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1、基础工程基础工程Foundation Engineering岩土工程研究所岩土工程研究所 闫小波闫小波Email:第第2 2章章 浅基础浅基础 浅基础便于施工，工期短，造价低，如能满足强度和变形要求，宜优先采用。n浅基础的类型n基础埋置深度的选择 2.1 浅基础的类型可按多方面分类按材料、构造、基础刚度2.1.1 无筋扩展基础n 无筋扩展基础 系指用砖、毛石、混凝土、毛石混凝土、灰土和三合土等刚性材料组成的基础；习惯上称为刚性基础刚性基础n 适用于适用于多层民用建筑和轻型厂房。 抗压强度较大抗拉、抗剪性能较差拉应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值构造的限制构造的限制特 点 b基础底面宽度；
2、b0基础顶面的墙体宽度或柱脚宽度； H0 基础高度； b2 基础台阶宽度； tana 基础台阶宽高比的允许值宽高比（或称刚性角）要求n 优点优点： 就地取材、价格便宜、施工简单。n “大放脚”砌筑砌筑： n 两皮一收n 二一间隔收n 常做100mm厚的垫层。n 1）砖 基 础n每砌筑一层砖称为一皮n二皮一收二皮一收式为每两皮砖的高度，收进14砖的宽度；n二一间隔收式为两皮砖的高度与一皮砖的高度相间隔，交替收进，每次均收进14砖的宽度。n这两种砌筑方法都可以满足砖基础的刚性角要求。n标准砖规格为240mm 115mm53mm 2）三合土基础n由石灰：砂：碎砖（或碎石）按1:2:4-1:3:6配成
3、；n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n 石灰和土（粘性土）按其体积比3：7或2：8构成；n施工分2-3“步”完成。“一步”，即虚铺220250mm，夯击150mm。n灰土基础适宜地下水位较低，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。 灰土与砖砌体组合4）毛石基础 n 采用未风化的毛石作材料，毛石基础的n宽度及台阶高度不得小于400mm，且要大于三排。n每阶伸出长度不大于200mm。 5）混凝土及毛石混凝土基础n 混凝土基础的强度、耐久性、抗冻性都较好。n 毛石混凝土基础适宜基础体积大的情况。例桥梁的墩台基础，但毛石的体积不得超过总体积的30%。 钢筋
4、混凝土基础强度大，抗弯性能良好钢筋混凝土基础强度大，抗弯性能良好 在相同条件下，基础厚度较薄，在相同条件下，基础厚度较薄，不受基础台阶宽高比的限制。 适宜“宽基浅埋宽基浅埋”、建筑物荷载较大或地基建筑物荷载较大或地基土较软弱的情况。土较软弱的情况。 刚性基础刚性基础 “ “柔性基础柔性基础” ”。柔 性 基 础2.1.2 扩展基础 柱下钢筋混凝土独立基础 墙下钢筋混凝土条形基础 混凝土单独基础 钢筋混凝土单独基础条形基础条形基础n指基础长度远大于其宽度的一种基础形式。n 按上部结构形式分有： 墙下条形基础 柱下条形基础 墙下钢筋混凝土条形基础 适用：适用：上部结构荷载大、地质条件差（若仍采用无
5、筋扩展基础，则抗剪、抗弯能力不够，且将导致基础尺寸和埋深的增大） 特点：特点：抗弯、抗剪性能好，基底容许出现一定挠曲变形而不开裂，可承受弯拉应力，由基础变截面处剪力、基底弯矩以及抗冲切等控制设计控制设计，具有基底面积宽、埋深浅等特点特点，但钢筋用量大。构 造 形 式2.1.3柱下条形基础柱下条形基础n适用：适用：相邻柱荷相差较大、采用扩展基础（柱下钢筋砼独立基础）可能产生基础重叠时可采用。 n形式：形式：联合基础，即相邻相邻柱基相连；n 条形基础，即同一排同一排柱基相连；n 交叉条形基础，即条形基础相交叉条形基础相交叉连接。n特点：特点：因柱下条基为集中荷载，地基反力为非线性分布，需满足一定的
