基礎(chǔ)工程 第二章 淺基礎(chǔ)

1、2.1 概 述 1）地基基礎(chǔ)與整個(gè)建筑物的安全緊密相關(guān)，地基基礎(chǔ)問題是很多工程事故的起因； 2）地基基礎(chǔ)工程量、造價(jià)、工期在整個(gè)建筑工程中都占有較大比重； 3）地基基礎(chǔ)屬隱蔽工程，管理部門不易控制； 4）地基基礎(chǔ)破壞預(yù)兆不明顯，事故難補(bǔ)救1）由場地地基條件的復(fù)雜性引起；2）遇軟弱地基需進(jìn)行加固處理；3）受古河道、水井、墳?zāi)?、菜窖、上、下水管線等的影響。1）上部結(jié)構(gòu)：形式、規(guī)模、用途、荷載大小與性質(zhì)、整體剛度、不均勻沉降的敏感性2）地基：土質(zhì)條件、各土層的性質(zhì)、地下水位、凍結(jié)深度一、地基基礎(chǔ)的重要性與復(fù)雜性1.地基基礎(chǔ)的重要性：2.地基基礎(chǔ)的復(fù)雜性：二、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需考慮的因素 第2章 淺基礎(chǔ)1

2、 1、天然地基上的淺基礎(chǔ)： 建筑場地土質(zhì)均勻、堅(jiān)實(shí)、性質(zhì)良好、地基承載力高(承載力特征值120kPa)。 三、地基基礎(chǔ)方案的類型 2、人工地基上的淺基礎(chǔ)： 建筑地基土層：壓縮性高、強(qiáng)度低、地基承載力不夠； 加固方法：碎石樁、強(qiáng)夯、換土、預(yù)壓、注漿等。 3、深基礎(chǔ)： 上部結(jié)構(gòu)傳來荷載很大，僅靠淺層土不足以承受，則往往采用深基礎(chǔ)，例如 樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻基礎(chǔ)等。 1、甲級： 1）重要的工業(yè)民用建筑；2）30層以上的高層；3）體型復(fù)雜，高差超過10層 4）大面積多層地下建筑；5）對變形特殊要求；6）復(fù)雜地質(zhì)條件邊坡的建筑； 7）對原建筑影響較大； 8）場地地基復(fù)雜的建筑；9）軟土中二層地下

3、室基坑 四、地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)等級 2、乙級：除甲級、丙級以外的工業(yè)與民用建筑物 3、丙級： 1）場地和地基條件簡單，荷載分布均勻的七層及以下的民用及一般工業(yè)建筑； 2）次要的輕型建筑 21、各等級建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)均應(yīng)滿足承載力計(jì)算的規(guī)定；2、甲、乙級及復(fù)雜的丙級建筑物除應(yīng)滿足承載力計(jì)算外尚應(yīng)按地基變形設(shè)計(jì)；3、水平荷載常作用的高層、高聳結(jié)構(gòu)、擋土墻、邊坡上的建筑物應(yīng)驗(yàn)算地基穩(wěn)定性；4、基坑工程應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算；5、帶有地下室的建筑物應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。 五、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求 六、淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需資料1、建筑場地的地形圖、場地環(huán)境報(bào)告及巖土工程勘察報(bào)告2、建筑設(shè)計(jì)圖及荷載組合；3、工程總投資與當(dāng)?shù)亟ㄖ?/p>

4、材料情況；4、施工隊(duì)伍的技術(shù)力量及工期要求；1、基礎(chǔ)選型、選材、平面布置；2、確定基礎(chǔ)的埋深；3、計(jì)算、確定地基承載力特征值fak、fa；4、計(jì)算基底面積、確定基礎(chǔ)高度及剖面形狀；5、軟弱下臥層驗(yàn)算；6、地基變形驗(yàn)算、穩(wěn)定性驗(yàn)算；7、基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)和細(xì)部設(shè)計(jì)、繪制施工圖 七、淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的步驟32.2 淺基礎(chǔ)的類型 一、基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)類型1、定義：配置于整個(gè)建筑物之下或單柱下的淺基礎(chǔ)2、常見形式：柱下，墻下，高爐、煙囪下3、特點(diǎn)：與上部結(jié)構(gòu)或自身形成塊狀實(shí)體，每個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)有較大整體剛度 (一)、獨(dú)立基礎(chǔ)4 （二）、條形基礎(chǔ)1、定義：基礎(chǔ)長度大于或等于10倍基礎(chǔ)寬度的淺基礎(chǔ)2、常見形式：柱下條形基礎(chǔ)，墻下

