力學與結構-17地基與基礎課件

第17章

地基與基礎

返回總目錄土的工程性質及分類土中應力及地基計算基礎的類型及選用柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計樁基礎設計習題本章內(nèi)容

教學要求：了解土的組成及基本性能、土的工程特性指標、地基承載力、安全使用地基的概念；了解基礎的類型與選用；了解淺基礎類型、淺基礎設計的一般要求、設計步驟和方法；重點掌握柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計；了解樁的分類、單樁承載力的確定、樁基礎設計、承臺的設計及構造要點?；A是建筑結構的重要受力構件，上部結構所承受的荷載都要通過基礎傳至地基。地基與基礎對建筑結構的重要性是顯而易見的，它們埋在地下，一旦發(fā)生質量事故，不光開始難以察覺其修補工作也要比上部結構困難得多，事故后果又往往是災難性的，實際上建筑結構的事故絕大多數(shù)是由地基和基礎引起的?；A是建筑結構的一部分，和上部結構相同，基礎應有足夠的強度、剛度和耐久性?；A雖然有很多種型式，但可概括分為兩大類，即淺基礎和深基礎。深、淺基礎沒有一個明確的分界線，一般將埋置深度不大，只需開挖基坑及排水等普通施工工藝建造的基礎稱為淺基礎；反之，埋置深度較大，需借助于特殊的施工方法建造的基礎稱為深基礎。前面各章研究的是建筑結構的上部結構，本章研究與建筑結構的地基基礎設計有關的主要問題。包括土的工程性質及地基計算、常用基礎的類型與選用、淺基礎設計、樁基礎設計等基本內(nèi)容。土的工程性質及分類一、土的三相組成、物理性質指標1.土的三相組成土一般由固體顆粒(固相)、水(液相)和空氣(氣相)組成。其中固體顆粒是土的骨架，氣體、水及溶解物質填充孔隙，故土為三相體系。土中三相成分之間的比例和土中固體顆粒的大小、成分的不同，決定了土的不同性質，如干濕、輕重、軟硬、松密、粘聚和離散性能?？紫锻耆凰錆M時為飽和土；孔隙完全被氣體充滿時為干土；含氣體的土稱為非飽和土。2.土的物理性質指標將土中原本相互分散交錯的固體顆粒、氣體和水分別集中起來，繪制出土的三相圖。土的三相圖分別按體積和質量表示了土中氣體、水、固體顆粒間的比例關系，如圖17.2所示。它是影響土的物理性質指標的主要原因，用它可計算土的各項基本物理性能指標。Va—土中氣體體積；Vw—土中水體積；Vv—土中空隙體積，Vv=Vw+Va；Vs—土中顆粒體積；V—土的總體積；V=Vs+Vw+Va；ma—土中氣體的質量，ma≈0；mw—土中水質量；ms—土中顆粒質量；m—土的總質量，m=mw+ms。圖17.2土的三相組成示意圖土的工程性質及分類1)土的密度(1)土在天然狀態(tài)下即保持土原來的成分、結構和含水量不變的情況下，單位體積內(nèi)土的質量稱為土的天然密度ρ，即天然狀態(tài)下土的密度變化范圍很大，一般為ρ=(1.6～2.2)g/m3，通常采用“環(huán)刀法”測定。除土的天然密度外，還有土粒的相對密度(比重)ds、土的干密度ρd、土的飽和密度ρsat、土的浮密度ρ’。(2)土粒質量與同體積的4℃時水的質量之比，稱為土粒相對密度(比重)ds，即(17-1)(17-2)式中，ρw——水在4℃時的密度，ρw=1g/cm3。一般土的土粒相對密度常為(2.65～2.76)g/cm3之間，對同一種類的土，其值變化不大，一般在試驗室內(nèi)用“比重瓶法”測定。(3)土單位體積中固體顆粒部分的質量，稱為土的干密度ρd，即土的工程性質及分類土的干密度一般為(1.3～1.8)g/cm3，工程上常用土的干密度來評價填土的填壓密實程度以控制工程質量。(4)土孔隙中充滿水時單位體積的質量，稱為土的飽和密度ρsat，即(5)土的浮密度是地下水位以下土的有效密度，等于單位體積中土粒的質量扣出同體積水的質量，即2)土的重度γ單位體積內(nèi)土的重量稱為土的重力密度，簡稱重度，即(17-3)(17-6)(17-5)(17-4)土的工程性質及分類土的孔隙比和孔隙率都是反映土體密實程度的重要物理性質指標。一般情況下，它們愈大，土愈疏松；反之土愈密實。5)土的飽和度Sr土中水的體積與孔隙體積之比稱為土的飽和度Sp，用百分數(shù)表示，即土的飽和度反映了土中孔隙被水充滿的程度。當Sr=1時，土孔隙內(nèi)全被水充滿；當Sr=0時，土是完全干燥的，通常可根據(jù)Sr的大小來區(qū)分土的潮濕狀態(tài)。對于砂性土：當Sr小于50時，土是稍潮濕的；當Sr在50～80之間時，土是很潮濕的；當Sr大于80時，土是飽和的。以上土的各項三相物理性質指標中，密度ρ、土粒相對密度ds、含水量ω可通過土工試驗測定，稱為基本指標，由它們可導出其他各項指標，相應的換算公式見表17-1所示。(17-10)土的工程性質及分類

【例17.1】某原狀土樣的體積為70cm，濕土質量0.126kg，干土質量為0.1043kg，土粒的相對密度為2.68。求土樣的密度、重度、干土密度、干土重度、含水量、孔隙比、飽和土重度及有效重度。解(1)土的密度：ρ=0.126/70=0.0018kg/cm3=1.8t/m3。(2)土的重度：γ=ρg=1.810=18kN/m3。(3)干土密度：ρd=0.1043/70=0.00149kN/cm3=1.49t/m3。(4)干土重度：γd=ρdg=1.49×10=14.9kN/cm3。(5)土的含水量：ω=(0.126-0.1043)/0.1043=0.2081=20.81%。(6)土的孔隙比：－1=(2.681)/1.49-1=0.8。(7)飽和土重度：=(2.68+0.8)/(1+0.8)10=19.33kN/m3。(8)有效重度：γ’=γsat－γw=19.33-10=9.33kN/m3。6)塑限ωp、液限ωL、塑性指數(shù)Ip及液性指數(shù)IL對于粘性土，還有塑限ωp、液限ωL、塑性指數(shù)Ip及液性指數(shù)IL等物理性質指標。(1)粘性土由固體狀態(tài)變化到可塑狀態(tài)的界限含水量稱為塑限ωp。一般用“搓條法”測定。土的工程性質及分類《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007—2002)，以下簡稱規(guī)范，根據(jù)IL的大小將粘性土的軟硬狀態(tài)分為五類，如表17-3所示。表17-3粘性土的狀態(tài)

【例17.2】某原狀土樣處于完全飽和狀態(tài)，測得其含水量ω=32.45%，密度ρ=1.8t/m3。土粒的相對密度ds=2.65，液限ωL=36.4%，塑限ωP=18.9%。試求：(1)土樣的名稱及其物理狀態(tài)；(2)將土樣壓密，使其干土密度達到1.58t/m，此時土的孔隙比將減小多少？解(1)土樣的塑性指數(shù)IP=ωL－ωP=36.4-18.9=17.5由表17-2可知，該土樣為粘土。(2)土樣的液性指數(shù)(0.3245-0.189)/0.175=0.77，由表17-3可知，該土處于軟塑狀態(tài)。(3)原狀土樣的孔隙比為：土的工程性質及分類(4)壓密后土的孔隙比為：(5)壓密后的土的孔隙比減小為：

