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1、第二章 浅基础,孙绪杰建筑工程系Tel:13945176675 Email:,基础工程,本章主要内容： 浅基础类型、基础埋深的确定、地基承载力确定、基底尺寸确定、浅基础的设计、减轻不均匀沉降的措施。 要求掌握基础设计原则、基础埋深的确定、地基承载力的确定、扩展基础设计方法、联合基础设计方法、软弱下卧层验算方法、减轻不均匀沉降的措施。,2.1 概述,分为天然地基上和人工地基上的浅基础，宜优先采用天然地基上的浅基础。地基基础的概念：,2.1.1浅基础设计步骤（内容）,内容包括地基计算和基础设计两项，其中地基计算包括： 地基强度计算：承载力极限状态 地基变形验算：正常使用极限状态 地基稳定性验算：斜
2、坡、高耸结构基础设计包括： 基础选型 基础埋深、形状尺寸 基础强度验算 基础刚度验算 基础耐久性,计算步骤：1） 根据地质勘察资料和建筑物的设计资料，选择基础的结构类型、材料，并进行平面布置；2） 确定地基持力层和基础埋置深度；3） 确定地基承载力；4） 初步确定基础的底面尺寸，进行地基变形和稳定性验算；5） 进行基础结构和构造设计；6） 绘制施工图；7） 编制工程预算和设计说明书（计算书）。由于基础设计是试算过程，因此可以用下面的框图表示。,2.1.1浅基础设计步骤（内容）,2.1.1浅基础设计步骤（内容）,2.1.2浅基础设计方法,目前常用的是常规设计方法，将上部结构、基础、地基分离开来分
3、别计算。 对于上部结构，求出柱底反力； 对于基础，分别承受柱底反力和基底反力（假定线性分布），求出基础的内力； 对于地基，承受基础传来的基底反力，忽略基础刚度，将其作为柔性荷载计算地基承载力和沉降。该方法优点：计算简单、满足静力平衡；该方法缺点：未考虑三者协同工作、不经济、不合理；该方法适用条件：沉降小或较均匀；基础刚度大。,2.1.3地基基础设计原则,1 地基基础的设计等级 设计等级分为甲乙丙三个等级。 等级划分原则：地基复杂程度，建筑物规模和功能特征；地基的影响。 具体的等级划分见教材表2-1。2 地基计算的要求,2.1.3地基基础设计原则,荷载取值原则：遵循概率理论为指导的极限状态设计法
4、。地基设计采用正常使用极限状态，所选定的地基承载力是一种允许承载力（特征值），相应的荷载组合为标准组合。现行基础规范的规定：,2.2 浅基础的类型,2.2.1按组成基础的材料分（1）砖基础（2）毛石基础（3）混凝土基础（4）毛石混凝土基础（5）灰土基础（6）三合土基础（7）钢筋混凝土基础（柔性基础）,2.2 浅基础的类型,2.2.2按结构型式分（1）独立基础（2）条形基础（3）十字交叉条形基础（4）筏板基础（5）箱形基础,2.2.3按结构受力特点分（1）无筋扩展基础,（2）柔性扩展基础（柱下独基、墙下条基）（3）联合基础 矩形联合基础、梯形联合基础、连梁式联合基础。出发点是调整荷载偏心。,（4
5、）柱下条形基础 根据设置条形基础的轴线数，分为单向条形基础和交叉条形基础。特点是抗弯刚度大，可调整不均匀沉降。适用于地基承载力低、土质不均的情况。,2.2 浅基础的类型,2.2 浅基础的类型,5）筏形基础 分为平板式和梁板式。整体性好，调整不均匀沉降能力强，抗震性能好。适用硬壳持力层，均匀的软弱地基，六层及以下承重横墙较密的民用建筑。,2.2 浅基础的类型,（6）箱形基础 箱形基础是筏形基础的发展，由底板、顶板、纵横墙组成的整体结构，优点是能减小基底压应力、减小基础沉降、抗震性能好。缺点是水泥用量大、工期长、造价高、施工技术复杂。,2.2 浅基础的类型,（7）特种基础壳体基础：正圆锥形，用于筒