5、條形基礎(chǔ)3、特點(diǎn)：單向整體剛度大5 （三）、十字交叉基礎(chǔ)1、定義：采用條基不滿足要求時(shí)，把其橫向也連接起來構(gòu)成十字交叉基礎(chǔ)2、常見形式：柱下，墻下3、特點(diǎn)：較之條基雙向整體性好6 （四）、筏板基礎(chǔ)1、描述：十字交叉基礎(chǔ)的翼緣用鋼筋混凝土連成一片2、常見形式：柱下，墻下3、特點(diǎn)：承載力，整體性更好，底板抗?jié)B性能好7 （五）、箱形基礎(chǔ)1、定義：由頂板、底板、側(cè)墻及一定數(shù)量內(nèi)隔墻組成的整體剛度較好的鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)2、常見形式：高層建筑主塔下3、特點(diǎn)：基礎(chǔ)本身及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的整體性很好8 （六）、殼體基礎(chǔ)1、定義：基礎(chǔ)形為殼體，基礎(chǔ)以軸力抵抗外部荷載2、常見形式：正圓錐殼、M形殼、內(nèi)球外錐組合殼3、特

6、點(diǎn)：受力主要為軸力，節(jié)約材料，施工復(fù)雜( a )正圓錐殼； ( b )M形組合殼； ( c )內(nèi)球外錐組合殼9 二、基礎(chǔ)的材料 基礎(chǔ)通常采用鋼筋混凝土或素混凝土、磚、石料、灰土等材料建造。按是否采用鋼筋分為兩類： 1、無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)（剛性基礎(chǔ)） 是采用素混凝土、磚、石料、灰土等材料建造的基礎(chǔ)。其截面構(gòu)造尺寸按臺階允許寬高比設(shè)計(jì)。即 2、鋼筋混凝土筋擴(kuò)展基礎(chǔ) 按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 式中 剛性基礎(chǔ)臺階寛高 比允許值?？刹楸?基礎(chǔ)的剛性角。 基底寬度，按地基 承載力確定。102.3 基礎(chǔ)的埋置深度1）工程地質(zhì)條件 持力層應(yīng)盡量選擇承載力高的堅(jiān)實(shí)土層； 當(dāng)土層上硬下軟，應(yīng)盡量選上層作為

7、持力層； 當(dāng)土層上軟下硬，軟土層厚則加固，軟土層薄則選下硬持力層2）水文地質(zhì)條件 基底應(yīng)盡量設(shè)置在地下水位以上； 當(dāng)有承壓水時(shí)，應(yīng)保留粘性土槽底的安全厚度：一、上部結(jié)構(gòu)情況建筑物的類型；有無地下室、設(shè)備基礎(chǔ)和地下設(shè)施二、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件 基礎(chǔ)埋深與工程造價(jià)相關(guān)，選擇基礎(chǔ)埋置深度主要需考慮以下四方面的影響因素：111、地基土凍脹現(xiàn)象機(jī)理及危害 凍脹的要素：1)低溫；2)水源(地下水)；3)弱結(jié)合水膜轉(zhuǎn)移。 地基不均勻凍脹融沉，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)破壞。三、當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)深度2、地基凍脹性分類 1）分類依據(jù)：a土的類別(是否有弱結(jié)合水膜)； 毛細(xì)水上升 b凍前天然含水量(弱結(jié)合水膜厚度)； c凍結(jié)期間