△e=e－e’=0.95－0.68=0.27以上介紹了一般土最基本的物理性質指標，依據(jù)它們可對地基土有一個初步了解和進行簡單評價。如通過天然土的密度和重度可知它的輕重；通過孔隙比可判斷土的壓縮程度；通過飽和度可判斷地基土的潮濕程度；通過塑性指數(shù)和液性指數(shù)所處的范圍能判定粘性土的屬性和堅硬程度。僅了解以上的地基土的簡單情況還很不夠，還要綜合分析地基土更多的各種工程特性指標，研究其分類的方法，才能確定地基土的承載能力和沉降情況，以此作為基礎設計的重要依據(jù)。土的工程性質及分類二、地基土(巖)的工程分類地基土(巖)分類的方法很多。建筑結構中，土作為地基承受上部結構通過基礎傳來的荷載。從工程的角度，即著眼于土的工程性質(特別是各種強度和變形特性)及其與地基土的地質成因之間的關系來分類是合理而必要的。地基土分類的主要依據(jù)是三相的組成、粒徑級配、土粒的形狀和礦物成分等。我國現(xiàn)行規(guī)范將地基土(巖)分為巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土等。(1)巖石。巖石應為顆粒間牢固聯(lián)結，呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。作為建筑結構的地基，除應確定巖石的地質名稱外，還應分別按表17-4、表17-5劃分其堅硬程度和完整程度。巖石的堅硬程度應根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強度frk分為堅硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖和極軟巖。當缺乏飽和單軸抗壓強度資料或不能進行該項試驗時，可在現(xiàn)場通過觀察定性劃分，劃分標準可按《建筑地基基礎設計》執(zhí)行。巖石的風化程度可分為未風化、微風化、中風化、強風化和全風化。表17-4巖石堅硬程度的劃分土的工程性質及分類表17-5巖石完整程度的劃分(2)碎石土。碎石土為粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土。碎石土可按粒組含量和顆粒形狀分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫，如表17-6所示。表17-6碎石土的分類土的工程性質及分類碎石土的密實度，可分為松散、稍密、中密、密實。碎石土的密實度按表17-7確定。表17-7碎石土的密實度(3)砂土。砂土為粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%、粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50%的土。砂土可分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂。砂土按表17-8所示分類。表17-8砂土的分類土的工程性質及分類(6)人工填土。人工填土是指由于人類活動堆積的土。其物質成分雜亂且均勻性較差，堆積時間也各不相同，故用作地基時應特別慎重。人工填土根據(jù)其組成和成因可分為素填土、壓實填土、雜填土、沖填土。素填土為由碎石、砂土、粘性土、粉土等組成的填土；經(jīng)分層壓實者統(tǒng)稱為壓實填土；雜填土為含有建筑垃圾、工業(yè)廢物、生活垃圾等雜物的填土；沖填土為由水力沖填泥砂形成的填土。(7)特殊土。特殊土指具有一定分布區(qū)域或工程意義上具有特殊成分、狀態(tài)和結構特征的土。大體可分為軟土、紅粘土、黃土、膨脹土、多年凍土、濕陷性土、鹽漬土等。三、土的工程特性指標1.土的工程特性指標及其代表值土的工程特性指標應包括強度指標、壓縮性指標及靜力觸探探頭阻力、標準貫入試驗錘擊數(shù)、載荷試驗承載力等和其他特性指標。地基土工程特性指標的代表值應分別為標準值、平均值及特征值。其中，抗剪強度指標應取標準值；壓縮性指標應取平均值；載荷試驗承載力應取特征值。土的工程性質及分類2.土的抗剪強度指標

(1)土的抗剪強度。土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力。當土體內(nèi)某點的剪應力達到土體的抗剪強度時，該點即發(fā)生剪切破壞。土的抗剪強度是土最重要工程特性指標之一，在計算擋土墻及地下結構的土壓力、確定建筑物地基的承載力和各類邊坡的穩(wěn)定分析中，均由土的抗剪強度控制。(2)測定土的抗剪強度。土的抗剪強度可用室內(nèi)原狀土直接剪切試驗、無側限抗壓強度試驗、三軸壓縮試驗；現(xiàn)場原位測試、十字板剪切試驗等方法測定。采用室內(nèi)剪切試驗時，應選擇三軸壓縮試驗中的不固結不排水試驗。已經(jīng)預壓固結的地基可采用固結不排水試驗，每層土的試驗數(shù)量不能少于六組。驗算土坡體的穩(wěn)定性時，對于已有剪切破裂面或其他軟弱結構面土的抗剪強度，應進行野外大型剪切試驗。(3)土的抗剪強度指標。土的抗剪強度有兩種表達方法，相應有兩種強度指標：土的c和φ統(tǒng)稱為土的總應力強度指標；土的c’和φ’統(tǒng)稱為土的有效應力強度指標。其中c、φ分別為土的粘聚力和內(nèi)摩擦角；c’、φ’分別為土的有效粘聚力和有效內(nèi)摩擦角。工程中往往選用最接近實際條件的試驗方法取得土的總應力強度指標。土的工程性質及分類

壓縮模量Es與土的壓縮系數(shù)α成反比，故也能評價土的壓縮性的高低。一般認為，Es＜4MPa時為高壓縮性土；Es=(4～15)MPa時為中壓縮性土；Es＞15MPa時為低壓縮性土。(2)土的壓縮性指標可采用室內(nèi)原狀土壓縮試驗、原位淺層或深層平板載荷試驗、旁壓試驗、觸探試驗確定。4.標準貫入試驗錘擊數(shù)

標準貫入試驗錘擊數(shù)N值，可對砂土、粉土、粘性土的物理狀態(tài)，土的強度、變形參數(shù)、地基承載力、單樁承載力，砂土和粉土的液化，成樁的可能性等做出評價。5.載荷試驗承載力載荷試驗是確定巖土承載力的主要方法，包括淺層平板載荷試驗和深層平板載荷試驗。淺層平板載荷試驗適用于淺層地基；深層平板載荷試驗適用于深層地基。土中應力及地基計算一、土中應力計算1.土中自重應力

為了計算基礎沉降以及對地基進行強度與穩(wěn)定性分析，必須知道土中應力的分布。土中應力包括土的自重應力和附加應力。土的自重應力是在未建造基礎前，由土體本身受重力作用引起的應力。附加應力則是由于建筑物荷載在土中引起的應力。土中應力計算通常利用彈性理論求得，即假定地基土是均勻、連續(xù)、各向同性的半無限彈性體。這樣的假定使計算比較簡單適用，但與土的實際情況不盡相符。實踐表明，當基底壓力不超過土體的比例界限時，土中應力與應變的關系近似呈直線關系。這時，應用彈性理論計算土中應力還是容許的。

在計算土中自重應力時，假定地基土為半無限彈性體。對于地表水平的均質土地面以下任一深度處豎向自重應力都是在水平面上均勻無限分布的，所以在自重應力作用下地基土只產(chǎn)生豎向變形，而無側向位移及剪切變形。若土的天然重度為γ，地面以下深度為z(m)處的自重應力σcz與深度z成正比，如圖17.3所示。圖17.3勻質土中豎向自重應力土中應力及地基計算可按式(17-17)計算出各土層分界處的自重應力，然后在所計算豎直線的一側用水平線段按一定比例表示各點的自重應力值，再用直線加以連接，如圖17.4所示，所得折線稱為土的自重應力曲線。