6、构造要求；与扩展基础相比，具有结构特征优良、承载能力大等特点。柱下条形基础例图柱下条形基础例图十字交叉条形基础（交梁基础）n将条形基础纵、横两个方向联合起来，成为十字交叉条形基础。n特点：具有较大的空间刚度和良好的调整地特点：具有较大的空间刚度和良好的调整地基不均匀沉降的能力基不均匀沉降的能力n适宜：柱网下的地基软弱，土的压缩性或柱适宜：柱网下的地基软弱，土的压缩性或柱荷载的分布沿两个方向都很不均匀的情况。荷载的分布沿两个方向都很不均匀的情况。单向条形基础的底面积已能满足地基承载力的要求，单向条形基础的底面积已能满足地基承载力的要求，只需减少基础之间的沉降差，另一方向加设联梁。只需减少基础之间
7、的沉降差，另一方向加设联梁。联梁不着地，但需要有一定的刚度和强度。可按单向联梁不着地，但需要有一定的刚度和强度。可按单向条形基础的设计，联梁的配置通常是带经验性的。条形基础的设计，联梁的配置通常是带经验性的。联梁式交叉条形基础联梁式交叉条形基础交叉基础间加设联梁组成的交梁基础交叉基础间加设联梁组成的交梁基础2.1.4 2.1.4 筏形基础筏形基础n是指柱下或墙下连续的平板式基础或梁板式钢筋混凝土基础。n（1）特点）特点：面积较大，具有完整性和平面连续性，面积较大，具有完整性和平面连续性，因此易于满足软弱地基承载力的要求；因此易于满足软弱地基承载力的要求；n 一般埋置深度较大，在相同的上部荷载作
8、用下，一般埋置深度较大，在相同的上部荷载作用下，它的沉降量比其它基础形式的小；它的沉降量比其它基础形式的小；n 具有较大的整体刚度，因此对不均匀沉降有一定具有较大的整体刚度，因此对不均匀沉降有一定的调节作用；的调节作用；n 能够跨越地下局部软弱层，并提供较大的地下使能够跨越地下局部软弱层，并提供较大的地下使用空间。用空间。 适用适用：当上部结构荷载过大（常用于框架、框剪、剪力墙结构等高层建筑），地基土抗剪强度很低（如淤泥、软粘土或塑性区相对较大土层）、基底间净距很小的情况。 亦称片筏基础或满堂红基础。 也可用于砌体结构（我国某些南方城市，直接建在地表土层上）。筏 形 基 础n（3）构造形式：按
9、是否设置肋梁又可分为平板式和梁）构造形式：按是否设置肋梁又可分为平板式和梁板式（下凹或上凸）两类。板式（下凹或上凸）两类。 箱形基础：箱形基础：由顶、底板与内、外墙等组成、并由钢筋砼整浇而成空间整体结构。n 适用：适用：当筏板基础太厚时，采用空心的空间当筏板基础太厚时，采用空心的空间受力体系，即箱形基础，与实体基础相比，可受力体系，即箱形基础，与实体基础相比，可减少基底压力，增大了空间刚度。减少基底压力，增大了空间刚度。n多用于多用于无水（或少水）时的高层建筑无水（或少水）时的高层建筑（例北京（例北京等地）。等地）。箱 形 基 础 特点：特点：具有很大的刚度和整体性，能有效地调整具有很大的刚度
10、和整体性，能有效地调整基础的不均匀沉降，防止建筑物开裂，且埋深大，具基础的不均匀沉降，防止建筑物开裂，且埋深大，具有良好的补偿性和抗震性，空间部分还可设计成地下有良好的补偿性和抗震性，空间部分还可设计成地下室、地下车库或地下设备层等室、地下车库或地下设备层等 内力计算内力计算：局部弯曲计算、整体弯曲计算（有时：局部弯曲计算、整体弯曲计算（有时可简化为空盒式梁计算），具体计算方法见后修课程可简化为空盒式梁计算），具体计算方法见后修课程基础工程基础工程或或基础工程结构设计基础工程结构设计。壳体壳体箱 形 基 础2.1.5 2.1.5 壳体基础壳体基础n 由正圆锥形及其组合形式构成的壳体基础，可由正
11、圆锥形及其组合形式构成的壳体基础，可用于一般工业与民用建筑柱基础和筒体的构筑用于一般工业与民用建筑柱基础和筒体的构筑物（如烟囱、水塔等）基础。物（如烟囱、水塔等）基础。n 这种基础使径向内力转化为压应力为主，据报这种基础使径向内力转化为压应力为主，据报道，可比一般梁、板式的钢筋混凝土基础减少道，可比一般梁、板式的钢筋混凝土基础减少混凝土用量混凝土用量50%左右，节约钢筋左右，节约钢筋30%以上。以上。壳 体 基 础2.1.6 2.1.6 岩层锚杆基础岩层锚杆基础n岩石锚杆基础适用于直接建在基岩上的柱基，岩石锚杆基础适用于直接建在基岩上的柱基，以及受拉或受水平力较大的建筑、构筑物基础。以及受拉或