8、地下水位距離凍結(jié)面的最小距離(毛細(xì)水上升路徑的長短)； d平均凍脹率 2）分類方法：按規(guī)范將地基土的凍脹性分為5類：不凍脹、弱凍脹、凍脹、強(qiáng)凍脹、特強(qiáng)凍脹。3、季節(jié)性凍土地基的設(shè)計(jì)凍深標(biāo)準(zhǔn)凍深，地表平坦、裸露、城市之外的空曠場地中不 少于10年實(shí)測最大凍深的平均值。按規(guī)范圖查取或?qū)崪y。 土的類別對凍深的影響系數(shù)，按規(guī)范表取值； 土的凍脹性對凍深的影響系數(shù)，按規(guī)范表取值； 環(huán)境對凍深的影響系數(shù)，按規(guī)范表取值； 基礎(chǔ)底面下允許殘留凍土層的最大厚度,按規(guī)范取值4、基礎(chǔ)最小埋深5、防止凍害的措施1）減少切向凍脹力；2）減水防凍；3）增強(qiáng)房屋的整體剛度；4）減小對凍脹的約束；5）保溫；12 四、建筑場地

9、的環(huán)境條件 1、臨近存在建筑物 1)新建工程的基礎(chǔ)埋深不宜大于原有建筑物 基礎(chǔ)； 2)當(dāng)必須深于原有建筑物基礎(chǔ)時(shí)，則應(yīng)使兩 基礎(chǔ)間保持一定的距離： 2、靠近邊坡 1）計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性； 2）當(dāng)滿足以下條件可不計(jì)算邊坡穩(wěn)定性 條形基礎(chǔ)： 矩形基礎(chǔ)：132.4 地基計(jì)算一、地基承載力計(jì)算 1、地基承載力的概念地基承載力是指地基承受荷載的能力。具體包括地基極限承載力和地基承載力特征值。地基極限承載力是地基在接近破壞的極限狀態(tài)下的承載能力；地基承載力特征值是地基在穩(wěn)定狀態(tài)且地基變形在允許范圍內(nèi)的承載能力。 2、地基承載力特征值的確定確定地基承載力特征值的方法有四種：(a)根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)以理論公式

10、計(jì)算；(b)由現(xiàn)場載荷試驗(yàn)的p-s曲線確定；(c)按規(guī)范提供的承載力表確定；(d)按工程經(jīng)驗(yàn)確定。具體應(yīng)用中根據(jù)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級選擇適當(dāng)方法。(1)按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定 a. 地基極限承載力理論公式 地基承載力特征值： b. 規(guī)范推薦的理論公式 經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)修正后得 地基承載力特征值： 14 (2)、按地基載荷試驗(yàn)確定對“陡降型” p-s 曲線，取第i 次試驗(yàn)的比例界限荷載作為地基承載力特征值： 當(dāng)極限承載力取 對“緩變型”p-s 曲線，取第 i 次試驗(yàn)沉降 對應(yīng)的荷載作為地基承載力特征值： 在同一土層中試驗(yàn)應(yīng)不少于處，其承載力最大級差不超過其平均值的30，取其平均值作為地基承載力特征值的標(biāo)準(zhǔn)值

11、： (3)、按規(guī)范承載力表確定 根據(jù)野外或室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果查規(guī)范表格可確定地基承載力特征值 。以上 是按模型尺寸確定的，當(dāng)實(shí)際基礎(chǔ)寬度大于3m，埋深大于0.5m時(shí)，按上述方法確定的地基承載力特征值應(yīng)按下式進(jìn)行修正： (4)、按建筑經(jīng)驗(yàn)確定參考附近已有建筑的建設(shè)和使用情況，確定地基承載力特征值。 15 二、地基持力層承載力驗(yàn)算 1、軸心荷載作用 式中 相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)的基底平均壓力值， ； 修正后的地基承載力特征值。 2、偏心荷載作用 式中 相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)的基底邊緣最大壓力值， 當(dāng)偏心距 時(shí)： 當(dāng)偏心距 時(shí)： 16 三、地基軟弱下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算 1、軟弱下臥層頂面的強(qiáng)度條件 式中 軟

