1、第三章天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础3.1 3.1 概述概述天然地基天然地基：建筑物荷载不大或地基土强度较高时，天然土层不需要经过特殊处 理就可承受建筑物荷重的地基。天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础：天然地基上，基础埋置深度小于5m的一般基础(柱基或墙基)以及埋置深度超过5m，但小于基础宽度的大尺寸的基础(如箱形基础)。在选择地基基础类型时，主要考虑两个方面的因素：一、建筑物的性质建筑物的性质(包括它的用途、重要性、结构型式、荷载性质和荷载大小等)；二、地基的地质条件地基的地质条件(包括土层的分布、土的性质和地地下水下水等)。3.1 3.1 概述概述地基基础的设计等级 GB50007
2、2002建筑地基基础设计规范根据地基复杂程度、建筑物规则和功能特征，以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计划分为三个设计等级。3.1 3.1 概述概述浅基础的设计规定地基基础的设计与计算应满足承载力极限状态和正常使用极限状态，其规定为：(1)(1)基础有应足够的强度、刚度与耐久性基础有应足够的强度、刚度与耐久性。(2)(2)地基应具有足够的强度和稳定性地基应具有足够的强度和稳定性。规范要求各级建筑物地基均应进行承载力计算；对经常承受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性，以保证地基在防止整体剪切破坏方面有足
3、够的安全储备。(3)(3)地基应满足变形方面的要求地基应满足变形方面的要求。设计等级为甲级、乙级的建筑物，应按地基变形设计；建筑物情况和地基条件复杂的丙级建筑物地基尚应做变形验算，以保证建筑物不因地基沉降影响正常使用。3.1 3.1 概述概述荷载取值规定 地基基础设计时,所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定：按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计
4、入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.03.1 3.1 概述概述荷载取值规定 在确定基础或桩台高度、支挡结构截面计算、基础或支挡结构内力确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数0不应小于1.0。3.1 3.1 概述概述地基基础设
5、计内容和一般步骤(1)选择基础的材料、类型，确定平面布置；(2)选择基础的埋置深度，即确定地基持力层；(3)确定地基承载力特征值；(4)根据传至基础底面上的荷载效应和地基承载力特征值，确定基础底面积；(5)根据传至基础底面上的荷载效应进行相应的地基验算(变形和稳定性验算)；(6)根据传至基础底面上的荷载效应确定基础构造尺寸，进行必要的结构计算；(7)绘制基础施工图。3.1 3.1 概述概述 如果地基中有软弱土层存在(通常指承载力低于100kPa的土层)，不适于做天然地基上的浅基础时，常用以下3种方法解决：1加固软弱土层，提高土层的承载力，再把基础做在经过人工加固后的土层上。这种地基叫做人工地基
6、。地基基础类型3.1 3.1 概述概述 2在地基中打桩，把建筑物支撑在桩承台上，建筑物的荷载由桩传到地基深处较为坚实的土层。这种基础叫做桩基础 3 把基础做在地基深处在承载力较高的土层上。埋置深度大于5m或大于基础宽度，在计算基础时应该考虑基础侧壁摩擦力的影响。这类基础叫做深基础。地基基础类型3.1 3.1 概述概述二、地基的极限状态设计二、地基的极限状态设计 根据建筑地基基础设计规范(GBJ 789)(以下简称地基规范)，为保证建筑物的安全使用，地基必须满足两种极限状态的要求，即：1.承载力极限状态 p f式中：p 基础底面处的平均压力设计值，kPa；在p的计算中，所采用的荷载是荷载的基本组
7、合设计值。f 地基承载力设计值，kPa。2.正常使用极限状态 s s式中：s 建筑物地基的变形;在s的计算中，应采用荷载的长期效应组合不计入风荷载和地震荷载，且荷载用标准值；s 建筑物地基的变形容许值。从表面来看，地基的极限状态设计与结构物的极限状态设计完全相同。旨先满从表面来看，地基的极限状态设计与结构物的极限状态设计完全相同。旨先满足承载力极限状态，保证地基的稳定，其次满足正常使用极限状态，符合变形的足承载力极限状态，保证地基的稳定，其次满足正常使用极限状态，符合变形的要求。要求。但从已有大量地基事故分析表明，绝大多数事故是由于地基变形过大和不但从已有大量地基事故分析表明，绝大多数事故是由
