第二章淺基礎(chǔ)設(shè)計基本原理

第一節(jié).概述第二章淺基礎(chǔ)設(shè)計的基本原理

1.淺基礎(chǔ)的定義

2.淺基礎(chǔ)的荷載傳遞

上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)應(yīng)力和變形地基荷載基底壓力通常將基礎(chǔ)的埋置深度小于5m，或小于基礎(chǔ)最小寬度。一般只需經(jīng)過挖槽、排水等普通施工程序就可建造的基礎(chǔ)稱作淺基礎(chǔ)。側(cè)壁的摩阻力忽略不計。淺基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)考慮的主要因素(1)建筑基礎(chǔ)所用的材料及基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)型式；(2)基礎(chǔ)的埋置深度；(3)地基土的承載力；(4)基礎(chǔ)的形狀和布置，以及與相鄰基礎(chǔ)、地下構(gòu)筑物和地下管道的關(guān)系；(5)上部結(jié)構(gòu)類型、使用要求及對不均勻沉降的敏感性；(6)施工期限、施工方法及所需的施工設(shè)備等;(7)在地震區(qū)，還應(yīng)考慮地基和基礎(chǔ)的抗震要求。 1.剛性基礎(chǔ)(無筋擴展基礎(chǔ))第二節(jié)淺基礎(chǔ)的類型一、按基礎(chǔ)材料的性能分類材料：通常由磚，毛石、素混凝土，三合土和灰土等材料建造的基礎(chǔ)。特點：抗壓性能較好，但抗拉、抗剪強度不高。

應(yīng)用范圍：剛性基礎(chǔ)可用于六層和六層以下（三合土基礎(chǔ)不宜超過四層）的民用建筑和砌體承重的廠房。FFbth0設(shè)計要求：發(fā)生在基礎(chǔ)內(nèi)的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力不超過其材料強度設(shè)計值?？赏ㄟ^限制基礎(chǔ)外伸寬度與基礎(chǔ)高度的比值(寬高比)來實現(xiàn)。a-剛性角F 2.柔性基礎(chǔ)(擴展基礎(chǔ))材料：鋼筋混凝土。設(shè)計要求：采用擴大基礎(chǔ)底面積的方法來滿足地基承載力的要求，但不必增加基礎(chǔ)的埋深；選擇合適的基礎(chǔ)材料、高度與配筋來滿足基礎(chǔ)抗剪和抗彎要求。特點：具有較好的抗剪能力和抗彎能力。

1.獨立基礎(chǔ)二、按基礎(chǔ)形狀和大小分類

主要是柱下基礎(chǔ),需土質(zhì)較好F2.條形基礎(chǔ)(十字交叉條形基礎(chǔ))墻下或柱下條形基礎(chǔ)

縱向條形基礎(chǔ)橫向條形基礎(chǔ)柱下:土質(zhì)更差或荷載很大時,將縱橫向條形基礎(chǔ)相連3.十字交叉基礎(chǔ)十字交叉條形基礎(chǔ)可承擔(dān)10層以下民用住宅。4.片筏基礎(chǔ)土質(zhì)更差,單獨基礎(chǔ)彼此之間滿堂布置，聯(lián)成整體－滿堂基礎(chǔ)a)、b)平板式c)、d)梁板式6層住宅～50層高層建筑都可使用，如美國休斯敦市的52層殼體廣場大樓，天然地基上的筏板基礎(chǔ)厚度為2.52m。底板外墻內(nèi)墻5.箱形基礎(chǔ)有底板、墻和頂板形成箱，整體性好、空間剛度大箱形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)埋深較深，基礎(chǔ)空腹，卸除了基底處原有土體的自重應(yīng)力，因此大大地減小了作用于基礎(chǔ)底面的附加應(yīng)力，減少建筑物的沉降，這種基礎(chǔ)又稱之為補償基礎(chǔ)。“套箱式”補償基礎(chǔ)概念基底附加壓力：若基礎(chǔ)埋深基地附加壓力p0=0

