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1、基基 础础 工工 程程第第 2 章章天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础 学习重点：学习重点： 天然地基上的浅基础设计内容、步骤；浅基础设计的基本要求； 浅基础的类型及基础方案的选用及地基设计计算； 无筋扩展基础台阶宽高比的概念及构造要求； 钢筋混凝土扩展基础的设计计算； 柱下钢筋混凝土条形基础和交叉条形基础的设计计算方法； 浅基础施工要点及减轻建筑物不均匀沉降危害的措施。2.1 概述 地基基础的方案总的来说有以下几种，即天然地基上的浅基础、人工地基上的浅基础、天然地基上的深基础及深浅结合的基础，如桩筏或桩箱基础。 深浅基础而言，并没有明确的界限。一般认为，基础埋置深度不超过5m的为浅基础。若
2、基础埋深较浅，采用简单的施工方法便可施工。而对于埋置深度较深的基础，若同样采用浅基础的施工方法进行时，便会产生一系列问题，如需进行基坑边坡支护及降低地下水位等。如此需采用特殊的施工方法进行施工，如采用桩基础、沉井基础、地下连续墙等基础型式，称为深基础。 天然地基上浅基础设计的内容和一般步骤 （1）掌握相关资料，选择合适的基础材料、类型和平面布置方案；（2）选择地基持力层和确定基础埋置深度；（3）确定持力层的地基承载力；（4）初步确定基础底面尺寸，若存在软弱下卧层，尚应验算软弱下卧层的承载力；（5）进行必要的地基变形和稳定性验算；（6）对需要抗震验算的建筑物，应进行地基基础的抗震验算；（7）进行
3、基础结构设计并满足相关构造要求，以保证基础具有足够的强度、刚度和耐久性。（8）绘制基础施工详图，并附必要的技术说明。2.2 浅基础设计的基本要求 2.2.1浅基础设计的要求设计等级建筑和地基类型甲级重要的工业与民用建筑30层以上的高层建筑体型复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体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开挖深度大于15m的基坑工程周边环境条件复杂、环境保护要求高的基坑工程（1
4、）地基基础设计等级设计等级建筑和地基类型 乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物除甲级、丙级以外的基坑工程 丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物非软土地区且场地地质条件简单、基坑周边环境条件简单、环境保护要求不高且开挖深度小于5.0m的基坑工程（2）地基基础设计的基本规定所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；设计等级为丙级的建筑物，如有下列情况之一时，应作变形验算： a、地基承载力特征值小于130kPa，且体形复杂的建筑；b、在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，
5、可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；c、软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；d、相邻建筑物距离近，可能发生倾斜时；e、地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。 对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性； 基坑工程应进行稳定性验算； 建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。（3）作用效应与相应抗力限值基本规定 （4）地基基础设计作用组合的设计值基本规定（5）地基基础的设计使用年限 根据建筑地基基础设计规范GB50007-2011的规定，地基基础的设计使用年限不应小于建筑结构的设计使用年限，此为新规范
