地基基础工程设计第二章天然地基浅基础

基础工程第2章

天然地基上的浅基础学习重点：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）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①所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；②设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；③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，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。④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；⑤基坑工程应进行稳定性验算；⑥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．钢筋混凝土土扩展基础钢筋混凝土扩扩展基础是指指柱下钢筋混混凝土独立基基础和墙下钢钢筋混凝土条条形基础。柱下钢筋混凝凝土独立基础础（a）阶梯形基础础（b）锥形机场（（c）杯口基础（a）无肋式（（b）有肋式墙下钢筋混凝凝土条形基础础二、联合基础础同列相邻两柱柱公共的钢筋筋混凝土基础础。通常为满满足地基承载载力要求，需需将基础底面面尺寸扩大，，使得相邻两两柱的独立基基础底面相接接甚至重叠时时，可将其连连在一起形成成联合基础。。联合基础三、连续基础础将基础底面积积扩大以满足足地基承载力力的要求，可可将建筑物的的基础沿单向向或双向甚至至整片连接起起来形成连续续基础。1．柱下条形基基础当地基软弱或或地基土压缩缩性分布不均均匀而荷载较较大时，可将将同一方向上上若干柱子的的基础连通而而成为柱下条条形基础。柱下条形基础础柱下交叉条形形基础荷载较大的高高层建筑，若若土质较弱或或地基两个方方向都存在不不均匀沉降时时，可在柱网网下纵横两方方向设置钢筋筋混凝土条形形基础，形成成柱下交叉条条形基础。。2．柱下交叉条条形基础3．筏形基础若地基软弱而而荷载又很大大，柱下交叉叉条形基础仍仍不能满足地地基承载力要要求或相邻基基槽距离很小小时，可将基基础底板连成成一片，即为为筏形基础，，或称片筏基基础（俗称满满堂基础）。。筏形基础箱型基础是由由钢筋混凝土土底板、顶板板、侧墙和一一定数量的内内隔墙组成的的单层或多层层钢筋混凝土土基础，是筏筏形基础的进进一步发展。。箱型基础4．箱型基础（a）平板式（（b）梁板式四、壳体基础础为发挥混凝土土抗压性能好好的特性，可可将基础做成成如图所示的的各种形式的的壳体而形成成壳体基础。。壳体基础（a）正圆锥壳（（b）M形组合壳（（c）内球外锥组组合壳壳体基础具有有材料省、造造价低等优点点。但施工技技术要求高，，施工期长，，不便于机械械化作业。常常用作柱基础础或烟囱、水水塔、料仓等等特种结构的的基础。各种基础类型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计中，一般按按照如下顺序序选择基础形形式。即为：：无筋扩展基基础钢钢筋混凝土土扩展基础柱柱下条条形基础柱柱下交交叉条形基础础筏筏形基础箱箱型基基础的顺序来来选择基础形形式。2.3.2基础方案选用用2.4基础埋置深度度的选择基础埋置深度度是指基础底底面至设计地地面的垂直距距离。影响基础埋深深因素很多，，应综合考虑虑以下几方面面加以确定。。