第15章 地基基础

1、15 地基基础15.1 常见类型 设计基础时首先要选择基础的方案。基础直接建造在未经加固的天然地层上时称为天然地基。事先经过入工加固再修建基础称为人工地基。天然地基上的基础依基础埋置深度可分为浅基及深基，习惯上认为埋深超过5m的称为深基础。 当建筑地基土层坚实，性质良好时，将基础直接做在天然土层上，称为天然浅基。如遇建筑地基土层软弱、压缩性高、强度低而无法承受上部结构荷重时，需经过人工加固处理后作为地基，即人工地基。当建筑场地上部土层软弱，深层有坚实土但深度不大时，则可将软弱的浅层土挖去，将房屋建在坚实土层上，这种做法称为明挖，俗称大开挖，常用于一般多层建筑。当建筑场地上部土层软弱，深层有坚实

2、土层但深度又较大时；或者城市密集环境不容许大开挖施工时，则可用桩基础。当上部结构荷载很大，一般基础无法承受；或有特殊用途与要求时，可用其它类型的基础。常用的有沉井、沉箱、地下连续墙等。 一般工业与民用建筑物尽量采用天然浅基。遇天然土层软弱时，可以用大开挖或地基加固的方法。无法或不宜采用人工地基时，就得采用其它类型基础，其中以桩基础应用最广。桩按受力状况分类时分为两类。端承桩穿透软弱土层，进入深层坚实土中；上部传来的荷载主要由桩尖阻力承受。当软弱土层很厚，桩只需有一定的深度而不需穿透软弱土层，上部结构荷重由桩侧摩擦力和桩尖阻力共同承受；这种桩称为摩擦桩。 桩按施工方法分为打入桩和灌注桩两类。打入

3、桩也称预制桩。预制桩是指预先制成桩，利用沉桩设备打入地基的各种桩，包括钢筋混凝土预制桩、钢桩等。预制桩一般是标准化大量生产，质量高。在运输、吊装、打桩过程中应注意避免损坏桩体。沉桩方法最常见为锤击法，还有振动法、静力压桩法等。还有一种打入桩较短但排列很密，用来于加固土体，称为挤密桩，属于地基处理的应用。 灌注桩在现场成孔、然后灌注成型。灌注桩的优点在于噪音小、省钢材、不需预先制作和运输、可做成大直径桩、便于扩底等。成孔方法有机械钻孔、机械冲孔和人工挖孔等。人工挖孔桩的优点是不需要机械、便于扩底，现在经常采用。15.2 地基处理 当建筑物的天然地基强度不足，压缩性过大或不均匀时，往往需对进行地基

4、处理，处理过的地基称为人工地基。具体有多种方法，要根据具体情况选用。 在软粘土地基上修建建筑物时，常采用排水固结法处理地基。置换法是以砂、碎石等材料置换软上地基中部分软土，置换时必须逐层压实，这种方法俗称换土。 堆载预压法是在建筑物施工前，用堆土或其他荷重对地基进行预压。机械碾压法这是一种采用平碾、羊足碾、压路机、推土机或其他压实机械压实松散土的方法，常用于大面积填土的压实和杂填土地基的处理。碾压的效果主要决定于被压实土的含水量是否符合最优含水量和压实机械的压实能量。振动压实法是一种用振动压实机在地基表面施加振动力以振实浅层松散土的地基处理方法。宜用于处理砂土地基及炉渣、碎石等无粘性土为主的填

5、土地基。振动压实的产果与填土成分、振动时间等因素有关。 重锤夯实法是利用起重机将形状为一截头圆锥体的夯锤提高到2.5-4.5m，自由落下，重复6-8遍夯打击实地基，从而提高地基表层的承载力。强夯法使用很重的锤，一般为1040吨，从很高处自由落下，落距一般为6-40m，给地基以冲击力和振动，从而对地基进行加固。振冲法是一种利用在砂上中加水振动可以使砂土密实的原理发展的一种加固深层软弱土的方法在振动水冲过程中，于振冲孔内回填砂或碎石等材料而形成的圆性体称为振冲柱。深层搅拌法是利用水泥、石灰或一些化学材料等作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和浆液状或粉状的固化剂进行强制搅拌，经

