天然地基上的浅基础设计.doc

第7章 天然地基上的浅基础设计7.1 概 述工程设计都是从选择方案开始的。地基基础设计方案有：天然地基或人工地基上的浅基础；深基础；深浅结合的基础（如桩-筏、桩-箱基础等）。上述每种方案中各有多种基础类型和做法，可根据实际情况加以选择。地基基础设计是建筑物结构设计的重要组成部分。基础的型式和布置，要合理的配合上部结构的设计，满足建筑物整体的要求，同时要做到便于施工、降低造价。天然地基上结构比较简单的浅基础最为经济，如能满足要求，宜优先选用。本章将讨论天然地基上浅基础设计的各方面的问题。这些问题与土力学、工程地质学、砌体结构和钢筋混凝土结构以及建筑施工课程关系密切。天然地基上浅基础设计的原则和方法，也适用于人工地基上的浅基础，只是采用后一种方案时，尚需对所选的地基处理方法（见第9章）进行设计，并处理好人工地基与浅基础的相互影响。7.1.1 浅基础设计的内容天然地基上浅基础的设计，包括下述各项内容：1. 选择基础的材料、类型，进行基础平面布置。2. 选择基础的埋置深度。3. 确定地基承载力设计值。4. 确定基础的底面尺寸。5. 必要时进行地基变形与稳定性验算。6. 进行基础结构设计（按基础布置进行内力分析、截面计算和满足构造要求）。7. 绘制基础施工图，提出施工说明。基础施工图应清楚表明基础的布置、各部分的平面尺寸和剖面。注明设计地面或基础底面的标高。如果基础的中线与建筑物的轴线不一致，应加以标明。如建筑物在地下有暖气沟等设施，也应标示清楚。至于所用材料及其强度等级等方面的要求和规定，应在施工说明中提出。上述浅基础设计的各项内容是互相关联的。设计时可按上列顺序，首先选择基础材料、类型和埋深，然后逐步进行计算。如发现前面的选择不妥，则须修改设计，直至各项计算均符合要求且各数据前后一致为止。如果地基软弱。为了减轻不均匀沉降的危害，在进行基础设计的同时，尚需从整体上对建筑设计和结构设计采取相应的措施，并对施工提出具体要求。7.1.2 基础设计方法基础的上方为上部结构的墙、柱，而基础底面以下则为地基土体。基础承受上部结构的作用并对地基表面施加压力（基底压力），同时，地基表面对基础产生反力（地基反力）。两者大小相等，方向相反。基础所承受的上部荷载和地基反力应满足平衡条件。地基土体在基底压力作用下产生附加应力和变形，而基础在上部结构和地基反力的作用下则产生内力和位移，地基与基础互相影响、互相制约。进一步说，地基与基础之间，除了荷载的作用外，还与它们抵抗变形或位移的能力有着密切关系。而且，基础及地基也与上部结构的荷载和刚度有关。即：地基、基础和上部结构都是互相影响、互相制约的。它们原来互相连接或接触的部位，在各部分荷载、位移和刚度的综合影响下，一般仍然保持连接或接触，墙柱底端位移、该处基础的变位和地基表面的沉降相一致，满足变形协调条件。上述概念。可称为地基-基础-上部结构的相互作用。为了简化计算，在工程设计中，通常把上部结构、基础和地基三者分离开来，分别对三者进行计算：视上部结构底端为固定支座或固定铰支座，不考虑荷载作用下各墙柱端部的相对位移，并按此进行内力分析（图7-1b）；而对基础与地基，则假定地基反力与基底压力呈直线分布，分别计算基础的内力与地基的沉降（图7-1c、d）。这种传统的分析与设计方法，可称为常规设计法。这种设计方法，对于良好均质地基上刚度大的基 图7-1 常规设计法计算简图础和墙柱布置均匀、作用荷载对称且大小相近的上部结构来说是可行的。在这些情况下，按常规设计法计算的结果，与进行地基-基础-上部结构相互作用分析的差别不大，可满足结构设计可靠度的要求，并已经过大量工程实践的检验。基底压力一般并非呈直线（或平面）分布，它与土的类别性质、基础尺寸和刚度以及荷载大小等因素有关。在地基软弱、基础平面尺寸大、上部结构的荷载分布不均等情况下，地基的沉降喝分力将受到基础和上部结构的影响，而基础和上部结构的内力和变位也将调整。如按常规方法计算，墙柱底端的位移、基础的挠曲和地基的沉降将各不相同，三者变形不协调，且不符合实际。而且，地基不均匀沉降所引起的上部结构附加内力和基础内力变化，未能在结构设计中加以考虑，因而也不安全。只有进行地基-基础-上部结构的相互作用分析，才能合理进行设计，做到既降低造价又能防止建筑物遭受损坏。