，此時稱為全補償基礎(chǔ)。

p0>0稱為部分補償基礎(chǔ)p0<0稱為超補償基礎(chǔ)－作用在基底的荷載－基礎(chǔ)底面積

－基礎(chǔ)的埋深

─－埋置深度內(nèi)土重度的加權(quán)平均值

第三節(jié)基礎(chǔ)的埋置深度

在滿足承載力和變形的條件下盡量淺埋。但應(yīng)遵循如下基本原則：D大于50cm；基礎(chǔ)頂距離表土大于10cm；橋要求在沖刷深度以下；D>50cm>10cm一、基礎(chǔ)埋深確定的基本原則二、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件在滿足設(shè)計要求下盡量淺埋只有低層房屋可用,否則進行地基處理盡量淺埋但是如h1太小就進行地基處理h1<2m基底在好土h1=2m~4m高樓好土,低樓軟土h1>4m樁基或處理硬土層軟土層硬土層軟土層軟土層硬土層

III IIIIVh1h1利用較好的表層土作為地基的持力層。反之，則用下面的土層?；A(chǔ)盡量做在地下水位以上。三、建筑物場地的環(huán)境條件

LH新建建筑物的基礎(chǔ)埋深不宜深于相鄰原有建筑物的基礎(chǔ)埋深。地下室的地下管道（上下水，煤氣電纜）應(yīng)在基底以上主樓與裙房分期施工設(shè)置后澆帶F管道四、地基土凍脹和融陷的影響

基礎(chǔ)盡量埋在冰凍線以下。

dmin＝z0

–hmaxz0標準凍深；凍深影響系數(shù);hmax殘留凍土層最大厚度；Z0Z0dmin室內(nèi)地面hmax第四節(jié)地基承載力的確定及驗算 地基基礎(chǔ)作為承重土層和建筑物的下部結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿足下列功能要求：（1）在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。

（2）能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種情況；并具有良好的工作性能；（3）在正常維護情況下具有足夠的耐久性能；一、地基基礎(chǔ)設(shè)計原則二、荷載規(guī)定作用在基礎(chǔ)上的荷載FMFFHFMH基本組合：承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用與可變作用的組合（分項系數(shù)）標準組合：正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，采用標準值（或組合值）為荷載代表的組合準永久組合：正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，對于可變荷載采用準永久值為荷載代表的組合荷載效應(yīng)組合荷載組合極限狀態(tài)設(shè)計時，為保證結(jié)構(gòu)可靠性對于同時出現(xiàn)底各種荷載設(shè)計值的規(guī)定 （1）按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標準組合。承載力采用特征值。 （2）計算地基變形時，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準永久組合。不應(yīng)計入風(fēng)荷載和地震荷載。相應(yīng)的限值應(yīng)為地基變形的允許值。 （3）在確定基礎(chǔ)或承臺高度、支擋結(jié)構(gòu)高度、計算它們的內(nèi)力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)組合和相應(yīng)的基底反力，采用承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，采用相應(yīng)的分項系數(shù)；（4）計算擋土墻、地基或斜坡穩(wěn)定基滑坡推力時，荷載效應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，但其分項系數(shù)均為1。地基基礎(chǔ)設(shè)計的荷載效應(yīng)組合幾種荷載組合的應(yīng)用－總結(jié)概括地基承載力－標準組合穩(wěn)定分析—基本組合，分項系數(shù)＝1.0即單一安全系數(shù)法結(jié)構(gòu)設(shè)計－基本組合沉降計算－準永久組合1.按承載力理論計算公式確定三、地基承載力的確定四、地基承載力特征值修正2.按現(xiàn)場載荷試驗確定五、地基承載力驗算（1）地基持力層承載力驗算；（2）軟弱下臥層承載力的驗算（1）軸心荷載作用

pk─相應(yīng)于荷載效應(yīng)標準組合時，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值。─上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的豎向荷載標準組合值

