《土力学与地基基础》第七章 天然地基上浅基础设计

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1、 土力学地基基础土力学地基基础Soil Mechanics and Foundation Soil Mechanics and Foundation Engineering Engineering河南科技大学建工学院高笑娟第七章天然地基上浅基础设计E7.1 概述 E7.2 基础埋置深度的确定E7.3 基础底面尺寸的确定E7.4 无筋扩展基础设计E7.5 扩展基础设计E7.6钢筋混凝土梁板式基础简介E7.7 减少不均匀沉降的措施第一节 概述 一、地基基础的重要性与复杂性（1）地基基础的重要性（2）地基基础的复杂性（3）地基基础设计考虑的因素1）建筑上部结构的型式、规模、用途、荷载大小与性质、 整

2、体刚度、以及对不均匀沉降的敏感性；2）研究建筑物下部工程地质条件、地层结构、各土层的物 理力学性质、地基承载力、地下水位埋深与水质、当地冻深 等。二、地基基础的方案类型1、天然地基上的浅基础2、不良地基人工处理后的浅基础3、桩基础4、深基础建筑物的安全 和正常使用地基基础设计 等级建筑场地和 地基岩土条 件地基基础 方案地基基础 设计内容与 步骤施工条件地基基础设 计规定荷载组合 规定地基基础 类型一、地基基础设计的基本规定根据地基的复杂程度、建筑物规模和功能特征，以及由 于地基问题可能造成建筑物的破坏或影响正常使用的程 度，将地基基础分为三个设计等级：设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民

3、用建筑 30层以上的高层建筑 体型复杂、层数相差超过10层的高低连成一体的建筑物 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 乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下民用建筑及一般工业建筑 次要的轻型建筑物（一）地基基础设计等级（二）地基基础设计规定（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

4、应按地基变形设计。 （3）表7-2所列范围涉及等级为丙级的建筑可不作变形验算，但如有下 列情况时，仍应作变形验算：根据建筑地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结 构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定：1）地基承载力特政值小于130kPa,且形体复杂的建筑； 2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基过大的不均匀沉降时； 3）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时； 4）相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时； 5）地基内有厚度较大或薄厚不均的填土，其自重固结未完成时。（4）对经常承受水平荷载作用的高层建筑物、高耸结构和挡土墙等， 以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构

5、筑物，尚应验算其稳定性。 （5）基坑工程应进行稳定性验算； （6）当地下水埋藏比较浅，存在地下水上浮问题时，尚应进行抗浮验 算。（三）荷载效应组合规定1、按地基承载力确定基础底面积及埋深货按单桩承载力确 定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应按正常使用极 限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载 力特征值或单桩承载力特征值。2、计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常 使用极限状态荷载效应的标准永久组合，不应计入风荷载的 地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应 的抗力限值应符合建筑地基基础设计规范（GB50007- 200

6、2）规定：3、计算挡土墙压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其荷载分项系数均为1.0。4、在确定基础或桩承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的荷载分项系数。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。5、基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数0不应小于1.0。（四）荷载效应组合计算1、正常使用状态下，荷载效应的标准组合Sk应用式7-1表示：荷载

7、效应的准永久组合值应用式7-2表示：2、承载能力极限状态下，由可变荷载效应控制的基本组合设计值S应 用式7-3表达对由永久荷载效应控制的基本组合，也可采用简化规则，荷载效应组 合的设计值S按下式确定：3、两种极限状态与承载力计算 （1）承载力极限状态。保证地基具有足够的强度和稳定性。 当轴心荷载作用时，应符合下式要求：当偏心荷载作用时，除符合（7-5）要求外，尚应符合下式要求：（2）正常使用极限状态。保证地基的变形值控制在建筑物所允许的 范围内。所谓建筑物允许的变形值是指地基在荷载及其他因素影响下 ，基础所产生的均匀沉降或不均匀沉降不致于影响建筑物的安全和正 常使用；不能妨碍其设计功能的发挥。

8、 地基的变形值应符合下式要求：地基基础设计必须根据建筑物的用途和安全等级、建筑布 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。地基基础的设计和计算应该满足下列三项基本原则：1对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足 够的安全度；2应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地基变形允许 值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物 的使用功能和外观；3基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合 使用需要，满足地基承载力 (稳定性)和变形要求外，还应满足 对基

9、础结构的强度、刚度和耐久性的要求。设计浅基础一般要妥善处理下列几方面问题： 1充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察资料；2了解当地的建筑经验，施工条件和就地取材的可能 性，并结合实际考虑采用先进的施工技术和经济、可行的地基处理方法；3选择基础类型和平面布置方案，并确定地基持力层和基础埋置深度；4按地基承载力确定基础底面尺寸，进行必要的地基稳定性和变形验算；5以简化的、或考虑相互作用的计算方法进行基础结构的内力分析和截面设计。二、地基基础设计步骤在一般情况下，进行地基基础设计时，需具备下列资料：1）建筑场地的地形图；2）建筑场地的工程地质资料；3）建筑物的平面、立面、剖面图及使用要求，作用在

