第二章地基基础设计1

第2章浅基础

2-1概述

2-2浅基础的类型

2-3基础埋置深度的选择

2-4浅基础的地基承载力

2-5基础底面尺寸的确定

2-6扩展基础设计

2-7联合基础设计

2-8减轻不均匀沉降危害的措施2-1概述天然地基上的浅基础（本章讨论）

人工地基上的浅基础

2.1.1浅基础设计内容2.1.2浅基础设计方法2.1.3地基基础设计原则1.地基的类型2.基础的类型2.1.1浅基础设计内容主要内容：1.选择基础方案（确定材料、类型，进行基础平面布置）；2.确定地基持力层和基础埋置深度；3.确定地基承载力；4.确定基础的底面尺寸，必要时进行地基变形与稳定性验算；5.进行基础结构设计（内力分析、截面计算、构造要求）；6.绘制基础施工图，提出施工说明。2.1.2浅基础设计方法常规设计法（简化计算法）、相互作用设计法。常规设计法要点：特点：满足静力平衡条件；不满足变形协调条件。结论：地基越软弱或越不均匀，按常规设计法计算的结果与实际情况的差别就可能越大。合理的设计方法：考虑地基、基础与上部结构的相互作用（分析难度较大）。常规设计法适用条件：1.地基沉降较小或较均匀；2.基础刚度较大。2.1.3地基基础设计原则5)地基内有厚度较大或厚薄不匀的填土，其自重固结未完成时。即应验算地基变形。概念补充：1、荷载标准值：它是荷载的基本代表值，指结构在使用期间（50年）可能出现的最大荷载值。分永久荷载标准值（Gk）和可变荷载标准值（Qk）。

对永久荷载应采用标准值为代表值；对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。2、可变荷载组合值Qc：当结构同时承受两种或两种以上的可变荷载时，考虑到荷载同时达到最大值的可能性较小，因此除了主导荷载仍以其标准值为代表值外，对其它伴随荷载，将标准值乘以一个小于或等于1的荷载组合系数作为代表值，称为可变荷载组合。3、可变荷载频遇值Qf：在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。它相当于在结构上时而或多次出现较大荷载，但总是小于荷载的标准值。4、可变荷载准永久值Qq：在设计基准期内，其超越的总时间约为设计基准值的一半的荷载值，也就是经常作用于结构上的可变荷载。按结构型式分：扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础、壳体基础等。2.2.1扩展基础作用：把墙或柱的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承载力和变形的要求。2.2浅基础类型按材料分：无筋基础（刚性基础）、钢筋混凝土基础。1.无筋扩展基础指由砖、毛石、砼、毛石砼、灰土、三合土等材料组成的无需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。俗称“刚性基础”。适用于多层民用建筑和轻型厂房。砖：强度等级不低于MU10。砂浆：不低于M5。在地下水位以下或当地基土潮湿时，应采用水泥砂浆砌筑。适用于6层及6层以下的民用建筑和砖墙承重的厂房。(1)砖基础垫层作用（素砼，100厚，C10）：保护坑底土体不被人为扰动和雨水浸泡；改善基础的施工条件。(2)毛石基础毛石是指未经加工凿平的石料。应采用未风化的硬质岩石，禁用风化毛石。(3)灰土基础石灰和土料按体积比3:7或2:8拌和均匀，在基槽内分层夯实（每层虚铺220~250mm,夯实至150mm）。灰土基础宜在比较干燥的土层中使用。在我国华北和西北地区，广泛用于5层和5层以下的民用房屋。(4)三合土基础由石灰、砂、骨料（矿渣、碎砖、碎石）加水混合而成。体积比1:2:4或1:3:6。用于4层和4层以下的民用房屋。四合土基础（南方个别地区用）：水泥：石灰：砂：骨料＝1:1:5:10或1:1:6:12(5)砼基础C15。抗压强度、耐久性、抗冻性较好。毛石砼基础：在砼基础中埋入体积占25%~30%的毛石，石块尺寸不宜超过300mm。可节省水泥用量，减少水化热。2.钢筋砼扩展基础（简称扩展基础）特点：抗弯、抗剪性能较好，基础高度较小。(1)墙下钢筋砼条形基础(2)柱下钢筋砼独立基础图2-4柱下钢筋混凝土独立基础(a)阶梯形基础；(b)锥形基础；(c)杯口基础2.2.2联合基础特点：解决由于柱间距小而出现的基底面积不足或荷载偏心过大的情况调整相邻两柱的沉降差，防止两者之间的相向倾斜。2.2.3柱下条形基础特点：整体抗弯刚度较大，因而具有调整不均匀沉降的能力；基底压力较均匀；造价高于扩展基础。常用作软弱地基或不均匀地基上框架或排架结构的基础。2.2.4柱下交叉条形基础2.2.5筏形基础特点：底面积大，故可减小基底压力；可提高地基承载力（尤其在有地下室时）；能增强基础的整体性，调整不均匀沉降。其他功能：见教材。注意：当地基显著软硬不均时，要慎用。(1)墙下筏形基础为一块厚度约200~300mm的钢筋砼平板。主要在华东地区采用，浅埋或不埋。