Gk

─基礎(chǔ)與基礎(chǔ)上土的總重量，Gk＝A.D.gG(一)持力層承載力驗算gG近似按20kN/m3

（2）偏心荷載作用同時滿足偏心距e>l/6時偏心距e<l

/6時(二)軟弱下臥層承載力驗算

──相應(yīng)于荷載效應(yīng)標準組合時，軟弱下臥層頂面處的附加壓力值，kPa──軟弱下臥層頂面處土的自重應(yīng)力標準組合值，kPa──軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值，kPa。 下臥層頂面的附加應(yīng)力：矩形面積基礎(chǔ)條形面積基礎(chǔ)Es1/Es2z=0.25bz=0.5b35106°10°20°23°25°30°壓力擴散角q注：1.Es1Es2第五節(jié)基礎(chǔ)底面尺寸的確定在一般情況下，基礎(chǔ)底面尺寸事先并不知道，需根據(jù)工程實踐，在確定基礎(chǔ)類型和埋置深度后，用持力層的承載力來設(shè)計基礎(chǔ)底面尺寸。fa為經(jīng)過深度和寬度初步修正后的地基承載力特征值。條形基礎(chǔ)，可沿基礎(chǔ)長方向取單位長度1m進行計算，則基礎(chǔ)的寬度為：1.軸心荷載2.偏心荷載（1）按軸心荷載作用條件初步估算基礎(chǔ)底面積：（2）根據(jù)偏心距的大小，將基礎(chǔ)的底面積增大（10~30）%，并以適當?shù)谋壤?宜l/b<3,一般取l/b≤2)確定基礎(chǔ)底面的長度（3）由調(diào)整后的基礎(chǔ)底面尺寸按式計算過程可能要經(jīng)過幾次試算方能最后確定合適的基礎(chǔ)底面尺寸。滿足第六節(jié)地基的變形驗算對于設(shè)計等級為甲級和乙級的建筑物以部分丙級建筑物以外，不但要滿足地基承載力要求，還必須進行地基變形驗算：——地基最終變形量。目前最常用的計算方法就是應(yīng)力面積法，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2002)給出了考慮經(jīng)驗系數(shù)修正的計算方法。——地基的允許變形值。它是根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點、使用條件和地基土的類別而確定的。 根據(jù)地基復(fù)雜程度，建筑物規(guī)模和功能特征以及由于地基問題可能造成建筑物破壞或影響正常使用的程度（危及人的生命、造成經(jīng)濟損失、造成社會影響及修復(fù)的可能性），可將地基基礎(chǔ)設(shè)計分為三個設(shè)計等級：

地基基礎(chǔ)設(shè)計等級

設(shè)計等級建筑和地基類型甲級重要的工業(yè)與民用建筑物；30層以上的高層建筑；體型復(fù)雜，層數(shù)相差超過10層的高低層連成一體建筑物；大面積的多層地下建筑物(如地下車庫，商場等)；地基變形有特殊要求的建筑物；復(fù)雜地質(zhì)條件下的坡上建筑物(包括高邊坡)；對原有工程影響較大的新建建筑物場地和地基條件復(fù)雜的一般建筑物；位于復(fù)雜地質(zhì)條件及軟土地區(qū)的二層及二層以上地下室的基坑工程。乙級除甲級、丙級以外的工業(yè)與民用建筑物。丙級場地和地基條件簡單，荷載分布均勻的七層及七層以下民用建筑及一般工業(yè)建筑物；次要的輕型建筑物。 地基的允許變形值按其變形特征可分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜：沉降量：獨立基礎(chǔ)或剛性特別大的基礎(chǔ)中心的沉降量；沉降差：相鄰兩個單獨基礎(chǔ)的沉降量之差；傾斜：獨立基礎(chǔ)在傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值；局部傾斜：指砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向6~10m內(nèi)基礎(chǔ)兩點的沉降差與其距離的比值。第七節(jié)地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性驗算對經(jīng)常受水平荷載作用的高層建筑物和高聳結(jié)構(gòu)物或建在斜坡上的建筑物，以及地基中存在傾斜或軟弱地層時，還應(yīng)進行地基穩(wěn)定性驗算：位于穩(wěn)定土坡坡頂上的建筑物，在b’≤3m時，可通過增大距離基礎(chǔ)到邊坡的距離確保邊坡穩(wěn)定：條形基礎(chǔ)