8、于地基变形过大和不均匀沉降所造成的。根据地基载荷试验和地基承载力理论可知，随着荷载的增加，均匀沉降所造成的。根据地基载荷试验和地基承载力理论可知，随着荷载的增加，地基先产生压密变形，再产生局部剪切破坏，最后产生整体剪切破坏。而且代表地基先产生压密变形，再产生局部剪切破坏，最后产生整体剪切破坏。而且代表压密变形阶段的界限压力，即临塑荷载压密变形阶段的界限压力，即临塑荷载p pcrcr远小于整体剪切破坏的极限荷载远小于整体剪切破坏的极限荷载p pu u。这。这就是说地基在充分发挥其承载力以前，通常都产生较大的变形，影响建筑物的正就是说地基在充分发挥其承载力以前，通常都产生较大的变形，影响建筑物的正
9、常使用，即地基设计实质上是受变形所控制。常使用，即地基设计实质上是受变形所控制。3.1 3.1 概述概述 承载力特征值的含义承载力特征值的含义与材料强度计算值的内涵完全不一样。首先，地基土体的承载能力f 值不是土的强度，其值不仅与土的性质有关，而且与荷载的分布范围以及作用的深度等因素有关；其次，f 值在很大程度上仍然是反映建筑物对变形的限制。如上所述，地基发生失稳破坏的情况极为少见。变形验算的实质是控制地基内不要出现过大的塑性区，以免变形迅速发展，导致地基失稳。由此可见，地基的极限状态分析实际上是以验算变形为核心的分析。这点与结构的极限分析有所不同。三、地基的验算要求三、地基的验算要求 地基规
10、范按由于地基的原因造成建筑物破坏后果的严重性，将建筑物分成3个安全等级，并相应地规定验算要求。3.1 3.1 概述概述不同的安全等级地基的验算要求不同的安全等级地基的验算要求 1.一级建筑物和下表所列范围以外的建筑物以及虽属于下表以内的建筑，但符合如下规定之一项者，均应进行地基变形验算，即除了应该满足承载力极限状态的要求外，还应满足正常使用极限状态的要求。(1).地基承载力标准值小于130kPa且体型复杂的建筑；(2).在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，引起地基不均匀沉降时；(3).软弱地基上的相邻建筑物距离过近，可能发生倾斜时；(4).地基内有厚度较大或厚度不均的填土，其自重
11、固结未完成时。2.不属于上述范围内的二级建筑物和三级建筑物只要求验算地基承载力，可不再进行变形验算，即满足地基承载力的要求也就满足了变形的要求。3.对于经常受水平荷载作用的水工建筑物，挡土结构、高层建筑、高耸结构，以及建造在斜坡上的建筑物和构筑物，还应验算地基的稳定性。3.1 3.1 概述概述3.1 3.1 概述概述四、浅基础设计内容及步骤四、浅基础设计内容及步骤 天然地基上浅基础的设计内容和顺序如下：1.阅读和分析建筑物场地的地质勘察资料和建筑物的设计资料，进行相应的现场勘察和调查；2.选择基础的结构类型和建筑材料；3.选择持力层，决定合适的基础埋置深度；4.根据地基的承载力和作用在基础上的
12、荷载，计算基础的初步尺寸；5.进行地基计算，包括地基持力层和软弱下卧层(如果存在)的承载力验算，以及按规定需要进行的变形验算，根据验算结果修改基础尺寸；6.进行基础的结构和构造设计；7.绘制基础的设计图和施工图；8.编制工程预算书和工程设计说明书。3.1 3.1 概述概述天然地基天然地基 浅基础的分类1按基础埋深分 浅基础与深基础2 按基础刚度分无筋扩展(刚性)基础扩展基础3 按基础的结构形式分Shallow foundationRigid foundationSpread foundationMat foundationPile foundationIndividual footing(pa
13、d foundation)Strip footingCross strip footingBox foundation3.2 3.2 浅基础的类型与基础材料浅基础的类型与基础材料2 按基础刚度分无筋扩展基础 Rigid foundation 砖、石、灰土，素混凝土 材料抗拉强度很低有基础台阶宽高比(刚性角)要求扩展基础(柔性基础)Spread foundation钢筋混凝土要满足抗弯,抗剪和抗冲切等结构要求0hbtgtF btb0h0F3.2 3.2 浅基础的类型与基础材料浅基础的类型与基础材料 砖基础有等高砌法和二一间隔砌法两种,砖、石、砂浆材料的最低强度等级应符合表3-2的要求。毛石基础是