适用于具有硬壳持力层、比较均匀的软弱地基上六层及六层以下承重横墙较密的民用建筑。

硬土软土(2)柱下筏形基础2.2.6箱形基础特点：刚度极大；抗震性能好；有补偿效应。地下室用途受限制；工期长；造价高；施工技术复杂。柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础又统称为连续基础。2.2.7壳体基础充分发挥混凝土的抗压性能，一般情况下施工时不必支模，土方挖运量较少。2-3基础埋置深度的选择

基础的埋置深度是指基础的底面至室外设计地面的距离。确定基础埋深时，除了要考虑持力层的情况外，还应考虑使用功能、地下室、地下设施、基础形式、荷载、地质水文条件、相邻建筑物以及冻胀、冲刷等因素。

基础埋深的确定原则是：在保证安全可靠的前提下尽量浅埋。但基础埋深不得小于0.5m，基础顶面距地面的距离宜大于0.1m。

同一建筑物下面各部分的基础埋深可以不一致。

2.3.1与建筑物有关的条件1:建筑功能有地下室时，基础埋深要受地下室地面标高的影响，在平面上仅局部有地下室时，基础可按台阶形式变化埋深或整体加深，台阶的高宽比一般为1:2，每级台阶高度不超过0.5m。在考虑给排水、供热管道的标高时，原则上不允许管道从基础底下通过。2.3.1与建筑物有关的条件2:荷载效应在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱型基础和筏板基础埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15，桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长），不宜小于建筑高度的1/20~1/18。2.3.2工程地质条件持力层下卧层软弱下卧层对于中小型建筑物：

良好土层——坚硬、硬塑、可塑状态的粘性土层；密实或中密状态的砂土层和碎石土层；其他中低压塑性土层。

软弱土层——软塑、流塑状态的粘性土层；松散状态的砂土层；未经处理的填土；其他高压缩性土层。(1)良好土层埋深由其他条件和最小埋深确定。浅埋，一般取d=0.5~1.5m。(2)软弱土层1~2层：按情况(1)处理3~5层：可采用连续基础方案、或人工地基方案。6层以上：桩基方案。(3)软弱土层良好土层h当h>2m时：按情况(2)处理。当h<2m时：选良好土层为持力层。垫层

做法一做法二(4)2~3m厚的“硬壳层”持力层顶面倾斜时：柱下独立基础对于中小型建筑物，宜尽量选硬壳层为持力层。采用“宽基浅埋”方案。2.3.3水文地质条件

否则，应考虑：流砂；流土。对有侵蚀性的地下水，还应考虑：地下结构防渗；地下结构抗浮，例如设置抗浮锚杆基础应尽量埋置在地下水位以上。2.3.4地基冻融条件多年冻土；季节性冻土：冻胀、融陷；最小埋深规定。Zd=Z0*Ψzs*Ψzw*Ψzedmin=zd-hmax2.3.5场地环境条件≥0.5m≥0.1m考虑相邻建筑物基础埋深的影响。对修建于坡高和坡角不太大的稳定土坡坡顶的基础（图2-18），当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长b≤3m时，如基础底面外缘至坡顶边缘的水平距离a不小于2.5m，且符合下式要求：

a≥ξb–d/tanβ则土坡坡面附近由基础所引起的附加压力不影响土坡的稳定性。式中β为土坡坡角，d为基础埋深，系数ξ取3.5（对条形基础）或2.5（对矩形基础和圆形基础）。