（1）建筑物的用用途，有无地地下室、设备备基础和地下下设施，基础础的形式和构构造（2）作用在地基基上的荷载大大小和性质(3)工程地质和水水文地质条件件（4）相邻建筑物物的基础埋深深相邻基础的埋埋深（5）地基土冻胀胀和融陷的影影响坑底不会被承承压水冲破的的条件2.5地基承载力特特征值的确定定2.5.1按载荷试验确确定载荷试验是确确定地基承载载力最直接、、最可靠的方方法，它是在在设计位置的的地基上进行行载荷试验，，因此是一种种原位测试方方法。缺点是是现场试验的的费用较高，，时间较长。。地基基础设设计等级为甲甲级和乙级的的建筑物应提提供载荷试验验指标。以浅层平板载载荷试验为例例,由载荷试验结结果可得各级级荷载与相应沉降量量之间的关系曲曲线关系如图—比例界限荷载；—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按土的抗剪强度指指标，用理论公式式确定对于完整、较完整整和较破碎的岩石石地基承载力特征征值，可按《建筑地基基础设计计规范》（GB50007-2011）岩基载荷试验方方法确定；对破碎碎、极破碎的岩石石地基承载力特征征值，可根据平板板载荷试验确定。。对完整、较完整和和较破碎的岩石地地基承载力特征值值，也可根据室内内饱和单轴抗压强强度按下式进行计计算：2.6基础底面尺寸的确确定2.6.1按地基持力层承载载力计算基础底面面尺寸(1)中心荷载作用下基基础底面尺寸确定定图基础所受荷载基础受轴心荷载作作用时，基础底面面的压力应符合下下列规定：基础底面处的平均均压力值可按下式式计算：由此可得中心荷载载作用下的基础底底面积的计算公式式：(2)偏心荷载作用下基基础底面尺寸确定定当时，如图再按照《建筑地基基础设计计规范》（GB50007-2011）检查基底应力是是否满足要求：2.6.2地基软弱下卧层承承载力验算当地基受力层范围围内有软弱下卧层层时，应按下式验验算软弱下卧层的的承载力软弱下卧层承载力力验算简图条形基础：矩形基础：2.6.3按允许沉降差调整整基础底面尺寸太沙基和彼克提出出了以下修正公式式2.6.4地基变形计算建筑物的地基变形形计算值，不应大大于地基变形允许许值，即[地基特征变形可分分为沉降量、沉降降差、倾斜、局部部倾斜。≤]。图地基特征变形建筑物的地基变形形允许值（1）地基变形有关规规定（2）地基变形计算基础沉降计算的分分层示意1—天然地面标高2—基底标高3—平均附加应力系数数曲线4—层5—层2.6.5地基稳定性验算对经常受水平荷载载作用的高层建筑筑、高耸结构、挡挡土墙等，以及建建造在斜坡上或边边坡附近的建筑物物或构筑物，都需需考虑其稳定性。。地基稳定性可采采用圆弧滑动面法法进行验算、最危危险的滑动面上诸诸力对滑动中心所所产生的抗滑力矩矩与滑动力矩应符符合下式要求：式中：——抗滑力矩（kN·m）；——滑动力力矩（（kN··m）。2.7无筋扩扩展基基础设设计2.7.1概述无筋扩扩展基基础受受弯破破坏在设计计时，，一般般通过过对材材料质质量进进行控控制和和基础础构造造进行行限制制来确确保基基础不不发生生拉力力或剪剪切破破坏。。表无筋扩扩展基基础台台阶宽宽高比比允许许值2.7.2无筋扩扩展基基础构构造图无筋扩扩展基基础构构造示示意—柱中纵纵向钢钢筋直直径1—承重墙墙2—钢筋混混凝土土柱无筋扩扩展基基础高高度应应满足足下式式的要要求（1）根据据就地地取材材原则则，考考虑上上部结结构荷荷载和和地基基条件件，确确定基基础形形式与与埋深深；（2）根据据持力力层承承载力力计算算基础础底面面积并并确定定形状状；(3)根据允允许高高宽比比设计计剖面面形状状及尺尺寸；；（4）验算算基础础顶面面及两两种材材料接接触面面的抗抗压强强度；；。