6、拌合后的混合物发生一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的复合地基高压喷射注浆法也是利用水泥、石灰或一些化学材料等作为固化剂，用钻机钻至所需深度后，用高压脉冲泵通过安装在钻杆下端的特殊喷射装置向四周土体喷射固化剂，强力冲击破坏土体，使固化剂浆液与土搅拌混合。 加筋法是指软弱土层中沉入砂桩，或等在人工填土的路堤或挡墙内铺设土工聚合物，作为加筋，使形成的人工复合土体，承受抗拉、抗压、抗剪或抗弯作用，以改善土体的工程性质，提高地基承载力，减少沉降和增加地基的稳定性。15.3 地基承载力和变形 地基受力过大时会破环，表现为建筑物下沉速度突然加快，同时可能出现周围未受力的土体向上

7、凸出或岩体破裂等现象。破坏后的地基会使建筑物出现大幅度沉陷、倾斜，完全失去安全性和使用性。地基不破坏情况下能承受的最大压应力称为地基承载力，有时也称地耐力。地基基础设计时必须保证地基实际承受的压应力再加上一定余量不大于地基承载力。 地基承载力由地质勘查确定。地质勘查报告提供的地基承载力是基本的数值，基础设计时还要根据基础的尺寸、埋设深度等加以调整。 即便地基受力没有超出承载力，也会在荷载的作用下发生缓慢的下沉，称为地基变形。变形过大的的地基可能使房屋出现开裂、倾斜等现象，设计时也必须保证地基变形不超出许可的数值。 对于地基变形允许值，地基基础规范要求：第5.3.1条 建筑物的地基变形计算值，不

8、应大于地基变形允许值。第5.3.2条 地基变形特征可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。第5.3.3条 在计算地基变形时，应符合下列规定：1. 由于建筑地基不均匀、荷载差异很大、体型复杂等因素引起的地基变形，对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；对于框架结构和单层排架结构应由相邻柱基的沉降差控制；对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制；必要时尚应控制平均沉降量。  2.在必要情况下，需要分别预估建筑物在施工期间和使用期间的地基变形值，以便预留建筑物有关部分之间的净空，考虑连接方法和施工顺序。一般多层建筑物在施工期间完成的沉降量，对于砂土可认为其最终沉降量已完成80%以上，对

9、于其它低压缩性土可认为已完成最终沉降量的50%-80%，对于中压缩性土可认为已完成20%-50%，对于高压缩性土可认为已完成5%-20%。第5.3.4条 建筑物的地基变形允许值，按表5.3.4规定采用。对表中未包括的建筑物，其地基变形允许值应根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求确定。建筑物的地基变形允许值表5.3.4变形特征地基土类别中、低压缩性土高压缩性土砌体承重结构基础的局部倾斜0.0020.003工业与民用建筑相邻柱基的沉降差(1)框架结构(2)砌体墙填充的边排柱(3)当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构0.002l0.0007l0.005l0.003l0.001l0.005

10、l单层排架结构(柱距为6m)柱基的沉降量(mm)(120)200桥式吊车轨面的倾斜(按不调整轨道考虑)纵向横向0.0040.003多层和高层建筑的整体倾斜Hg2424< Hg6060< Hg100Hg>1000.0040.0030.00250.002体型简单的高层建筑基础的平均沉降量(mm)200高耸结构基础的倾斜Hg2020< Hg5050< Hg100100< Hg150150< Hg200200< Hg2500.0080.0060.0050.0040.0030.002高耸结构基础的沉降量(mm)Hg100100< Hg200200&l