6、修订的技术内容。2.2.2 浅基础的材料（1）砖石砌体基础 (2)混凝土和毛石混凝土基础 （3）灰土基础（4）三合土基础 （5）钢筋混凝土基础2.3 浅基础的分类及适用范围2.3.1 浅基础的分类 钢筋混凝土扩展基础无筋扩展基础扩展基础刚性墙下条形基础刚性柱下独立基础柱下钢筋混凝土独立基础墙下钢筋混凝土条形基础联合基础连续基础柱下条形基础柱下交叉条形基础 （柱下十字交叉基础）筏形基础（筏基）箱型基础（箱基）壳体基础刚性基础= 单独基础 柔性基础+墙下（或其他）独立基础浅基础分类一、扩展基础 1无筋扩展基础 无筋扩展基础是指由砖、毛石、混凝土、灰土和三合土等材料组成的，且不需配置钢筋的墙下条形基
7、础或柱下独立基础 。 （a）砖基础 （b）毛石基础 （c）混凝土基础 （d）灰土基础 无筋扩展基础 为扩散上部结构传来的荷载，使作用在基底的压应力满足地基承载力的设计要求，且基础内部的应力满足材料强度的设计要求，通过向侧边扩展一定底面积的基础称为扩展基础。2钢筋混凝土扩展基础 钢筋混凝土扩展基础是指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。 柱下钢筋混凝土独立基础（a）阶梯形基础 （b）锥形机场 （c）杯口基础（a）无肋式 （b）有肋式墙下钢筋混凝土条形基础 二、联合基础 同列相邻两柱公共的钢筋混凝土基础。通常为满足地基承载力要求，需将基础底面尺寸扩大，使得相邻两柱的独立基础底面相接甚至
8、重叠时，可将其连在一起形成联合基础。 联合基础 三、连续基础 将基础底面积扩大以满足地基承载力的要求，可将建筑物的基础沿单向或双向甚至整片连接起来形成连续基础。 1柱下条形基础 当地基软弱或地基土压缩性分布不均匀而荷载较大时，可将同一方向上若干柱子的基础连通而成为柱下条形基础。 柱下条形基础 柱下交叉条形基础 荷载较大的高层建筑，若土质较弱或地基两个方向都存在不均匀沉降时，可在柱网下纵横两方向设置钢筋混凝土条形基础，形成柱下交叉条形基础 。2柱下交叉条形基础3筏形基础 若地基软弱而荷载又很大，柱下交叉条形基础仍不能满足地基承载力要求或相邻基槽距离很小时，可将基础底板连成一片，即为筏形基础，或称
9、片筏基础（俗称满堂基础）。 筏形基础 箱型基础是由钢筋混凝土底板、顶板、侧墙和一定数量的内隔墙组成的单层或多层钢筋混凝土基础，是筏形基础的进一步发展 。箱型基础 4箱型基础（a）平板式 （b）梁板式四、壳体基础 为发挥混凝土抗压性能好的特性，可将基础做成如图所示的各种形式的壳体而形成壳体基础。 壳体基础 （a）正圆锥壳 （b）M形组合壳 （c）内球外锥组合壳 壳体基础具有材料省、造价低等优点。但施工技术要求高，施工期长，不便于机械化作业。常用作柱基础或烟囱、水塔、料仓等特种结构的基础。 各种基础类型的选择结构类型岩土性质与荷载条件适宜的基础类型多层砖混结构土质均匀，承载力高，无软弱下卧层，地下
10、水位以下，荷载不大（5层以下建筑物）时无筋扩展基础 土质均匀性较差，承载力低，有软弱下卧层，基础需浅埋时墙下钢筋混凝土条形基础或交叉条形基础土质均匀性差，承载力低，荷载较大，采用条形基础面积超过建筑物投影面积50%时墙下筏形基础框架结构（无地下室） 土质均匀，承载力较高，荷载相对较小，柱网分布均匀时柱下钢筋混凝土独立基础土质均匀性较差，承载力较低，荷载较大，采用独立基础不能满足要求时柱下条形基础或交梁基础土质不均匀，承载力低，荷载大，柱网分布不均匀，采用条形基础面积超过建筑物投影面积50%柱下筏形基础全剪力墙，10层以上住宅结构地基土层较好，荷载分布均匀墙下钢筋混凝土条形基础当上述条件不能满足
11、时墙下筏形基础或箱型基础高层框架、剪力墙结构（有地下室）可采用天然地基时筏形基础或箱型基础在浅基础设计中，一般按照如下顺序选择基础形式。即为：无筋扩展基础 钢筋混凝土扩展基础 柱下条形基础 柱下交叉条形基础 筏形基础 箱型基础的顺序来选择基础形式。 2.3.2 基础方案选用2.4 基础埋置深度的选择基础埋置深度是指基础底面至设计地面的垂直距离。 影响基础埋深因素很多，应综合考虑以下几方面加以确定。 （1）建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的形式和构造 （2）作用在地基上的荷载大小和性质(3)工程地质和水文地质条件（4）相邻建筑物的基础埋深相邻基础的埋深 （5）地基土冻胀和融陷的
