1、,第二章 天然地基上的浅基础,2.1、浅基础的类型、构造及适应条件 2.2、刚性扩大基础施工 2.3、板桩墙的计算,本章提要,本章是本课程最重要的内容之一，主要介绍浅基础的分类、地基承载力的确定、基础埋深的确定、地基验算及各种形式浅基础的设计原理及方法。 通过本章的学习，要求能对刚性扩大基础、独立基础、条形基础、十字交叉基础、筏板基础及箱形基础进行设计。重点掌握刚性扩大基础设计，熟悉浅基础的施工要点、各种支护计算及减轻基础不均匀沉降的措施。,2.1 浅基础的类型,浅基础一般按刚度和构造分类 2.1.1 按基础刚度分类 浅基础按刚度可分为刚性基础和柔性基础。,（1）刚性基础 刚性基础是指用抗压性
2、能较好，而抗拉、抗剪性能较差的材料建造的基础(图2.1b) 又称为无筋扩展基础，常用材料有砖、三合土、灰土、混凝土、片石、片石混凝土等。,图21 基础类型,刚性基础的特点,其中混凝土是修筑刚性基础最常用的材料，它的优点是强度高、耐久性好，可浇筑成任意形状的砌体，混凝土强度等级一般不宜小于C15号。对于大体积混凝土基础，为了节约水泥用量，可掺入不多于砌体体积25%的片石（称片石混凝土）。 刚性基础的特点：稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载。它的主要缺点是自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基强度而影响建筑物
3、的正常使用。所以对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的建筑物，当持力层的土质较差又较厚时，刚性基础作为浅基础是不适宜的。,柔性基础及其特点,（2）柔性基础 用钢筋混凝土修建的基础称为柔性基础，如图2.1(a)所示。,1）当基础荷载较大，按地基承载力确定的基础尺寸也将扩大，若采用刚性基础，按刚性角的要求确定的基础埋深很大，使得基础材料用量增加，造价提高，且过大的埋深也给施工带来不便，同时，刚性基础自重也增加了地基的附加应力。,2）采用钢筋混凝土修建的柔性基础，由于配置了钢筋，使得基础的抗弯和抗剪能力得到了较大的提高，可不受刚性角的限制，基础剖面做成扁平形状，用较小的基础高度把上部荷载传到较大的基础
4、地面上去，以适应地基承载力的要求。与刚性基础相比，柔性基础钢材、水泥用量增加，技术复杂、造价较高。,2.1.2 按基础构造分类,浅基础按构造可以分为刚性扩大基础，独立基础、条形基础、十字交叉基础、筏板基础、箱形基础等。 （1）刚性扩大基础 将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求，这种刚性基础称刚性扩大基础，其平面形状常为矩形，刚性基础每边扩大的最大尺寸应受到材料刚性角的限制。当基础较厚时，可在纵横两个剖面上都做成台阶形，以减少基础自重，节省材料。它是桥涵及其它建筑物常用的基础形式。,2.1.2 按基础构造分类,（2）独立基础 独立基础(也称“单独基础”)，是整个或局部结构物下的无筋或配筋的单个基
5、础，通常立柱式桥墩柱、房屋建筑、烟囱、水塔、高炉、机器设备常用的基础形式之一 。,2.1.2 按基础构造分类,（3）条形基础 条形基础是指基础长度远远大于其宽度的一种基础形式，按上部结构形式，可分为墙下条形基础和柱下条形基础。,1）墙下条形基础 墙下刚性条形基础在砌体结构中广泛应用，如图2.8a； 当上部墙体荷重较大而土质较差时，考虑采用“宽基浅埋”的 墙下钢筋混凝土条形基础，如图2.8b。,挡土墙下条形基础,2.1.2 按基础构造分类,墙下钢筋混凝土条形基础一般做成板式（或称为“无肋式”）。 当基础延伸方向的墙上荷载及地基土的压缩性不均匀时，为了增强基础的整体性和纵向抗弯能力，减小不均匀沉降
6、，经常采用带肋的墙下钢筋混凝土条形基础，也称为梁式。,2.1.2 按基础构造分类,2）柱下钢筋混凝土条形基础 在框架结构中，当地基软弱而荷载 较大时，若采用柱下独立基础，可 能因基础底面积大而使基础边缘相 互接近甚至重叠；为了增强基础的 整体性，并方便施工，可将同一排 的柱基础连通成为柱下钢筋混凝 土条形基础。在桥梁基础中，一般 是做成刚性基础，个别的也可做成 柔性基础。,2.1.2 按基础构造分类,(4)十字交叉基础 当荷载很大，地基土很软，基础在宽度方向需进一步扩大面积，同时又要求基础具有空间的刚度来调整不均匀沉降，基础采用柱下条形基础不能满足地基基础设计要求时，可采用双向的柱下钢筋混凝土
7、条形基础形成的十字交叉条形基础(又称交叉梁基础)。,2.1.2 按基础构造分类,(5)筏板基础 当地基软弱而荷载很大，采用十字交叉基础也不能满足地基基础设计要求时，可采用筏板基础，即用钢筋混凝土做成连续整片基础，俗称“满堂红”。,筏板基础由于基础底面积大，可减小基底压力至最小值，同时增大了基础的整体刚性，适用于各种结构。,2.1.2 按基础构造分类,(6)箱形基础 高层建筑由于建筑功能与结构受力等要求，可以采用箱形基础。箱形基础由钢筋混凝土底板、顶板和足够数量的纵横交错的内外墙组成的空间结构，具有比筏板基础大得多的空间刚度，用以抵抗地基或荷载分布不均匀引起的差异沉降。,箱形基础的抗震性能好，中