（5）验算算软弱弱下卧卧层；；（6）进行行地基基变形形验算算；（7）绘制制基础础施工工图。。无筋扩扩展基基础的的设计计步骤骤：2.8钢筋混混凝土土扩展展基础础设计计2.8.1基础的的破坏坏形式式（a）纯剪剪破坏坏（b）斜压压破坏坏（d）弯曲曲破坏坏扩展基基础破破坏形形式（c）冲切切破坏坏2.8.2扩展基基础的的验算算柱下独独立基基础的的受冲冲切承承载力力应按按下列列公式式验算算图计算阶阶形基基础的的受冲冲切承承载力力截面面位置置1-冲切破破坏锥锥体最最不利利一侧侧的斜斜截面面；2-冲切破破坏锥锥体的的底面面线当基础础底面面短边边尺寸寸小于于或等等于柱柱宽加加两倍倍基础础有效效高度度时，，应按按下列列公式式验算算柱与与基础础交接接处截截面受受剪承承载力力（此此为《建筑地地基基基础设设计规规范GB50007－2011》》新增内内容））图验算阶阶形基基础受受剪承承载力力示意意在轴心心荷载载或单单向偏偏心荷荷载作作用下下，当当台阶阶的宽宽高比比小于于或等等于2.5和偏心心距小小于或或等于于1/6基础宽宽度时时，柱柱下矩矩形独独立基基础任任意截截面的的底板板弯矩矩可按按下列列方法法进行行计算算图矩形基基础底底板的的计算算示意意2.8.3扩展基基础的的构造造图柱下独独立基基础底底板受受力钢钢筋布布置图墙下条条形基基础纵纵横交交叉处处底板板受力力钢筋筋布置置2.9柱下条条基、、筏板板基础础和箱箱型基基础2.9.1柱下条条形基基础的的设计计（1）基础础底面面尺寸寸确定定图简简化计计算法法的基基底反反力分分布柱下条条形基基础简简化计计算法法（2）翼板板的计计算图翼板的的计算算简图图（3）内力力分析析方法法①静力力平衡衡法用基础础各截截面的的静力力平衡衡条件件求解解内力力的方方法称称为静静力平平衡法法。图静力平平衡法法计算算简图图②倒梁梁法这种方方法将将地基基反力力视为为作用用在基基础梁梁上的的荷载载，将将柱子子视为为基础础梁的的支座座，这这样可可将基基础梁梁作为为一倒倒置的的连续续梁进进行计计算，，故称称为倒倒梁法法。。图倒梁法计算算简图弹性地基梁梁法1、文克勒（（Winkler）地基模型型图文克勒地基基模型表基床系数值值2、文克勒地地基上的梁梁挠曲基本本微分方程程及部分解解答图弹性地基上上基础梁①无限长梁梁解a、无限长梁梁受集中荷荷载图文克勒地基基上的无限限长梁b、无限长梁梁受力偶作作用表文克克勒地基上上梁计算系系数②半无限长长梁解a、半无限长长梁受集中中力作用图半无限长梁梁b、半无限长长梁受力偶偶作用③有限长梁梁图有限长梁的的计算④短梁（即即刚性梁））可按一般的的独立基础础来考虑，，也就是假假定基底的的反力为直直线分布，，基础的内内力计算可可按倒梁法法或静力平平衡法进行行。2.9.2十字交叉条条形基础的的设计边柱节点中柱节点和和角柱节点点2.9.3筏板基础的的设计（1）基础底面面积的确定定（2）基础偏心心距的计算算(3)筏板基础的的抗冲切验验算1）平板式筏筏基图内柱冲切临临界截面示示意图1—柱2—筏板2)梁板式筏基基1、梁板式筏筏基底板受受冲切承载载力应按下下式进行计计算图底板的冲切切计算示意意1-冲切破坏锥锥体的斜截截面2-梁3-底板2、当底板区区格为矩形形双向板时时，底板受受冲切所需需的厚度图底板板剪切计算算示意3、梁板式筏筏基双向底底板斜截面面受剪承载载力(4)筏板基础连连接构造图地下室底层层柱或剪力力墙与梁板板式筏基的的基础梁连连接的构造造要求1-基础梁2-柱3-墙2.9.4箱型基础的的设计及补补偿式基础础的概念（1）箱型基础础的设计1)箱基的平面面尺寸2）箱基的高高度3）箱基的顶顶、底板4）箱基的内内、外墙5）箱基墙体体开洞要求求6）箱型基础顶