目前，这方面的研究工作已取得进展，人们可以根据某些实测资料和借助电子计算机，进行某些结构类型、基础型式和地基条件的相互作用分析，并在工程实践中运用相互作用分析的成果或概念。7.1.3 对地基计算的要求在建筑地基基础设计规范中，根据地基损坏造成建筑物破坏后果（为及人的性命、造成经济损失、社会影响及修复的可能性）的严重性，将建筑物分为三个安全等级（表7-1）。根据建筑物的安全等级和其它情况，地基基础计算应按下列要求进行：1.各级建筑物的基础底面积均应按地基承载力设计值进行计算。建筑物安全等级 表7-1安全等级破坏后果建 筑 类 型一级很严重重要的工业与民用建筑物；20层以上的高层建筑；体型复杂的14层以上的高层建筑；对地基变形有特殊要求的建筑物；单桩荷载在4MN以上的建筑物二级严 重一般的工业与民用建筑物三级不严重次要的建筑物2.一级建筑物及表7-16所列范围以外的二级建筑物，应进行变形计算。3.对经常承受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构，以及建造在斜坡上的建筑物，尚应验算其稳定性。7.1.4 关于荷载取值的规定按现行国家标准，荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载，荷载采用标准值或设计值表达。荷载设计值等于其标准值乘以荷载分项系数。在地基基础设计中，作用在基础上的各类荷载及其取值方法，可按下列各项规定或做法选取。1.上部结构作用在基础上的永久荷载，其分项系数为1.2，而可变荷载的分项系数为1.4。当采用某些结构分析程序进行电算时，可取永久荷载和可变荷载的综合分项系数为1.25。2.按地基承载力确定基础面积及埋深时，传至基础顶面上的荷载应按基本组合的设计值计算。3.计算地基稳定性（以及滑坡推力）和重力式挡土墙上土压力时，荷载应按基本组合，但荷载分项系数均为1.0。4.计算基础的最终沉降量时，传至基础底面上的荷载应按长期效应组合，且不计入风荷载和地震作用，荷载采用标准值。5.进行基础截面及配筋计算时，荷载均采用设计值。6.设计钢筋混凝土挡土墙结构时，土压力应按设计值计算，且所取分项系数不小于1.2。7.2 浅基础分类 7.2.1 按基础材料分类基础应具有承受荷载、抵抗变形和适应环境影响的能力，即要求基础具有足够的强度、刚度和耐久性。选择基础材料，首先要满足这些技术要求，并与上部结构相适应。常用的基础材料有砖、毛石、灰土、三合土、混凝土和钢筋混凝土等。下面简单介绍这些基础的性能和适应性。1.砖基础砖砌体具有一定的抗压强度，但抗拉强度和抗剪强度低。砖基础所用的砖，强度等级不低于MU7.5，砂浆不低于M2.5。在地下水位以下或当地基土潮湿时，应采用水泥砂浆砌筑。在砖基础底面以下，一般应先做100mm厚的C10或C7.5的混凝土垫层。砖基础取材容易，应用广泛，一般可用于6层及6层以下的民用建筑和砖墙承重的厂房。2.毛石基础毛石是指未加工的石材。毛石基础所采用的未风化的硬质岩石，禁用风化毛石。由于毛石之间间隙较大，如果砂浆粘结的性能较差，则不能用于多层建筑，且不宜用于地下水位以下。但毛石基础的抗冻性能较好，北方也用来作为7层以下的建筑物基础。3.灰土基础灰土是用石灰和土料配制而成的。石灰以块状为宜，经熟化12天后过5mm筛立即使用。土料应用塑性指数较低的粉土和粘性土为宜，土料团粒应过筛，粒径不得大于15mm。石灰和土料按体积配合比为37或28，拌和均匀后，在基槽内分层夯实。灰土基础宜在比较干燥的土层中使用，其本身具有一定的抗冻性。在我国华北和西北地区，广泛用于5层及5层以下的民用建筑。4.三合土基础三合土是由石灰、砂和骨料（矿渣、碎砖或碎石）加水混合而成。施工时石灰、砂、骨料按体积配合比为124或136拌和均匀后再分层夯实。三合土的强度较低，一般只用于4层及4层以下的民用建筑。5.混凝土基础混凝土基础的抗压强度、耐久性和抗冻性比较好，其混强度等级一般为C10以上。这种基础常用在荷载较大的墙柱处。如在混凝土基础中埋入体积占25%30%的毛石（石块尺寸不宜超过300mm）,即做成毛石混凝土基础，咳节省水泥用量。6.钢筋混凝土基础钢筋混凝土是基础的良好材料，其强度、耐久性和抗冻性都较理想。由于它承受力矩和剪力的能力较好，故在相同的基底面积下可减少基础高度。因此常在荷载较大或地基较差的情况下使用。除钢筋混凝土基础外，上述其它各种基础属无筋基础。