12、弱下臥層頂面處的附加壓力設(shè)計(jì)值； 軟弱下臥層頂面處的附加壓力設(shè)計(jì)值； 軟弱下臥層頂面處的附加壓力設(shè)計(jì)值。 2、軟弱下臥層頂面的附加壓力計(jì)算 當(dāng) ， 式中 均布荷載中心點(diǎn)下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)； 式中 基底平均附加壓力。 當(dāng) ，對于條基 對于矩形基礎(chǔ)17 四、地基穩(wěn)定性計(jì)算 對于經(jīng)常受水平荷載的高層或高聳建筑、斜坡上的建筑或擋土墻，應(yīng)按圓弧滑動面法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，與土坡穩(wěn)定分析的方法相同。要求最小穩(wěn)定安全系數(shù) 式中 由土的抗剪強(qiáng)度在滑動面上發(fā)揮的穩(wěn)定力矩； 滑動面上受到的滑動力矩。五、地基變形計(jì)算 1、應(yīng)計(jì)算地基變形的建筑物范圍 根據(jù)規(guī)范要求，甲、乙級及復(fù)雜的丙級建筑物應(yīng)計(jì)算地基變形。 2、可不計(jì)

13、算地基變形的丙級建筑物范圍 根據(jù)地基土層情況和建筑物的使用功能要求，可劃分出一部分丙級建筑物不必計(jì)算地基變形。其范圍可查表2-2獲得。 3、地基變形驗(yàn)算式中 代表某種地基變形特征計(jì)算值；其允許值按規(guī)范確定，或查表2-6確定。地基變形特征可分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜等四種。設(shè)計(jì)中按上部結(jié)構(gòu)形式選用。18一、中心荷載作用下的基底尺寸確定 根據(jù)地基持力層強(qiáng)度條件，要求基底壓力小于等于地基持力層承載力特征值： 其中 則： 對于條形基礎(chǔ)：二、偏心荷載作用下的基底尺寸確定（試算法）根據(jù)地基持力層強(qiáng)度條件，要求基底最大壓力小于等于1.2倍地基持力層承載力特征值： 其中 ， ， 則： ，為了保證基礎(chǔ)不

14、致過分傾斜，通常要求 。2.5 基礎(chǔ)尺寸設(shè)計(jì)19 通常采用試算法按以下步驟確定矩形基礎(chǔ)底面尺寸：(1)進(jìn)行深度修正，初步確定修正后的地基承載力特征值；(2)根據(jù)荷載偏心情況，將按軸心荷載作用計(jì)算得到的基底面積增大10%40%，即取(3)選取基底長邊與短邊的比值(一般取 )，則 ，(4)考慮是否應(yīng)對地基承載力進(jìn)行寬度修正。如需要，在承載力修正后重復(fù)(2)、(3)兩個(gè)步驟，使所取寬度前后一致。(5)計(jì)算偏心距和基底最大壓力 ，并驗(yàn)算是否滿足強(qiáng)度和偏心距要求(6)若 、 取值不適當(dāng)(太大或太小)，可調(diào)整尺寸再行驗(yàn)算，反復(fù)一二次，便可定出合適的尺寸。 注意：以上確定的基底尺寸尚需滿足地基軟弱下臥層驗(yàn)算

15、和地基變形的要求。三、基礎(chǔ)的構(gòu)造高度 基礎(chǔ)的構(gòu)造高度應(yīng)滿足基礎(chǔ)材料抗彎、抗剪及抗沖切的要求。同時(shí)應(yīng)滿足基礎(chǔ)材料的構(gòu)造要求。另外，在建筑上，基礎(chǔ)頂面應(yīng)埋入室外地面下1015cm，以避免基礎(chǔ)受到自然風(fēng)化作用。 20 2.6 擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 一、無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)高度的確定為了保證無筋砌體不發(fā)生抗拉破壞，無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的高度 應(yīng)按剛性角確定： 即： 式中 按砌體材料和基底壓力(表2.9)確定。、無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的構(gòu)造要求 磚基礎(chǔ)二皮一收砌法根據(jù)無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)選用的材料，應(yīng)滿足相應(yīng)的構(gòu)造要求。 素砼基礎(chǔ)每階高 磚基礎(chǔ)二一間隔收砌法毛石砼基礎(chǔ)每階高毛石基礎(chǔ)每階寬 灰土基礎(chǔ) h=300450 每階高=4