必須指出，這里所討論的土中自重應力是指土顆粒之間接觸點傳遞的應力，故稱有效自重應力。本節(jié)所討論的自重應力都是有效自重應力，簡稱自重應力。自然界中的土層，一般從形成至今已有很長的地質年代，在自重應力作用下引起的壓縮變形早已完成，因此自重應力不會引起天然土層上建筑物的沉降。但對于近期沉積或堆積的土層，應考慮在自重應力作用下的變形。2.基底壓力分布與簡化計算計算土中的附加應力，須先知道基底壓力分布，這是建筑物荷載通過基礎傳給地基的壓力，也是地基作用于基礎底面的反力，是計算地基和基礎設計的依據(jù)?；讐毫Ψ植己軓碗s，它不僅與基礎的剛度、平面形狀、尺寸大小和埋置深度有關，而且還與作用在基礎上的荷載大小與分布、地基土的性質等有關。當基礎尺寸較小時，如柱下獨立基礎及墻下條形基礎，基底壓力可當作直線分布按材料力學公式簡化計算。對于較復雜的基礎，如柱下條形基礎、筏形基礎和箱形基礎，要考慮上部結構和基礎的剛度以及地基土力學性質的影響，用彈性地基梁的方法計算。土中應力及地基計算此處僅介紹計算中心受壓和偏心受壓基礎的基底壓力的簡化方法。1)中心受壓基礎作用在基底上的荷載合力通過基底形心時，基底壓力可假定為均勻分布，如圖17.5所示，可按下式計算：式中，p——基底平均壓力，單位為kPa；F——作用在基礎上的豎向荷載，單位為kN；G——基礎及其臺階上回填土的總重，單位為kN，，其中γG為基礎及回填土的平均重度，一般取20kN/m3，但地下水位以下應取浮重度；——基礎平均埋深，單位為m；A——基底面積，單位為m2；對條形基礎，通常沿基礎長度方向取1m計算。2)偏心受壓基礎在單向偏心荷載作用下，設計時通常將基礎長邊方向定在偏心方向，如圖17.6所示。此時，基底邊緣壓力可按材料力學偏心受壓公式計算：圖17.5按簡化法計算中心受壓基礎基底反力(17-18)土中應力及地基計算(17-19)式中，pmax、pmin——基底最大、最小邊緣壓力，單位為kPa；M——作用在基底形心上的力矩，單位為kNm；W——基礎底面的抵抗矩，W=，單位為m3；e——偏心矩，單位為m。將彎矩和抵抗矩代入式(17-19)，得由式(17-20)和圖17.6可見：當e＜l/6時，基底壓力呈梯形分布。e＝l/6時，基底壓力呈三角形分布。當e＞l/6時，按式(17-20)計算結果，pmin為負值，即pmin＜0，此時基底與地基局部脫開，由于基底與地基之間承受拉力的能力很小，使基底應力重新分布。根據(jù)偏心荷載與基底反力平衡的條件，荷載合力F+G應通過三角形反力分布圖的形心，圖17.6按簡化法計算偏心受壓基礎基底反力(17-20)土中應力及地基計算地基計算包括基礎埋置深度、地基承載力、地基變形和地基穩(wěn)定性等內(nèi)容。地基計算要求與地基基礎設計等級有關，地基基礎設計等級見表17-10。表17-10地基基礎設計等級土中應力及地基計算二、基礎埋置深度1.建筑物的用途基礎的埋置深度是指室外設計地面至基礎底面的豎向距離。基礎埋置深度對建筑物的安全及正常使用、施工工期和造價有很大影響，合理確定基礎的埋置深度是很重要的問題，應綜合考慮以下幾個方面的因素。建筑物的各種用途、有無地下室、設備基礎和地下設施，基礎的形式和構造對基礎埋深影響很大。如有地下管道和設備基礎要求時，還應滿足建筑物使用功能上提出的埋深要求將基礎局部或整體加深。2.作用在地基上的荷載大小和性質

不同的荷載的大小對基礎埋深的要求不同；承受動力或較大水平荷載的建筑物與一般以承受豎向荷載為主的建筑物對基礎埋深的要求也不同。高層建筑筏形和箱形基礎的埋置深度應滿足地基承載力、變形和穩(wěn)定性要求。在抗震設防區(qū)，除巖石地基外，天然地基上的箱形和筏形基礎其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；樁箱或樁筏基礎的埋置深度(不計樁長)不宜小于建筑物高度的1/18~1/20。位于巖石地基上的高層建筑，其基礎埋深應滿足抗滑要求。注意可能承受上拔力的建筑物基礎，如輸電塔和大跨度懸索橋的錨碇會要求較大或很大的埋深。土中應力及地基計算

在滿足地基承載力、穩(wěn)定和變形要求的前提下，基礎應盡量淺埋，當上層地基土的承載力大于下層土時，宜利用上層土作持力層。如果承載力比較高的土層在地基土的下部時，則持力層宜進行地基處理后才能淺埋。基礎淺埋的深度，除巖石地基外，不宜小于0.5m，為保護基礎，基礎頂面低于室外地面不小于0.1m?；A宜埋置在地下水位以上，以避免施工時排水帶來的困難，并可減輕地基上的凍害。當必須埋在地下水位以下時，應采取地基土在施工時不受擾動的措施。當基礎埋置在易風化的巖層上，施工時應在基坑開挖后立即鋪筑墊層。當?shù)叵滤星治g性時，還應對基礎采取防護措施。3.工程地質和水文地質條件2.作用在地基上的荷載大小和性質新建筑物靠近原有建筑物時，其基礎埋置深度不宜大于原有建筑物基礎。如新基礎埋深大于原有建筑基礎時，為保證相鄰建筑物的安全和正常使用，兩基礎間應保持一定凈距，其數(shù)值應視原有建筑荷載大小、基礎形式和土質情況而定。當上述要求不能滿足時，施工時應采取措施，如分段施工、設臨時加固支撐、打板樁、構筑地下連續(xù)墻或加固原有建筑物的地基。土中應力及地基計算