12、受水平力较大的建筑、构筑物基础。n岩石锚杆基础通过锚杆插入上部结构的长度、岩石锚杆基础通过锚杆插入上部结构的长度、灌浆等，以确保锚杆基础与岩石有效地连成整灌浆等，以确保锚杆基础与岩石有效地连成整体。体。柱下单独基础墙下单独基础十字交叉梁梁板式筏形基础箱形基础柱下条形基础墙下条形基础浅浅 基基 础础 型型 式式 总总 结结 计计 算算 方方 法法n柱下条基计算柱下条基计算 静力法、倒梁法、链杆法、有限元法等n十字交叉梁十字交叉梁 按刚度分配，满足静力和变形协调条件。n筏形基础筏形基础 按条带分配，再按十字交叉梁计算。n箱形基础箱形基础 基底压力采用划分区格的简化方法计算，地基承载力验算按常规方法
13、计算。 2.2 基础埋置深度的选择n 持力层持力层直接支撑基直接支撑基础的土层；础的土层；n 下卧层下卧层持力层以下持力层以下的各土层。的各土层。n 选择基础埋置深度，也选择基础埋置深度，也就是选择合适的地基持就是选择合适的地基持力层。力层。n 与建筑物有关的条件与建筑物有关的条件n 作用在地基上的荷载大小和性质作用在地基上的荷载大小和性质影响基础埋深的因素影响基础埋深的因素 工程地质条件和水文地质条件工程地质条件和水文地质条件 相邻建筑物的基础埋相邻建筑物的基础埋深深 地基土冻胀和融陷的影响地基土冻胀和融陷的影响基础埋深应考虑的因素n2.2.12.2.1建筑结构条件与场地环境条件建筑结构条件
14、与场地环境条件n 结构条件结构条件n 结构物荷载的大小结构物荷载的大小n 结构物荷载的性质结构物荷载的性质当存在相邻建筑物时：n新建筑物基础埋深不宜大于原有建筑物基础。n 当埋深大于原有建筑物基础时，两基础间应保持一定净距L。2.2.2工程地质条件n选择持力层时：n地基上好下软，基础地基上好下软，基础应尽量浅埋；应尽量浅埋；n地基上软下好（如图）地基上软下好（如图），应具体分析。，应具体分析。软好h1h2 墙基础，若地基持力层顶面倾斜，可作成台阶形过渡基础。n 若满足图示要求，且b3m，a2.5m，则要求埋深 ：n n式中：为系数。n n 不满足上式时，应进行稳定性验算。位于边坡上的建筑物埋深
15、2.2.3水文地质条件n 遇水时，基底应尽量放在地下水位以上；n 基底低于潜水面时，要考虑基坑排水、支护 和地下水水质问题；n 若遇承压水时，应验算基坑的稳定性，（见下图）；n 桥墩基础应埋置在最大冲刷线下一定深度。 2.3.4 地基冻融条件n高寒地区，存在冻胀冻胀现象现象。n考虑埋深的基本原则：将基底置于当地标准标准冻深线以下冻深线以下。n具体：先按规范进行冻土的分类（五类），然后再进具体：先按规范进行冻土的分类（五类），然后再进行最小埋深行最小埋深dmin的计算。的计算。计算：对于季节性冻土季节性冻土n式中式中 设计冻深；设计冻深；n 标准冻深，查规范图；标准冻深，查规范图；n 土类对冻深
16、的影响系数；土类对冻深的影响系数；n 土的冻胀性对冻深的影响系数；土的冻胀性对冻深的影响系数；n 环境对冻深的影响系数。环境对冻深的影响系数。 当建筑基础底面以下允许有一定厚度的冻土层时，当建筑基础底面以下允许有一定厚度的冻土层时，用下式计算基础的最小埋深：用下式计算基础的最小埋深： 式中式中 h hmaxmax 基底下允许残留冻土层的最基底下允许残留冻土层的最大厚度，可查规范表或按当地经验确定。大厚度，可查规范表或按当地经验确定。冻 融 条 件2.5 基础底面尺寸的确定基础底面尺寸的确定n 两部分内容：n 计算基底尺寸An 软弱下卧层验算2.5.1 求基底面积求基底面积An思路：思路：按地基
17、持力层的承载力来计算，分为两种情况：n中心荷载作用下求An偏心荷载作用下求A2.5.1.1中心荷载中心荷载作用下n 要满足：n n而n所以 n 方形基础 n 矩形基础 n（需先选定b或l，一般取l/ b 1.02.0 ） n 条形基础 n 沿长度方向取lm计算，则： 偏心荷载偏心荷载作用下：n要求：要求： 设计中，对于偏心荷载，一般先试算，后验算。设计中，对于偏心荷载，一般先试算，后验算。或称或称 “逐次渐近试算法逐次渐近试算法”。步骤：步骤： 先按式（先按式（7.19）求）求A中中 ； A偏偏 =（1.11.4） A中中 ； 验算；验算； 调整。调整。【例例2 24 4】柱截面柱截面300m