2.4浅基础的地基承载力2.4.1地基承载力概念

·地基承载力是指地基承受荷载的能力。

·在保证地基稳定的条件下，使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载力称为地基承载力特征值fa。工程中通常以两个指标来表示地基承载力，即地基的容许承载力和极限承载力。

《地基规范》所称的地基承载力特征值相当于通常所说的地基容许承载力。

《地基规范》规定，浅基础的基底压力应满足下列要求：2.4.2地基承载力特征值的确定1.按土的抗剪强度指标以理论公式计算；

2.按地基载荷试验确定；

3.按规范承载力表确定；

4.按建筑经验确定。四类方法：1.按土的抗剪强度指标以理论公式计算(1)地基极限承载力理论公式

fa=pu/K

K=2~3常用公式：魏锡克公式、汉森公式等等。该方法不常用，原因主要有：

1）

该方法未考虑地基变形；

2）

c、φ的取值可靠度较低；

3）不同公式的计算结果相差较大。(2)规范推荐的理论公式（课本P49）当荷载为中心荷载或偏心很小（偏心距e≤0.033l，l为偏心方向基础边长）时：

fa＝Mbγb+Mdγmd+Mcck（2－5）b——基础底面宽度，大于6m时按6m考虑；对于砂土，小于3m时按3m考虑。地基沉降可能过大类似方法又称为φ=0法。2.按地基载荷试验确定（最可靠）浅层平板载荷试验（适用于浅层地基）、深层平板载荷试验（适用于深层地基）、螺旋板载荷试验（深层地基）

。地基静载试验概况平板载荷试验装置示意图百分表堆载荷载板主梁平台千斤顶优缺点：能较好的反映天然土体的压缩性；试验工作量和费用较大，时间较长。fa的确定方法：(1)当p~s曲线上有比例界限p1时，取fak=p1；确定地基承载力实测值：(2)当pu<2p1时，取fak=pu/2；(3)当不能按上述二款要求确定时，可取s/b=0.01~0.015所对应的荷载作为fak

，但其值不应大于最大加载量的一半。对同一土层，应选择三个以上的试验点，当试验实测值的极差（最大值与最小值之差）不超过其平均值的30%时，取其平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。确定地基承载力特征值：3.按规范承载力表确定野外鉴别结果室内物理力学指标现场动力触探试验锤击数fak

注意：埋深d的取法，见教材P53。还需要注意下列两点：

1）公式中已经包含了基础宽度和埋深的影响；

2）公式中的b是指基础的短边。4.按建筑经验确定基槽检验和地基的局部处理：在基槽挖至接近槽底时，应由设计、施工和勘察人员对槽底土层进行检查，即所谓“验槽”。对没有地基勘察资料的轻型建筑物，地基浅层情况只能凭验槽了解；有地基勘察报告的工程，主要是核实勘察资料是否符合实际。通过验槽，可以判断持力层的承载力、地基的均匀程度是否满足设计要求，以防止产生过量的不均匀沉降。验槽以细致的观察为主，辅以轻便简易的勘探方法，如轻便触探和夯击听音等。通过观察验槽和钎探后，如不满足要求，应根据具体情况更改设计或进行地基处理。对于槽底的局部人工填土和墓坑、松土坑、废井，一般宜挖除并用碎石、砂、灰土等分层回填夯实。对于局部松软土，一般应挖除至原土。当上述挖、填方法由于施工困难等缘故而不宜采用时，可考虑采用钢筋混凝土梁板基础，以跨越局部松软土，或采用增大基础埋深、扩大基础面积、布置联合基础、加设挤密桩或局部设置桩基等方法加以解决。当柱基或部分基槽下方存在过于坚硬的旧基础、树根和岩石等障碍物时，均应尽可能挖除，以防建筑物产生不均匀沉降或开裂。2.4.3

