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1、第二章 天然地基上的浅基础设计原理第一节 概 述 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)直控制地基的特征变形量使之不超过建筑物的地基特征变形允许值，以免引起基础和上部结构的损坏或影响建筑物的使用功能和外观。 (3)基础的形式、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
2、求外。还应满足对基础结构的强度、刚度和耐久性的要求。 如果地基土中有良好的土层，应尽量选该土层作为直接承受基础荷载的持力层，即采用天然地基。一般将天然地基上，埋置深度小于5m的基础及埋置深度虽超过5m但小于基础宽度的基础统称为天然地基上的浅基础。 当天然地基土层较软弱或具有特殊工程性质，如软土、湿陷性黄土、膨胀土等，不适于做天然地基时，可对上部地基土进行加固处理，从而形成人工地基。另外，还可采用桩基础等深基础形式，将荷载向深部土层传递。 在选择地基基础方案时，通常优先考虑天然地基上的浅基础，因为这类基础具有施工简便，用料省，工期短等优点。当这类基础难以适应较差的地基条件或上部结构的荷载、构造及
3、使用要求时。才考虑采用人工地基上的浅基础或深基础。 天然地基上浅基础没计内容与步骤： (1)根据上部结构形式，倚载大小选择摹础的结构形式、材料并进行平面布置。 (2)确定基础的埋置深度。 (3)确定地基承载力特征值。 (4)根据基础顶面荷载值及持力层地基承载力，初步计算基础底面尺寸。 (j)若地基持力层下部存在软弱土层，则需验算软弱下卧层的承载力。 (6)甲级、乙级建筑物及部分丙级建筑物应进行地基变形验算。 (7)基础剖面及结构没计。 (8)绘制施工图。 第(6)步以前如有不满足要求的情况可对基础设计进行调整，如改变基础埋深、加大基础底面尺寸或改变基础方案，直至满足要求为止。第二节 浅基础类型
4、一、无筋扩展基础 无筋扩展基础通常由砖、石、素混凝土、灰土和三合土等材料建成。这些材料都具有较好的抗压性能，但抗拉，抗剪强度却不高，因此，设计时必须保证基础内的拉应力和剪应力不超过材料强度的设计值。通常通过对基础构造的限制来实现这一目标，即基础的外伸宽度与基础高度的比值，称为无筋扩展基础台阶宽高比小于基础的台阶宽高比的允许值(图2-1)。这样，基础的相对高度都比较大，几乎不发生挠曲变形，所以此类基础常称为刚性基础或刚性扩展(大)基础。基础形式有墙下条形基础和柱下独立基础。 无筋扩展基础因材料特性不同而有不同的适用性。用砖、石及素混凝土砌筑的基础一般可用于6层及6层以下的民用建筑和砌体承重的厂房
5、。在我国华北和西北环境比较干燥的地区，灰土基础广泛用于5层及5层以下的民用房屋。在南方常用的三合土及四合土(水泥、石灰、砂、骨料按1：1：5：10或1：1：6：12配比)一般用于不超过4层的民用建筑。另外，石材及素混凝土常是中小型桥梁和挡土墙的刚性扩展基础的材料。图 2-1 无筋扩展基础构造示意图二、钢筋混凝土基础 钢筋混凝土基础具有较强的抗弯、抗剪能力，适合于荷载大，且有力矩荷载的情况或地下水位以下的基础，常做成扩展基础条形基础，筏形基础，箱形基础等形式。由于钢筋混凝土基础有很好的抗弯能力，因此也称为柔性基础。这种基础能发挥钢筋的抗拉性能及混凝土抗压性能，适用范围十分宽广。 根据上部结构特点
