1、第二章 天然地基上的浅基础,2.1 概述 2.2 浅基础的类型 2.3 基础埋置深度 2.4 地基承载力 2.5 按地基承载力确定基础底面尺寸 2.6 防止不均匀沉降损害的措施,建筑物的荷载通过基础传给地基，并在地基中扩散开去。基础具有承上传下的作用： (1)一方面处于上部结构的荷载和地基反力共同作用之下，使基础产生内力(如：轴力、弯矩、剪力等 )； (2)基础底面的压力又作为地基上的荷载，使地基产生附加应力和变形。,2.1 概 述,因此，在设计基础时，不仅要保证基础足够的强度、刚度和耐久性，还必须同时满足地基的承载力和稳定性，并把地基的变形(基础的沉降)限制在允许范围内。可见，地基与基础的关
2、系是十分密切的，故 基础设计必须包括地基计算，因而常称基础设计为 地基基础设计。,基础的分类,浅基础：埋置深度不大（小于或等于基础底面宽度，一般认为小于5m ）且可用简便施工方法进行基坑开挖和排水的基础，如柱下独立基础、条形基础、筏板基础、交叉梁基础。,深基础：浅层土质不良，需要利用深处良好地层,采用专门的施工方法和机具建造的基础，如桩基、沉井、地下连续墙、箱形基础、较深的筏板基础等。,浅基础不同于深基础主要表现在 ：1.从施工角度看，开挖基坑过程中降低地下水位（当地下水位较高时）和保证坑壁（或边坡）稳定的问题比较容易解决；2.从设计角度来看，浅基础的埋置深度一般较浅，因此可以只考虑基础底面以
3、下土的承载力，而忽略基础侧面土提供的竖向承载力。,浅基础的设计，不能离开地基条件孤立地进行，故常称为地基基础设计。地基基础设计是建筑物结构设计的重要组成部分。基础的型式和布置，要合理地配合上部结构的设计，满足建筑物整体的要求，同时要做到便于施工、降低造价。,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。,天然地基上浅基础的设计，包括下述各项内容：1.选择基础的材料、类型和平面布置；2.选择基础的埋置深度；3.确定地基承载
4、力；4.确定基础尺寸；5.进行地基变形与稳定性验算；6.进行基础结构设计；7.绘制基础施工图，提出施工说明。,上述浅基础设计的各项内容是相互关联的，设计时可按上述顺序:首先选择基础材料、类型和埋深，然后逐项进行计算，如果发现前面的选择不妥，则需修改设计，直至各项计算均符合要求，各数据前后一致为止。,必须强调的是：地基基础问题的解决，不宜单纯着眼于地基基础本身，按常规设计时，更应把地基、基础与上部结构视为一个统一的整体，从三者相互作用的概念出发考虑地基基础方案。,2.2 浅基础的类型,一、常用的浅基础材料 （1）砖基础砖砌体具有一定的抗压强度，但抗拉强度和抗剪强度低。砖基础所用的砖，强度等级不低
5、于MU7.5，砂浆不低于M2.5。在地下水以下或当地基土潮湿时，应用水泥砂浆砌筑。在砖基础地面以下，一般应先做100mm厚的C10或C7.5的混凝土垫层。砖基础取材容易，应用广泛，一般可用于6层及6层以下的民用建筑和砖墙承重的厂房。,（2）毛石基础毛石指未经加工凿平的石料。毛石基础所采用的是未风化的硬质岩石，禁用风化毛石。由于毛石之间间隙较大，如果砂浆粘结的性能较差，则不能用于多层建筑，且不易于地下水位以下。但由于毛石基础的抗冻性能较好，北方也有用来作为7层以下的建筑物基础。,（3）灰土基础灰土是用石灰和土料配置而成的。石灰以块状为宜，经熟化（加水化开）12天后过5mm筛立即使用。土料应用塑性
6、指数较低的粉土和粘性土为宜，土料团粒应过筛，粒径不得大于15mm。石灰和土料按体积配合比为3：7或2：8拌和均匀，在基槽内分层夯实（每层虚铺220250mm，夯实至150mm）。灰土基础宜在比较干燥的土层中使用，其本身具有一定的抗冻性。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）三合土基础三合土是由石灰、砂和骨料（矿渣、碎砖和碎石）加水混合而成。施工时石灰、砂、骨料按体积配合比为1：2：4或1：3：6拌和均匀后再分层夯实（每层虚铺220mm夯至150mm）。三合土的强度较低，一般只用于4层及4层以下的民用建筑。南方有的地方习惯用水泥、石灰、砂、骨料的四合土作为基础。所用材料
7、的体积配合比分别为1：1：5：10或1：1：6：12,（5）混凝土基础混凝土基础的抗压强度、耐久性和抗冻性比较好，其强度等级一般为C10以上。这种基础常用在荷载较大的墙柱处。如在混凝土基础中埋入体积占25%30%的毛石（石块尺寸不宜超过300mm），即做成毛石混凝土基础，可节省水泥用量。（6）钢筋混凝土基础钢筋混凝土是基础的良好材料，其强度、耐久性和抗冻性都较理想。由于它承受力矩和剪力的能力较好，因此在相同的基底面积下可减少基础高度。因此在荷载较大或地基较差的情况下使用。,二、按基础材料的性能分类 （1）刚性基础通常由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的 基础。 可用于六层和六层
8、以下（三合土基础不宜超过四层）的民用建筑和砌体承重的厂房。刚性基础的特点是：材料具有较好的抗压性能，稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只需地基承载力能满足要求，适用于多层民用建筑和轻型厂房。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。,刚性基础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承载力而影响结构物的正常使用。所以对于荷载大或上部结构对差异沉降较敏感的结构物，当持力层土质较差又较厚时，无筋扩展基础作为浅基础是不适宜的。,刚性基础的材料虽具有较好的抗压性能，但其
