基础工程第2章浅基础

第

2

章

浅基础合肥工紫大学HEFEIUNIVERSITY

OF

TECHNOLOGY勤

奋

严

谨

求

实

创

新厚

德

笃

学

崇

实

尚

新基础工程基础d地基2.1概述几个概念：埋深结构、地质和环境资料

合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY基础结构类型、建筑材料确定持力层、基础埋深地基承载力、荷载和基础初步尺寸No验算承载力、变形和稳定基础的结构和构造设计基坑设计基础设计图、施工图、预算书2.1.1浅基础设计步骤表1-3地基基础设计等级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2层及2层以上地下室的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下民用建筑及一般工业建筑；

次要的轻型建筑物《建筑地基基础设计规范》GB50007-20022.1.2地基基础设计等级设计计算基本原则：1地基具有足够的强度，满足承载力要求、变形要求

2地基具有足够的刚

度，满足变形要求3基础本身具有足够的强度、刚度、耐久性要求2.1.3设计计算基本原则：合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY(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)甲、乙级建筑物均应按地基变形设计；(3)建筑物情况和地基条件复杂的丙级建筑物地基，也应验算建筑物的变形，确保建筑物不因地基变形影

响正常使用。地基基础设计基本规定合肥工紫大学HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY地基主要受力层情况地基承载力特征值fak/kPa60≤fak<8080≤fak<100100≤fak<130130≤fak<160160≤fak<200200≤f<300各土层坡度/%≤5≤5≤10≤10≤10≤10建

筑

类

型砌体承重结构、框架结构(层数)≤5≤5≤5≤6≤6≤7单层排架结构(6m柱距)单

跨吊车额定起

重量/t5～1010～1515～2020～3030～5050~100厂房跨度/m≤12≤18≤24≤30≤30≤30多

跨吊车额定起

重量/t3～55～1010～1515～2020～3030～75厂房跨度/m≤12≤18≤24≤30≤30≤30烟

囱高度/m≤30≤40≤50≤75≤100水

塔高度/m≤15≤20≤30≤30≤30容积/m³≤5050~100100~200200～300300～500500~1000表1-8可不作地基变形计算的丙级建筑物范围(4)对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡

土墙等，以及建在斜坡上或边坡附近建筑物和构筑物，

尚应验算其稳定性；(5)基坑工程应进行稳定性验算；(6)当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在

地下室上浮问题时，尚应进行抗浮验算。合肥工紫大学HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY砖基础混凝土基础毛石混凝土基础毛石基础基础灰土基础三合土基础钢筋混凝土基础2.2浅基础的类型2.2.1按基础刚度分类：柔性基础刚性基础独立基础条形基础伐板基础箱形基础壳体基础墙下条形基础柱下条形基础交叉条形基础2.2.2按基础构造分类基础现浇柱

现浇柱预制柱uu(a)(b)(c)柱下独立基础

(a)

台阶形

(b)

锥

形(c)

杯口独立基础(a)

(b)砌体柱下刚性基础

(a)

砖基础

(b)

混凝土基础独立基础(a)(b)(c)(d)烟囱、水塔等的基础独立基础(a)(b)条形基础柱肋

梁I|

I-II|Ⅱ

底板□攻条形基础(a)(b)Ⅱ-Ⅱ墙下或柱下条形基础柱下：一般是土质差，两侧单独基础相连合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY条形基础I-I柱下：土质更差，或荷载很大，四面基础相连伐板基础(a)

(b)合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY土质更差，单独基础联成整体箱形基础柱底板顶板内

墙外墙I

|l有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好(a)

(b)(c)图7.