土中水分凍結后體積變大形成冰晶，使土中孔隙體積增大使土變得疏松的現(xiàn)象稱為凍脹；凍土融化后使土變軟、含水量增大、強度降低產(chǎn)生的附加沉陷稱為融陷。季節(jié)性凍土在凍融過程中，反復地產(chǎn)生凍脹和融陷使土的強度降低，沉陷增大會對建筑物產(chǎn)生不良影響，可能引起開裂甚至破壞。土的凍脹性大小與土粒大小、含水量和地下水位高低有密切關系?！督ㄖ鼗A設計規(guī)范》根據(jù)土的類別、含水量、地下水位和平均凍脹率將地基土分為不凍脹、弱凍脹、凍脹、強凍脹和特強凍脹土五類。對于埋置于不凍脹土中的基礎，其埋深可不考慮凍脹的影響；對埋置于凍脹土中的基礎，其最小埋深要考慮凍脹的影響，由規(guī)范按公式確定。5.地基土凍脹和融陷的影響地基承載力系指在保證地基強度和穩(wěn)定的條件下，建筑物不產(chǎn)生過大沉降和不均勻沉降而安全承受荷載的能力。地基承載力的確定在地基基礎設計中是一個非常重要而又十分復雜的問題，它不僅與土的物理力學性質有關，而且還與建筑類型、結構特點、基礎型式、基礎的底面尺寸、基礎埋深、施工速度等因素有關。確定地基承載力的基礎是確定地基承載力特征值。三、地基承載力計算土中應力及地基計算地基承載力特征值可由野外鑒別、載荷試驗或其他原位測試、土樣試驗與公式計算、并結合工程實踐經(jīng)驗等方法綜合確定。當基礎寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，從載荷試驗或其他原位測試、經(jīng)驗值等方法確定的地基承載力特征值，尚應按式(17-23)修正為：1.地基承載力特征值的寬度及深度修正式中，fa——修正后的地基承載力特征值，單位為kPa；fak——地基承載力特征值，可由載荷試驗或其他原位測試、公式計算并結合工程實踐經(jīng)驗等方法綜合確定，單位為kPa；ηb、ηd——基礎寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)，按基底下土的類別查表17-11取值；γ——基礎底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度，單位為kN/m3；b——基礎底面寬度，單位為m。當基礎寬度小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；γm——基礎底面以上土的加權平均重度，地下水位以下取浮重度，單位為kN/m3；(17-23)土中應力及地基計算d——基礎埋置深度，單位為m。一般自室外地面標高算起。在填方整平地區(qū)，可自填土地面標高算起，但填土在上部結構施工后完成時，應從天然地面標高算起。對于地下室，如采用箱形基礎或筏基時，基礎埋置深度自室外地面標高算起；當采用獨立基礎或條形基礎時，應從室內(nèi)地面標高算起。表17-11地基承載力修正系數(shù)土中應力及地基計算(1)當偏心距e小于或等于0.033倍基礎底面寬度時，根據(jù)土的抗剪強度指標確定地基承載力特征值可按規(guī)范(5.2.5)式計算，并應滿足變形要求。(2)巖石地基承載力特征值，可按規(guī)范附錄H巖基載荷試驗方法確定。對完整、較完整和較破碎的巖石地基承載力特征值，可根據(jù)室內(nèi)飽和單軸抗壓強度按規(guī)范(5.2.6)式計算。(3)當?shù)鼗芰臃秶鷥?nèi)有軟弱臥層時，應按規(guī)范(5.2.7-1)式驗算。(4)對于沉降已經(jīng)穩(wěn)定的建筑或經(jīng)過預壓的地基，可適當提高地基承載力。基礎底面的壓力的確定和應符合的要求詳見17.4節(jié)柱下獨立基礎設計的相關內(nèi)容。四、地基變形計算1.地基變形特征地基變形特征可分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜四種，如圖17.7所示。圖17.7基礎沉降分類土中應力及地基計算(1)沉降量：指基礎中心點的沉降量。(2)沉降差：指相鄰兩單獨基礎沉降量之差。(3)傾斜：指單獨基礎傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值。(4)局部傾斜：指砌體承重結構沿縱向6m～10m內(nèi)基礎兩點的沉降差與其距離的比值。由于建筑地基不均勻、荷載差異很大、體型復雜等因素引起的地基變形，對于砌體承重結構應用局部傾斜控制；對于框架結構和單層排架結構應由相鄰地基的沉降差控制；對于多層或高層建筑和高聳構筑物應用傾斜控制。對于建筑在軟弱地區(qū)上的建筑物，必要時尚應控制平均沉降量。2.地基變形計算1)地基變形計算深度地基變形計算深度應符合規(guī)范第5.3.6條要求；當無相鄰荷載影響，基礎寬度在1m～30m范圍內(nèi)時，基礎中點的地基變形計算深度也可按規(guī)范第5.3.7條的簡化公式計算；計算地基變形時，應考慮相鄰荷載的影響，其值可按應力疊加原理，采用角點法計算；當建筑物地下室基礎埋置較深時，需要考慮開挖基坑地基土的回彈變形量；在同一整體大面積基礎上建有多棟高層和低層建筑，應該按照上部結構、基礎與地基的共同作用進行變形計算。土中應力及地基計算2)地基最終變形量的計算(1)計算地基變形時，地基內(nèi)的應力分布，可采用各向同性均質線性變形體理論，其最終變形量可按規(guī)范第5.3.5條用分層總和法計算。(2)地基變形與時間有關，地基變形所需時間隨土的滲透性大小和排水條件而定。在必要情況下，需要分別預估建筑物在施工期間和使用期間的地基變形值，以便預留建筑物有關部分之間的凈空，考慮連接方法和施工順序。一般多層建筑物在施工期間完成的沉降量：砂土由于滲透性強可認為其最終沉降量已完成80%以上；對于其他低壓縮性土可認為已完成最終沉降量的50%～80%；對于中壓縮性土可認為已完成20%～50%；對高壓縮性的飽和粘性土，壓縮變形過程可達幾十年，施工完畢時僅完成總變形量的5%～20%。3.地基驗算的范圍和要求對表17-12所列的建筑物，按地基承載力計算一般已能滿足地基變形要求，不必進行沉降計算；如有下列情況之一時，仍應作地基變形驗算。土中應力及地基計算表17-12可不作地基變形計算設計等級為丙級的建筑物范圍土中應力及地基計算①地基承載力特征值小于130kPa，且體形復雜的建筑；②在基礎上及其附近有地面堆載或相鄰基礎荷載差異較大，可能引起地基產(chǎn)生過大的不均勻沉降時；③軟弱地基上的建筑物受有偏心荷載時；④相鄰建筑物距離過近，可能發(fā)生傾斜時；⑤地基內(nèi)有厚度較大或厚薄不均勻的填土，自重固結未完成時。但對于甲級、乙級和此表以外的丙級建筑物，除需滿足承載力要求外，還要做地基變形驗算。若變形條件不能滿足，則應調(diào)整基礎底面尺寸或采取其他措施。地基驗算的要求是：建筑物的地基變形計算值不應大于建筑物地基變形允許值，即式(17-24)。建筑物的地基變形允許值按規(guī)范表5.3.4采用。地基變形容許值的確定是一項十分復雜的工作、涉及的因素很多，除了要考慮使用要求外，還與建筑物的結構型式、不均勻沉降對結構的影響以及結構的可靠度等問題有關。規(guī)范中規(guī)定的建筑物的地基變形允許值是對各類建筑物沉降觀測資料的綜合分析、對某些結構附加內(nèi)力的計算、以及參考一些國外資料提出的。對表中未包括的建筑物，其地基變形允許值應根據(jù)上部結構對地基變形的適應能力和使用上的要求確定。式中，△——地基變形計算特征值；[△]——地基變形容許值，按規(guī)范表5.3.4取值。(17-24)土中應力及地基計算4.減輕基礎不均勻沉降損害的措施一般來說，建筑物出現(xiàn)沉降是難以避免的，但是，過大的地基變形將使建筑物損壞或影響它的使用功能。如何防止和減輕基礎不均勻沉降引起的損害是建筑設計中必須考慮的問題。我們可以從地基、基礎和上部結構相互作用的觀點出發(fā)，綜合選擇合理的建筑、結構設計及施工方案和采取相應的措施，以減輕不均勻沉降對建筑物的危害。1)建筑措施(1)建筑體形力求簡單、高差不宜過大。建筑平面簡單、高度一致的建筑物，基底應力較均勻，整體剛度好，即使沉降較大，建筑物也不易產(chǎn)生裂縫和損壞。例如平面呈“一”字形的建筑物整體性好，建筑物體型(平面及剖面)復雜，往往削弱建筑物的整體剛度。建筑物立面體形變化也不要太大。(2)控制建筑物的長高比及合理布置縱橫墻。磚石承重的建筑物，當其長度與高度之比較小時，建筑物的剛度好。即使沉降較大，也不至于引起建筑物開裂。相反，長高比大的建筑物其整體剛度小，縱墻很容易因撓曲變形過大而開裂。根據(jù)建筑實踐經(jīng)驗，當基礎計算沉降量大于120mm時，建筑物的長高比不宜大于2.5；對于平面簡單，內(nèi)、外墻貫通，橫墻間隔較小的房屋，長高比可適當放寬，但一般不宜大于3.0。土中應力及地基計算合理布置縱橫墻是增強建筑物剛度的重要措施之—，因為縱橫墻構成了建筑物的空間剛度，所以適當加密橫墻的間距，就可增強建筑物的整體剛度，縱橫墻轉折會削弱建筑物的整體性，所以建造在軟弱地基上的建筑物，縱橫墻最好不轉折或少轉折。(3)設置沉降縫。當?shù)鼗懿痪鶆蚯医ㄖ矬w形復雜又不可避免時，用沉降縫將建筑物從屋面到基礎分割為若干個獨立的單元，使建筑平面變得簡單可有效地減輕地基不均勻沉降。沉降縫通常設置在如下部位：平而形狀復雜的建筑物轉折處；建筑物高差或荷載差別很大處；長高比過大的建筑物的適當部位；地基土壓縮性有顯著變化處；建筑物結構或基礎類型不同處；分期建筑的交接處。沉降縫應留有足夠的的寬度，縫內(nèi)一般不填塞材料，以保證沉降縫上端不致因相鄰單元內(nèi)傾而頂住。沉降縫的寬度與建筑物的層數(shù)有關。(4)控制建筑物基礎間距。相鄰建筑物太近，由于地基應力擴散作用，會互相影響，引起相鄰建筑物產(chǎn)生附加沉降。建造在軟弱地基上的建筑物，應將高低懸殊部分(或新老建筑物)離開一定距離。如離開距離后的兩個單元之間需要連接時，應設置能自由沉降的獨立連接體或采用簡支、懸臂結構。2)結構措施(1)減輕建筑物自重?；讐毫χ?，建筑物自重所占比例很大。采用高強輕型砌體材料、選用輕型結構、減少基礎和回填土重量能大大減少建筑物沉降量。土中應力及地基計算(2)設置圈梁。不均勻沉降會引起砌體房屋墻體開裂，圈梁的設置可增大建筑物的整體性、剛度和承載力。(3)減少和調(diào)整基底附加壓力。改變基礎型式及基底尺寸、增設地下室等架空層可減少和調(diào)整基底附加壓力。(4)將上部結構作成靜定體系。當發(fā)生不均勻沉降時采用靜定結構體系不致引起很大的附加應力，故在軟弱地基上建造的公共建筑、單層工業(yè)廠房、倉庫等，可考慮采用靜定結構體系，以適應不均勻沉降的要求。3)施工措施合理安排施工順序和注意選用施工方法可減少或調(diào)整不均勻沉降。當建筑物存在高低或輕重不同部分時，應先施工高層及重的部分，后建輕的及低層部分。如果在高低層之間使用連接體時，應最后修建連接體，以調(diào)整高低層之間部分沉降差異。不要擾動基底土的原來結構，通常在坑底保留約200mm厚的土層，如發(fā)現(xiàn)坑底土已被擾動，應將已擾動土挖去，再用砂、碎石等回填夯實。在軟弱地基土上、已建和在建房屋外圍應避免大量、長時間堆放，以免引起新老房屋的附加沉降。土中應力及地基計算五、地基穩(wěn)定性驗算地基穩(wěn)定性可采用圓弧滑動面法進行驗算。位于穩(wěn)定土坡坡頂上的建筑，當垂直于坡頂邊緣線的基礎底面邊長小于或等于3m時，其基礎底面外邊緣線至坡頂?shù)乃骄喾弦?guī)范要求，但不得小于2.5m?；A的類型及選用1.按基礎埋置深度分類按其埋置深度和施工方法的不同，可分為淺基礎和深基礎兩大類。埋置深度不大，用一般方法施工的基礎屬于淺基礎；埋置深度較大施工較為復雜的屬于深基礎。如樁基礎、箱形基礎、沉井和地下連續(xù)墻等。2.按材料分類