6、，荷载大小和地质条件钢筋混凝土基础可构成如下结构形式。 1扩展基础 钢筋混凝土扩展基础一般指钢筋混凝土墙下条形基础和钢筋混凝土住下独立基础。扩展基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。由于这类基础的高度不受台阶宽高比的限制，适宜需要“宽基浅埋”的场合下采有。例如当软土地基表层具有一定厚度的所谓“硬壳层”，并拟采用该层作为持力层时可考虑采用这类基础形式。墙下条形扩展基础的构造如图2-2所示。如地基不均匀，为增强基础的整体性和抗弯能力，可以采用有肋的墙下条形基础图2-2(b)，肋部配置足够的纵向钢筋和箍筋。为避免地基土变形对墙体的影响，或当建
7、筑物较轻，作用在墙上的荷载不大，基础又需要做在较深的持力层上时，作条形基础也不经济，可采用墙下短柱独立基础，将墙体砌筑在基础梁上，如图2-3所示。柱下独立基础的构造如图2-4所示，图2-4(a)、(b)所示为现浇柱基础，图2-4(c)所示为预制柱基础。图2-3 墙下独立基础图2-2 墙下扩展条形基础（c）（b）（a）图2-4 柱下独立基础2柱下条形基础及十字交叉基础如果柱子的荷载较大而土层的承载力较低，若采用柱下独立基础，基底面积必然较大，在这种情况下可采用柱下单向条形基础（图2-5).如果单向条形基础的底面积已能满足地基承载力要求，只需减少基础之间的沉降差则可在另一方向加设联梁形成联梁式条形
8、基础。如果柱网下的基础软弱，土的压缩性或柱荷载的分布沿两个柱列方向都很不均匀，一方面需要进一步扩大基础底面积，另一方面又要求基础具有较大的整体刚度以调整不均匀沉降，可沿纵横柱列设置条形基础而形成十字交叉条形基础，如图2-6所示。十字交叉条形基础具有较大的整体刚度，在多层厂房、荷载较大的多层及高层框架中常被采用。图2-6 十字交叉条形基础图2-5 柱下单向条形基础 3筏形基础 当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软，或者地下水常年在地下室的地坪以上，为了防止地下水渗入室内或有使用要求的情况下，往往需要把整个房屋(或地下室)底面做成一片连续的钢筋混凝土板作为基础，此类基础称为筏形基础或满堂基础。 图
9、2-7所示为一例墙下筏形基础。对于柱下筏形基础常有如下两种形式：平板式和梁板式，如图2-8所示。平板式筏形基础是在地基上做一块钢筋混凝土底板，柱子通过柱脚支承在底板上或柱脚尺寸局部放大图2-8(a)、(b)。梁板式基础分为下梁板式和上梁板式图2-8(c)、(d)，下梁板式基础底板顶面平整，可作建筑物底层地面。筏形基础，特别是梁板式筏形基础整体刚度较大，能很好地调整不均匀沉降。对于有地下室的房屋、高层建筑或本身需要可靠防渗底板的贮液结构物(如水池、油库)等，是理想的基础形式。图2-7 墙下筏形基础图2-8 柱下筏形基础（d）（c）（b）（a）4箱形基础箱形基础是由钢筋混凝土顶板，底板，纵横隔墙构
10、成的，具有一定高度的整体性结构(图29)。箱形基础具有较大的基础底面，较深的埋置深度和中空的结构形式，使开挖卸去的土抵偿了上部结构传来的部分荷载在地基中引起的附加应力(补偿效应)，所以与一般实体基础(扩展基础和柱下条形基础)相比它能显著减小基础沉降量。图2-9 箱形基础 由顶、底板和纵、横墙形成的结构整体性使箱基具有比筏形基础更大的空间刚度，可抵抗地基或荷载分布不均匀引起的差异沉降和架越不太大的地下洞穴。此外，箱基的抗震性能较好。箱基形成的地下室可以提供多种使用功能。冷藏库和高温炉体下的箱基具有隔断热传导的作用，可防地基土的冻胀和干缩；高层建筑的箱基可作为商店、库房、设备层和人防之用。第三节
