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1、第七章 天然地基上浅基础的设计 地基基础部分主要内容包括：天然地基上的浅基础的设计、桩和桩基础的设计与计算、沉井等深基础的设计概述、地基基础的抗震设计、地基处理和特殊土地基等六部分。内容上依据了建筑地基基础设计规范（GB50072002）和铁路桥涵地基和基础设计规范(TBl0002.52005)以及公路桥涵地基与基础设计规范 等规范中的有关规定。7.1 概述 任何结构物都建造在一定的地层上，结构物的全部荷载都由它下面的地层来承担。受结构物影响的那一部分地层称为地基；结构物与地基接触的部分称为基础。一、地基基础方案的类型 1、地基可分为天然地基与人工地基。直接放置基础的天然土层称为天然地基；需要
2、经过人工加固或处理后能修筑基础，这种地基称为人工地基。特殊地基:需要特殊设计和施工的地基.如:湿陷性黄土、多年冻土、压缩性强的软土等。2、基础根据埋置深度分为浅基础和深基础。深基础时常采用桩基础或沉井基础等。上海东海大桥 学校新修15栋家属楼桩基础 3、地基基础的特点（1）、隐蔽性 （2）、复杂性：（3）、重要性：地基基础的工程量、造价和工期等在整个工程中占相当大的比重，在部分特殊工程中造价超过总造价的1/3。浅平基埋深浅，结构形式简单，施工简便，造价低。二、基础设计步骤及所需的资料：地基与基础的设计方案、计算中有关参数的选用，都需要根据当地的地质条件、水文条件、上部结构型式、荷载特性、材料情
3、况及施工要求等因素全面考虑。施工方案和方法也应该结合设计要求、现场地形、地质条件、施工技术设备、施工季节、气候和水文等情况来研究确定，因此，应在事前通过详细的调查研究，充分掌握必要的、符合实际情况的资料。1、浅基础设计所需资料：（1）建筑场地的地形图；（2）岩土工程勘察报告；（3）建筑物平面图、立面图，荷载，特殊结构物布置与标高；（4）建筑场地环境，邻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。2、浅基础的设计内容与类型(1)确定设计基础的结构型式、材料与平面布置；(2)确定基础的埋置深度D；(3)计算地基承载力特征值fak,
4、并经深度和宽度修正,确定修整后的地基承载力特征值fa。(4)根据作用在基础顶面荷载F和深宽修整后的地基承载力特征值,计算基础的底面积；(5)计算基础高度并确定剖面形状；(6)地基持力层下部存在软弱土层时,需验算软弱下卧层的承载力；(7)地基基础设计等级为甲、乙级建筑物和部分丙级建筑物应计算地基的变形;(8)验算建筑物或构筑物的稳定性;(9)基础细部结构和构造设计;(10)绘制基础施工图.7.2 浅基础的类型 7.2.1浅基础的结构类型 浅基础设计原则：安全、经济、充分发挥地基承载力；基础具有足够强度、稳定性；地基具有足够强度和稳定性；基础的沉降量和沉降差在规定范围。按基础的受力性能分为无筋扩展
5、基础（刚性基础）和扩展基础（柔性基础）。(1)、无筋扩展基础：多用砖、石、混凝土作成。无筋扩展基础抗拉、抗剪强度低，用刚性角来限制。刚性角（基础外伸部分宽与高之比，以tg表示）。刚性无筋扩展基础稳定性好，施工简便，能承受较大荷载，自重大，持力层不能为软土。(2)、扩展基础：多用钢筋混凝土作成。扩展基础整体性能好，抗弯刚度大。能增加承受上部荷载能力（承载），增强基础的整体性，避免不均匀沉降。独立基础：框架结构柱基、高炉、烟囱、水塔基础等均为独立基础 条形基础：基础长度大于或等于10倍基础宽度。如砖混结构的墙基、挡土墙基础等都是条形基础。上部荷载较大，地基承载力较低时，可采用柱下条形基础。十字交叉
6、基础：上部荷载较大，采用条形基础不能满足地基承载力要求时，可采用十字交叉基础（双向条形基础）筏板基础：若上部荷载大，地基软弱或地下有防渗要求时可采用筏板基础。筏板基础是用钢筋混凝土材料做成连续整片基础。筏型基础施工工地 箱形基础：高层建筑荷载大、高度大，按照地基稳定性要求，基础埋深应加深，常采用由现浇钢筋混凝土底板、顶板、纵横外墙与内隔墙组成的箱形基础。箱形基础刚度大、整体性好。7.2.2基础的材料 1、无筋扩展基础：由砖、毛石、素混凝土以及灰土等材料修建的基础。无筋扩展基础材料充足、施工简便、造价低。此类材料抗压强度较大，但不能承受拉力和弯矩。设计对刚性角（基础外伸部分宽与高之比，以tan表