无筋基础的抗拉抗剪强度都不高，为了使基础内产生的拉应力和剪应力不大，需要限制基础沿柱、墙边挑出的宽度，因而使基础的高度相对增加。因此，这种基础几乎不会发生挠曲变形，习惯上把无筋基础称为刚性基础。7.2.2 按结构型式分类1.墙下条形基础墙下条形基础有刚性条形基础（图7-2）和钢筋混凝土条形基础（图7-3）两种。刚性条形基础在砌体结构中得到广泛的应用。有时，基础伤感的荷载较大而地基承载力较低，需要加大基础的宽度，但又不想增加基础的高度和埋置深度，那么咳考虑采用钢筋混凝土条形基础。这种基础，底面宽度可达2m以上，而底板厚度可以小至300mm，适应在需要“宽基浅埋”的情况下采用。有时，地基不均匀，为了增强基础的整体性和抗弯能力，可以采用有肋的钢筋混凝土条形基础（7-3b），肋部配置纵 图7-2 墙下刚性条形基础向钢筋和箍筋，以承受由于不均匀沉降引起的 （a）砖基础（b）毛石基础（c）混凝土或弯曲应力。 毛石混凝土基础（d）灰土或三和土基础图7-3 墙下钢筋混凝土条形基础 图7-4 柱下刚性基础（a）无肋（b）有肋 （a）砖基础（b）混凝土基础2.柱下单独基础柱下单独基础也分为柱下刚性基础和柱下钢筋混凝土基础。弃体柱可采用刚性基础。钢筋混凝土单独基础的底部应配制双向受力钢筋。现浇柱的单独基础可做成阶梯形或锥形（图7-5a、b），预制柱则采用杯形基础（图7-5c）。杯形基础常用于装配式单层工业厂房。图7-5 钢筋混凝土柱下单独基础图7-6 柱下条形基础（a）等截面（b）柱位处加腋3. 柱下条形基础和联合基础支承同一方向或同一轴线上若干根柱的长条形连续基础（图7-6）称为柱下条形基础。这种基础采用钢筋混凝土为材料，它将建筑物所有各层的荷载传递到地基处，故本身应有一定的尺寸和配筋量，造价较高。但这种基础的抗弯刚度较大，因而具有调整不均匀沉降的能力，可使各柱的竖向位移较为均匀。联合基础是指相邻二柱的公共基础，又称而柱联合基础，它具有柱下条形基础的某些性能。柱下条形或联合基础可在下述情况下采用：（1）柱荷载较大或地基条件较差，如采用单独基础，可能出现过大的沉降时。（2）柱距较小而地基承载力较低，如采用单独基础，则相邻基础间的净距很小且相邻荷载影响较大时。（3）由于已有的相邻建筑物或道路等场地的限制，使边柱做成不对称的单独基础过于偏心，而需要与内柱做成联合或连续基础时。 图7-7 柱下交叉梁基础（4）交叉梁基础如果地基松软且在两个方向分布不均，需要基础两个方向具有一定的刚度来调整不均匀沉降，则可在柱网下沿纵横两个方向设置钢筋混凝土条形基础，从而形成柱下交叉梁基础（图7-7）。这是一种较复杂的浅基础，造价比柱下条形基础高。5. 筏板基础当柱下交叉梁基础面积占建筑物平面面积的比例较大，或者建筑物在使用上有要求时，可以在建筑物的柱、墙下方做成一块满堂的基础，即筏板基础。筏板基础由于其底面积大，故可减小地基上单位面积的压力，同时也可提高地基土的承载力，并能更有效地增强地基的整体性，调整不均匀沉降。筏板基础在构造上好象倒置的钢筋混凝土楼盖，并可分为平板式和整体式两种（图7-8）。平板式的筏板基础为一块等厚度（0.5m1.5m）钢筋混凝土平板。我国有的地区在住宅等建筑中采用厚度较薄（300mm400mm）的墙下无埋深筏板基础，比较经济实用，但常不能满足采暖要求。图7-8 筏板基础图 7-9 箱形基础（a）平板式；（b）梁板式6.箱形基础箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和纵横内外墙组成的整体空间结构（图7-9）。箱形基础具有很大的抗弯刚度，只能产生大致均匀的沉降或整体倾斜，从而基本上消除了因地基变形而使建筑物开裂的可能。箱形基础内的空间常用作地下室。这一空间的存在，减少了基础底面的压力，如不必降低基底压力，则相应可增加建筑物的层数。.箱形基础的钢筋、水泥用量很大，施工技术要求也高。除了上述各种类型外，还有壳体基础等型式，这里不在赘述。7.3 基础埋置深度的选择基础埋置深度是指基础底面至地面（一般指室外地面）的距离。基础埋深的选择关系到地基基础的优劣、施工的难易和造价的高低。影响基础埋深选择的因素可归纳为四个方面。对于一项具体工程来说，基础埋深的选择往往取决于下述某一方面中的决定性因素。7.3.1 与建筑物及场地环境有关的条件基础的埋深，应满足上部及基础的结构构造要求，适合建筑物的具体安排情况和荷载的性质与大小。