8、空部分可作为地下室，但施工复杂，造价高，对附近建筑物影响大。,2.2 刚性扩大基础施工,一、旱地上基坑开挖及围护 （一）无围护基坑 （二）有围护基坑 一般基坑较深、土质条件差、地下水影响较大、放坡对邻近建筑有影响时都须对坑壁进行围护。常有板桩墙支护和混凝土护壁等。 二、基坑排水 基坑在地下水位以下时，随着基坑的下挖，渗水将不断涌集基坑，因此施工过程中必须不断地排水，以保持基坑的干燥，便于基坑挖土和基础的砌筑与养护。 三、围堰工程 在水中修筑桥梁基础时，开挖基坑前需在基坑周围先修筑一道防水围堰，把围堰内水排干后，再开挖基坑修筑基础。如排水较因难，也可在围堰内进行水下挖土，挖至预定标高后先灌注水下
9、封底混凝土，然后再抽干水继续修筑基础。在围堰内不但可以修筑浅基础，也可以修筑桩基础等。,墙后土体强度破坏将造成过大的侧向土压力，导致墙体滑动、倾覆或支护结构破坏事故 。,扶壁式挡土墙,锚定板式与锚杆式挡土墙,2.3 板桩墙的计算,板桩常用作支撑或施工时的围堰结构。 板桩墙的作用是挡住基坑四周的土体，防止土体下滑和防止水从坑壁周围渗入或从坑底上涌，避免渗水过大或形成流砂而影响基坑开挖。作用于板桩墙的外力主要来自坑壁土压力和水压力，或坑顶其它荷载（如挖、运土机械等）所引起的侧向压力。 板桩墙土压力计算比较复杂，由于它大多是临时结构物，因此常采用比较粗略的近似计算，即不考虑板桩墙的实际变形，仍沿用古
10、典土压力理论计算作用于板桩墙上的土压力。一般用朗金理论来计算不同深度z处每延米宽度内的主、被动土压力强度Pa、Pp(kPa)：（2-1）（2-2）,2.3 板桩墙的计算,一、悬臂式板桩墙的计算 悬臂式板桩墙的破坏一般是板桩绕桩 底端b点以上的某点o转动。墙身前侧 是被动土压力（bcd），其合力为 ,并 考虑有一定的安全系数K（一般K=2）； 在墙身后方为主动土压力（abe）， 合力为 。另外在桩下端还作用有被动 土压力，由于其作用位置不易确定， 计算时假定作用在桩端b点。考虑到的 实际作用位置应在桩端以上一段距离， 因此，在最后求得板桩的入土深度t后， 再适当增加1020%。,2.3 板桩墙的
11、计算,二、单支撑（锚碇式）板桩墙的计算1、下端简支支撑 2、下端固定支撑,板桩墙的计算,三、多支撑板桩墙的计算 当坑底在地面或水面以下很深时，为了减少板桩的弯矩可以设置多层支撑。板桩支撑的层数和支撑间距布置一般采用以下两种方法设置： 1等弯矩布置：当板桩强度已定，即板桩作为常备设备使用时，可按支撑之间最大弯矩相等的原则设置。 2等反力布置：当把支撑作为常备构件使用时，甚至要求各层支撑的断面都相等时，可把各层支撑的反力设计成相等。 多支撑板桩墙的施工程序往往是先打好板桩， 然后随挖土随支撑，因而板桩下端在土压力 作用下容易向内倾斜，墙后土体达不到主动 极限平衡状态，土压力不能按库仑或朗金理 论计
12、算。根据试验结果证明这时土压力呈中 间大、上下小的抛物线形状分布 。,板桩墙的计算,多支撑板桩墙上土压力的分布图形 a）板桩支撑；b）松砂；c）密砂；d）粘土H6Cu；e）粘土H4Cu,太沙基和佩克根据实测及模型试验结果，提出作用在板桩墙上的土压力分布经验图形,四、基坑稳定性验算,（一）坑底流砂验算 一般可采用简化计算方法进行验算。其原则是板桩有足够的入土深度以增大渗流长度，减少向上动水力。由于基坑内抽水后引起的水头差h造成的渗流，其最短渗流途径为 在流程t中水对土粒动水力应是垂直向上的，故可要求此动水力不超过土的有效重度b，则不产生流砂的安全条件为式中：K安全系数，取2.0； i水力梯度，;
13、 w水的重度。 由此可计算确定板桩要求的入 土深度t。,基坑稳定性验算,（二）坑底隆起验算 如图：假定土体重W在自重和地面超载的作用下，地基沿圆柱面BC发生滑动失稳，失稳土体将绕圆柱面中心轴O转动。其滑动力矩为：抵抗滑动的力矩为： Su滑动面上不排水抗剪强度，如土为饱和软粘土，则=0，Su = Cu。M与Md之比即为安全系数K 一般1.2,基坑稳定性验算,（三）封底混凝土厚度计算 1、抗浮: 作用在封底层的浮力是由封底混凝土和围堰自重， 以及板桩和土的摩阻力来平衡的。若混凝土厚度为x 则：(2-6) 小于1的修正系数，具体数值由经验确定； w水的重度，取10kN/m3; c混凝土重度，取23kN/m3; h封底混凝土顶面处水头高度（m）。 2、抗弯 当封底层厚度应由其强度确定时，一般按容许 应力法简化计算，假定封底层为一简支单向板， 其顶面在静水压力作用下产生弯曲拉应力： 则： (2-7)W封底层每米宽断面的截面模量（m3）； l 围堰宽度（m）； 水下混凝土容许弯曲应力，不宜取值过高，一般用100200kPa。,