基礎按使用的材料分為磚基礎、毛石基礎、灰土基礎、三合土基礎、毛石混凝土基礎、混凝土基礎、鋼筋混凝土基礎等。(1)磚基礎。磚基礎取材容易、施工簡便、價格低廉，廣泛應用于六層及六層以下的民用房屋中。磚基礎具有一定的抗壓強度但抗拉和抗剪強度較低，抗凍性能也較差?！镀鲶w結構設計規(guī)范》(GB5003—2001)規(guī)定了磚石砌塊基礎地面以下或防潮層以下及潮濕房間墻體所有材料的最低強度等級，如表17-13所示。磚基礎的剖面呈階梯狀，這個階梯稱為大放腳。大放腳從墊層上開始砌筑，為保證其剛度應為兩皮磚一收，具體構造要求如圖17.8所示。圖17.8磚基礎基礎的類型及選用表17-13地面以下或防潮層以下及潮濕房間墻體所有材料的最低強度等級(2)毛石基礎。毛石基礎用于石料取材容易、價格相對便宜的地方。毛石基礎用強度較高又未風化的毛石砌筑。毛石是指未經(jīng)加工整理的石料，其石料及砌筑砂漿的最低強度等級應滿足表17-13的要求。毛石基礎的寬度和每階臺階高度不宜小于400mm；為保證鎖結力，每一階梯宜用兩排或三排塊石砌筑且每個臺階外伸寬度不宜大于200mm，具體構造要求如圖17.9所示。基礎應豎砌、錯縫、縫內(nèi)砂漿飽滿。圖17.9毛石基礎(3)灰土基礎。灰土基礎適用于五層和五層以下，地下水位較低的民用混合結構房屋和用墻承重的輕型廠房?；彝潦怯媒?jīng)過熟化后的石灰粉和粘性土(以粉質粘土為宜)按一定比例加適量的水拌合分層夯實而成的。其配合比為3∶7或2∶8。一般多采用三步灰土，即分三步夯實，夯實后總厚度為450mm。(4)三合土基礎。三合土基礎在我國南方地區(qū)應用較為廣泛，它的優(yōu)點是施工簡單，造價低廉；但其強度較低，故這種基礎只宜用于地下水位較低、不超過四層的民用混合結構房屋。三合土基礎是用石灰、砂與骨料(碎石、碎磚、礦渣)加入適當?shù)乃?jīng)充分拌合后，均勻鋪入基槽內(nèi)，并分層夯實而成(虛鋪220mm，夯至150mm為一步)，然后在它上面砌磚大放腳。石灰、砂及碎磚三合土的體積配合比為l∶2∶4或1∶3∶6。三合土的強度和骨料種類有關：礦渣由于有水硬性最好、碎磚次之、碎石因不易夯打而質量較差。(5)混凝土和毛石混凝土基礎。當荷載較大時，常用混凝土基礎。混凝土基礎的強度、耐久性、抗凍性都較好但因水泥用量較大，造價比磚、毛石基礎高。為節(jié)約水泥用量，可在混凝土內(nèi)摻入25%～30%體積的毛石(毛石尺寸大小不宜超過300mm)即為毛石混凝土基礎。以上五種類型基礎有個共同的弱點，就是沒有配置鋼筋，其組成材料的抗拉、抗彎強度都較低。在地基反力作用下，基礎下部的擴大部分像懸臂梁一樣要向上彎曲，如果懸臂過長，則易產(chǎn)生彎曲裂縫。因此，需要限制臺階寬高比的容許值以保證基礎的強度安全。懸臂長度只要符合寬高比的規(guī)定，就不會發(fā)生彎曲破壞，這類基礎統(tǒng)稱剛性基礎，又稱無筋擴展基礎。基礎的類型及選用無筋擴展基礎臺階寬高比的允許值見表17-14。(6)鋼筋混凝土基礎。鋼筋混凝土基礎應用廣泛，常用于上部結構荷載大或地基條件不好的建筑結構和各種高層結構的各種基礎中。鋼筋混凝土基礎具有良好的抗彎抗剪性能，強度大，故在相同寬度的情況下高度遠小于剛性基礎；還有抗凍防潮適用面廣的優(yōu)點但造價較高。相對于剛性基礎而言，鋼筋混凝土基礎又稱為柔性基礎或彈性基礎。基礎的類型及選用表17-14無筋擴展基礎臺階寬高比的允許值基礎的類型及選用3.按構造分類

