第三讲独立基础（浅基础）

第三讲独立基础（浅基础）

天然地基上结构较简单的浅基础，最为经济，如能满足要求，宜

优先选用。天然地基、人工地基上浅基础设计的原则和方法基本相同，

只是采用人工地基上的浅基础方案时，尚需对选择的地基处理方法进

行设计，并处理好人工地基与浅基础的相互影响。

独立基础：当建筑物上部结构采用框架结构或单层排架结构承重

时，基础常采用方行、圆柱形和多边形等形式的独立式基础，这类基

础称为独立式基础，也称单独基础，是整个或局部结构物下的无筋或

配筋基础。一般是指结构柱基，高烟囱，水塔基础等的形式（大块实

体基础、单柱基础、墙下条形基础）。

独立基础类型：阶形基础、坡形基础、杯形基础。

3.1基础设计所需资料、设计内容和步骤

3.1.1独立基础设计所需资料

（1）建筑场地的地地形图

（2）岩土工程勘察成果报告

（3）建筑物平面图、立面图，荷载，特殊结构物布置与标高

（4）建筑物场地环境，临近建筑物基础类型与埋深，地下管线分布

（5）工程总投资与当地建筑材料供应情况

（6）施工队伍技术力量与工期要求

3.1.2基础设计内容、步骤

（1）初步拟定基础的结构型式、材料和平面布置；

（2）确定基础的埋置深度；

（3）计算作用在基础顶面的荷载

（4）确定地基承载力；

（地基承载力：是指地基土单位面积上承受荷载的能力，以kN/m2

或kPa计o

地基承载力特征值：在保证地基稳定的前提下，使建筑物的沉降不超

过容许值的地基承载力）

（5）根据作用在基础顶面的荷载及地基承载力，计算基础的底面积，

并以此确定基础的长、宽；

（6）设计基础高度与剖面形状

（7）若地基持力层存在软弱下卧层时需验算下卧层的承载力

（8）进行地基变形与稳定性验算；

（9）进行基础细部结构设计；

（10）绘制基础施工图，提出施工说明。

注：（1）~（8）中有不满足要求的情况时，可对基础设计进行调整，

如采取改变基础埋置深度火加大基础宽度、长度等措施，但应注意富

余不应过大，应满足经济要求。

3.2基础埋置深度

基础埋置深度确定原则（考虑因素）：

（1）基础埋深不应小于按各种破坏因素而定的最小埋深（保证持

力层不受外界破坏因素影响）；

（2）以满足各种力学验算为前提，应在最小埋深以下选择地基承

载力较高的土层作为持力层。

即：在大于最小埋深的条件下选择最浅的高承载力地层作为持力

层。

（1）为了保证持力层稳定的最小埋深

＞不埋置在不稳定的地表层（旱地、无水流冲刷处或设有铺砌防

护层时，应在地面以下2m以下，困难情况时不得小于1m）

（2）有水流冲刷时基础埋深应考虑水流的冲刷作用

一般冲刷深度：河床面在水流冲刷后下降的深度

局部冲刷深度：在一般冲刷的同时由于墩台的阻水作用在墩台周

围形成的附加冲刷深度

冲刷总深度：一般冲刷深度+局部冲刷深度

安全值的考虑（见教材表3・1）

（3）寒冷地区土的冻胀融陷与基础埋深关系

土的标准冻结深度：地表无积雪和草皮覆盖时，多年实测最大冻

深的平局值

＞为保证建筑物不受冻胀，基底应埋置在冻结线以下一定深度

＞冻胀及强冻胀土，应在冻胀线以下不少于0.25m,弱冻胀土不

小于冻结深度的80%

＞涵洞基础出入口及两端洞口向内各2m范围内基底应埋置于冻

结线以下0.25m

概念：土的标准冻结深度T多年实测最大冻深的平均值。

满足以上3条规定的基础埋深为最小埋深，它是保证基础安全的

先决条件和最低要求。合适的持力层要在最小埋深以下的各土层中寻

找。

综合考虑各种因素，得出可以比较的具体数值之后，再作出判断。