具有地下室或半地下室的建筑物，其基础埋深必须结合建筑物地下部分的设计标高来选定。如果在基础影响范围内有管道或坑沟等地下设施通过，基础的埋深，原则上应低于这些设施的底面。否则应采取有效措施，消除基础对地下设施的不利影响。为了保护基础不受人类和生物活动的影响，基础应埋置在地表以下，其最小埋深为0.5m，且基础顶面至少应低于设计地面0.1m，同时又要便于建筑物周围排水的布置。选择基础埋深时必需考虑荷载的性质和大小。一般地，荷载大的基础。其尺寸需要大些，同时也需要适当增加埋深。长期作用有较大水平荷载和位于坡顶、坡面的基础应有一定的埋深，以确保基础具有足够的稳定性。承受上拔力的结构，如输电塔基础，也要求有一定的埋深，以提供足够的抗拔阻力。靠近原有建筑物修建新基础时，为了不影响原有基础的安全，新基础最好不低于原有的基础。如必须超过时，则两基础间净距应不小于其底面高差的12倍（图7-10）。如不能满足这一要求，施工期间应采取措施。此外，在使用期间，还要注意新基础的荷载是否将引起原有建筑物产生不均匀沉降。当相邻基础必需选择不同埋深时，也可依照图7- 图7-10 不同埋深的相邻基础10所示的原则处理，并尽可能按先深后浅的次序施工。斜坡上建筑物的柱下基础有不同埋深时，应沿纵向做成台阶形，并由深到浅逐渐过渡（图7-11）。 7.3.2 土层的性质和分布 直接支承基础的土层称为持力层，在持力层下方的土层称为下卧层。为了满足建筑物对地基承载力和地基允许变形值的要求，基础应尽可能埋置在良好的持力层上。当地基受力层或沉降计算深度范围内存在软弱下卧层时，软弱下卧层的承载力和地基变形也应满足要求。在工程地质勘察报告中，已经说明拟建场地的地层分布、各土层的物理力学性质和地基承载力。这些资料给基础埋深和忡力层的选择提供了依据。我们把处于坚硬、硬塑或可塑状态的粘性土层，密实或中密状态的砂土层和碎 图7-11 墙基础埋深变化时台阶做法石土层，以及属于低、中压缩性的其它土层视为良好土层；而把处于软塑、流塑状态的粘性土层，处于松散状态的砂土层、填土和其它高压缩性土层视软弱土层。良好土层的承载力高或较高；软弱土层的承载力低。按照压缩性和承载力的高低。对拟建场区的土层，可自上而下选择合适的地基持力层和基础埋深。在选择中，大致可遇到如下几种情况： 1.在建筑物影响范围内，自上而下都是良好土层，那么基础埋深按其它条件或最小埋深确定。2.自上而下都是软弱土层，基础难以找到良好的持力层，这时宜考虑采用人工地基或深基础等方案。3.上部为软弱土层而下部为良好土层。这时，持力层的选择取决于上部软弱土层的厚度。一般来说，软弱土层厚度小于2m者，应选取下部良好土层作为持力层；软弱土层厚度较大时，宜考虑采用人工地基或深基础等方案。4.上部为良好土层而下部为软弱土层。此时基础应尽量浅埋。例如，我国沿海地区，地表普遍存在一层厚度为2m3m的所谓“硬壳层”，硬壳层以下为较厚的软弱土层。对一般中小型建筑物来说，硬壳层属良好的持力层，应当充分利用。这时，最好采用钢筋混凝土基础，并尽量按基础最小埋深考虑，即采用“宽基浅埋”方案。同时在确定基础底面尺寸时，应对地基受力范围内的软弱下卧层进行验算。应当指出，上面所划分的良好土层和软弱土层，只是相对于一般中小型建筑而言。对于高层建筑来说，上述所指的良好土层，很可能还不符合要求。7.3.3 地下水条件有地下水存在时，基础应尽量埋置于地下水位以上，以避免地下水对基坑开挖、基础施工和使用期间的影响。如果基础埋深低于地下水位，则应考虑施工期间的基坑降水、坑壁支撑以及是否可能产生流砂、涌土等问题。对于具有侵蚀性的地下水，应采用抗侵蚀的水泥品种和相应的措施。对于有地下室的厂房、民用建筑和地下贮罐，设计时还应考虑地下水的浮力和净水压力的作用以及地下结构抗渗漏的问题。当持力层为隔水层而其下方存在承压水时，为了避免开挖基坑时隔水层被承压水冲破，坑底隔水层应有一定的厚度。这时，基坑隔水层的重力应大于其下面承压水的压力（图7-12），即 （7-1）式中 土的重度，kN/m3； 水的重度，kN/m3； 基坑底至隔水层底面的距离，m；承压水的上升高度（从隔水层底面算起），m。 7-12 有承压水时的基坑开挖深度设土的重度为20 kN/m3则0.5。如基坑的平面尺寸较大，则在满足式（7-1）的要求时，还应有1.31.4的安全系数。