10、基础上的荷载、设备基础以及各种管道的布置和标高；4）建筑材料的供应情况。1、设计资料刚性浅基础设计计算的一般步骤和内容为:1）选定基础的材料 (用块石砌筑还是片石混凝土)，初步拟 定基础的形状和尺寸; 2）初步选定基础的埋置深度;3）确定地基承载力特征值(持力层和软弱下卧层);4）确定基础底面尺寸，必要时进行下卧层强度验算;5）对设计等级为甲级、乙级的建筑以及不符合表7-2规定的 丙级建筑物，进行地基变形验算;2、地基基础设计步骤6）对于建于斜坡上的建筑物和构筑物及经常承受较大水平荷载的高层建筑和高耸结构，进行地基稳定性验算；7）确定基础的剖面尺寸，进行基础结构计算；8）绘制基础施工图。验算中

11、如发现某项设计要求得不到满足，或虽然满足，但尺寸或埋深显得过大而不经济，则需适当修改尺寸或埋置深度，重复各项验算，直到各项要求全部满足，使基础尺寸较为合理为止。三、浅基础的类型扩展基础刚性基础柔性基础联合基础 条形基础箱形基础独立基础筏板基础十字交叉梁基 础壳体基础按构造类型适用于多层民用建筑和轻型厂房(一)无筋扩展基础(刚性基础）1） 砌筑材料：砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土 2）受力特点：抗压性能好，抗拉、抗剪能力差抗压性能好，抗拉、抗剪能力差 3）结构特点：优点：稳定性好，施工方便，能承受较大荷载优点：稳定性好，施工方便，能承受较大荷

12、载缺点：自重大缺点：自重大 4）构造：满足台阶宽高比允许值（满足台阶宽高比允许值（刚性角刚性角）的要求）的要求地基反力刚性基础受力破坏简图用途：多用于低层建筑的墙下基础；在寒冷而又潮湿的地区采用不理想。 优点：可就地取材，建筑方便； 缺点：强度低且抗冻性差。 要求：砖强度MU10，砂浆强度M5； 大放脚：砖基础剖面一般砌成阶梯形，通常称为大放脚。1、砖基础2、毛石基础要求：强度等级MU20的毛石，砂浆强度 M5砌筑而成。 优点：抗冻性比较好，在寒冷地区可用于6层以上的建筑；3、混凝土毛石混凝土基础混凝土基础：强度、耐久性和抗冻性均比较好，其混凝土强度等级一般采用C15，常用于较大的墙柱基 础

13、毛石混凝土基础：为了节约混凝土用量，可在混凝土内掺入15% 25%（体积比）的毛石。4、灰土基础特点：灰土基础造价低可节省材料，多用于5层以下的民用建筑。 灰土：是用熟化石灰和粉土或黏性土拌合而成。(二)扩展基础(柔性基础）由钢筋混凝土材料修建的基础称为柔性基础。在基础内配置足够的钢筋来承受拉应力或弯矩，使基础在受弯时不致破坏。这种基础不受刚性角的限制，基础剖面可以做成扁平形状，用较小的基础高度把上部荷载传到较大的基础底面上去，以适应地基承载力的要求。重要的建筑物或利用地基表土硬壳层，设计宽基浅埋以解决存在软弱下卧层强度太低时，常采用钠筋混凝土扩展基础。柔性基础需用钢材、水泥，技术复杂，造价较

14、高。定 义：当上部结构荷载较大而地基土较软弱时 受力性能：抗弯和抗剪性能良好 ，耐久性和抗冻性都较理想墙下钢筋混凝土条形基础 (a) 无肋式 (b) 有肋式(a)(b)1、墙下钢筋混凝土条形基础2、柱下独立基础柱下独立基础 (a)阶梯形基础； (b)锥形基础； (c)杯形基础定 义：独立基础是柱下基础的的基本形式 受力性能：抗弯和抗剪性能良好 ，耐久性和抗冻性都较理想(a)(b)(c)（三）柱下钢筋混凝土条形基础柱子基础顶下部受力钢筋翼板上部受力钢筋梁肋腰筋50ldldld应用条件： 当柱承受荷载较大而 地基土软弱，采用柱 下独立基础，基础低 面积大的几乎互相连 接。在框架结构中采用。联合基础

15、当为了满足地基土的强度要求，必须扩大基础平面尺寸，与相邻的单个 基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起成为联合基础。（四）柱下十字交叉基础应用条件： 对于荷载较大的高层建筑，如果地基软弱土且在两个方向分布不均，需 要基础纵横两向都有一定的抗弯刚度来调整基础的不均匀沉降。（五）筏形基础 平板式 梁板式 应用条件： 对于地基很软弱，荷载很大，采用十字交叉基础仍不能满足要求；或相 邻基础距离很小，或设置地下室时，可把基础底板做成一个整体的等厚 度的钢筋混凝土板，形成无梁式筏形基础。（六）箱型基础外墙内墙底板顶板柱概念：当柱荷载很大，地基又特软弱， 基础可作成由钢筋混凝土底板、顶板 、侧墙及纵横墙组成箱形基础。 优点：整体性好，抗弯刚度大且空腹 埋深等特点。四、基础材料的要求(1)砖 必须用粘土砖。灰砂砖与轻质砖均不得用于基础。一般地区稍湿地基，砖的标号不低于Mu7.5；严寒地区饱和地基，砖的最低标号为Mu20。通常应取比最低标号略高的标号。(2)石料 包括毛石、块石和经加工平整的料石，均应选用不易风化的硬岩石。石料的厚度不宜小于150mm。基础用的石料标号不低于200300号。(3)砂浆 白灰、水泥混合砂浆不得用于含水饱和地基。水泥砂浆在很湿的或饱和的地基中最低标号为M5。(4)混凝土 混凝土的强度、耐久性与抗冻性都优于砖，且刚性角大，便于机械化施工和预制。但混