11

壳体基础的结构型式和荷载示意图(a)

正圆锥壳；(b)M

型组合壳；(c)

内球外锥组合壳壳体基础60

6060确定基础埋深必须考虑建筑

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；荷载大小和性

质；工程地质和水文地质条件；相邻基础；地基土的冻

胀

作

用

；宜大于100室外地坪

室内地坪埋置深度：一般指基础底面到室外设计

底面的距离(d

不应浅于0.5米)60

6p60品502.3

基础埋置深度的选择合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY120120b(a)建筑结构条件包括建筑物用途、类型、规模与

性质。某些建筑物需要具

备一定的使用功能或宜采

用某些基础形式，这些要

求常成为基础埋深的先决

条

件

。如：设置地下室或设备层及人防；合肥工紫大学HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY2.3.1建筑结构条件与场地环境条件(b)·

地震区，除岩石地基外，天然地基的筏形和箱形基础

埋深不宜小于建筑物高度的1/15·

地下管道(上下水，煤气电缆)应在基底以上，便

于维修·

基础埋深不同时(1)主楼与裙房，高度不同，分期施工设置后浇带(2)台阶式相连，如山坡上的房屋·

新旧及相邻建筑物有一定距离。否则要求支护，并且

要严格限制支护的水平位移。合肥工紫大学HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY图2

-

5阶形过渡基础图

2

-

4相邻基础的埋深上部结构基

础软弱下卧层持力层下卧层2.3.2

工程地质条件合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY基

础地

基日V/β≤45°b≤3mba≥2.5m图7.

12土坡坡顶处基叫

的

取

小埋

深d≥(Xb-a)tan

β条

形

：3.5矩形：2.5X基础底面尽可能在地下水位以上，否则开挖降水费

用大地下水位以下时，除考虑基坑排水、坑壁围护以及保护地基土不受扰动外还应注意：涌土、流砂的可能性选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态，

以及地表水情况；2.3.3水文地质条件合肥工紫大学HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY埋藏有承压水时，确定基础埋深时，要控制基坑

开挖深度，防止基坑因挖土减压而隆起开裂。yo=(Y₁Z₁

+Y₂Z2)/(z₁+Z₂)下埋藏有承压含水层的情况h₀—槽底安全厚度

AB压力计潜水位基坑按《地基规范》地基土可分为不冻胀、弱冻胀、冻

胀、强冻胀和特强冻胀。·

多年冻土(冻结时间≥3年)冻

土·

季节性冻土发生冻胀的条件内

因

←(1)土的条件

一般是细颗粒土(2)温度条件

低于冻结温度(3)水力条件含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重2.3.4地基冻融条件外因土的名称冻前天然含水量u(%)冻结期间地下水位距冻结面的最小距离

h

w

(

m

)平

均

冻

胀

率η(%)冻胀等级冻

胀

类

别碎(

卵

)

石

，

砾

、

粗、中

砂

(

粒

径小

于

0.

0

7

5

m

m

颗

粒

含

量

大

于

1

5

%

)

,

细

砂

(

粒

径

小

于

0

.