在确定之后，基础的最大埋深便可确定。7.3.4 土的冻胀影响地面以下一定深度的地层温度，随大气温度而变化。当地层温度降至摄氏零度以下时，土中部分孔隙水将冻结而形成冻土。冻土可分为季节性冻土和多年冻土两类。季节性冻土在冬季冻结而夏季融化，每年冻融交替一次。多年冻土则不论冬夏，常年均处于冻结状态，且冻结连续三年以上。我国季节性冻土分布很广。东北、华北和西北地区的季节性冻土曾厚度在0.5m以上，最大的可达3m左右。如果季节性冻土由细粒土组成，且土中水含量多而地下水为又较高，那么不但在冻结深度内的土中水被冻结形成冰晶体，而且未冻结区的自由水和部分结合水将不断行冻结区迁移、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。到了夏季，地温升高，土体解冻，造成含水量增加，使土处于饱和及软化状态，强度降低，建筑物下陷。这种现象称为融陷。位于冻胀区内的基础，在土体冻结时，受到冻胀力的作用而上抬。融陷和上抬往往是不均匀的，致使建筑物墙体产生方向相反、互相交叉的斜裂缝，或使轻型构筑物逐年上抬。土的冻结不一定产生冻胀，即使冻胀，程度也有所不同。对于结合水含量极少的粗粒土，不存在冻胀问题。至于某些粉砂、粉土和粘性土的冻胀性，则与冻结以前的含水量有关。例如，处于坚硬状态的粘性土，因为结合水的含量少，冻胀作用就很微弱。此外，冻胀程度还与地下水位有关。建筑地基基础设计规范根据冻胀对建筑物的危害程度，将地基土的冻胀性分为不冻胀、弱冻胀、冻胀和强冻胀四类（表7-2）。地 基 土 冻 胀 性 分 类 表7-2土的名称天然含水量（%）冻结期间地下水位低于冻深的最小距离（m）冻胀类别岩石、碎石土、砾砂、粗砂、中砂、细砂不考虑不考虑不冻胀粉 砂141.5不冻胀1.5弱冻胀14191.51.5冻胀191.51.5强冻胀粉 土192.0不冻胀192.0弱冻胀19222.019222.0冻胀22262.022262.0强冻胀26不考虑粘 性 土p+22.0不冻胀p+22.0弱冻胀p+2p+52.0p+2p+52.0冻胀p+5p+92.0p+5p+92.0强冻胀p+9不考虑注：表中碎石土仅指充填物为砂土或硬塑、坚硬状态的粘性土，如充填物为其它状态的粘性土或粉土时，其冻胀性应按粘性土或粉土确定。表中细砂仅指粒径大于0.075mm的颗粒超过全重90%的细砂，其它细砂的冻胀性应按粉砂确定。p为土的塑限。不冻胀土的基础埋深可不考虑冻结深度。其它三种可冻胀的土，基础的最小埋深则由下式确定： （7-2）式中 标准冻深，系采用在地表无积雪和草皮等覆盖条件下多年实测最大冻深的平均值，在无实测资料时，除山区之外，可按上述规范所附的标准冻深线图查取；采暖对冻深的影响系数（表7-3）；基底下允许残留的冻土层厚度，根据土的冻胀性类别按下式确定： 弱冻胀土 （7-3） 冻胀土 （7-4） 强冻胀土 =0 （7-5）在有冻胀性土的地区，除按上述要求选择基础埋深外，尚应采取相应的防冻害措施。采暖对冻深的影响系数值 表7-3室内外地面高差（mm）外墙中段外墙角段3000.700.857501.001.00注：外墙角段系指从外墙阴角顶点起两边各4m范围以内的外墙，其余部分为中段。 采暖建筑物中的不采暖房间（门斗、过道和楼梯间等），其外墙基础处的采暖对冻深的影响系数值，取与外墙角段相同值。7.4 地基承载力的确定 地基承载力是地基基础设计的最重要的依据，往往需要用多种方法进行分析与论证，才能为设计提供正确可靠的地基承载力值。下面介绍工程上经常采用的主要的几种方法。 7.4.1 按规范查表法确定地基承载力建筑地基基础设计规范（GBJ789）根据大量室内外测试与工程实践经验，经对比分析和总结，对各类地基土提出了一套可依据土的物理性质指标或标准贯入、轻便触探的试验结果直接确定承载力基本值和标准值的表（表7-4表7-14），作为确定地基承载力的最基本的依据。1.根据地基野外鉴别结果确定承载力基本值（表7-4、表7-5）。2.根据室内物理、力学指标平均值确定地基承载力的基本值（表7-6表7-10），再乘以回归修正系数则得其承载力标准值。回归修正系数1，其实质是根据所统计的指标的离散程度，把承载力基本值降低为标准值。为了确定回归修正系数，需要进行一些计算。