第11章 地基與基礎

第9章地基及基礎9.1基本概念9.2土的物理性質與工程分類9.3常見的基礎結構型式3/1/20240第9章地基及基礎9.1基本概念9.1.1概念地基－－受建筑物荷載影響的地層基礎－－建筑物向地基傳遞荷載的下部結構地基承載力－－地基土單位面積上所能承受的荷載地基極限承載力－－地基土單位面積上所能承受的最大荷載3/1/20241第9章地基及基礎9.1.2地基基礎設計的基本要求地基滿足強度、變形及穩(wěn)定性的要求基礎滿足強度、剛度的要求3/1/20242第9章地基及基礎9.1.3地基的類型天然地基－－不需特殊處理就可以滿足要求的地基人工地基－－需采用人工處理來提高土層承載力的地基

夯實－含水量大、密實性差地基可采用。較經(jīng)濟、收效慢。

換土墊層－將軟弱土層挖走，換成堅土。提高承載力大、見效快、成本高。

打樁－建筑下打樁、土樁擠密復合地基。跳過圖片3/1/20243夯實地基法重錘夯實法起重機械將夯錘提升，利用自由下落沖擊能重復夯擊基土表面，形成密實硬殼層。

適于：處理地下水位高于0.8m、稍濕粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土、分層填土地基的加固。強夯法起重機械將重錘(8～30t)吊起從高處(6～30m)自由落下，對地基反復強力夯實。適于：碎石土、砂土、低飽和度粘性土、粉土、濕陷性黃土、填土地基等深層加固。城市中心不宜采用。4夯實地基法5灰土墊層砂墊層、砂石墊層提高地基承載力、減少沉降、加速軟弱土層排水固結、防止凍脹，消除膨脹土的脹縮等。適于地下水位較低，基槽常處于較干燥狀態(tài)下一般粘性土地基的加固。適于建筑物基礎下的持力層較軟弱，不能滿足上部荷載對地基的要求的軟弱地基。換土墊層法6灰土擠密樁--適于處理地下水位以上的含水率較大的軟弱地基。砂石樁--適于擠密松散砂土、素填土、雜填土等地基，能擠密周圍土層、增加地基承載力。水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）--碎石樁上摻石屑、粉煤灰、少量水泥，加水拌合制成的樁體，用長螺旋鉆成孔。