14、用未经人工加工的石材和砂浆砌筑而成，能就地取材，价格低，但施工劳动强度大。毛石基础设计中，基底一般不设混凝土垫层 b/2b/2d120120120606060b/2b/2120 60120d606060(a)等高切法等高切法 (b)二一间隔砌法二一间隔砌法砖基础砖基础 毛石基础毛石基础 无筋扩展基础无筋扩展基础-刚性基础刚性基础 3.2 3.2 浅基础的类型与基础材料浅基础的类型与基础材料 三合土基础是用石灰、砂、碎砖或碎石三合一材料铺设、压密而成。其体积比一般按1 2 41 3 6配制，灰土基础是用石灰和粘性土混合材料铺设、压密而成。其体积比常用3 7或2 8的比例配制，荷载较大或位于地下水
15、位以下时，可选用混凝土基础图3-3 三合土基础bb/2db/2h12060b1/2b1/26060图3-4 灰土基础b/2bb/2hdb1/2b1/212060 6060图3-5 混凝土基础混凝土基础混凝土基础 灰土基础灰土基础 三合土基础三合土基础 3.2 3.2 浅基础的类型与基础材料浅基础的类型与基础材料3 按基础的结构形式分类单独基础:柱下或墙下,土质较好Individual footing,pad foundation3.2 3.2 浅基础的类型与基础材料浅基础的类型与基础材料条型基础墙下或柱下条形基础墙下或柱下条形基础,柱下柱下:一般是土质差一般是土质差,两侧单独基础相连两侧单独基
16、础相连Strip foundation3.2 3.2 浅基础的类型与基础材料浅基础的类型与基础材料十字交叉基础十字交叉基础柱下柱下:土质更差土质更差,或荷载很大或荷载很大,四面基础相连四面基础相连纵向条形基础纵向条形基础横向条形基础横向条形基础3.2 3.2 浅基础的类型与基础材料浅基础的类型与基础材料片筏基础土质更差土质更差,单独基础联成整体单独基础联成整体,游泳馆游泳馆,筏下有筏下有肋肋,板下处理板下处理Mat foundation3.2 3.2 浅基础的类型与基础材料浅基础的类型与基础材料箱形基础有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好底板底板外墙外墙内墙内墙3.
17、2 3.2 浅基础的类型与基础材料浅基础的类型与基础材料壳体基础3.2 3.2 浅基础的类型与基础材料浅基础的类型与基础材料三、基础材料三、基础材料基础埋在土中、经常受潮，容易受侵蚀，而且它是建筑物的隐蔽部分，破坏了不容易发基础埋在土中、经常受潮，容易受侵蚀，而且它是建筑物的隐蔽部分，破坏了不容易发发现，也不容易修复，所以必须保证基础的材料有足够的强度。发现，也不容易修复，所以必须保证基础的材料有足够的强度。1.1.砖砖 基础所用的砖和砂浆的标号，根据地基土的潮湿程度和地区的寒冷程度而有不同基础所用的砖和砂浆的标号，根据地基土的潮湿程度和地区的寒冷程度而有不同的要求。此外，用石灰及砂所制成的灰
18、砂砖和其他轻质砖均不得用于基础。的要求。此外，用石灰及砂所制成的灰砂砖和其他轻质砖均不得用于基础。2.2.石料石料 料石料石(经过加工，形状规则的石块经过加工，形状规则的石块)、毛石和大漂石有相当高的强度和抗冻性，、毛石和大漂石有相当高的强度和抗冻性，是基础的良好材料。是基础的良好材料。3.3.混凝土混凝土 混凝土的耐久性、抗冻性和强度都比砖好，且便于机械化施工和预制，可建混凝土的耐久性、抗冻性和强度都比砖好，且便于机械化施工和预制，可建造比砖和砌石有较大的刚性角的基础。因此，同样的基础宽度，用混凝土时，基础的高度可造比砖和砌石有较大的刚性角的基础。因此，同样的基础宽度，用混凝土时，基础的高度
19、可以小一些。但是混凝上基础造价稍高，耗水泥量较大，较多用于地下水位以下的基础及垫层。以小一些。但是混凝上基础造价稍高，耗水泥量较大，较多用于地下水位以下的基础及垫层。标号一般采用标号一般采用C7.5C10C7.5C10。为节约水泥用量，可以在混凝上中掺入。为节约水泥用量，可以在混凝上中掺入20203030毛石，称为毛石毛石，称为毛石混凝土。混凝土。4.4.钢筋混凝土钢筋混凝土 钢筋混凝土具有较强的抗弯、抗剪能力，是质量很好的基础材料。用于钢筋混凝土具有较强的抗弯、抗剪能力，是质量很好的基础材料。用于荷载大、土质软弱的情况或地下水位以下的扩展基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础。对荷载大、土质软弱