（1）变异系数按下式计算： （7-6）式中 用以查表的某一土性指标试验值的算术平均值， （7-7） 用以查表的某一土性指标参加统计的试验次数；某一土性指标的第个实测值；标准差， （7-8）当表中并列两个指标时，变异系数按下式计算： （7-9）式中 、第一、二指标的变异系数；第二指标的折算系数，见表的下注。（2）回归修正系数 （7-10）当回归修正系数小于0.75时，应分析过大的原因，如土层的划分是否合理，试验有无差错等，并应同时增加试样数量。【例7-1】某淤泥质土的8个含水量测定值分别为：45.7%，47.8%，55.1%，50.4%，52.1%，51.2%，52.5%，48.7%。试确定该土的地基承载力标准值。【解】先计算该土的含水量平均值：查表7-8得该土的承载力基本值=69kPa计算标准差和变异系数： =2.0413回归修正系数： 该淤泥质土的承载力标准值为： kPa岩石土承载力标准值（kPa） 表7-4 风化程度岩石类别强风化中等风化微风化硬质岩石软质岩石5001000200500150025007001200400015002000注：对于微风化的硬质岩石，其承载力如取用大于4000 kPa时，应由试验确定；对于强风化的岩石，当与残积土难于区别时按土考虑。碎石土承载力标准值（kPa） 表7-5 密实度土的名称稍 密中 密密 实卵 石碎 石圆 砾角 砾3005002504002003002002505008004007003005002504008001000700900500700400600注：表中数值适用于骨架颗粒空隙全部由中砂、粗砂或硬塑、坚硬状态的粘性土或稍湿的粉土所充填； 当粗颗粒为中等风化或强风化时，可按其风化程度适当降低承载力，当颗粒间呈半胶结状时，可适当提高承载力。 粉土承载力基本值（kPa） 表7-6第二指标含水量（%）第一指标孔隙比10 1520253035400.50.60.70.80.91.0410310250200160130390300240190150125（365）280225180145120（270）215170140115（205）（165）130110（125）105（100）注：有括号者仅供内插用； 折算系数为0； 在湖、塘、沟、谷与河漫滩地段新近沉积的粉土，其工程性质一般较差，应根据当地实践经验取值。粘性土承载力基本值（kPa） 表7-7第二指标液性指数IL第一指标孔隙比00.250.500.751.001.200.50.60.70.80.91.0 1.1475400325275230200430360295240210180160390325265220190160135（360）295240200170135115（265）210170135115105170135105 注：有括号者仅供内插用； 折算系数为0.1； 在湖、塘、沟、谷与河漫滩地段新近沉积的粘性土，其工程性质一般较差。第四纪晚更新世（Q3）及其以前沉积的老粘性土，其工程性能通常较好。这些土均应根据当地实践经验取值。沿海地区淤泥和淤泥质土承载力基本值（kPa） 表7-8天然含水量（%）36404550556575100908070605040注：对于内陆淤泥和淤泥质土，可参照使用。红粘土承载力基本值（kPa） 表7-9第一指标含水比第二指标土的名称 液塑比 Ir= 0.50.60.70.80.91.0红粘土1.73802702101801501402.3280200160130110100次生红粘土250190150130110100注：本表仅适用于定义范围内的红粘土；折算系数为0.4。素填土承载力基本值（kPa） 表7-10压缩模量Es1-2（MPa）754321601351158565注：本表只适用于堆填时间超过十年的粘性土，以及超过五年的粉土；压实填土地基的承载力另行规定（见第9章）。砂土承载力标准值（kPa） 表7-11N土类10153050中、粗砂粉、细砂180140250180340250500340粘性土承载力标准值（kPa） 表7-12N357911131517192123105145190235280325370430515600680粘性土承载力标准值（kPa） 表7-13N1015202530105145190230素填土承载力标准值（kPa） 表7-14N101020304085115135160注：本表只适用于粘性土与粉土组成的素填土。