12、影响 坑底不会被承压水冲破的条件 2.5 地基承载力特征值的确定2.5.1 按载荷试验确定 载荷试验是确定地基承载力最直接、最可靠的方法，它是在设计位置的地基上进行载荷试验，因此是一种原位测试方法。缺点是现场试验的费用较高，时间较长。地基基础设计等级为甲级和乙级的建筑物应提供载荷试验指标。以浅层平板载荷试验为例,由载荷试验结果可得各级荷载与相应沉降量之间的关系曲线关系如图 比例界限荷比例界限荷载；极限荷极限荷载2.5.1 按载荷试验确定2.5.2 按规范法确定 表 承载力修正系数 2.5.3 按土的抗剪强度指标，用理论公式确定 对于完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，可按建筑地基基础设
13、计规范（GB50007-2011）岩基载荷试验方法确定；对破碎、极破碎的岩石地基承载力特征值，可根据平板载荷试验确定。 对完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，也可根据室内饱和单轴抗压强度按下式进行计算：2.6基础底面尺寸的确定2.6.1 按地基持力层承载力计算基础底面尺寸 (1)中心荷载作用下基础底面尺寸确定图 基础所受荷载 基础受轴心荷载作用时，基础底面的压力应符合下列规定 ： 基础底面处的平均压力值可按下式计算： 由此可得中心荷载作用下的基础底面积的计算公式： (2)偏心荷载作用下基础底面尺寸确定当 时，如图 再按照建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）检查基底应力是否满
14、足要求： 2.6.2 地基软弱下卧层承载力验算 当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应按下式验算软弱下卧层的承载力 软弱下卧层承载力验算简图 条形基础： 矩形基础： 2.6.3 按允许沉降差调整基础底面尺寸太沙基和彼克提出了以下修正公式 2.6.4 地基变形计算建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值，即地基特征变形可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。图 地基特征变形 建筑物的地基变形允许值 （1）地基变形有关规定（2）地基变形计算基础沉降计算的分层示意 11天然地面天然地面标高高 22基底基底标高高 33平均附加平均附加应力系数力系数曲曲线 44层 55层2.6.5 地基稳定性验算 对
15、经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构、挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物或构筑物，都需考虑其稳定性。地基稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算、最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩应符合下式要求：式中：抗滑力矩（kNm）； 滑动力矩（kNm）。2.7 无筋扩展基础设计2.7.1 概述无筋扩展基础受弯破坏 在设计时，一般通过对材料质量进行控制和基础构造进行限制来确保基础不发生拉力或剪切破坏。 表 无筋扩展基础台阶宽高比允许值 2.7.2 无筋扩展基础构造图 无筋无筋扩展基展基础构造示意构造示意 柱中柱中纵向向钢筋直径筋直径11承重承重墙 22钢筋混凝土柱筋混凝土柱无筋扩
16、展基础高度应满足下式的要求（1）根据就地取材原则，考虑上部结构荷载和地基条件，确定基础形式与埋深；（2）根据持力层承载力计算基础底面积并确定形状； (3)根据允许高宽比设计剖面形状及尺寸；（4）验算基础顶面及两种材料接触面的抗压强度；。（5）验算软弱下卧层；（6）进行地基变形验算；（7）绘制基础施工图。 无筋扩展基础的设计步骤：2.8 钢筋混凝土扩展基础设计2.8.1 基础的破坏形式（a）纯剪破坏（b）斜压破坏（d）弯曲破坏扩展基础破坏形式 （c）冲切破坏2.8.2 扩展基础的验算柱下独立基础的受冲切承载力应按下列公式验算 图 计算阶形基础的受冲切承载力截面位置 1-冲切破坏锥体最不利一侧的斜