6、形结构（烟囱、水塔、料仓、高炉）。岩层锚杆基础：用于基岩上的柱基，承受水平力较大的结构。,2.3 基础埋置深度的选择,是指基础底面至设计底面的距离。基础埋深的影响因素：2.3.1与建筑物有关的条件（1）建筑空间使用要求。地下室、地下设施、半埋式结构物。管道应在基底之上，电梯坑道的设置要求等。（2）结构整体稳定的要求。筏形、箱形基础埋深不小于建筑物高度的1/15；桩筏或桩箱不宜小于建筑物高度的1/20。2.3.2工程地质条件持力层：直接支承基础的土层称为持力层。下卧层：持力层下方的土层称为下卧层。受力层：条基底面下深度3b，独基下1.5b，且厚度不小于5m范围（沉降计算深度）。,（1）地基受力层
7、范围内的土层情况。a) 全是好土。 尽量浅埋，由其他条件和最小埋深确定。b) 全是软土。 对于轻型建筑，按a)考虑。其他情况应考虑使用连续基础、人工地基、深基础等方案。c) 上软下硬。 上部软土较小（2m），取下部硬土作为持力层；否则，按b)处理。d) 上硬下软。 建筑物较轻，尽量浅埋，即“宽基浅埋”。否则，按b)处理。 （2）边坡地基。 （3）持力层倾斜。 同一建筑物采用不同埋深。对于墙下无筋基础，应沿台阶方向做成台阶形，实现逐步过渡。,2.3 基础埋置深度的选择,2.3 基础埋置深度的选择,2.3.3水文地质条件（1）基础应尽量埋置在地下水位以上，避免地下水对基坑开挖、基础施工、使用期间的
8、影响。（2）基底低于地下水位，应考虑施工期间的基坑降水、坑壁围护等措施；对有侵蚀性的水，应采用抗侵蚀的水泥品种及相应的措施；考虑地下水的上浮力的影响；地下室的防渗问题等。（3）施工中，应防止持力层下承压水冲破坑底土。,应保证总覆土压力大于承压水顶部静水压力： 条件不满足时，应采取降水或减小基础埋深的措施。,2.3 基础埋置深度的选择,2.3.4地基冻融条件 冻胀现象：当地基土的温度低于0时，土中部分孔隙水将冻结而形成冻土。处于冻结深度范围内的土中水将被冻结形成冰晶体，而未冻结区的自由水和部分结合水会不断向冻结区迁移、聚集，使冰晶体逐渐扩大，引起土体发生膨胀和隆起，形成冻胀现象。 融陷：季节性冻
9、土，到了夏季，土体因温度升高而解冻，造成含水量增加，使土体处于饱和及软化状态，承载力下降，建筑物下陷。影响：冬季，当位于冻胀区的基础受到的冻胀力大于基底压力，基础有被抬起可能。到了夏季，土体因温度升高而解冻，造成含水量增加，使土体处于饱和及软化状态，承载力下降，建筑物下陷。当建筑物场地土不均匀时，地基土的冻胀与融陷不均匀，会导致建筑物的开裂损坏。 冻土分为季节性冻土和多年冻土。影响冻胀的因素：土的粒径大小、含水量多少、地下水位的高低。结合水极少的粗粒土不存在冻胀问题，含水量少的坚硬黏性土，冻胀微弱；粉土冻胀最严重。,2.3 基础埋置深度的选择,建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）把
10、地基土的冻胀性分为五类：不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀、特强冻胀。实际工程中通过把基础埋置于接近或达到冻胀影响深度来避免冻害。最小埋置深度的确定：,基底下允许残留冻土层的最大厚度设计冻深,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；环境的冻深的影响系数,2.3 基础埋置深度的选择,【例题】在我国长春市城区修建民用建筑，已知建筑物采用条形基础，地层剖面如图。从冻结深度考虑，求外墙基础的最小埋深。,解：（1）地区标准冻结深度为（2）按公式，其中各参数在图中已经给出。按第一层土计算：按第二层土计算：折算冻结深度： （3）求外墙基础最小埋深已知， 故最小埋深：即本工程的基础埋深不受地基冻结条件