地基变形验算建筑物的地基变形计算值△应不大于地基变形允许值[△]，即要求满足下列条件：

△≤[△]

（2–15）回顾地基变形按其特征可分为四种：沉降量——独立基础中心点的沉降值或整幢建筑物基础的平均沉降值；沉降差——相邻两个柱基的沉降量之差；倾斜——基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；局部倾斜——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。不同结构类型需验算的地基变形：砌体承重结构：由局部倾斜控制；框架结构和单层排架结构：由沉降差控制；高耸结构和高层建筑：由建筑物的整体倾斜（特别是横向整体倾斜）控制，必要时应控制平均沉降量。沉降观测在必要情况下，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。此时，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，对于其他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%

。如果地基变形计算值△大于地基变形允许值[△]，一般可以先考虑适当调整基础底面尺寸（如增大基底面积或调整基底形心位置）或埋深，如仍未满足要求，再考虑是否可从建筑、结构、施工诸方面采取有效措施以防止不均匀沉降对建筑物的损害，或改用其他地基基础设计方案。室内外平均埋深从已固结完毕的老天然地面算起注意以下三式中d的区别：2.5基础底面尺寸的确定2.5.1按地基持力层承载力计算基底尺寸1.轴心荷载作用要求：pk≤fa柱下独立基础：墙下条形基础：b、l宜为100mm的整数倍。某粘性土重度γm为18.2kN/m3

，孔隙比e=0.7，液性指数IL=0.75，地基承载力特征值fak为220kPa。现修建一外柱基础，作用在基础顶面的轴心荷载Fk＝830kN，基础埋深（自室外地面起算）为1.0m，室内地面高出室外地面0.3m，试确定方形基础底面宽度。

【解】先进行地基承载力深度修正。自室外地面起算的基础埋深d=1.0m,查表2–5，得ηd=1.6，由式（2–14）得修正后的地基承载力特征值为：

例题2–2fa=fak+ηdγm(d-0.5)=220+1.6×18.2×(1.0-0.5)=235kPa取b=2m。因b<3m，不必进行承载力宽度修正。计算基础及其上土的重力Gk时的基础埋深为：d=(1.0+1.3)/2=1.15m。由于埋深范围内没有地下水，hw=0。由式（2–19）得基础底面宽度为：2.偏心荷载作用要求：pk≤fapkmax

≤1.2fae≤l/6（或pkmin≥0）试算法步骤：（1）进行深度修正，初步确定修正后的地基承载力特征值fa。（2）根据荷载偏心情况，将按轴心荷载作用计算得到的基底面积增大10%~40%，即取（3）选取基底长边l与短边b的比值n（一般取n≤2），于是有（4）考虑是否应对地基承载力进行宽度修正。如需要，在承载力修正后，重复上述2、3两个步骤，使所取宽度前后一致。（5）计算偏心距e和基底最大压力pkmax，并验算是否满足式（2–21）和（2–24）的要求。（6）若b、l取值不适当（太大或太小），可调整尺寸再行验算，如此反复一二次，便可定出合适的尺寸。同例题2–2，但作用在基础顶面处的荷载还有力矩200kN·m和水平荷载20kN（见例图2-3），试确定矩形基础底面尺寸。[解]

（1）初步确定基础底面尺寸考虑荷载偏心，将基底面积初步增大20%，由式（2–25）得例题2–3取基底长短边之比n=l/b=2，于是因b=1.5m<3m，故fa无需作宽度修正。（2）验算荷载偏心距e基底处的总竖向力：Fk+Gk=830+20×1.5×3.0×1.15=933.5kN基底处的总力矩：Mk=200+20×0.6=212kN·m偏心距：e=Mk/(

Fk+Gk

)