0

7

5

m

m

颗

粒

含

量

大

于1

0

%

)w≤12>1.0η≤1I不冻胀≤1.01<η≤3.5Ⅱ弱冻胀12<w≤18>1.0≤1.03.5<η≤6Ⅲ冻

胀w>18>0.5≤0.56<η≤12IV强冻胀粉

砂≤

14>1.0η≤1I不冻胀≤1.01<η≤3.5Ⅱ弱

冻

胀14<w≤19>1.0≤1.03.5<η≤6Ⅲ冻

胀19<w≤23>1.0≤1.06<η≤12IV强

冻

胀e>23不考虑η>12V特

强

冻

胀粉

土≤19>1.5η≤1I不

冻

胀≤1.51<η≤3.5Ⅱ弱冻胀表

G.0.1

地基土的冻胀性分类Z。标准冻

深

：北

京0.8~1.0m

哈尔滨2.0m满洲里2.8m≥10年的实测最大冻深平均值影响系数d

设计冻深hmax:容许残留冻土层最大厚度dmin≥7d-h

max考虑冻胀的基础埋深

按02规范土

类

别标

准

冻

深Zd=ZoVzsYzw

Yze冻

环冻胀性基采基础形式底

平

均

压

力(kPa)暖情况90110130150170190210弱冻胀土方形基础采

暖一0.940.991.041.111.151.20不采暖一0.780.840.910.971.041.10条形基础采

暖一>2.50>2.50>2.50>2.50>2.50>2.50不采暖—2.202.50>2.50>2.50>2.50>2.50冻胀土方形基础采

暖一0.640.700.750.810.86—不采暖—0.550.600.650.690.74—条形基础采

暖—1.551.792.032.262.50一不采暖—1.151.351.551.751.95一强冻胀土方形基础采

暖一0.420.470.510.56—一不采暖一0.360.400.430.47

一一条形基础采

暖

一0.740.881.001.13一一不采暖一0.560.660.750.84一—特强冻胀土方形基础采

暖0.300.340.380.41

一

一—不采暖0.240.270.310.34

一一一条形基础采

暖0.430.520.610.70

一一一不采暖0.330.400.470.53一—一表G.0.2

建筑基底下允许残留冻土层厚度hm(m)Pkmax

≤1.2faPk≤fa2.4地基承载力设计值极

限

荷

载Pu(极限承载力)阶段3:

完全破坏段临

塑

荷

载

Pc

r临

界

荷

载

P

14、P1132.4.1按地基承载力理论公式理论公式计算承载力：阶段1:

弹性段

阶段2:

局部塑性区临塑荷载·Zmax=0:Pcr

=YodNq+CNcP1/4=γB

N1/4+yo

d

Nq+cNcP1/3=γBN1/3+yodNq+cNcM·Zmax=B/4或

B/3:pZq=Yod2α临界荷载地基承载力特征值：fa=P„/K普朗特尔-雷斯诺公式太

沙

基

公

式斯凯普顿公式汉森公式极限荷载P

(极限承载力)合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY——fa:承载力特征值(设计值)——M6、M、Mc:

承载力系数，由φ查表——b:

基底宽度，大于6m

按6m

考虑，对于砂土小于3m

按3m

考虑——Ck:基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力2.4.我国《建筑地基基础设计规范》中取：2按《地基规范》承载力公式确定

以临界荷载P1/4为

理论基础fa=M₆yb+MdYmd+MCk合肥工紫大学HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY钢梁(各由两个地锚锚住)百分表

千斤顶地锚承压板(b)2.4.3

按地基载荷试验确定堆

重百分表承压板(a)排钢梁木垛观测装置图4

.

8

地基载荷试验载荷架示例(a)

堆重-千斤顶式；(b)

地锚-千斤顶式反力装置

加荷稳定装置P₁

Pu

P0.02b-确定地基承载力基本值(b)

高压缩性土松砂、软粘性土等高压缩性土。

渐进性破坏的“缓变

型

”密实砂土、较坚硬的粘性土等低压

缩性土。急进破坏的“陡降型”4.2按地基载荷试验确定合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY(a)02.P₁(1)有明显的比例界限时：取p₁(2)pu<2.0

p₁时：取1/2

pu(3)无明显直线段，承压

板面积0.25-0.5m²

时：低压缩性土：s/b=0.01-0.015高压缩性土：s/b=0.02按载荷试验p-s线确定地基承载力1、承载力特征值的确定合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY2、

原则：同一层土，宜选取3个以上试验点，当个试

验点所得的承载力特征值的极差不超过其平均

值的30%时，取平均值作为该土层的承载力特

征值fak。按载荷试验p-s线确定地基承载力合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGYGBJ7-89《建筑地基基础规范》中给出了承载力表，考虑到我国国土辽阔，地基土具有很强的区域特性，承

载力表很难给出具体的建筑场地承载力准确值，因此，GB50007-2002《建筑地基基础规范》取消了承载力表，新规范规定承载力特征值可由载荷试验或其他原位试验、

公式计算并结合工程实践经验综合确定。地基承载力特征值合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGYfak可以由强度指标确定，也可以由载荷试验或其他原位试验、并结合工程经验确定.fa=fak

by(b-3)+ηaym(

d-0.5)当b>3m,d>0.5m

时，承载力特征值要进行修正合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY地基承载力特征值的修正表2