3.2.2建筑基础埋置深度的选择

受下列因素影响：

（1）建筑物的类型和用途

＞有地下室、地下管沟和设备基础时，基础埋深要局部或整个加

深（注意刚性基础刚性角的控制要求）

＞对沉降敏感的建筑物应将基础埋置在较坚实的土层上

＞基础需要不同埋深时，应采用台阶形基础，由浅入深

＞地下管线通过基础时，基础应保留足够的空隙

＞相邻建筑基础存在高差时，应保持基础之间的净距（相邻基础

底面高差的1〜2倍），否则应采取相应的支护措施

（2）作用在基础上的荷载大小和性质

＞承受较大竖向荷载的基础应选择好的持力层

＞承受水平荷载的基础应考虑埋深抗滑

＞承受拉拔荷载的基础应考虑埋深抗拔

＞地震区避免液化土作持力层

（3）工程地质条件和水文地质条件

应选择具有足够强度、稳定可靠的地层作为持力层

＞地基土在深度方向上均匀

＞地基由两层土组成，上层土性差，下层土性好

＞地基由两层土组成，上层土性好，下层土性差

＞应尽可能讲基础置于地下水位以上，注意排水及围护

＞注意持力层下的承压水，避免破坏隔水层

（4）地基土的冻胀和融陷的影响

3.3基础上的荷载

基础上的荷载：作用于基础上的各种荷载所组成的合力

计算荷载：基础上实际可能同时出现的荷载组合

荷载取值方法：

（1）容许应力设计法（工作应力设计法）（铁路公路）

（2）极限状态设计法（可靠度设计法）（房建）

计算荷载=主要荷载+附加荷载+特殊荷载

3.3.1主要荷载

,且任何时候都要考虑的一类荷载）

（1）结构自重

（2）浮力（注意在验算稳定性时和晚算基底应力、偏心时的区别）

（3）土压力

（4）预应力（提高材料强度和刚度，防止裂缝出现）

（5）混凝土收缩和徐变

（1）铁路列车重量

（2）公路活载

（3）离心力

（4）冲击力

（5）列车活载所产生的土压力

（6）人行道荷载

（1）制动力或牵引力

（2）风力

（3）列车横向摇摆力

（4）流水压力

（5）冰压力

（6）温度变化的影响

（7）冻胀力

（1）船只或排筏撞击力

（2）地震作用

（3）施工荷载

各种荷载，其特性和出现几率不同，不会全部同时作用在结构上,

或者不是同时出现最大值，它们对结构的强度、刚度和稳定性三方面

的影响也不一致。因此，在桥梁设计中，对某种要求应选取导致结构

物出现最不利情况的各种荷载进行检算，即|最不利荷载或图。

教材P69

3.4基础的设计计算

桥梁墩台的刚性扩大基础

依据参数：①地基基本允许承载力〔S〕

②上部结构荷载（如桥跨的计算跨度L,桥墩的高度”）

拟定原则：①形状与墩、台形状相符

②分层扩大：每层，1m,常用1m

层数一般不超过3层，如继续扩大，基底应力不一定会降

下来。

③满足刚性角的要求

④襟边尺寸，0.2m

为便于施工立模、放线误差的调整

房建中的基础

中心受压（轴不莅载作用下）

因为基础底面处的平均压力为：

/为修正后的地基承载力特征值（基础宽度大于3m或埋置深度大

于0.5m时由地基承载力特征值修正而来）

所以基底面积为AN---

ffd

%为基础及上覆土的平均重度，按经验通常可取外。20胡/〃「

（1）若为柱下矩形基础，则：取基础底面长边,与宽度力的比例

为l/b=〃（一般取nW2）。有bN/--------

（2）若为柱下矩形基础，贝h开方上式即得基础宽度。

（3）若为墙下条形基础，则：b>——

ffd

偏心受压（偏心荷载作用下）|

可以通过上述方法求得基底面积A之后，再考虑偏心影响X

（1.1-1.2）,再进行检算。

几个基本概念：

(1)地基承载力：地基所能承受荷载的能力。