20、的情况或地下水位以下的扩展基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础。对于一般的钢筋混凝土基础，混凝土的标号应不低于于一般的钢筋混凝土基础，混凝土的标号应不低于C15C15。壳体基础的混凝土标号应不低于。壳体基础的混凝土标号应不低于C20C20。5.5.灰土灰土 我国在我国在10001000多年以前就采用灰土作为基础垫层，效果很好。基础砌体下部受力多年以前就采用灰土作为基础垫层，效果很好。基础砌体下部受力不大时，也可以利用灰土代替砖、石或混凝土。作为基础材料用的灰土，一般为三七灰土，不大时，也可以利用灰土代替砖、石或混凝土。作为基础材料用的灰土，一般为三七灰土，即用三分石灰和七分粘性土即用三分石灰和七
21、分粘性土(休积比休积比)拌匀后分层夯实。若在灰土中加入适量的水泥做成三合拌匀后分层夯实。若在灰土中加入适量的水泥做成三合土，可以有更高的强度和抗水性土，可以有更高的强度和抗水性。3.2 3.2 浅基础的类型与基础材料浅基础的类型与基础材料基础的埋置深度基础的埋置深度 基础底面埋在地面基础底面埋在地面(一般指设计地面一般指设计地面)下下的深度，称为基础的的深度，称为基础的埋置深度埋置深度。为了保证。为了保证基础安全，同时减少基础的尺寸，要尽量基础安全，同时减少基础的尺寸，要尽量把基础放在良好的土层上。但是基础埋置把基础放在良好的土层上。但是基础埋置过深不但施工不方便，并且提高基础的造过深不但施工
22、不方便，并且提高基础的造价。价。3.3 3.3 地基设计地基设计一一 基础埋深确定基础埋深确定 基础埋深确定的基本原则基础埋深确定的基本原则在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省料，在满足承载力的条件下尽量浅埋。省工省时省料，但是有如下但是有如下基本要求基本要求：1.1.D大于大于50cm,表土扰动，植物，冻融，冲蚀表土扰动，植物，冻融，冲蚀2.基础顶距离表土大于基础顶距离表土大于10cm，保护，保护3.桥要求在冲刷深度以下桥要求在冲刷深度以下D大于大于10cm3.3 3.3 地基设计地基设计在满足其他在满足其他要求下尽量要求下尽量浅埋浅埋只有低层房只有低层房屋可用屋可用,否否则处理则处理尽
23、量浅埋尽量浅埋,但是如但是如h h1 1太太小小,就为就为IIIIh14 m 桩基桩基或处理或处理（一）地基及地质水文条件好土好土软土软土(很深很深)好土好土软土软土软土软土好土好土 I II III IVh1h13.3 3.3 地基设计地基设计（二）（二）与建筑物有关的要求与建筑物有关的要求1 1 地下室，地下管道（上下水，煤气电缆）应在基地下室，地下管道（上下水，煤气电缆）应在基底以上，便于维修，地下室要求底以上，便于维修，地下室要求:承载力变形 F3.3 3.3 地基设计地基设计新旧相邻建筑物有一定新旧相邻建筑物有一定距离距离否则要求支护否则要求支护并且要严格限制支护的并且要严格限制支护
24、的水平位移水平位移L/H=12（三）（三）与建筑物有关的要求与建筑物有关的要求LH3.3 3.3 地基设计地基设计基础埋深不同时(1)主楼与裙房主楼与裙房 高度不同高度不同,分期施工设置后浇带分期施工设置后浇带（三）与建筑物有关的要求（三）与建筑物有关的要求(2)台阶式相连台阶式相连,如山坡上的房屋如山坡上的房屋 或者验算边坡稳定性或者验算边坡稳定性L/H=12台北国际金融中心台北国际金融中心3.3 3.3 地基设计地基设计（四）（四）地基冻融条件地基冻融条件 冻胀丘冻胀丘Pingo随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时，地表就随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大于上覆土层强
25、度时，地表就发生隆起，便形成冻胀丘。发生隆起，便形成冻胀丘。3.3 3.3 地基设计地基设计冰椎冰椎3.3 3.3 地基设计地基设计3.3 3.3 地基设计地基设计3.3 3.3 地基设计地基设计3.3 3.3 地基设计地基设计3.3 3.3 地基设计地基设计（四）、地基冻胀和融陷条件（四）、地基冻胀和融陷条件 地下一定范围内，土层的温度随气候而变化，在寒冷地区，冬季地表附近土层中，水因温度降低而冻结。土冻结后，含水量增加，体积膨胀，地面隆起这种现象称为土的冻胀冻胀现象。春季气温回升土层解冻，冻土层体积缩小，而含水量显著增加，土的强度大幅度下降而产生融陷融陷现象。冻胀和融陷都是不均匀的。如果基