11、控制。,2.3 基础埋置深度的选择,2.3.5场地环境条件（1）避免气候变化、树木生长、生物活动的影响，基础埋深不小于0.5m（除岩石地基）；基础顶面低于设计底面0.1m（保护作用）。（2）相邻建筑物的影响。新建筑物的基础埋深不宜大于既有建筑物的基础的埋深，否则应保持一定的净距。或采取支护的方案，具体措施有分段施工、打板桩、地下连续墙，或加固原地基。（3）有管道、沟、坑等地下设施通过时，基底应低于这些设施的地面，否则应采取有效措施消除基础对设施的不利影响。（4）河流、湖泊旁的建筑物基础（墩台），底面应位于冲刷线以下。,2.4 浅基础的地基承载力,2.4.1地基承载力的概念地基承载力是指地基承受
12、荷载了的能力，在保证地基稳定的条件下，使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载力称为地基承载力特征值，以 表示。 即同时满足强度和变形两个要求。2.4.2地基承载力特征值的确定目前的方法主要有三类：根据土的抗剪强度指标以理论公式计算，通过载荷试验确定；根据经验方法。（1）根据土的抗剪强度指标确定理论公式式中 为大于1的系数，与地基基础设计等级、荷载的性质、土的抗剪强度指标的可靠程度及地基条件有关； 为地基极限承载力，按斯肯普顿公式、太沙基公式、魏锡克公式、汉森公式等确定。,2.4 浅基础的地基承载力,规范推荐的理论公式当荷载偏心距 ，可采用规范理论公式（以地基临界荷载 为基础的理论公式计算地基承
13、载力特征值： 、 、 为承载力系数，按 查表。 为基底以下土的重度，地下水位以下取有效重度。 为基底以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度。 为基础底面宽度，大于6m时按6m考虑；对于砂土，小于3m按3m考虑。 为基础埋置深度，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，但填土在工程结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。 对于地下室，如采用箱形基础或筏形基础时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。 对于主裙楼一体的主体结构基础，可将裙楼荷载视为基础两侧的超载，当超载宽度大于基础宽度的两倍时，可将超载折算成土层厚度作为基础
14、的附加埋深。,2.4 浅基础的地基承载力,（2）通过地基载荷试验确定 a) 试验方法 分为浅层平板载荷试验、深层平板试验及螺旋板载荷试验。前者适用于浅层地基，后两者适用于深层地基。 优点：压力的影响深度可达1.52倍承压板宽度，能较好地反映天然土体的压缩性，对成分或结构不均匀的土层具有不可替代的作用。 缺点：工作量大、费用高、时间长。,2.4 浅基础的地基承载力,载荷试验可以得到两类p-s曲线，“陡降型”和“缓变型”。对于密实砂土、硬塑黏土等低压缩性土，其p-s曲线有明显的起始直线段和极限值，呈急进破坏的“陡降型”。一般取直线末端对应的比例界限荷载作为承载力特征值。但对于少数呈“脆性”破坏的土
15、，比例界限荷载与极限荷载接近，故当极限荷载pu小于2倍比例界限荷载p1时，取pu/2作为承载力特征值。 对于松砂、填土可塑黏土等中、高压缩性土，其p-s曲线没有明显的转折点，呈渐进破坏的“缓变型”。此时对于压板面积为0.250.50m2时，规范规定取沉降s=(0.010.015)b所对应的荷载作为承载力特征值。,2.4 浅基础的地基承载力,b) 规范推荐的表格 我国各地区规范给出了按野外鉴别结果、室内屋里、力学指标、或现场动力触探锤击数查取地基承载力特征值的表格，这些表格是将各地区载荷试验资料经回归分析并结合经验编制的。 c) 承载力的修正 对于除理论计算出的承载力特征值，需考虑宽度和深度的修正。（3）根据经验确定,