矩形基礎(chǔ)

≥2.5m土坡穩(wěn)定驗算！b≥45o≥8m第八節(jié)減輕不均勻沉降危害的措施當建筑物的不均勻沉降過大時，將使建筑物開裂損壞并影響其使用，特別對于高壓縮性土、膨脹土、濕陷性黃土以及軟硬不均等不良地基上的建筑物。通常防止的辦法有：①為了減少總沉降量，采用樁基礎(chǔ)或其他深基礎(chǔ)；②對地基進行處理，以提高地基承載力和壓縮模量；③從地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)共同作用的觀點出發(fā)，在建筑、結(jié)構(gòu)和施工中采取措施。一、建筑措施1、建筑物的體型力求簡單

建筑物體型：指其平面形狀和立面高差（包括荷載差）2、增強結(jié)構(gòu)的整體剛度

控制長高比，合理布置縱橫墻。3、設(shè)置沉降縫

用沉降縫將建筑物（包括基礎(chǔ)）分割為兩個或多個獨立的沉降單元，分割出的沉降單元應(yīng)具備體型簡單、長高比較小、結(jié)構(gòu)類型單一以及地基比較均勻等條件。4、相鄰建筑基礎(chǔ)間應(yīng)有合適的凈距

拉大相鄰建筑物基礎(chǔ)間的凈距5、調(diào)整某些設(shè)計標高

根據(jù)建筑物各部分可能產(chǎn)生的不均勻沉降，采取一些技術(shù)措施，控制與調(diào)整各部分標高，減輕不均勻沉降對使用上的影響。二、結(jié)構(gòu)措施1、設(shè)置圈梁設(shè)置圈梁可增強砌體承重墻房屋的整體性，提高墻體的抗撓、抗拉、抗剪的能力，是防止墻體裂縫產(chǎn)生與發(fā)展的有效措施，在地震區(qū)還起到抗震作用。

2、選用合適的結(jié)構(gòu)形式采用靜定結(jié)構(gòu)或非敏感性結(jié)構(gòu)，如排架、三鉸拱(架)等。3、減輕建筑物和基礎(chǔ)的自重采用輕型結(jié)構(gòu)、輕質(zhì)高強材料等。4、減少或調(diào)整基底附加壓力①采用補償基礎(chǔ)；②通過改變基礎(chǔ)底面尺寸調(diào)整基底附加壓力，從而調(diào)整不均勻沉降。5、加強基礎(chǔ)剛度采用筏基、箱基，甚至樁箱，樁筏基礎(chǔ)。三、施工措施1、合理安排施工順序先重后輕，先高后低，先大后小；2、施工前使地基預(yù)先沉降3、注意沉樁、降水對鄰近建筑物的影響4、基坑開挖時注意對坑底土的保護地基、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)共同作用一、基本概念

傳統(tǒng)的設(shè)計方法：前提：滿足靜力平衡條件，但忽視變形協(xié)調(diào)條件，后果：底層梁、柱和邊跨梁、柱的實際內(nèi)力大于計算值（偏不安全），而基礎(chǔ)的實際內(nèi)力則比計算值小得多（偏于安全）。二、上部結(jié)構(gòu)剛度的影響邊柱荷載增加，內(nèi)柱卸載；剪