1)單獨基礎(1)柱下單獨基礎。柱基礎的主要類型之一是單獨基礎。若柱的材料是鋼筋混凝土或鋼；則基礎材料多為混凝土或鋼筋混凝土。荷載不大時，可用磚石材料基礎。柱下現(xiàn)澆鋼筋混凝土單獨基礎的豎截面可做成階梯形或錐形，如圖17.10(a)，圖17.10(b)所示；預制的柱下單獨基礎一般做成杯形，如圖17.10(c)所示。(2)墻下單獨基礎。上部結構荷載不大但基礎需要跨越障礙或深埋時，采用墻下單獨基礎，基礎頂面應架設鋼筋混凝土過梁，其跨度一般為4m～5m。2)條形基礎(1)墻下條形基礎。條形基礎是墻基礎的主要類型，常用磚石材料建造，必要時可用鋼筋混凝土制成，后者又分為有肋式和無肋式兩種，如圖17.11所示。圖17.10柱下單獨基礎圖17.11墻下鋼筋混凝土條形基礎(2)柱下條形基礎。當荷載較大而地基軟弱時，采用柱下單獨基礎會使基底面積過大，這時可將同一排(條)柱的基礎連通做成鋼筋混凝土條形基礎，如圖17.12所示。(3)柱下十字交叉基礎。當荷載更大而地基相對更軟弱時，可在柱網(wǎng)的縱、橫兩個方向都設置鋼筋混凝土條形基礎連成柱下十字交叉基礎以提高基礎的承載力、剛度和整體性，減少基礎的不均勻沉降，如圖17.13所示?；A的類型及選用圖17.12柱下鋼筋混凝土條形基礎圖17.13柱下十字形基礎(4)筏形基礎。若地基特別軟弱荷載又很大，用十字交叉基礎也不能滿足要求時，可采用筏形基礎。筏形基礎以整個房屋下大面積的筏片與地基接觸，因而可以傳遞較大的上部荷載，筏形基礎的整體性較好，能調(diào)整各部分的不均勻沉降。它可以做成倒置的肋形樓蓋的形式如圖17.14所示；也可以做成倒置的無梁樓蓋的形式。后者板厚較大，用料多，剛度較前者差，但施工方便；前者則折算厚度小，用料省，剛度好，但施工麻煩且費模板。國外以厚平板式筏形基礎應用居多，厚度常達2m～3m，它有利于降低整個房屋重心和提高抗傾覆能力，但也將較多地增加地基的負擔，尤其是對軟弱地基不利。當房屋層數(shù)較少時宜采用倒置無梁樓蓋式筏形基礎，我國此種基礎采用較多?；A的類型及選用圖17.14筏形基礎(6)樁基礎。當上部結構荷載太大且淺層地基軟弱又不宜采用地基處理、或堅實土層距基礎底面較深、采用其他基礎型式可能導致沉降過大而不能滿足地基變形與強度要求時，必須利用地基下部深層較堅硬的土層作為持力層而設計成樁基。樁基礎由承臺和樁身兩部分組成，樁基礎的作用是將上部結構的荷載通過樁身與樁尖傳至深層較堅硬的地層中，故樁基礎能承受較大的荷載，能減少建筑物不均勻沉降，而且對地基土有擠密作用。樁基礎是一種最常用的深基礎，它承載力高、穩(wěn)定性好、沉降量小而均勻、抗震和抗振性能好、便于機械化施工、適應性強，在高層建筑、動力設備基礎、橋梁及港口工程中應用極為廣泛。它是一種發(fā)展迅速的深基礎，樁基礎的分類見以下17.5節(jié)中的內(nèi)容?；A的類型及選用圖17.15箱形基礎(7)其他基礎。其他的基礎有殼體基礎、巖層錨桿基礎、沉井基礎、地下連續(xù)墻、墩基礎、沉箱基礎等。沉井和沉箱基礎多用于工業(yè)建筑、橋梁和地下構筑物；與大開挖相比，它具有挖土量少、施工方便、占地少和對鄰近建筑物影響較小等優(yōu)點。沉箱是將壓縮空氣壓入一個特殊的沉箱室內(nèi)以排除地下水，工作人員在沉箱內(nèi)操作，比較容易排除障礙物，使沉箱順利下沉。目前可達地下水位以下35m～40m的深度。地下連續(xù)墻是近代發(fā)展起來的一種新的基礎型式，具有無噪聲、無振動、對周圍建筑物影響小，并有節(jié)約土方量、縮短工期、安全等優(yōu)點?；A的類型及選用柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計基礎設計前，必須對場地的地基情況進行勘察調(diào)查，確定地基承載力及有關物理、力學性質指標；根據(jù)上部結構資料計算作用在基礎上的荷載；按前面17.2.2中的要求確定基礎埋深；并按地基承載力初步確定基礎底面尺寸；有必要時進行地基變形及穩(wěn)定性的驗算。最后根據(jù)作用在基礎底面上的地基反力和材料強度等級確定基礎的構造尺寸和配筋計算。1.地基基礎設計的一般要求(1)地基與基礎設計的內(nèi)容和要求與建筑物的安全等級有關。根據(jù)地基損壞造成建筑物破壞后果(危及人的生命、造成經(jīng)濟損失、造成社會影響及修復的可能性)的嚴重性，將建筑物地基基礎設計等級分為三個等級，見表17-10。(2)為了保證建筑物的安全與正常使用，根據(jù)建筑物的等級和長期荷載作用下地基變形對上部結構的影響程度，地基基礎設計應按下列要求進行：①所有基礎設計均應進行地基承載力計算。②設計等級為甲級、乙級的建筑物還應進行地基變形計算。③表17-10所列范圍內(nèi)設計等級為丙級的建筑物可不作地基變形驗算，如有下列情況之一時則應作地基變形驗算。柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計地基承載力特征值小于130kPa且體型復雜的建筑；在基礎上及附近有地面堆載或相鄰基礎荷載相差較大可能引起地基產(chǎn)生過大的不均勻沉降時；軟弱地基上的建筑物存在偏心荷載時；鄰近建筑相距太近可能發(fā)生傾斜時；地基內(nèi)有厚度較大或厚薄不勻的填土自重固結未完成時。④對經(jīng)常受水平荷載作用的高層建筑和高聳結構、擋土墻，以及建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物和構筑物，尚應驗算其穩(wěn)定性。⑤基坑工程應進行穩(wěn)定性驗算。⑥當?shù)叵滤癫剌^淺，建筑地下室或地下構筑物存在上浮問題時，尚應進行抗浮驗算。2.天然地基上柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計的內(nèi)容與步驟(1)選擇基礎的類型、材料，并進行平面布置。(2)選擇基礎的埋置深度。(3)確定地基的承載力。(4)根據(jù)地基承載力、作用于基礎上的荷載，計算基礎的底面尺寸，必要時進行地基軟弱下臥層強度驗算。(5)必要時進行地基變形和穩(wěn)定性驗算。(6)基礎結構計算及構造設計。(7)繪制基礎施工圖。柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計以上內(nèi)容與步驟有的已在前面討論過，因此這里主要研究基礎底面尺寸的確定和基礎的構造要求。3.確定基礎底面尺寸選擇基礎類型和埋深后，可根據(jù)修正后的地基承載力特征值計算基礎底面尺寸?；A底面積的大小應保證作用在基礎底面上的平均應力小于或等于地基承載力的設計值。基礎按受力情況分為軸心受壓基礎和偏心受壓基礎。1)軸心荷載作用下的基礎由圖17.16所示，基礎底面的壓力，可按下列公式確定：式中，pk——相應于荷載效應標準組合時，基礎底面處的平均壓力值，單位為kPa；Fk——相應于荷載效應標準組合時，上部結構傳至基礎頂面的豎向力值,單位為kN；Gk——基礎自重和基礎上的土重，單位為kN；A——基礎底面面積，單位為m2。圖17.16中心荷載作用下的基礎(17-25)柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計基礎底面的壓力，應符合下式要求，即地基不發(fā)生強度破壞：式中，pk——相應于荷載效應標準組合時，基礎底面處的平均壓力值，單位為kPa；fa——修正后的地基承載力特征值，單位為kPa。由式(17-25)、式(17-26)及可得(17-26)式中，——基礎的平均埋深。通常軸心荷載作用下采用方形基礎。2)偏心荷載作用下的基礎由圖17.17所示，基礎底面邊緣的最大最小壓力，可由下式確定：圖17.17單向偏心荷載(17-28b)(17-28a)(17-27)柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計式中，Mk——相應于荷載效應標準組合時，作用于基礎底面的力矩值，單位為kN?m；W——基礎底面的抵抗矩，，單位為m3；Pkmax、Pkmin——相應于荷載效應標準組合時，基礎底面邊緣的最大、最小壓力值，為kPa。當偏心距時，部分基礎底面與地基之間是脫離的，這時，Pkmax應按下式計算：式中，l——力矩作用方向的基礎底面邊長，單位為m；a——合力作用點至基礎底面最大壓力Pkmax作用邊緣的距離，單位為m。a=l/2－ek