(2)地基容许承载力：保证满足地基稳定性的要求与地基变形不超过

允许值，地基单位面积上所能承受的荷载。

(3)地基承载力基本值：按标准方法试验，未经数理统计处理的数据。

可由土的物理性质指标查规范得出的承载力。

(4)地基承载力标准值：在正常情况下，可能出现承载力最小值，系

按标准方法试验，并经数理统计处理得出的数据。可由野外鉴别结果

和动力触探试验的锤击数直接查规范承载力表确定，也可根据承载力

基本值乘以回归修正系数即得。

(5)地基承载力的特征值：正常使用极限状态计算时的地基承载力。

即在发挥正常使用功能时地基所允许采用抗力的设计值。它是以概率

理论为基础，也是在保证地基稳定的条件下，使建筑物基础沉降计算

值不超过允许值的地基承载力。(一般为承载力设计值)

在设计结构物基础时，各行业使用《规范》不同，地基容许承载

力、地基承载力设计值与特征值在概念上有所不同，但在使用含义上

相当。

持力层强度检算

目的|控制基底：最大压应力W地基的容许承载力

检算内容|所有外力向基底形心处简化

式中A为基底面积，机2；W为基底的截面模量，加3

注：地基容许承载力［可与地基基本承载力［%］之间的关系。

注：若持力层为岩层，当出现拉应力时，即名而为负值时，应考虑

应力重分布现象。(注意应力重分布和内力重分布的概念：内力重分布

相对于构件或结构而言；应力重分布相对于截面而言，随着荷载的增

大或减小，应力分布形式随之发生变化，如荷载增大时从三角形发展

到矩形）

判式I5皿工⑻或4I”

软弱下卧层强度检算

目的|控制软弱下卧层顶面处：总应力近地基的容许承载力

检算内容|求下卧层顶面处总的应力

《桥规》公式法

%为基底压应力，（线性分布）其取值与Z值相关，公式中各个符

号的含义见《桥规》及教材。

由圣维南原理可知：z/b>l时，外的取值与基底荷载分布形式无

关，即采用基底平均压应力。

茎维南原函］如将物体的一部分边界上面力变换为分布不同但静力等

效的面力（主矢同，对某点力矩同），则近处应力分布将有显著改变，

但远处所受影响可以不计。

引申此处即有：一定深度处，土中应力分布与基底压力分布形式

关系不大，只取决于合力大小和作用点位置。

a一m使地基应力较均匀分布，控制基础两侧产生过大的不均匀

沉降，从而限制墩身倾斜所引起的墩顶位移。

检算内容|基底截面所有外力的合力偏心

原则：设计时一般以基底不出现拉应力为原则，只要控制其偏心距，

使其不超过某一数值即可。

即偏心距e为：

式中：ZM,ZM一作用于基底重心上的竖向合力力矩和总力矩

p=WIA—基底极面核心半径。

《桥规》中对c的规定

影响因素：①荷载性质、大小；②地基土的性质

仅受恒载：非岩石地基上，合力作用点应尽量接近于重心。[c]W1.5

主要荷载+附加荷载、主要荷载+地震力在地基土质、基底反力不同时

有差异。

基础的倾覆稳定性检算

屋的|保证墩台在最不利荷载作用下，不致绕基底外缘转动而发生

倾覆现象。

检算内容|桥墩在外力作用下，在基底处合成为三个力：»、X”、

ZM,则倾覆稳定系数为：

判式K()>1.5,施工荷载或地震力时21.2

关于J的一些注意事项

J的概念：在沿截面重心与合力作用点的连线上，自截面重心至检

算倾覆轴的距离(m)

凹多边形，倾覆轴应取基底截面的外包线

计算力矩时，应视各力绕基底截面重心的方向区别正负

基础的抗滑稳定性检算

目的|保证基础的位置稳定性

检算内容|在z”作用下，基础有沿底面滑走的趋势，阻力为：/ZN

故其滑动稳定系数为：鼠=娶”