11、基础的埋置深度 基础埋置深度是指基础底面距地面的距离。在满足地基稳定和变形的条件下，基础应尽量浅埋。确定基础埋深时应综合考虑如下因素，但对一单项工程来说，往往只是其中一两个因素起决定作用。一、与建筑物有关的一些要求 基础埋置深度首先决定于建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，以及基础的形式和构造，因而基础埋深要结合建筑设计标高的要求确定；高层建筑筏形和箱形基础的埋量深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度(不计桩长)不宜小于建筑物高度的1/8l/20。位于基岩地基上的高
12、层建筑物基础埋置深度，还要满足抗滑要求。对于高耸构筑物(烟囱，水塔，简体结构)，基础要有足够埋深以满足稳定性要求；对于承受上拔力的结构基础，如输电塔基础，悬索式桥梁的锚定基础，也要求有较大的埋深以满足抗拔要求。 另外，建筑物荷载的性质和大小影响基础埋置深度的选择，如荷载较大的高层建筑和对不均匀沉降要求严格的建筑物，往往为减小沉降，而把基础埋置在较深的良好土层上，这样，基础埋置深度相应较大。此外，承受水平荷载较大的基础，应有足够大的埋深，以保证地基的稳定性。 二、工程地质条件 直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层为下卧层。当上层土的承载力高于下层土的承载力时宜取上层土作为持力层，特别是对于
13、上层为“硬壳层”时，尽量做“宽基浅埋”。对于上层土较软的地基土，视土层厚度而考虑是否挖除，或采用人工地基，或选择其他基础形式。当土层分布明显不均匀，或建筑物各部分荷载差别较大时，同一建筑物可采用不同的埋深来调整不均匀沉降。对于持力层顶面倾斜的墙下条形基础可做成台阶状，如图2-10所示。图2-10 埋置深度不同的基础及墙下台阶条形基础位于稳定土坡坡顶上的建筑，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时，其基础底面外边缘线至坡顶的水平距离(图2-11)应符合下式要求但不得小于25m。条形基础 (2-1)矩形基础图2-11 基础底面外边缘距坡顶的水平距离示意 (2-2)式中 基础底面外边缘线至
14、坡顶的水平距离； 垂直于坡顶边缘线的基础底面边长； 基础埋置深度； 边坡坡角。 当基础底面外边缘线至坡顶的水平距离不满足式(2 1)、式(22)的要求时，根据稳定性验算方法圆弧滑动面法确定基础距坡顶边缘的距离和基础埋深。当边坡坡角大于45、坡高大于8m时，还应进行坡体稳定性验算。 三、水文地质条件有潜水存在时，基础底面应尽量埋置在潜水位以上。若基础底面必须埋置在水位以下时，除应考虑施工时的基坑排水，坑壁围护和地基土扰动等问题，还应考虑地下水对混凝土的腐蚀性，地下水的防渗以及地下水对基础底板的上浮作用。 对埋藏有承压含水层的地基，选择基础埋深时，需防止基底因挖土卸载而隆起开裂(图2-12)。必须控制基坑开挖深度，使承压含水层顶部的静水压力与总覆盖压力的比值/1，否则应降低地下承压水水头。静水压力=wh,h为承压含水层顶部压力水头高；总覆盖压力=11+22，式中1、2分别为各土层的重度，水位下取饱和重度。四、地基冻融条件季节性冻土是冬季冻结、天暖解冻的土层。土体中水冻结后发生体积膨胀，而产生冻胀。位于冻胀区的基础在受到大于基底压力的冻胀力作用下会被上抬；而冻土层解冻土体强度降低产生融陷，建筑物随之下沉。冻胀和融陷是不均匀的，往往造成建筑物的开裂损坏。因此为避开冻胀区土层的影响，将基础底面宜设置在冻结线以下。建筑地基基础设计规范(GB 50007一2002)规定，基础的最小埋深为