ek——偏心距，，單位為m。偏心荷載作用時，基礎底面的壓力尚應符合下列要求：式中，Pkmax—相應于荷載效應標準組合時，基礎底面邊緣的最大壓力值，kPa。(17-29)(17-31)(17-30)柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計上式中將地基承載力設計值提高20%的原因，是因為Pkmax只是在基礎邊緣的局部范圍內(nèi)出現(xiàn)，而且Pkmax中的大部分是由活荷載而不是恒荷載產(chǎn)生的。確定偏心受壓基礎底面尺寸一般采用試算法：先按軸心受壓基礎所需的底面面積增大10%～40%，初步選定長短邊尺寸；然后驗算是否滿足式(17-30)、式(17-31)的要求。如不符合，則需另行假定基底尺寸和重算，直至滿足。4.確定基礎高度如基礎的高度(或階梯高度)不足時，則沿著柱周邊(或變階處周邊)產(chǎn)生沖切破壞，形成45°斜裂面的角錐體。因此，沖切破壞錐體以外地基反力產(chǎn)生的沖切力應小于混凝土基礎在沖切面處的抗沖切力，故對矩形截面柱的矩形基礎，應驗算柱與基礎交接處以及基礎變階處的受沖切承載力。5.基礎底板配筋計算基礎底板的配筋，應按鋼筋混凝土抗彎計算確定。驗算基礎高度和底板配筋時，應用扣除了基礎自重及其上土重后相應于荷載效應基本組合時的地基土單位面積凈反力來計算，對偏心受壓基礎可取基礎邊緣處最大地基土單位面積凈反力。柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計6.構造要求(1)基礎的邊緣高度。基礎的邊緣高度不宜小于200mm，階梯形基礎每階的高度宜為300mm～500mm。(2)基底墊層。通常在底板下面澆筑一層素混凝土墊層，其厚度不宜小于70mm，墊層混凝土強度等級應為C10。通常采用100mm厚的C10素混凝土墊層，兩邊各伸出基礎100mm。(3)鋼筋底板受力鋼筋直徑不應小于10mm，間距不大于200mm，也不宜小于100mm；當柱下鋼筋混凝土獨立基礎的邊長大于或等于2.5m時，鋼筋長度可減短10%并宜均勻交錯布置。底板鋼筋的保護層，當有墊層時不小于40mm；無墊層時不小于70mm。(4)基礎混凝土強度等級不應低于C20。另外，當擴展基礎的混凝土強度等級小于柱的混凝土強度等級時，尚應驗算柱下擴展基礎頂面的局部受壓承載力。

【例17.3】在某粘性持力層上欲修建一鋼筋混凝土柱基礎。柱截面為300mm×400mm，作用在基礎頂面處的相應于荷載效應標準組合上部結構傳來的軸心荷載為800kN，彎矩值為100kN·m，水平荷載為13kN，如圖17.18所示。粘性土重度，孔隙比e=0.7，液性指數(shù)IL=0.78，地基承載力特征值fak=230kPa，試計算基礎底面尺寸。柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計解(1)修正后的地基土承載力特征值。查表17-11得：ηb=0.3，ηd=1.6，先假設b<3m，故只對基礎埋置深度修正。(2)先按軸心受壓估算基礎底面積計算基礎和回填土重時的埋深圖17.18例17.3圖(3)考慮偏心，將基礎底面增大10%取矩形基礎底板長短邊之比：l/b=1.5故有：柱下鋼筋混凝土獨立基礎設計取 b=1.7m＜3m,不需再進行基礎寬度修正。l=1.5b=2.55m取l=2.6m (4)驗算持力層地基土承載力基礎和回填土重： 偏心距：

基底最大最小土壓力：

故基礎底面尺寸取b=1.7m，l=2.6m符合設計要求。樁基礎設計樁基礎是在高層建筑、橋梁、港口工程和動力基礎中應用極為廣泛，發(fā)展極為迅速的一種深基礎。一、樁的類型(1)摩擦型樁①摩擦樁，在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載由樁側阻力承受。②端承摩擦樁，在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載主要由樁側阻力承受。(2)端承型樁①端承樁，在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載由樁端阻力承受。②摩擦端承樁，在極限承載力狀態(tài)下，樁頂荷載主要由樁端阻力承受。1.按承載性狀分類(1)預制樁。預制樁是在工廠或施工現(xiàn)場預先將樁制作好，就位后用打入、振入、壓入等方式將樁沉入土中。預制樁剛度好，適用于新填土或較軟弱的地基中。預制樁常用的截面形式有圓形和方形兩種，預制樁分為鋼筋混凝土樁、鋼樁和木樁。預制樁的沉樁方法有：錘擊法、振動法、射水法、壓樁法等，應根據(jù)地基土層的特點選擇沉樁方法。2.按施工方法分類樁基礎設計(2)灌注樁。灌注樁是在施工現(xiàn)場預定的樁位上先用人工或機器成孔，然后在孔內(nèi)設置鋼筋籠，再灌注混凝土成樁。因成孔的方法不同，又可分為以下幾種：打入式灌注樁、鉆孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、爆擴樁等。①沉管灌注樁利用錘擊、靜壓或振動等方法將帶有預制樁尖或活瓣管尖的鋼管沉入土中成孔，再在鋼管中放入鋼筋籠、灌入混凝土后接著邊振動邊拔出鋼管。如圖17.19所示，沉管灌注樁的樁徑一般為300mm～600mm，長度不超過25m。它的施工方法和設備簡單、施工速度快、用鋼少價格也較低，因而應用廣泛。但是會引起噪音、振動和擠土等環(huán)境問題；也有易斷樁、縮頸、夾泥、混凝土離析和強度偏低等各種質量問題。解決方法有加大樁距和進行復打。復打指第一次澆注混凝土時不吊入鋼筋籠而是澆完后在原位再次沉管、吊入鋼筋籠、第二次澆注混凝土成樁。圖17.19沉管灌注樁施工流程圖說明：(a)打樁機就位；(b)沉管；(c)澆灌混凝土；(d)邊拔管邊震動；(e)安放鋼筋籠，繼續(xù)澆灌混凝土；(f)成型樁基礎設計②大孔徑灌注樁常采用人工挖孔，孔的內(nèi)徑一般不得小于0.8m以便于人工操作。為避免塌孔，每挖1m深左右，安好一截磚或鋼筋混凝土做的護壁，如圖17.20所示。樁的深度挖到位后，再擴樁形成大頭，如圖17.21所示。人工挖孔樁的優(yōu)點是：可直接觀察土層情況、孔底易清理故質量有保證；設備簡單、無振動和噪音、價格低廉等。③爆擴樁是在施工現(xiàn)場先用鉆機成孔，再放入炸藥澆入第一次混凝土，約半小時后，炸藥在孔底炸出一個混凝土球體，最后再澆入第二次混凝土成樁，如圖17.22所示。圖17.20人工挖孔樁護壁圖17.22爆擴樁圖17.21人工挖孔樁大頭樁基礎設計(1)混凝土和鋼筋混凝土樁：灌注樁、預制樁。(2)鋼樁。(3)組合材料樁。3.按樁身材料分類(1)非擠土樁：干作業(yè)法、泥漿護壁法、套管護壁法。(2)部分擠土樁：部分擠土灌注樁、預鉆孔打入式預制樁、打入式敞口樁。(3)擠土樁：擠土灌注樁、擠土預制樁(打入或靜壓)。4.按成樁方法分類(1)小樁d≤250mm。(2)中等直徑樁250mm＜d＜800mm。(3)大直徑樁d≥800mm。d為樁身設計直徑。5.按樁徑大小分類樁基礎設計(1)豎向抗壓樁(抗壓樁)。(2)豎向抗拔樁(抗拔樁)。(3)水平受荷樁(主要承受水平荷載)。(4)復合受荷樁(豎向、水平荷載均較大)。6.按樁的使用功能分類將承臺高于或低于地面的樁分別稱為高、低承臺樁。前者多用于橋梁和港口工程；后者則廣泛用于工業(yè)和民用建筑工程。7.按承臺與地面的相對位置分類二、單樁承載力特征值樁基礎由承臺和樁群組成。樁群中的單樁稱為基樁。若荷載較大，由2根以上基樁組成的樁基礎稱為群樁基礎。有時采用一根樁(通常為大直徑樁)來承受上部結構荷載，這種樁基礎稱為單樁基礎。樁基礎設計單樁豎向承載力是指樁在豎向荷載下不喪失穩(wěn)定不發(fā)生過大變形的前提下能承受的最大荷載。樁基主要有兩種破壞形式：樁身破壞和支承地基土的破壞。前者又分為樁身強度破壞或受壓屈曲失穩(wěn)破壞；后者又分為地基土沉降過大或整體剪切破壞。單樁豎向承載力主要取決于地基土對樁的支承能力和樁身的材料強度。一般情況下由前者控制，只有對端承樁、超長樁以及樁身質量有問題時，后者才起控制作用。樁身強度應滿足樁的承載力設計要求。計算中應按樁的類型和成樁工藝的不同將混凝土的軸心抗壓強度設計值乘以工作條件系數(shù)ψc，樁身強度應符合下式要求：樁軸心受壓時