3.根据标准贯入试验锤击数N、轻便触探试验锤击数N10确定地基承载力标准值（表7-11表7-14）。现场锤击数应按下式修正（计算数值取至整数位）： N（或N10）=1.6454.地基承载力设计值增加基础的埋深和底面宽度，对同一土层来说，其承载力可以提高。因此按上述方法确定的地基承载力标准值，应根据基础的埋深和底面宽度及地基土的性质进行修正，修正后的承载力即为地基承载力设计值。 （7-11）式中 、基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按所求承载力的土层类别查表7-15； 基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度，kN/m3；基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度，kN/m3；基础底面宽度，m，当基底宽度小于3m时按3m考虑，大于6m时按6m考虑；基础埋置深度，m，一般自室外地面算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面算起。对于地下室，如果采用箱形础时，基础埋深自室外地面算起，在其它情况下，应从室内地面算起。当计算所得的设计值1.1时，可取=1.1。承 载 力 修 正 系 数 表7-15土 的 类 别淤泥和淤泥质土50kPa01.050kPa01.1人工填土或IL0.85的粘性土0.85或Sr0.5的粉土01.1红 粘 土含水比0.801.2含水比0.80.151.4及IL均小于0.85的粘性土0.31.60.85及Sr0.5的粉土0.52.2粉砂、细砂（不包括很湿与饱和时的稍密状态）2.03.0中砂、粗砂、砾砂和碎石土3.04.4注：强风化的岩石可参照所风化成的相应土类取值；含水比，其中为土的天然含水量，为土的液限；Sr为土的饱和度。【例7-2】在=0.727，IL=0.50，=240.7 kPa 的粘性土上修建一基础，其埋深为1.5m，底宽为2.5m，埋深范围内土的重度=17.5 kN/m3，基底下土的重度=18 kN/m3，试确定该基础的地基承载力设计值。【解】基底宽度小于3 m，不作宽度修正。因该土的孔隙比及液性指数均小于0.85，查表7-15得=1.6，故地基承载力设计值为 =240.7+1.617.5（1.50.5） =268.7 kPa1.1=264.8 kPa 7.4.2 根据地基强度理论公式确定地基承载力建筑地基基础设计规范（GBJ789）规定对于重要建筑物需进行地基稳定验算，并建议当荷载偏心距小于或等于0.033倍基础底面宽度时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力，可按下式计算： （7-12）式中 由土的抗剪强度指标确定的地基承载力设计值；、承载力系数，由土的内摩擦角标准值查表7-16确定；基础底面宽度，m，当基底宽度小于3m时按3m考虑，大于6m时按6m考虑；基础埋置深度，m；基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度，kN/m3；基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度，kN/m3；基底下一倍基宽深度内土的粘聚力标准值。上式实际上是采用了临界荷载计算公式，只是又依据荷载试验及工程经验对的系数进行修正，改换为值。所以上式实质上是以地基塑性区发展深度达到作为正常使用极限状态，它可保证在地基稳定上具有足够安全度，在变形上也是允许的。还可采用地基极限荷载作为地基承载力计算公式，即 （7-13）式中 地基极限荷载； 安全系数。 7.4.3 根据静荷载试验确定地基承载力标准值根据地基静荷载试验资料，可作出荷载-沉降（）曲线，并按下述方法确定承载力基本值：1.当曲线有比较明显的起始直线段时，以直线段末点对应的压力（图7-13a）,作为地基承载力基本值。2.当荷载加至地基明显破坏时，取破坏时的前一级荷载作为地基极限荷载，当小于比例界限压力的1.5倍时，取的一半作为承载力基本值。7-13 按曲线确定地基承载力基本值（a）低压缩性土（b）中、高压缩性土3.