-

3承载力修正系数土

的

类

别7b7d淤泥和淤泥质土01.0人工填土e或I大于等于0.85的粘性土01.0红粘土含水比aw>0.8含水比aw≤0.800.151.21.4大面积压实填土压实系数大于0.95、粘粒含量p≥10%的粉土最大干密度大于2.11/m³的级配砂石001.52.0粉土粘粒含量p≥10%的粉土粘粒含量p.<10%的粉土0.30.51.52.0e及I均小于0.85的粘性土粉砂、细砂(不包括很湿与饱和时的稍密状态)中砂、粗砂、砾砂和碎石土0.32.03.01.63.04.4注：①强风化和全风化的岩石，可参照所风化成的相应土类取值，其他状态下的岩石不修正；②地基承载力特征值按《地基规范》附录D深层平板载荷试验确定时ηa取0。第

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谨

求

实

创

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德

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学

崇

实

尚

新基础工程在初步选择基础类型和埋深后，就可以根据持力层的承载力特征值计算基础底面尺寸。2.5.1按地基持力层的承载力计算基底压力1.轴心荷载作用：地基反力为均匀分布，要求满足：fa——修正后的地基承载力特征值。P——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值。Fk——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值。Gk——基础自重和基础上的土重。A——基础底面面积。2.5基础底面尺寸的确定合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGYPk≤faYG——平均重度，

一般取

20

kN/m³d

——基础埋深，

m计算中承载力特征值

先只做深度修正Fk+yGAd=Afaf=fak+ηaym(d-0.5)条形基础方形基础2.偏心荷载作用：将上面计算的A或

b

扩大至1.1~1.4倍根据

A可初步确定b

和

L持力层承载力验算：●根据初步确定的埋深d与b,确定f·

承载力验算为了保证基础不致过分倾斜，一般要求偏心距应满足e≤l/6合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY要

求

：偏心荷载时：偏心荷载时：

以条形面积为例PminP

maxe>b/6:三角形e<b/6:

梯形Pmax0偏心荷载时：若不满足承载力要求，则考虑：·

增加面积A·A

不变，改变b和

l,具体看偏心方向·

采用不对称柱合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY·

下卧层承载力

f只做深度修正

Pcz·

条基无后一项·

扩散角可查表2.5.2

软弱下卧层承载力验算：合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY注意

：软土Es₂·

计算原理：

分层总和法·

计算方法：

规范推荐“平均附加应力系数”方法·

建筑物需满足地基变形要求沉降量、

沉降差、

倾斜等·

部分建筑物可不做变形验算注

意

：荷载应按正常使

用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风

荷载和地震荷载合肥工紫大学HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY2.5.3地基变形验算：S=ψsS'沉降不满足时，需要：增大尺寸(减少po)增加埋深(减少po),尤其增加地下室-补偿基础地基处理调整荷载2.5.4地基稳定性验算见教材P30第

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谨

求

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尚

新基础工程由砖、毛石、灰土、混凝土等材料按台阶逐级向下扩

展(大放脚)形成的无筋扩展基础，也称为刚性基础。刚性基础优点施工技术简单，材料可就地取材，造价低廉，用于≤6层民用建筑、荷载较小的桥梁基础以及涵洞等刚性基础局限性抗压性能好、而抗弯抗剪性能差当基础承受荷载较大时，则用料多，自重大，埋深也加大2.6无筋扩展基础的设计合肥工紫大学HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY无筋扩展基础构造示意图受力与破坏：倒置短悬臂梁弯拉破坏强度保证：限制基础台阶宽高比，

增大刚度设计要求：基础台阶宽高比小于允许宽高比刚性基础所用材料抗压强度高，抗拉、抗剪强度低，稍有挠

曲变形，基础内拉应力或剪应力超过材料强度产生裂缝。Ho

aC

为无筋扩展基础刚性角tanc

为台阶高宽比允许值基础底面尺寸满足为保证基础不发生弯曲或剪切破坏，通过限制高

宽比达到满足刚度和强度要求b≤bo+

2Ho

tanab₂/Ho≤tana合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITY

OF

TECHNOLOGY刚性角的概念基础材料质量要求台

阶

宽

高比

允

许

值p≤100100<p≤20

0200<p≤30

0混凝土基础C15混凝土1:1.001:1.001:1.25毛石混凝土

基础C15混凝土1:1.001:1.001:1.50砖基础不低于MU10,砂浆不低于M51:1.501:1.501:1.50毛石基础砂浆不低于M51:1.251:1.50灰土基础体积比为3:7或2:8的灰土，其最小干密度：粉土15.5kN/m³粉质黏土15.0kN/m³黏土14.5

kN/m³1:1.251:1.50三合土基础石灰：砂：骨料的体积比1:2:4~1:3:6

每层约虚铺220mm,夯至150mm1:1.501:2.00刚性基础台阶宽高比的允许值基础高度b₂/Ho≤tana基础构造相关规范(基础类型)(基础埋深)例题2-