26、底下面有冻土层，就将产生难以预估的冻胀和融陷变形，影响建筑物的正常使用，甚至导致建筑物破坏。对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深dmin应由下式确定式中 zo(标准冻结深度)；t(采暖对冻深的影响系数)和dfr(残留冻土层厚度)。建筑地基基础设计规范规定对于冻胀地基上的建筑物应采取防冻害措施。frtdzd0min3.3 3.3 地基设计地基设计ZdZ0dmin室内地面dfr二二 地基承载力确定地基承载力确定 1 静载试验；静载试验；2 强度理论强度理论-规范规定的公式；规范规定的公式；3 按动力、静力触探等方法确定；按动力、静力触探等方法确定；4 经验方法；经验方法；千斤顶千斤顶荷载板荷载板
27、3.3 3.3 地基设计地基设计1 利用静载试验确定承载力的特征值利用静载试验确定承载力的特征值fak（未修正）（未修正）取比例界限取比例界限pcr 当当pu0。若考虑地震组合，则允许基础底面可以局部与地基土脱开，但零应力区的面积不应超过基础底面积的25，即3a 0.75b。max2()3kFGpla三、基础底面尺寸的确定三、基础底面尺寸的确定地基承载力设计值地基承载力设计值 fa 地基承载力设计值是满足土的强度条件和变形要求时的地基单位面积上的承载能力。因此承载力验算可以认为是控制地基中塑性区域的发展以免导致地基失稳。地基承载力特征值确定方法：1按建筑地基基础设计规范提供的承载力表，由室内土
28、工试验和原位测试指标确定地基承载力特征值fak。2按土的抗剪强度指标，以理论公式fa=Mb b+Md 0d+Mcck 计算地基承载力设计值fa。三、基础底面尺寸的确定三、基础底面尺寸的确定 地基承载力设计值确定地基承载力设计值确定 fafak b (b3)d (d0.5)式中 fa 修正后的地基承载力特征值，kPa；fak 地基承载力特征值，kPa；基底以下土的天然容重，地下水位以下用浮容重，kNm3；b 基础宽度，当宽度小于3m时按3m计，大于6m时按6m计；d 基础埋置深度m；一般基础自室外地面标高起算。在填方整平地区，可自填土面标高算起，但填土在上部结构施工完成后进行，应从天然地面标高算
29、起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起，当采用独立基础或条形基础时应从室内地面标高算起。地下室的外墙基础埋深，可按下式计算 d=(d1+d2)/2。在其他情况下，从室内地面标高起算；b、d 基础宽度和埋置深度的承载力修正系数。三、基础底面尺寸的确定三、基础底面尺寸的确定中心荷载作用下基础的计算中心荷载作用下基础的计算 在基础的设计中，通常假定基础底面压力是直线分布，受中心荷载作用时，则为均匀分布，基础采用对称形式，使荷载作用线通过基底形心。计算步骤如下：计算基础底面积计算基础底面积A(矩形矩形)或基础底面宽度或基础底面宽度b(条形、条形、正方形正方形)中心荷载作
30、用下的基础，按承载力设计值计算，应满足条件：初步估算时，可假定基础与土的平均容重 为19.6kN/m3(工程计算中，常简化取为 20 kN/m3)即GG dA。在实际计算时G则为基础自重的设计值和基础上土重的标准值，地下水位以下部分均用浮容重计算。kGkaFAdpfA kaGkaGkaGFbfdFbfdFAfd条形基础方形基础矩形基础三、基础底面尺寸的确定三、基础底面尺寸的确定偏心荷载作用下基础的计算偏心荷载作用下基础的计算 偏心荷载作用下，基础底面的尺寸一般用逐次渐近法进行计算。计算步骤如下：1.先不考虑偏心，用条形基础公式或矩形基础公式计算出基础的底面积A1(对于单独基础)或基础宽度b1(
31、对于条形基础)。2.根据偏心大小，把底面积A1(或b1)适当提高1040，作为偏心荷载作用下基础底面积(或宽度)的第一次近似值，即：A(1.11.4)A1 3.按假定的基础底面积A，用下式计算基底的最大和最小的边缘压力。如不满足要求，或应力过小，地基承载力未能充分发挥，应调整基础尺寸，直到既满足要求又能发挥地基承载力为止。基础高度的确定方法与受中心荷载作用的方法相同。若地基中有软弱下卧层时，应进行软弱下卧层的承载力验算。若建筑物属于必需进行变形验算的范围，应按要求进行变形验算。必要时还要对尺寸进行调整，并重新进行各项验算。maxmaxminmaxmin1 ()1.22kkkkakakpFGMp