18、m300mm400mm400mm，作用在，作用在柱底的荷载标准值：中心垂直荷载柱底的荷载标准值：中心垂直荷载700kN700kN，力矩力矩80kN80kNm m，水平荷载，水平荷载13kN13kN。其他参数见。其他参数见图图7.20 7.20 。试根据持力层地基承载力确定基。试根据持力层地基承载力确定基础底面尺寸。础底面尺寸。【 解解】 1）求地基承载力特征值 根据粘性土e0.7， IL0.78,查表7.10得：b0.3，d1.6 。 持力层承载力特征值fa(先不考虑对基础宽度进行修正)： 2)初步选择基底尺寸计算基础和回填土重Gk时的基础埋深 d=1/2(1.0+1.3)=1.15m由公式（
19、7.19）： 由于偏心不大，基础底面积按20%增大，即 初步选择基底尺寸 A=lb=2.41.6=3.84m2(3.88m2)，且b=1.6m3m，不需再对fa进行修正。3） 验算持力层地基承载力基础和回填土重 偏心距 满足。基底最大压应力 ：最后，确定该柱基础底面长l=2.4m ，宽b=1.6m.。352软弱下卧层的验算软弱下卧层的验算 思路思路思路思路：要求传递到软弱下卧层顶面处的附加应：要求传递到软弱下卧层顶面处的附加应力与自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力，力与自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力，即：即： 式中：式中： P Pz z软弱下卧层软弱下卧层顶面处顶面处的附加应的附加应
20、力值；力值； p pczcz软弱下卧层软弱下卧层顶面处顶面处土的自重应力值土的自重应力值 ； f fa a软弱下卧层顶面处软弱下卧层顶面处经深度修正后经深度修正后的地基的地基承载力特征值。承载力特征值。 n附加应力附加应力Pz的简化计算：的简化计算：（压力扩散角法）n矩形基础n条形基础n式中 地基压力扩散角，可按表 714采用。【例例3.73.7】图中柱基础荷载标准值，若基础底面尺寸， 。试根据图中资料验算基础底面是否满足地基承载力要求。【例例3.63.6】某住宅承重墙厚某住宅承重墙厚240mm240mm，地基土表层为，地基土表层为杂填土，重度杂填土，重度17.3kN/m17.3kN/m3 3
21、，其下为粉土层，重度，其下为粉土层，重度18.3kN/m18.3kN/m3 3，承载力特征值，承载力特征值170kPa170kPa，孔隙比，孔隙比0.860.86，饱和度大于饱和度大于0.910.91，地下水位在地面下，地下水位在地面下0.8m0.8m处。若处。若已知上部墙体传来的竖向荷载标准值为已知上部墙体传来的竖向荷载标准值为190kN/m190kN/m。求：求：基础底面尺寸；基础底面尺寸； 设计该承重墙下的刚性条形基础。设计该承重墙下的刚性条形基础。26 地基变形验算地基变形验算n要求： ss 变形要求n式中 s地基变形特征值，包括：沉降沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜量、沉降差、倾斜、局
22、部倾斜。 ns容许的地基变形特征值，查规范表7.15。S S沉降量沉降量指基础某点的沉降值，对独立基础来说，一般以基础中心沉降值表示。单层排架结构柱基在中、高压缩性地基上由此控制。沉降差沉降差一般指相邻柱基中点的沉降量之差. 框架结构由此控制。i S S倾斜倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值 。 对于高耸结构以及长高比很小的高层建筑由此控制。局部倾斜局部倾斜指砌体承重结构砌体承重结构沿纵向610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。 一般砌体承重结构房屋由此控制。n地基变形验算地基变形验算范围：n“甲类地基甲类地基”满足表7.2的丙级建筑物，不必验算；n“乙类地基乙类地基”甲、乙级建筑物，表7.2所列范围以内有下列情况之一（见书p177）的丙级建筑物，必须按下式验算：n ss n S用分层总和法或建筑规范法计算所得的沉降值；n s规范容许的变形值，查规范表格。