7、示）有一定限制。hbhbtan 2、扩展基础：用钢筋混凝土材料建造的基础。在基础内配置足够的钢筋来承受弯矩而产生的拉应力，使基础在受弯时不致破坏。扩展基础需用钢材、水泥，造价较高。3、对材料的要求 基础用材料必须有足够的强度和耐久性。(1)砖：必须用黏土砖或蒸压灰砖.砖的强度等级不低于MU10；严寒地区饱和地基砖的强度等级不低于MU20。(2)石料：包括毛石、块石和经加工平整的料石，应选用不易风化的硬岩石。石料厚度不宜小于15，石料强度等级不小于MU25。(3)素混凝土：混凝土强度、耐久性与抗冻性较好，且刚性角大，便于机械化施工和预制。但混凝土基础的水泥用量大，造价稍高。强度等级不宜小于C10
8、。体积大的混凝土基础可掺入20%30%片石，称片石混凝土，以节约水泥。(4)钢筋混凝土：具有良好的抗压、抗弯与抗剪性能。钢筋按计算配置，混凝土强度等级不宜小于C15(5)砂浆：水泥砂浆在很湿或饱和地基中最低强度等级为M5。(6)灰土：灰土作基础或垫层历史悠久，效果良好。中小工程可用三七灰土，搅拌均匀，分层压实作基础。拌好的灰土，可以“捏紧成团，落地开花”为合格。7.3 基础的埋置深度 基础的埋置深度一般从室外地面标高算起，至基础底面的深度。在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础宜浅埋，当上层地基的承载力大于下层土时，宜利用上层土作持力层。除岩石地基外，基础埋深不宜小于 0.5m。确定基础埋深需
9、考虑：一、上部结构情况：包括建筑物用途、类型、规模、荷载大小与性质。如建筑物地下室需要使用时，基础埋深至少大于3米；建筑物类型为高层建筑，为满足抗震要求，基础埋深不小于1/101/15的建筑物地面以上高度。二、工程地质和水文地质条件：1、工程地质条件：保证持力层稳定的最小埋深。岩石地基基础修于新鲜岩面（清除覆盖土和风化层）。注意岩层倾斜时，将岩面凿平。2、水文地质条件：基础尽量做在地下水位以上，便于施工；特殊情况基础需要做在地下水位以下，必须进行基槽排水。基槽开挖时，需要防止槽底土层发生流土破坏。三、当地冻结深度 1.地基土冻结的危害 冬季土层冻结，体积膨胀，产生冻胀力，可使基础与墙体上抬而开
10、裂；春季解冻，地基土强度降低，产生沉降。2.地基冻胀分类 根据冻胀层的平均冻胀率，地基土分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。3.季节性冻土地基的设计冻深 季节性冻土地基的设计冻深 zd设计冻深 z0标准冻深 zs土的类别对冻深的影响系数 zw土的冻胀性对冻深的影响系数 ze环境对冻深的影响系数zezwzsdzz0 4.基础最小埋深 建筑物基础底面之下允许有一定厚度的冻土层时，基础最小埋深dmin=zd-hmax hmax基础底面允许残留的冻土层的最大厚度。5.防止冻害的措施（1）对在地下水位以上的基础，基础侧面应回填非冻胀性的中砂或粗砂，厚度不小于10。（2）宜选择地势高、地下水位
11、低、地表排水良好的建筑场地。（3）防止雨水、地表水等侵入建筑地基，应设置排水设施。（4）在强冻胀和特强冻胀地基上，基础结构应设置钢筋混凝土圈梁和基础梁，并控制上部建筑的长高比，增强建筑物的整体刚度。（5）独立基础联系梁或桩基础承台下有冻土时，应在梁或承台下留有相当于该土层冻胀量的空隙。（6）对跨年度施工的建筑，入冬前应对地基采取相应的防护措施。四、建筑场地的环境条件 1、邻近存在建筑物 建筑场地邻近已存在建筑物时，新建工程的基础埋深不宜大于原有建筑物。当埋深大于原有的建筑物时，两基础间应保持一定净距，其数值应根据原有的建筑荷载大小、基础形式和土质情况确定。当上述要求不能满足时，应采取分段施工，
