曲线。

P-S曲线的开始部分往往接近于直线，与直线段终点1对应的荷载P1称为地基的比例界限荷载或地基的临塑荷载，一般地基承载力特征值取接近于或稍超过此比例界限值；与拐点2对应的荷载P2为极限荷载，相当于地基整体滑移破坏时的承载力。

承载力特征值的确定：

1.当p~s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；

2.当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；

3.当不能按上述二点确定时，如压板面积为0.25~0.50m2，可取s/b=0.01~0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。同一土层参加统计的试验点不应少于3点，各试验实测值的极差不得超过其平均值的30%，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。2.按建筑经验确定(一)间接原位测试的方法1、静力触探2、标准贯入试验(二)根据各地《规范》表格定(三)根据邻近建筑物勘探资料定3.地基承载力特征值fa

修正fa=fak

+

b

(b－3)+

d

0(d－0.5)宽度修正深度修正式中：fa—修正后的地基承载力特征值(kPa)；fak—地基承载力特征值(kPa)；

b，

d—基础宽度和埋深的承载力修正系数，按基底下土类查表确定；4.据强度理论确定承载力地基的临塑荷载pcr、极限荷载pu以及p1/4均可用来衡量地基土体强度方面的承载能力。式中：b—基础底面宽度，大于6m时按6m考虑；对于砂土，小于3m时按3m考虑；

—基底以下土的重度，地下水位以下取有效重度(kN/m3)；

o

—基础底面以上土的加权平均重度(

i、hi分别为第i层土的重度和厚度)，地下水位以下用有效重度(kN/m3);d—基础埋置(m)，一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，埋置深度自室外地面标高算起，在其它情况下，应从室内地面标高算起。独立基础或条形基础Mb、Md、Mc—承载力系数，按

k值查表；

k、Ck—

基底下一倍基宽深度内土的内摩擦角、粘聚力和重度的标准值。适用：偏心距e0.033b(b为偏心方向基础边长)，依据均布基底压力导出。按地基承载力确定基础底面尺寸(一)

中心荷载三、基础底面尺寸的确定要求p≤fa(1－12)方形基础：矩形基础：<需先选定b(或l)，或l/b>条形基础：沿长度(l)方向取1m,故：(二)偏心荷载要求：p

fapmax

1.2fae

l/6<l为偏心方向基础边长>设计中，先试算，后验算（P42）。（三）、软弱下卧层地基承载力计算软弱下卧层概念思路：pz+pcz

faz式中：pz—软弱下卧层顶面处的附加应力值(kPa)；pcz—软弱下卧层顶面处土的自重应力标准值，pcz=

(d+z)，

为软弱下卧层以上各土层的加权平均重度(kN/m3)，d为基础埋深(m)，z为基础底面至软弱下卧层顶面处的距离(m)；faz—软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值。关于

的简化计算：条件：“压力扩散角”概念：根据扩散前、后各面积上的总压力不变条件，得：矩形：条基：式中：l、b—分别为矩形基础底面的长度和宽度；pk—基底的平均压力值；pc

—基底处土的自重应力标准值，pc=

od，

o为基底以上土的加权平均重度，d为基础的埋深；z—基底至软弱下卧层顶面的距离；

—基底压力扩散角，可按表采用。四、地基变形验算计算地基沉降时传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限状态准永久组合，不计入风荷载和地震作用。地基沉降量计算方法：1、弹性理论公式法基于布辛尼斯克课题的位移解：地基均匀较方便，结果偏大。w—沉降影响系数；2、分层求和法基本假定：（1）地基只有竖向压缩变形，无侧向变形；（2）用基础中点地基的附加应力计算变形。注意：确定计算深度与分层厚合适。3、规范推荐法基本假定：各向同性均质直线体理论计算地基附加应力，对于同一层采用单一指标，精度高。确定计算深度课本P354、考虑地基回弹的沉降计算基坑开挖等。pc--基坑底面以上的自重应力，地下水位以下取浮重度。回弹变形量3-4

无筋扩展基础设计又称刚性基础刚性基础按材料分类有：1、砖基础2、三合土基础3、灰土基础4、毛石基础5、混凝土和毛石混凝土基础二、按构造确定基础高度上述基础，设计时必须保证其拉、剪应力不超过相应材料强度设计值这种保证是通过对基础构造的限制来实现的。二皮一收二一间收

钢筋混凝土基础强度度大，具有良好的抗弯性能，在相同条件下，基础的厚度较薄。建筑物的荷载较大或土质较软弱时，常采用这类基础。3-5

扩展基础的设计钢筋混凝土扩展基础类型：

1、柱下独立基础

2、墙下条形基础独立基础条形基础独立基础及其上方的承墙梁（地梁）、构造柱和地沟一、

构造要求1、垫层找平、工作面、地基保护等

C10以上。垫层两边伸出基础地板不得小于70mm。P522、底板边缘高度不宜小于200mm、阶梯高度300~500mm、混凝土保护层厚度70mm或35mm。2、底板底板钢筋直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。

边长超过2.5m，钢筋长可取0.9l，交错布置。钢筋混凝土条形基础底板在T形及十字形交接处，底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置，另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度1/4处；在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置。3、杯形基础杯底厚度；杯壁厚度；壁构造钢筋。

杯底钢筋计算确定。4、基础与柱的连接现浇柱的基础，其插筋的数量、直径以及钢筋种类应与柱内纵向受力钢筋相同。5、高杯口基础杯底厚度；杯壁厚度；壁构造钢筋。杯底宽度、钢筋计算确定。高杯口基础短柱的纵向钢筋还要满足构造。二、单独基础的结构计算1.

基础高度的确定对于钢筋砼独立基础，基础的高度主要根据抗冲切要求确定。冲切破坏位置：柱边、变阶处；冲切角度45度；2.

底板的弯矩与配筋简化模型：将单独基础的底板看作为固定在柱子四周的悬臂板。简化计算：近似将地基反力按对角线划分，沿基础长宽方向的弯矩等于梯形基础底面上的静反力产生的力矩。配筋公式可简化为：3－6减轻不均匀沉降损害的措施对策：调整基底尺寸A或d；采用整体刚度大的基础型式；采用桩基或进行地基处理；建筑、结构、施工措施一、建筑措施(一)

体型应力求简单体型简单的：“－”字形体型复杂的：“”、“”、 “”、“”等。(二)

增强结构的整体刚度控制长高比