LHi

/为基底与持力层土之间的摩擦系数，可采用试验资料或查表取

得。

判式K,21.3,施工荷载：（21.2,地震力：Kc>1.1

3.4.5沉降检算

目的|限制墩台沉降量

非岩石地基上修建了建筑物后，建筑物会发生沉降，桥梁基础同

样也会发生沉降，为保证铁路的正常运营，必须限制墩台的沉降量。

《桥规》在确定地基承载力时，已经考虑的地基变形的因素，如：

当。>10m时，仍取10m。》越大，应力影响范围越大，引起沉降越大。

因此当满足强度要求时，就间接满足了沉降要求。但在特殊情况下，

必须进行沉降检算。

特殊情况见《桥规》第

如：相邻墩台基础下地基土有显著的不同或相邻跨度差别悬殊时

必须考虑差异沉降时；非岩石地基上的超静定结构基础，如拱桥、连

续梁桥等；黄土、软土、冻土等特殊土地基；考虑净高控制的跨线桥

等；快速铁路（客专及高铁）。

检算内容

计算总沉降

采用分层总和法计算恒载作用下（按所有荷载一次施加，与施工

过程有偏差）的最终沉降量工。

因为活载作用时间段，对沉降影响不大，饱和粘土的固结未完成。

且修建基础开始，沉降就开始发生，随着施工进行，沉降也不断

增加，因此，施工期间已完成总沉降的一部分品，而品可在浇注顶帽

混凝土时进行调整，即将顶帽加高△施，这样一来，对上部线路及运营

产生影响的，只有△总-△施

故计算墩台基础的沉降量△计=△总-品

判式I容许沉降

静定结构：L以m代入(L为相邻跨中较短的跨度)

墩台均匀沉降量[A]=20>/Z(mm)

相邻墩台均匀沉降量之差[可=1()71(mm)

①不等跨时，取小跨；②v24m,按24m计

超静定结构：根据沉降差所引起的结构次应力来确定

判别外Aif<[A]

3.4.5地基整体稳定性检算

目的|确保墩台不致于连同土坡滑动；路基不致于沿滑动弧面滑动

建在斜坡上的基础(尤其是受有水平荷载的)，如：墩台位于较陡的土

坡上，或桥台建于软土上且台后填土较高时，基础可能会连同地基一

起下滑，要防止下滑，就需要加深基础的埋置深度。

检算内容|圆弧条分法分析在整体稳定性

药可稳定安全系数K=鬻罂NL2

---------滑动力矩

措施①位于稳定土坡坡顶，当*<3m时(b为基础边长)，基础底面

外缘至坡顶的水平距离s不得小于2・5m,且/（基础外缘至坡面的距离）

应满足：对于条形基础，不得小于3.5儿对于矩形基础，不得小于2・5〃

②当边坡坡脚a>45。，坡高介8m,则应检算整体稳定性。

3.5防止和减轻不均匀沉降危害的措施

主要从建筑措施、结构措施、施工措施三个方面来考虑。

1.建筑物体型力求简单：增加整体刚度，减少不均匀沉降

平面：力求简单，避免附件应力重叠

立面；速筑物高低（轻重）相差不大

反之亦然，当高低（荷载）相同，地基承载力不同时，见秦皇岛

的老龙头长城。

2.控制长高比（L/H）及合理布置墙体

合理布置墙体实质上就相当于提高梁截面的W

思考：倒“八”字裂纹是如何产生的？是什么样的沉降趋势造成

的？

3.设置沉降缝划分多个独立沉降单元（琉导）

①长高比过大的建筑物的适当部位

②平面形状复杂的建筑物转折部位

③地基土的压缩性有显著变化处

④建筑物的高度或荷载有很大差别处

⑤建筑物结构（包括基础）类型截然不同处

（6）分期建造房屋的交界处

⑦拟设置伸缩缝处（沉降缝可兼作伸缩缝）

思考：沉降缝缝宽为何随建筑物高度不同而变化？怎样变化？

4.相邻建筑物净间距的考虑

避免引起附加应力，导致互倾开裂

根据地基的压缩性、影响建筑物的荷载