11、t; Hg250400300200注：1.本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值；2.有括号者仅适用于中压缩性土；3.l为相邻柱基的中心距离(mm)；Hg为自室外地面起算的建筑物高度(m)；4.倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；5.局部倾斜指砌体承重结构沿纵向6-10m内基础两点的沉降差与其距离的比值。15.4 地基稳定性 对于建筑在土坡上的建筑，即便地基承载力和地基变形满足要求，还存在一个地基稳定性的问题。地基丧失稳定后会向下方滑移，造成房屋倒塌。对于地基稳定性，地基基础规范要求：第5.4.1条 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

12、矩与滑动力矩应符合下式要求：MR/MS1.2(5.4.1)式中 MS-滑动力矩； MR-抗滑力矩。第5.4.2条 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5.4.2)应符合下式要求，但不得小于2.5m：条形基础a3.5b-d/tan(5.4.2-1)矩形基础a2.5b-d/tan(5.4.2-2)式中a-基础底面外边缘线至坡顶的水平距离；b-垂直于坡顶边缘线的基础底面边长；d-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(5.4.2-1),(5.4.2-2)的要求时，可根据基底平均压力按公式(5.

13、4.1)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，尚应按式(5.4.1)验算坡体稳定性15. 5 无筋扩展基础无筋扩展基础属于刚性基础通常是以砖石、素混凝土等材料建造。这些材料有较好的抗压强度，但抗拉、抗弯性能较差，荷载通过基础按一定的角度扩散传递给地基，基础一般做成台阶逐渐向下扩展，俗称大放脚，基础扩展的大小要根据荷载的大小，基础材料的强度和地基土层的性质，保证基础共有足够的刚度，避免在地基反力作用下基础发生受弯破坏。因此基础台阶高宽比要适当。按基础台阶宽高比允许值所设计的基础一般均具有足够刚度，不需要再作抗弯、抗剪验算。这种刚性基础材料便宜易得、施工简单，运用

14、广泛，可是它强度低、高度大、体积大、用料多、在实际应用上也受到一定限制。一般是适用于7层和7层以下的一般民用建筑和轻型厂房。地基基础规范规定：第8.1.2条 无筋扩展基础高度，应符合下式要求(图8.1.2)H0b-b0/2tan式中  b-基础底面宽度；  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；  tan-基础台阶宽高比b2:H0，其允许值可按表8.1.2选用。无筋扩展基础台阶宽高比的允许值表8.1.2基础材料 质量要求 台阶宽高比的允许值 pk1001

15、00< pk200200< pk300混凝土基础 C15混凝土 1:1.00 1:1.00 1:1.25 毛石混凝土基础 C15混凝土 1:1.00 1:1.25 1:1.50 砖基础 砖不低于MU10、砂浆不低于M5 1:1.50 1:1.50 1:1.50 毛石基础 砂浆不低于M5 1:1.25 1:1.50 - 灰土基础 体积比为3:7或2:8的灰土，其最小干密度：粉土1.55t/m3粉质粘土1.50t/m3粘土1.45t/m31:1.25 1:1.50 - 三合土基础 体积比1:2:4-1:3:6(石灰：砂：骨料)，每层约虚铺220mm，夯至150mm 1:1.50 1:2

16、.00 - 注：1. pk为荷载效应标准组合基础底面处的平均压力值(kPa)；2. 阶梯形毛石基础的每阶伸出宽度，不宜大于200mm；3. 当基础由不同材料叠合组成时，应对接触部分作抗压验算；4. 基础底面处的平均压力值超过300kPa的混凝土基础，尚应进行抗剪验算。第8.1.3条 采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱，其柱脚高度h1不得小于b1(图8.1.2)，并不应小于300mm且不小于20d(d为柱中的纵向受力钢筋的最大直径)。当柱纵向钢筋在柱脚内的竖向锚固长度不满足锚固要求时，可沿水平方向弯折，弯折后的水平锚固长度不应小于10d也不应大于20d。15.6 讨论和其它支承基础的那一层岩土，被称为持力层；基础设计时要保证持力层的地基承载力能够支承由基础传来的荷载。持力层以下的各层岩土，被称为下卧层。从地面到基础底面的距离称为基础埋置深度。当不适合应用刚性基础时