16、0060021 二、鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)1、構(gòu)造要求(1)錐形基礎(chǔ)的邊緣高度不宜小于200mm，階梯形基礎(chǔ)的邊緣高度宜為300500mm；(2)墊層厚度不宜小于70mm，墊層混凝土強(qiáng)度等級不小于C10；(3)底板受力鋼筋直徑不小于10mm，間距不大于200mm，也不小于100mm；(4)基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C20；2、墻下條形基礎(chǔ)計(jì)算(1)軸心荷載作用：基礎(chǔ)高度按混凝土受剪承載力確定： 式中 ， 即底板配筋按底板彎矩計(jì)算： 基礎(chǔ)每延長米的受力鋼筋截面積：(2)偏心荷載作用: 基底凈反力： 基礎(chǔ)根部剪力和彎矩：式中基礎(chǔ)高度與配筋計(jì)算同上。22 3、柱下矩形基礎(chǔ)計(jì)算(1)基礎(chǔ)高度 按混凝土

17、抗沖切承載力確定 式中 荷載基本組合時(shí) 基底凈反力，荷載 偏心時(shí)取最大值： 沖切力作用面積； 截面高度系數(shù)； 由沖切承載力條件得： 23 (2)基礎(chǔ)底板配筋 當(dāng) ， 底板彎矩: 底板配筋: 平行于 方向的受力鋼筋截面積分別為： ，242.7 聯(lián)合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一、概述、聯(lián)合基礎(chǔ)的定義聯(lián)合基礎(chǔ)是指相鄰兩柱公共的鋼筋混凝土基礎(chǔ)。包括矩形聯(lián)合基礎(chǔ)、梯形聯(lián)合基礎(chǔ)、連梁式聯(lián)合基礎(chǔ)。、聯(lián)合基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)假定(1)基礎(chǔ)是剛性的； (2)基底壓力為線性分布；(3)地基主要受力層范圍內(nèi)土質(zhì)均勻；(4)不考慮上部結(jié)構(gòu)剛度的影響。二、矩形聯(lián)合基礎(chǔ)(1)計(jì)算柱荷載的合力作用點(diǎn)位置；(2)確定基礎(chǔ)長度，使基礎(chǔ)底面形心盡可能與柱荷

18、載合力作用點(diǎn)位置重合；(3)按地基土承載力確定基礎(chǔ)底面寬度；(4)計(jì)算基底凈反力，并按靜定分析法計(jì)算基礎(chǔ)內(nèi)力，畫出彎矩圖剪力圖；(5)根據(jù)抗沖切和抗剪承載力確定基礎(chǔ)高度；(6)按彎矩圖中的最大正負(fù)彎矩進(jìn)行縱向配筋計(jì)算；(7)按等效梁概念進(jìn)行橫向配筋計(jì)算。25三、梯形聯(lián)合基礎(chǔ)梯形聯(lián)合基礎(chǔ)適合于兩個(gè)柱子的荷載相差較大的情況。荷載較小的柱下基礎(chǔ)寬度較小，以表示；荷載較大的柱下基礎(chǔ)寬度較大，以表示，可按以下三式聯(lián)立求解：配筋計(jì)算可參照矩形聯(lián)合基礎(chǔ)的計(jì)算方法。四、連梁式聯(lián)合基礎(chǔ)當(dāng)兩柱的間距較大，為了減小跨中彎矩，可采用連梁式聯(lián)合基礎(chǔ)。連梁的作用只是將兩個(gè)柱下獨(dú)立的矩形基礎(chǔ)聯(lián)系在一起。兩個(gè)獨(dú)立矩形基礎(chǔ)的底面積按相應(yīng)柱的荷載及地基承載力確定，設(shè)計(jì)中連梁的底面與地基土不接觸，不考慮兩個(gè)矩形基礎(chǔ)之間的地基反力對連梁的作用。連梁的內(nèi)力按兩個(gè)矩形基礎(chǔ)的地基反力計(jì)算。26 2.8 減輕不均勻沉降危害的措施 地基不均勻沉降常引起房屋墻體開裂，結(jié)構(gòu)損壞。設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施予以預(yù)防。預(yù)防措施可分類如下：一、建筑措施1、建筑物的體型應(yīng)力求簡單2、控制建筑物的長高比及合理布置墻