7,见p32设计步骤基底面积(a)(b)(c)扩展基础(a)钢筋混凝土条形基础；(b)现浇独立基础；(c)预制杯形基础2.7扩展基础的设计冲切纯剪切弯曲1扩展基础破坏形式斜压2(1)地基净反力pj仅由基顶荷载设计值所产生的地

基反力，沿墙长取1m计算2.7.1

墙下钢筋混凝土条形础合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITY

OFTECHNOLOGY轴心荷载下基础结构设计作用下，图中

I-I

截面内力：(2)基础底板高度由于基础内不配箍筋和弯筋，故基础底板高度由砼的抗剪切条件确定：V=0.7βhf₁h₀

V或

h₀

≥0.7βnf₁hfy—钢筋抗拉强度设计值；h₀—

基础有效高度，0.9h₀

为截面内力臂的近似值。(3)基础底板配筋每米墙长的受力钢筋截面面积

：f—砼轴心抗拉强度设计值βₙ—截面高度影响系数MA,=0.9h₀f,2.7.1

墙下钢筋混凝土条形础合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY轴心荷载下基础结构设计

基础底板的配筋面积。■确定剪力后，基础有效高度h₀

由混凝土抗剪条件确定。偏心荷载下基础结构设计基础底板配筋由验算截面处的弯矩M决定基础高度验算验算截面处的剪力：基础边缘处的最大净反力设计值为■

确定弯矩后，可计算Pir—

计算截面的地基净反力(1)第一种破坏形式：弯曲破坏·

危险截面：柱根截面处·

抵抗：基础底板下部配筋(2)第二种破坏形式：·

冲切破坏：从柱根周边开始沿45°斜面拉裂，形成冲切破坏角锥体；·

抵抗：基础底板有足够厚度。Pj2.7.2柱下钢筋混凝土独立基础合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGYF₁—

地基净反力设计值，

F=p₁A₁am—冲切破坏锥体最不利一侧计算长度am=(a+ab)/2

偏心荷载作用时，将上式中的P;换

成pjmax

则

可

。基础底板厚度一由抗冲切验算定中心荷载作用：合肥工紫大学HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYh≤800mm,

取βhp=1.0;h≥2000mm,取p=0.9截面高度影响系数F₁—地基净反力设计值，

F=p₁A₁am—冲切破坏锥体最不利一侧计算长度am=(a,+ab)/2a₁=l,ab=l+2h₀F,am

如何计算??①

当≥1c+2h₀

时

，合肥工紫大学HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY②

当l<l+2

h₀时，h₀bam=(a,+ab)/2a₁=l,ab=lh₀A轴心或偏心荷载作用下，对矩形基础，当满足：台阶宽高比a≤2.5偏

心

距e≤1/6任意截面的弯矩可按下列公式计算基础底板配筋一由抗弯验算定求出M后，由此可计算底板长、短合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITYOFTECHNOLOGY轴心荷载：实际计算旨在确定控制截面弯矩，图2-25中控制截面为柱

边，此时可按下式计算合肥工紫大学HEFEI

UNIVERSITY

OFTECHNOLOGY偏心荷载：Ma1pI垂直于I-I截面的受力钢筋面积：垂直于II-II截面的受力钢筋面积十

I口十(1)采用柱下条形基础、筏基和箱基等结构刚度较

大、整体性较好的浅基础；(2)采用桩基或其他深基础；(3)采用各种地基处理方法。2.9减轻建筑物不均匀沉降危害的措施适应调整基础从基础角度出发上部结构适