9、抗拉、抗剪强度却不高。设计时必须保证发生在基础内的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度值。这种保证通常是通过对基础构造的限制来实现的，即基础每个台阶的宽度与其高度之比（宽高比）都不得超过规范规定的台阶宽高比的允许值。,刚性基础又可分为墙下刚性条形基础和柱下刚性独立基础。,（2）柔性基础（钢筋混凝土扩展基础）当刚性基础的尺寸不能同时满足地基承载力和基础埋深的要求时，则需采用柔性基础，即钢筋混凝土基础，包括柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。钢筋混凝土基础主要是用钢筋混凝土浇筑，其抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用，这类基础的高度不受
10、台阶宽高比的限制，采用扩大基础底面积的方法来满足地基承载力的要求，但不必增加基础的埋深，故适宜于需要“宽基浅埋”的场合下采用。,柔性基础,基础在基底反力作用下，在a-a断面产生的弯曲拉应力和剪应力若超过了基础建材的强度值，为防止基础在a-a断面开裂甚至断裂，必须在基础中配置足够数量的钢筋。,三、按结构型式分类 (1)墙下条形基础 墙下条形基础有刚性条形基础和钢筋混凝土条形基础两种。,墙下钢筋混凝土条形基础,(c)有肋的条形基础,(b) 台阶形,(a)锥形,（2）柱下单独基础柱下单独基础也分为柱下刚性基础和柱下钢筋混凝土基础。 （3）柱下条形基础和联合基础支撑同一方向（或同一轴线）上若干根柱的长
11、条形连续基础称为柱下条形基础。,（4）交梁基础 如果地基松软且在两个方向分布不均，需要基础两向具有一定的刚度来调整不均匀沉降，则可在柱网下沿纵横两向设置钢筋混凝土条形基础，从而形成柱下交梁基础，也叫十字条形基础。,a)，b)平板式,c)，d)梁板式,（5）筏板基础 当柱下交梁基础底面积占建筑物平面面积的比例较大、或者建筑物在使用上有要求时，可以在建筑物的柱、墙下方作成一块满堂的基础，即筏板（片筏）基础。,（6）箱形基础箱形基础是由钢筋混凝土底版、顶板和纵横内外墙组成的整体空间结构。,正、倒锥组合壳基础,2.3 基础埋置深度,确定基础的埋置深度是地基基础设计中的重要内容，它涉及到结构物建成后的牢
12、固、稳定及正常使用问题。在确定基础埋置深度时，必须考虑把基础设置在变形较小，而强度又比较大的持力层上，以保证地基强度满足要求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。,此外，还要使基础有足够的埋置深度，以保证基础的稳定性，确保基础的安全。确定基础埋置深度时，必须综合考虑地基的地质、地形、水文条件，当地的冻结深度、上部结构形式，以及保证持力层稳定所需的最小埋深和施工技术条件、造价等因素。,对于某一个具体工程来说，往往是其中一、两种因素起决定性作用，所以在设计时，必须从实际出发，抓住主要因素进行分析研究，确定合理的埋置深度。,一、与建筑物有关的条件包括建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的型
13、式和构造等。 二、作用在地基上的荷载大小和性质 三、工程地质条件和水文地质条件合理选择地基持力层。另外，选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。 （渗流力、浮托力）,四、相邻建筑物的基础埋深当存在相邻建筑物时：新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑物的基础埋深。当埋深大于原有建筑物的基础埋深时，两基础之间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑物荷载大小、基础型式和土质情况而定。,如上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物的地基。,五、地基土冻胀和融陷的影响季节性冻土是指一年内冻结与解冻交替出现的土层，在全国分布很广，厚度在0。5m以上，
14、最厚打3m.如果建筑物埋于冻胀土内，当冻胀力或冻切力(变暖，冰晶体融化，含水量增大，土的强度降低)足够大时，就会导致建筑物发生不均匀的上抬(不均匀沉降)，门窗不能开启，严重时墙体开裂；,影响冻胀的因素主要是：土的情况、土中含水量的多少以及地下水补给条件。建筑规范中：地基冻胀土分为： 不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和 特强冻胀 5个等级。,2.4 地基承载力,1、概念：地基承载力是：指地基土单位面积上所能承受的具有一定可靠度的最大荷载，以kN/m2或kPa计。在建筑工程中，必须使建筑物基础底面压力不超过规定的地基承载力，以保证地基土不致破坏，即丧失稳定性。同时也要使建筑物不会产生建筑物不容许的沉降
15、和沉降差，以满足建筑物的使用要求。,2、确定地基承载力时，应考虑以下因素：,(1)土的物理力学性质 (2) 地基土堆积年代及其成因 (3)地下水 (4)建筑物性质 (5)建筑物基础,3、目前确定承载力特征值的方法有一下几种： (1)按载荷试验确定； (2)按动力、静力触探等方法确定； (3)根据土的强度理论公式确定； (4)凭经验值确定。,(1) 按地基载荷试验确定地基的承载力特征值：在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动较少的浅部地基土体直接加荷，所测得的成果一般能反映相当于12倍载荷板宽度的深度以内土体的平均性质。,按载荷试验成果确定 地基承载力特征值,p,s,0,承载力特征值的确定：1.当ps