32、pfpfpAW验算地基承载力三、基础底面尺寸的确定三、基础底面尺寸的确定2.软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算 持力层以下存在承载力明显低于持力层的土层，称为软弱下卧层。如果软弱下卧层埋藏不够深，扩散到下卧层的应力大于下卧层的承载力时，地基仍然有失效的可能，因此需要进行软弱下卧层的承载力验算。当地基受力层范围内有软弱下卧层时，应按下式验算：pzpczfaz 式中 pz软弱下卧层顶面处的附加压力设计值；pcz软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值；faz 软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力设计。当持力层与下卧软弱土层的压缩模量比值大于或等于3时，对条形基础和矩形基础，pz值可按简化公式计算
33、。()2 tan()(2 tan)(2 tan)cozcozb ppbzlb pplzbz条形基础矩形基础自重应力标准值 附加压力设计值 Es1/Es2 三、基础底面尺寸的确定三、基础底面尺寸的确定四、地基变形验算四、地基变形验算 建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许直。地基变形必须满足 s s 1.地基变形量计算 采用规范提供的分层总和法。参见土力学中的阐述。2.地基的允许变形(参见书p47表3-11)3.地基变形特征可分为 沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜 3.3 3.3 地基设计地基设计 沉降量指基础某一点的沉降量，通常指基础中点的沉降量。沉降量若过大，将影响建筑物的正常使用，如造
34、成室内外上下水管、煤气管道的断裂等等。沉降差一般指相邻柱基中点的沉降量之差。相邻柱基沉降差过大，就会导致上部结构产生额外的应力，严重时，建筑物将发生裂缝、倾斜甚至破坏。对于框架结构和排架结构，设计时应由相邻柱基的沉降差控制。倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。对于高耸结构及长高比很小的高层建筑，其地基的主要特征变形是建筑物的整体倾斜。局部倾斜指砌体承重结构沿纵墙610m内基础两点的沉降差与其距离的比值。墙体局部倾斜大时，将会使其挠曲变形、开裂，影响正常使用。四、地基变形验算四、地基变形验算 对于不同建筑物应选用对其影响最大的地基变形特征作为地基允许变形的控制依据。对于砌体承重结构应
35、由局部倾斜控制；对于框架结构和单层排架结构应由相邻柱基的沉降差控制；对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制。四、地基变形验算四、地基变形验算试确定例图试确定例图3-23-2所示某框架柱下基础底面积尺寸所示某框架柱下基础底面积尺寸 解（解（1 1）试估基础底面积）试估基础底面积=16.5kN/m=860kN=120kN=1600kN2.0m粉质粘土：=200KPae=0.85=18.0kN/mfak23Q填土：1kkFMkMQkkkF3m.深度修正后的持力层承载力特征值：深度修正后的持力层承载力特征值：kPadffmdaka75.22475.24200)5.02(5.160.1200)5.0
36、(2125.90.22075.2241600)4.11.1()4.11.1(mdfFAGak 由于力矩较大，底面尺寸可取大些，取由于力矩较大，底面尺寸可取大些，取b=3.0m，l=4.0m。例题例题3-23-2（2）计算基底压力）计算基底压力 kPaWMPPkPadblFPkkkGkk8.358.3106/4321208603.1733.1732204316002minmax （3）验算持力层承载力）验算持力层承载力 不不满满足足KPaKPafKPaPKPafKPaPakak8.2698.2242.12.18.3108.2243.173max （4）重新调整基底尺寸，再验算，取）重新调整基底尺
37、寸，再验算，取l=4.5m kPafkPaPPkPafKPaPakkak2.2692.11.2676.1085.1586/5.4321208608.2245.1582205.4316002max 则则所以所以 取取b=3.0m，l=4.5m，满足要求，满足要求 例题例题3-23-2某单独基础在荷载效应标准组合时承受的竖向力值如例图某单独基础在荷载效应标准组合时承受的竖向力值如例图3-4所所示。据持力层承载力已确定基底面积示。据持力层承载力已确定基底面积 ，试验算，试验算软弱下卧层的强度，如不满足可采取何措施？软弱下卧层的强度，如不满足可采取何措施？mmlb2.35.2 填土=16KN/m粉质粘