12、设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有的建筑物基础，2、靠近土坡 建筑物靠近各种土坡，基础埋深应考虑邻近土坡临空面的稳定性。7.4 地基计算 一、基本规定1.地基基础设计等级 根据地基复杂程度、建筑物规模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，将地基基础设计分为甲级、乙级和丙级三个设计等级（见下表）。设计等级建筑和地基类型甲级 重要的工业与民用建筑物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
13、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二层及二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、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物 地基基础设计等级 2.地基计算规定根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础应进行：（1）所有建筑物的地基均需满足承载力的有关规定；（2）设计等级为甲级、乙级和部分丙级的建筑物，应按地基变形设计。3.荷载效应最不利组合与相应抗力限值（1）按地基承载力确定基础底面积及埋置深度时，传至基础底面积上的荷载效应按正常
14、使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力采用地基承载力特征值；（2）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效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作用。相应的限值应为地基变形允许值。（3）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 1.0。（4）在确定基础高度、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。pk基础底面处平均压力值；fa修正后的地基承载力特征值；Fk上部结构传至基础顶面的竖向力；Gk基础自重和基础
15、上的土重；Mk作用于基础底面的力矩值。二、承载力计算基底压应力的计算（1）在轴心荷载作用下（2）在偏心荷载作用下akkkfAGFpakkkkkfWMAGFp2.1max室 外 地 面室 内 地 面FkGkdpk中心受荷的基础中心受荷的基础 当偏心矩eb/6时，pkmin0，会出现应力重分布。laGFpkkk3)(2max 7.4.3地基承载力特征值fak及影响大小的因素 地基承载力特征值fak是指：由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线形变形阶段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。（1）、地基土的成因与堆积年代；（2）、地基土的物理力学性质；（3）、地下水；（4）、建筑物情况。7.
16、4.4地基承载力特征值的确定 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等方法确定。1、按载荷试验ps曲线确定 2、根据土的抗剪强度指标计算 当偏心矩e0.033倍基础宽度时 b基础底面宽度，大于6m按6m取值，对于砂土小于3m按3m取值；ck基底下一倍短边宽深度内粘聚力标准值；Mb、Md、Mc承载力系数(见表7.9）。KcmdbacMdMbMf 地基承载力特征值也可采用地基临塑荷载pcr、地基临界荷载p1/4或p1/3以及地基极限荷载除以安全系数pu/K来计算。3、当地经验参数法 4、地基承载力特征值的深宽修正 当基础宽度大于3米或埋深大于0.5米时，应对地基承载力特征值加以修正：)5.0()3(dbffmdbaka 7.4.5 地基变形计算 建筑物不仅需要满足地基承载力要求，也需要进满足地基变形要求，因此，需进行地基变形计算。计算基底附加应力时，按荷载效应的准永久组合进行计算。7.4.6软弱下卧层强度验算 在成层地基中，如果在地基受力层范围内存在软弱下卧层（承载力显著低于持力层的高压缩性土层）时，必须对软弱下卧层进行验算，要求作用在软弱下卧层顶面处的附加应力