16、曲线上有比例界限 时，取该比例界限所对应的荷载值；2.当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；3.当不能按上述二点确定时，如压板面积为0.250.50m2，可取s/b=0.010.015 所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。,同一土层参加统计的试验点不应少于3点，各试验实测值的极差不得超过其平均值的30%，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。,(3)按理论公式计算地基承载力特征值,地基基础规范中-临界荷载公式,fa=Mbb+Md md+Mcck,地基承载力和边坡稳定性问题在本质上是一致的。它们都是考虑土中的剪应力与土的抗剪强度之间的关系。地基基础设计
17、首先必须保证在荷载作用下的地基对土体产生剪切破坏而失效方面，应具有足够的安全度。为此，建筑物浅基础的地基承载力验算均应满足下列要求：,式中 pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；fa修正后的地基承载力特征值。,1.当轴心荷载作用时,式中 pkmax相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘处的最大压力值；fa修正后的地基承载力特征值。,2.当偏心荷载作用时除了应满足上式外，还应满足,地基承载力特征值可：由载荷试验或其他原位测试、公式计算并结合工程实践经验等方法综合确定。当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修
18、正：,式中 fa修正后的地基承载力特征值；fak地基承载力特征值；b、d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数；b基础底面宽度（m），当基宽小于3m按3m考虑，大于6m按6m考虑；,m基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；d基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起。,当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应按下式验算：,式中 pz相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值；pcz软弱下卧层顶面处土的自重应力值；faz软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值。,2.5 按地基承载力 确定基础底面尺寸,一、按地基持力层的承载力计算基底尺寸设计浅基础时，一般先确定埋深d并初
19、步选择底面尺寸，求得基底以下持力层的修正后的承载力特征值，再按下列条件验算并调整尺寸直至满足设计要求为止。,式中 pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；fa修正后的地基承载力特征值。,1.当轴心荷载作用时,式中 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轴力值；Gk基础自重和基础上的土重；A基础底面面积。,基础底面的压力，可按下列 公式确定：,式中 pkmax相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘处的最大压力值；fa修正后的地基承载力特征值。,2.当偏心荷载作用时除了应满足上式外，还应满足,式中 Mk相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值；W 基础底面的
20、抵抗力矩；,基础底面的压力，可按下列 公式确定：,由于以上公式中的pk、pkmax和fa都与基底尺寸有关，所以只有预选尺寸并通过反复试算修改尺寸才能取得满意的结果。,二、软弱下卧层的验算当地基受力层范围内有软弱下卧层（承载力显著低于持力层的高压缩性土层）时，按持力层土的承载力计算得出基础底面所需的尺寸后，还必须对软弱下卧层按下式进行验算,2.6 防止不均匀沉降 损害的措施,地基的过量变形将使建筑物损坏或影响其使用功能。特别是高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基上的建筑物，如果考虑欠周，就更易因不均匀沉降而开裂损坏。如何防止或减轻不均匀沉降造成的损害，是设计中必须认真考虑的问题。
21、,一、建筑措施1.建筑物的体型力求简单2.在应力突变处，宜设置沉降缝3.相邻建筑物基础间的净距地基中附加应力的向外扩散，使得相邻建筑物的沉降相互影响。在软弱地基上，两建筑物基础的距离太近时，相邻影响产生的附加不均匀沉降，可能造成建筑物的开裂或互倾。,为了避免相邻影响的损害， 软弱地基上的建筑物基础之间 要有一定的净距。4.调整建筑物某些组成部分的标高a.室内地坪和地下设施的标高，应根据预估沉降量予以提高。建筑物各部分（或设备之间）有联系时，可将沉降较大者标高提高。,b.建筑物与设备之间，应 留有足够的净空。当建筑物有 管道穿过时，应预留足够尺寸的孔洞，或采用柔性的管道接头等。 二、结构措施1.减轻建筑物的自重（减小基底压力）2.设置圈梁（增加建筑物的整体性）3.减小或调整基底附加压力,