38、土:例图某单独基础=19KN/mEs=6.8Mpafak=86kpaEs=2.1Mpa淤泥质土:解（解（1）基底平均压力和平均附加压力：）基底平均压力和平均附加压力：kPadAFPGkk8.2451.2202.35.21630 kPadPPmok4.210 1.21.26.0195.1168.245 （2）软弱下卧层承载力特征值：）软弱下卧层承载力特征值：查表查表3-8，取承载力修正系数，取承载力修正系数d=1.0 kPazdffmdakaz9.1461.56.59.660.186)5.05.31.2(6.55.3)1019(6.0195.1160.186)5.0(例题例题3-43-4（3）软
39、弱下卧层顶面处的压力）软弱下卧层顶面处的压力 kPacz9.665.3)1019(6.0195.116 自重压力自重压力查表查表3-10，取，取=23 kPazlzbblPokz9.49 17.647.52.1683 )23tan5.322.3)(23tan5.325.2(2.35.24.210 )tan2)(tan2(kPafkPaazczz9.1468.1169.499.66 满足要求满足要求 对软弱下卧层强度不满足的情况，可增加基础底面积以减小对软弱下卧层强度不满足的情况，可增加基础底面积以减小P0k，；也可，；也可减小基础埋置深度减小基础埋置深度d，使，使P0k扩散至软弱下卧层顶面处的
40、面积加大。扩散至软弱下卧层顶面处的面积加大。例题例题3-43-4 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。其优点是施工技术简单施工技术简单，材料可就地取材。造价低廉，在地基条件许可的情况下，是多层民用建筑和轻型厂房适用的浅基础类型浅基础类型。刚性基础所用材料的抗压强度较高抗压强度较高，抗拉、抗剪抗拉、抗剪强度低，稍有挠曲变形，基础内拉应力拉应力就会超过材料的抗拉强度而产生裂缝裂缝。3.4 无筋扩展基础的设计 为保证基础不发生弯曲破坏或剪切破坏，通常都是限制台阶的宽高比以满足一定的刚度和强度要求，即满足如下要求：式中:无筋扩展基础的刚
41、性角，而tan即为台阶宽高比的允许值。002tanbbH基础底面宽度b应符合下式要求：3.4 3.4 无筋扩展基础的设计无筋扩展基础的设计tan02hb 采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱其柱脚高度h1 不得小于b1并不应小于300mm 且不小于20d(d 为柱中的纵向受力钢筋的最大直径)当柱纵向钢筋在柱脚内的竖向锚固长度不满足锚固要求时可沿水平方向弯折,弯折后的水平锚固长度不应小于10d 也不应大于20d。3.4 3.4 无筋扩展基础的设计无筋扩展基础的设计 基础大放脚采用等高式或二一间隔式砌法，每收一次其两边各收1/4砖长。(a)、(b)灰土基础;(c)毛石基础;(d)毛石混凝土基础3.4 3
42、.4 无筋扩展基础的设计无筋扩展基础的设计3.4 3.4 无筋扩展基础的设计无筋扩展基础的设计无筋扩展基础设计无筋扩展基础设计 基础类型和埋置深度确定以后就可以根据地基土层的承载力和作用在基础上的荷载，计算基础底面积和基础的高度。一、作用在基础上的荷载计算一、作用在基础上的荷载计算 基础的受力情况可分四种，一般房屋建筑物的基础主要是承受竖向荷载。水平荷载如土压力、风压力等所占的比例很小。作用在基础底面上的竖向荷载包括上部结构的自重结构的自重、屋面荷载屋面荷载、楼面荷载楼面荷载和基础的自重基础的自重(包括基础台阶上的填土)等。活荷载应按规范折减活荷载应按规范折减。荷载的计算方法应按规范要求进行。
43、3.4 3.4 无筋扩展基础的设计无筋扩展基础的设计 二、二、确定刚性基础的高度确定刚性基础的高度 刚性基础在宽度确定后刚性基础在宽度确定后(满足承载力要求满足承载力要求)，应该，应该按刚性角的要求，确定刚性基础的高度。按刚性角的要求，确定刚性基础的高度。若墙或柱的宽度为若墙或柱的宽度为bo，基础的宽度为，基础的宽度为b，刚基础，刚基础两侧的外伸长度为两侧的外伸长度为bt(bbo)/2，按，按刚性角的要求刚性角的要求:)(tan21tan tan ;200bbbhhbbbbttt基础的最小高度基础宽度 为了保护基础不受外力的破坏，基础的顶面必须埋在设计地面以下为了保护基础不受外力的破坏，基础的
44、顶面必须埋在设计地面以下 100 150mm100 150mm，所以基础的埋置深度必须大于基础的高度加上保护层的厚度。不满足这项要求时，必所以基础的埋置深度必须大于基础的高度加上保护层的厚度。不满足这项要求时，必须加大基础的埋深或者采取其他措施。须加大基础的埋深或者采取其他措施。3.4 3.4 无筋扩展基础的设计无筋扩展基础的设计三、基础的构造三、基础的构造 刚性基础经常做成台阶形断面，有时也可做成梯形断面。确定构造尺寸时最主要的是要保证断面各处都能满足刚性角的要求，同时断面又必须经济合理，便于施工。(一一)砖基础砖基础 砖的尺寸规则容易砌成各种形状的基础。砖基础大放脚的砌法有两种，一种按台阶