=212/933.5=0.227m<l/6=0.5m（可以）（3）验算基底最大压力pkmax>1.2fa=282kPa

（不行）（4）调整底面尺寸再验算取b=1.6m，l=3.2m，则Fk+Gk=830+20×1.6×3.2×1.15=947.8kNe=212/947.8=0.224m所以基底尺寸为1.6m×3.2m。2.5.2地基软弱下卧层承载力验算要求：σz+σcz≤faz

标准值仅作深度修正矩形基础：条形基础：地基压力扩散角θ值表2-7Es1/Es2z=0.25bz≥0.50b36°23°510°25°1020°30°注：z＜0.25b

时取θ=0°，必要时，宜由试验确定；z≥0.50b时θ值不变。例图2-5中的柱下矩形基础底面尺寸为5.4m×2.7m，试根据图中各项资料验算持力层和软弱下卧层的承载力是否满足要求。例题2﹣5[解]

⑴持力层承载力验算ηb=0，ηd=1.0,

fa=209+1.0×18.0×(1.8-0.5)=232.4kPaFk+Gk=1800+220+20×2.7×5.4×1.8=2545kN

Mk=950+180×1.2+220×0.62=13302kN·m

⑵软弱下卧层承载力验算

由Es1/Es2=7.5/2.5=3,z/b=2.5/2.7＞0.50,查表2-7得θ

=23°，tanθ

=0.424。σcz

=18.0×1.8+(18.7-10)×2.5=54.2kPa

faz

=75+1.0×12.6×(4.3-0.5)=122.9kPa

σ

cz+σ

z=54.2+57.2=111.4kPa<

faz

（可以）2.5.3地基稳定性验算对于经常承受水平荷载作用的高层建筑

、高耸结构，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，应对地基进行稳定性验算。

K=Mr

/Ms≥1.22.5.4

按允许沉降差调整基础底面尺寸(1)基底尺寸对沉降的影响s=(1-μ2)ωbp0/E0

(2-31)a.对比按pk=fa原则设计的两个基础（基底压力相同）因为μ、ω、p0、E0为常量，所有s∝b

故基础底面积越大，沉降越大。b.对同一基础而言（F＝常量）

p0≈F/A

s≈(1-μ2)ωF/lE0

(2-32)故加大基础底面积（l增大）或长宽比n（ω减小）可以减少沉降量。(2)减少沉降量的措施a.加大底面积A(A加大10%，沉降约减少4.6%)；b.增大长宽比n(当n从1增大到3时，沉降约减少6%)。(3)减少不均匀沉降的措施a.若小基础的强度储备足够，可减少其底面积；b.小基础尽量做方，大基础n尽量大；c.将大基础的底面积增大（有软弱下卧层时例外）。4.8减轻不均匀沉降的措施-

建筑措施一、建筑措施(1)建筑物体型力求简单①平面形状简单,如用"一"字形建筑物；②立面体型变化不宜过大,砌体承重结构房屋高差不宜超过1~2层。(2)控制建筑物长高比及合理布置纵横墙①二层以上的砌体承重房屋，当预估的最大沉降量超过120mm时,长高比不宜大于2.5；对于平面简单、内外墙贯通，横墙间隔较小的房屋，长高比的限制可放宽至不大于3.0。4.8减轻不均匀沉降的措施-

建筑措施②尽量使内、外纵墙都贯通，缩小横墙的间距。(3)控制相邻建筑物基础的间距①同期建造的两相邻建筑之间的影响，特别是当两建筑物轻(低)重(高)差别太大时，轻者受重者的影响更甚；②原有建筑物受邻近新建重型或高层建筑物的影响。(4)设置沉降缝①平面形状复杂的建筑物的转折部位；②建筑物的高度或荷载突变处；③长高比较大的建筑物适当部位；④地基土压缩性显著变化处；4.8减轻不均匀沉降的措施-

建筑措施⑤建筑结构(包括基础)类型不同处；⑥分期建造房屋的交界处。(5)调整建筑物的局部标高①根据预估沉降，适当提高室内地坪和地下设施的标高；②将相互有联系的建筑物各部分包括设备中预估沉降较大者的标高适当提高；③建筑物与设备之间应留有足够的净空；④有管道穿过建筑物时，应留有足够尺寸的孔洞，或采用柔性管道接