17、截面；2-冲切破坏锥体的底面线 当基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加两倍基础有效高度时，应按下列公式验算柱与基础交接处截面受剪承载力（此为建筑地基基础设计规范GB500072011新增内容） 图 验算阶形基础受剪承载力示意 在轴心荷载或单向偏心荷载作用下，当台阶的宽高比小于或等于2.5和偏心距小于或等于1/6基础宽度时，柱下矩形独立基础任意截面的底板弯矩可按下列方法进行计算 图 矩形基础底板的计算示意2.8.3 扩展基础的构造图 柱下独立基础底板受力钢筋布置 图 墙下条形基础纵横交叉处底板受力钢筋布置2.9 柱下条基、筏板基础和箱型基础2.9.1 柱下条形基础的设计（1）基础底面尺寸确定 图 简
18、化计算法的基底反力分布 柱下条形基础简化计算法 （2）翼板的计算图 翼板的计算简图（3）内力分析方法静力平衡法用基础各截面的静力平衡条件求解内力的方法称为静力平衡法。 图 静力平衡法计算简图 倒梁法 这种方法将地基反力视为作用在基础梁上的荷载，将柱子视为基础梁的支座，这样可将基础梁作为一倒置的连续梁进行计算，故称为倒梁法 。图 倒梁法计算简图弹性地基梁法1、文克勒（Winkler）地基模型 图 文克勒地基模型表 基床系数 值 2、文克勒地基上的梁挠曲基本微分方程及部分解答图 弹性地基上基础梁 无限长梁解a、无限长梁受集中荷载 图 文克勒地基上的无限长梁b、无限长梁受力偶作用 表 文克勒地基上梁
19、计算系数半无限长梁解 a、半无限长梁受集中力作用 图 半无限长梁 b、半无限长梁受力偶作用有限长梁 图 有限长梁的计算短梁（即刚性梁） 可按一般的独立基础来考虑，也就是假定基底的反力为直线分布，基础的内力计算可按倒梁法或静力平衡法进行。 2.9.2 十字交叉条形基础的设计 边柱节点 中柱节点和角柱节点2.9.3 筏板基础的设计（1）基础底面积的确定（2）基础偏心距的计算(3)筏板基础的抗冲切验算1）平板式筏基 图 内柱冲切临界截面示意图 1柱 2筏板 2)梁板式筏基 1、梁板式筏基底板受冲切承载力应按下式进行计算 图 底板的冲切计算示意 1-冲切破坏锥体的斜截面 2-梁 3-底板 2、当底板区
20、格为矩形双向板时，底板受冲切所需的厚度 图 底板剪切计算示意 3 、梁板式筏基双向底板斜截面受剪承载力(4)筏板基础连接构造 图 地下室底层柱或剪力墙与梁板式筏基的基础梁连接的构造要求 1-基础梁 2-柱 3-墙 2.9.4 箱型基础的设计及补偿式基础的概念（1）箱型基础的设计 1)箱基的平面尺寸 2）箱基的高度 3）箱基的顶、底板 4）箱基的内、外墙 5）箱基墙体开洞要求 6）箱型基础顶、底板及内外墙的钢筋7）箱型基础墙体局部承压强度 8）底层现浇柱主筋伸入箱型基础的深度 9）箱型基础施工缝设置 10）箱型基础的混凝土强度等级（2）补偿式基础（浮式基础） 因为自重应力对土不产生变形，而引起地
21、基土的变形的则是附加应力。因而从控制土的变形的角度讲，附加应力越小越好。因此设计时可将基础埋置深一些，使得 即意味着基底不存在附加应力，也就不存在沉降（如果不考虑开挖基坑卸载和建房再加载变形），此种基础称为补偿式基础或浮式基础。 2.10 浅基础施工要点 2.10.1 基坑开挖1）准备工作 包括现场勘查、平整场地、场地排水、测量放样和施工临时设施等。 2）土方开挖 对于大型的基坑，宜采用机械开挖。土方施工机械应根据工程规模、地质条件、施工现场条件选用。 3）验槽 验槽即指基坑开挖以后的检验工作，分为表面检验和钎探检验。 2.10.2 基坑边坡表 土的垂直开挖允许深度表 深度在5米以内的基坑（槽）边坡的最陡坡度2.10.3 坑内排水表 常用地下水控制方法及适用条件 表 降水井布置要求 2.10.4 钢筋混凝土基础的制作 基坑开挖完成以后，应立即进行基础的制作工作，包括浇筑垫层、绑扎钢筋、架设模板、浇捣混凝土与养护等。 2.11 减轻建筑物不均匀沉降危害的措施 2.11.1 建筑措施 1、建筑体型应力求简单 2、合理控制建筑物长高比图 建筑物过长开裂3、设置沉降缝4、相邻建筑物基础间保留一定的净距 5、调整建筑物各组成部分标高2.11.2 结构措施 1、减轻建筑物的自重2、减少或调整基底附加压力 3、增强基础整体刚度 4、设置圈梁 图 圈梁中断时的处理 2.11.3 施工措施