45、的宽高比为1/1.5；另种按台阶的宽高比为l/2。在槽底可先浇注100200mm厚的素混凝土垫层。对于低层房屋也可在槽底打两步(300mm)三七灰土，代替混凝土垫层。3.4 3.4 无筋扩展基础的设计无筋扩展基础的设计 为防止土中水分沿砖基础上升、可在砖基础中，在室内地面以下50mm左右处铺设防潮层。防潮层可以是掺有防水剂的 l:3水泥砂浆，厚2030mm；也可以铺设沥青油毡。(二二)砌石基础砌石基础 砌石基础每台阶至少有两层砌石，每个台阶的高度要求不小于 300 mm。为了保证上一层砌石的边能压紧下一层砌石的边块，每个台阶伸出的长度不应大于150mm，实际的刚性角小于允许的刚性角。因此往往要
46、求基础要有比较大的高度。为了减少基础的高度，可以把断面做成梯形。3.4 3.4 无筋扩展基础的设计无筋扩展基础的设计 (三三)素混凝土基础素混凝土基础 素混凝土基础可以做成台阶形或梯形断面。做成台阶形时，总高度在350 mm 以内作一层台阶；总高度为350mmH900mm时，作成二层台阶；总高度大于 900mm时、作成三层台阶。每个台阶的高度不宜大于500mm。(四四)灰土基础灰土基础 灰土基础一般与砖、砌石、混凝土等材料配合使用，厚度通常用300至450 mm(2步或3步)，台阶宽高比为1/1.5。由于基槽边角处灰土不容易夯实。所以用灰土基础时，实际的施工宽度应该比计算宽度每边各放出50mm
47、以上。3.4 3.4 无筋扩展基础的设计无筋扩展基础的设计 某砖混结构山墙基础，传到基础顶面的荷载，室内外高差为0.45m，墙厚0.37m，地质条件如例图所示，试设计条形基础。【例题3-5】3.4 3.4 无筋扩展基础的设计无筋扩展基础的设计【例题3-5】（1 1）确定基础材料：）确定基础材料：考虑荷载不算大，土层分布均匀，先拟采用砖和3 7灰土叠合材料条形基础，结合表3-2要求，采用MU10的砖和M5水泥砂浆砌筑。（2 2）确定基础埋深：）确定基础埋深：粉质粘土厚5.5m，可作持力层，以天然地面作为室外设计地面，取基础埋深d=1.4m。（3 3）计算地基持力层承载力特征值：）计算地基持力层承
48、载力特征值：查表3-8得，d=1.0，b=0 kPadffmdaka8.17479.14160)5.04.1(4.15.174.00.1160.1160)5.0(（4 4）确定基础底面积：）确定基础底面积：m63.12/)85.14.1(基础平均埋置深度为30.163.1208.174185dfFbGak取b=1.30m。【例题3-5】（5 5）确定基础构造尺寸：）确定基础构造尺寸：采用3：7灰土，其上用砖放脚与墙体相联，根据基底压力（6 6）验算灰土强度）验算灰土强度 灰土和砖基接触面宽度：bo=1300-2285=730mm 接触面压力：mmbnnmmhbkPadrbFPGkk285603
49、2/3702/1300,3,8.260/)3002/3702/1300(,:.3005.1/4505.1/:5.1:1133,9.17463.1203.1/185/111灰土台阶实际宽度取取砖台数以基础半宽计计算砖台阶数灰土台阶宽度值为，灰土台阶宽高比允许查表)(2500.277)45.063.1(2073.0185不满足kPakPadbFpGokk所示基础剖面如例图满足要求，基础底宽改为将砖台阶数改为调整)(532502.241)45.063.1(2085.018585028521420,142012013004:bkPkPaPmmbmmbnko如果将本例题设计为毛石基础或C15素混凝土基础
50、时，可如例图3-5(c)、(d)所示，并可分析三种基础的经济性，选择最佳设计方案。【例题3-5】3.4 3.4 无筋扩展基础的设计无筋扩展基础的设计3.5 扩展基础的设计 扩展基础扩展基础系指柱下钢筋混凝土独立基础柱下钢筋混凝土独立基础和墙墙下钢筋混凝土条形基础下钢筋混凝土条形基础。特点特点：不受刚性角的限制，设计上可以做到宽基潜埋，充分利用表层好土层作为持力层。与刚性基础相比，混凝土基础具有较大的抗拉、较大的抗拉、抗弯能力抗弯能力，能承受较大的竖向荷载和弯矩承受较大的竖向荷载和弯矩。广泛使用在单层和多层结构中。扩展基础的构造要求锥形基础的边缘高度不宜小于锥形基础的边缘高度不宜小于200mm；