当曲线没有明显的和而压板面积为0.25m20.50 m2时，对中、高压缩性土可取沉降量（为压板宽度或直径）对应的压力（图7-13b）作为承载力基本值；对低压缩性土和砂土可取（0.010.015）所对应的压力作为承载力基本值。进行荷载试验时，同一土层参加统计的试验点不应少于3点。先求出各点承载力基本值的平均值，如各点基本值的极差（最大值与最小值之差）不超过平均值的30%，此时可取基本值的平均值作为地基承载力的标准值。7.4.4 根据经验确定地基承载力 在各地区、各单位依据大量工程实践及系统分析对比，总结编制了可供使用的图表，这些都是极有价值的资料，因此对于一些中小型工程，即可直接用类比法，依据经验确定地基承载力，并直接用于设计中。7.5 基础底面尺寸的确定在初步选择基础类型和埋深后，就可以根据持力层承载力设计值计算基础底面的尺寸。如果地基沉降计算深度范围内存在的承载力显著低于持力层的下卧层，则所选择的基底尺寸尚须满足对软弱下卧层验算的要求。此外，在选择基础底面尺寸后，必要时尚应对地基变形或稳定性进行验算。7.5.1 按持力层地基承载力计算上部结构作用在基础顶面处的荷载有（图7-14）：轴心荷载；轴心荷载和弯矩；轴心荷载、弯矩和水平荷载；轴心荷载和水平荷载。1.轴心荷载作用在轴心荷载作用下，基础通常对称布置。 图7-14 作用在基础顶面的荷载假设基底压力按直线分布。这个假设，对于地 （a）轴心荷载； （b）轴心荷载与弯矩；基比较软弱、基础尺寸不大而刚度较大时的合 （c）轴心荷载、弯矩和水平荷载；适的，对于基础尺寸不大的其他情况也是可行 （d）轴心荷载和水平荷载的。此时，基底平均压力设计值（kPa）可按下列公式确定： （7-14）式中 上部结构传至基础顶面的竖向力设计值，kN； 基础自重设计值和基础上的土重标准值，kN；基础底面面积，m2；基础及其上的土的平均厚度，通常取20 kN/m3；基础埋深，m（对于室内外地面有高差的外墙、外柱，取室内外平均埋深）。按地基承载力计算时，要求满足下式： （7-15）式中 地基承载力设计值，kPa。 由式（7-12）和（7-13）可得基础底面积 ： （7-16）式中 基础底面至地下水位面的距离。若地下水位在基底以下，则取=0。进一步可算出基底宽度和长度（m）：(1)墙下条形基础，沿墙纵向取1 m为计算单元，轴心荷载也为单位长度的数值（kN/m），则 （7-17a）如取墙的 纵向长度为（荷载也按相应长度考虑），则 （7-17b）（2）方形柱下基础（一般用于方形截面柱）： （7-18）（3）矩形柱下基础 ，取基础底面长边和短边的比为：（一般取1.52.0），有 ，则底宽为： （7-19）在上面的计算中，需要先确定地基承载力设计值。而地基承载力设计值与基础底宽有关，即在式（7-17）（7-19）中，和可能都是未知值，因此需要通过试算确定。如基础埋深超过0.5m，可先对地基承载力进行深度修正，然后按计算得到的，考虑是否需要进行宽度修正。如需要，修正后再重新计算基底宽度。总之，基础埋深、底宽和承载力设计值的深、宽度修正应前后一致。【例7-3】某粘性土重度=17.5 kN/m3，孔隙比=0.7,液性指数L=0.78，已确定其承载力标准值为218 kPa。现修建一外柱基础，柱截面为300mm300mm，作用在0.700标高（基础顶面）处的轴心荷载设计值为700 kN，基础埋深（自室外地面起算）为1.0 m，室内地面（标高0.000）高于室外0.30 ，试确定方形基础底面宽度。【解】 自室外地面起算的基础埋深为1.0 m ，先进行承载力深度修正，查表7-15得=1.6，承载力设计值为： =232 kPa1.1218=240 kPa (取=240 kPa)计算基础和土重力时的基础埋深为： m 。由式（7-18）得基础底宽为： m不必进行承载力宽度修正，取=1.80m. 2.偏心荷载作用图7-14b、c、d所示各种荷载，对基础底面形心而言，都属偏心荷载。在确定浅基础的基底尺寸时，可暂不考虑基础底面的水平荷载，仅考虑基底形心处的竖向荷载和力矩。设基础底面压力按直线变化，则基底最大和最小压力设计值可按下式计算： (7-20a)对矩形基础，也可按下式计算： (7-20b)或 （7-20c）式中 偏心距，m， ；基础所有荷载对基底形心的和力矩。对图（7-14c）， 。承受偏心荷载作用的基础，除应符合式（7-15）的要求外，尚应符合下式的要求： 1.2 (7-21)