Q≤Apfcψc1.按材料強度確定單樁承載力式中，fc——混凝土軸心抗壓強度設計值；Q——相應于荷載效應基本組合時的單樁豎向力設計值；Ap——樁身橫截面積；ψc——工作條件系數(shù)，預制樁取0.75，灌注樁取0.6～0.7(水下灌注樁或長樁時用低值)。(17-32)樁基礎設計(1)單樁豎向承載力特征值應通過單樁豎向靜載荷試驗確定。在同一條件下的試樁數(shù)量，不宜少于總樁數(shù)的1%，且不應少于3根。當樁端持力層為密實砂卵石或其他承載力類似的土層時，對單樁承載力很高的大直徑端承型樁，可采用深層平板載荷試驗確定樁端土的承載力特征值。(2)地基基礎設計等級為丙級的建筑物，可采用靜力觸探及標貫試驗確定。(3)初步設計時單樁豎向承載力特征值可按式(17-33)估算。2.確定單樁豎向承載力特征值式中，Ra——單樁豎向承載力特征值，單位為kN；qpa、qsia——樁端端阻力、樁側阻力特征值，由當?shù)仂o載荷試驗結果統(tǒng)計分析算得；Ap——樁底端橫截面面積，單位為m2；μp——樁身周邊長度，單位為m；li——第i層巖土的厚度，單位為m。(17-33)樁基礎設計當樁端勘入完整或較完整的硬質巖中時，可按下式估算單樁豎向承載力特征值：Ra＝qpaAp

式中，qpa——樁端巖石承載力特征值。(4)嵌巖灌注樁樁端以下三倍樁徑范圍內(nèi)應無軟弱夾層，斷裂破碎帶和洞穴分布；并應在樁底應力擴散范圍內(nèi)無巖體臨空面。樁端巖石承載力特征值，當樁端無沉渣時，應根據(jù)巖石飽和單軸抗壓強度標準值和巖基載荷試驗確定。(17-34)(1)單樁水平承載力特征值取決于樁的材料強度、截面剛度、入土深度、土質條件、樁頂水平位移允許值和樁頂嵌固情況等因素，應通過現(xiàn)場水平載荷試驗確定，必要時可進行帶承臺樁的載荷試驗，試驗宜采用慢速維持荷載法。(2)當作用于樁基上和外力主要為水平力時，應根據(jù)使用要求對樁頂變位的限制，對樁基的水平承載力進行驗算。當外力作用面的樁距較大時，樁基的水平承載力可視為各單樁的水平承載力的總和。當承臺側面的土未經(jīng)擾動或回填密實時，應計算土抗力的作用；當水平推力較大時，宜設置斜樁。3.確定單樁水平承載力特征值樁基礎設計樁基極限狀態(tài)分為下列兩類：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。根據(jù)樁基損壞造成建筑物的破壞后果(危及人的生命、造成經(jīng)濟損失、產(chǎn)生社會影響)的嚴重性，將樁基分為三個安全等級。樁基設計時應選用適當?shù)陌踩燃?。所有樁基均應進行承載能力極限狀態(tài)的計算，計算內(nèi)容包括：(1)據(jù)樁基的使用功能和受力特征進行樁基的豎向(抗壓或抗拔)承載力計算和水平承載力計算；對于某些條件下的群樁基礎宜考慮由樁群、土、承臺相互作用產(chǎn)生的承載力群樁效應。(2)對樁身及承臺承載力進行計算；對于樁身露出地面或樁側為可液化土、極限承載力小于50kPa(或不排水抗剪強度小于10kPa)土層中的細長樁尚應進行樁身壓屈驗算；對混凝土預制樁尚應按施工階段的吊裝、運輸和錘擊作用進行強度驗算。(3)當樁端平面以下存在軟弱下臥層時，應驗算軟弱下臥層的承載力。(4)對位于坡地、岸邊的樁基應驗算整體穩(wěn)定性。(5)按現(xiàn)行《建筑抗震設計規(guī)范》規(guī)定應進行抗震驗算的樁基，應驗算抗震承載力。4.當樁基承受拔力時，應對樁基進行抗拔驗算及樁身抗裂驗算三、樁基礎設計1.樁基設計原則樁基礎設計(1)選擇樁型和幾何尺寸，初步選擇承臺底面的標高。(2)確定單樁承載力。(3)確定樁數(shù)及其布置。(4)驗算各單樁的承載力和沉降。(5)樁身結構設計。(6)承臺設計。(7)繪制樁基施工圖。2.樁基礎設計的一般步驟(1)選擇樁的類型時應綜合考慮上部結構荷載的大小、性質、工程地質和水文地質條件、施工條件、造價、對周邊環(huán)境的影響等因素，確定預制樁或灌注樁的類別、樁身截面尺寸和形狀、長度及樁端持力層。(2)決定樁長時，一般應選擇較硬土層作為樁端持力層。3.選擇樁的類型、確定樁的長度和承臺底面標高樁基礎設計①樁端全斷面進入持力層的深度，根據(jù)地質條件，荷載及施工工藝確定，宜為樁身直徑的1～3倍。在確定樁底進入持力層深度時，尚應考慮特殊土，巖溶以及震陷液化等影響。對于粘性土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小于1.5d，碎石類土，不宜小于1d。當存在軟弱下臥層時，樁基以下硬持力層厚度不宜小于4d(d為樁徑)。②嵌巖灌注樁周邊嵌入完整和較完整的未風化，微風化，中風化硬質巖體的最小深度，不宜小于0.5m。③當硬持力層較厚且施工條件許可時，樁端全斷面進入持力層的深度宜達到樁端阻力的臨界深度。(3)選擇承臺底面標高，主要考慮上部建筑物的使用要求、季節(jié)性凍土及施工條件。1)確定樁的數(shù)量根據(jù)單樁承載力和上部結構傳來的荷載，可定出樁數(shù)。2)樁的間距(1)摩擦型樁的中心距不宜小于樁身直徑的3倍；擴底灌注樁的中心距不宜小于擴底直徑的1.5倍，當擴底直徑大于2m時，樁端凈距不宜小于1m。在確定樁距時尚應考慮施工工藝中擠土等效應對鄰近樁的影響。4.確定樁的數(shù)量和布置樁基礎設計(2)樁的最小中心距應符合表17-15和表17-16的要求。表17-15樁的最小中心距表17-16灌注樁擴大端的最小中心距樁基礎設計3)樁的平面布置(1)排列基樁時，宜使樁群承載力合力點與豎向永久荷載合力作用點重合以使各樁受力均勻，各樁宜布置在承臺外圍以加大樁基抵抗彎矩的能力，如圖17.23所示。圖17.23樁位布置圖