擠密樁施工法（需成孔）7深層密實法振沖法--適于加固松散的砂土地基。深層攪拌法--適于加固深厚淤泥、淤泥質土、粉土和承載力≤0.12MPa飽和粘土和軟粘土、沼澤泥炭土等地基。83/1/20249預壓法（砂井堆載預壓法）Hdw堆土排水墊層砂井適于處理深厚軟土、沖填土地基；機場、水工、道路、路堤、碼頭、岸坡等工程。不適于泥炭等有機質沉積地基。鋼管打孔、灌砂，砂井為豎向排水通道，樁頂砂墊層為水平排水通道，加荷預壓，使土中孔隙水通過砂井上升至砂墊層，排出地表。使得工程施工前，地基土已經(jīng)先期排水固結。10第9章地基及基礎9.1.4基礎的類型按基礎的埋設深度分類淺基礎位于天然地基上，埋置深度d<5m；靠基礎底部面積傳遞壓力深基礎位于地基深處承載力較高土層，d>5m或大于基礎寬度；除了靠基礎底面積傳遞壓力外,還依靠沉井、樁尖的底部或壁傳遞壓力3/1/202411第9章地基及基礎9.1.4基礎的類型按材料性能及受力特點分類剛性基礎受剛性角α限制的基礎，構造上通過限制剛性基礎寬高比滿足剛性角的要求，僅能承擔壓力。包括：磚基礎、灰土基礎、三合土基礎、毛石基礎、混凝土基礎、毛石混凝土基礎；基礎沖切破壞α3/1/202412第9章地基及基礎9.1.4基礎的類型柔性基礎混凝土基礎底部配置鋼筋而成為柔性基礎，它不受剛性角限制，在承擔壓力的同時還承受彎矩。αα素砼基礎（剛性）鋼筋砼基礎（柔性）3/1/202413第9章地基及基礎9.1.4基礎的類型按構造分類獨立基礎條形基礎柱下十字交叉基礎片筏基礎箱形基礎......返回3/1/202414第9章地基及基礎9.2土的物理性質與工程分類9.2.1土的物理性質指標土的三相圖表示氣體、水、顆粒間的數(shù)量關系顆粒水氣VVsVwVa體積WWsWw0重力總體積總重力3/1/202415第9章地基及基礎9.2.1土的物理性質指標土的三項基本物理性指標天然密度ρ和重力密度γ土在天然狀態(tài)時單位體積的質量單位體積土的重力密度3/1/202416第9章地基及基礎9.2.1土的物理性質指標土粒相對密度Gs土中水的質量和土的固體顆粒質量之比的百分率土的天然含水量ω土粒質量與同體積的4oC時水的質量之比3/1/202417第9章地基及基礎9.2.1土的物理性質指標反映土松密程度的指標土的孔隙比e土的孔隙率n土中孔隙體積占總體積的百分比土中孔隙體積與土粒體積之比3/1/202418第9章地基及基礎9.2.1土的物理性質指標反映土中含水程度的指標土的天然含水量ω（略）土的飽和度Sr土中水的體積與孔隙體積之比，表示水在孔隙中的充滿程度3/1/202419第9章地基及基礎9.2.1土的物理性質指標特定條件下的密度－土的干密度單位體積的土將水分烘干后的質量單位體積的土的固體顆粒與總體積的比值3/1/202420第9章地基及基礎9.2.2土的物理狀態(tài)指標土的密實度土被固體顆粒所充實的程度，反映土的緊密程度，由壓實系數(shù)λc作為控制標準土的可松性天然土經(jīng)開挖后其體積松散而增加，經(jīng)振動夯實后不能完全恢復的性質3/1/202421第9章地基及基礎9.2.2地基土的工程分類土無粘性土粘性土碎石土砂土巖石粉土地基粘土亞粘土輕亞粘土特殊土軟土、人工填土…3/1/2024223/1/202423第9章地基及基礎9.2.2地基土的工程分類1.巖石根據(jù)成因可分為巖漿巖、沉積巖和變質巖作為建筑地基的巖石，根據(jù)其堅固性和風化程度進行分類堅固性－硬質、軟質巖石風化程度－微風化、中等風化、強風化巖石3/1/202424第9章地基及基礎9.2.2地基土的工程分類2.碎石土粒徑>2mm的顆粒含量超過全重50％的土；根據(jù)粒組及顆粒形狀分為塊石、碎石、角礫…3.砂土粒徑>2mm的顆粒含量不超過全重50％，粒徑>0.075mm的顆粒超過全重50％的土4.粉土塑性指數(shù)Ip≤10，粒徑>0.075mm的顆粒不超過全重50％的土3/1/202425第9章地基及基礎9.2.2地基土的工程分類5.粘性土塑性指數(shù)Ip＞10的土,最為常見的土按塑性指數(shù)分類：粘土－Ip

＞

17粉質粘土－10＜Ip≤176.淤泥（e≤1.5)、淤泥質土（1≤e≤1.5）7.人工填土由于人類活動而堆填的土3/1/202426第9章地基及基礎9.2.3地基的應力和變形1.地基應力地基應力一般包括由土自重引起的自重應力和由建筑物引起的附加應力。地基應力自重應力附加應力土的自重在地基內所產(chǎn)生的應力由建筑物荷載或其他外荷載在地基內產(chǎn)生的超出土中自重應力的部分3/1/202427第9章地基及基礎9.2.3地基的應力和變形①自重應力（σ）－由土的自身重力作用而產(chǎn)生的壓應力勻質土的豎向自重應力σcz隨深度線性增加，呈三角形分布；地下水位的升降會引起土中自重應力的變化；σcz=γz天然地面zσcz均質土中豎向自重應力示意圖任意深度z處的豎向自重應力AA1z豎向自重應力1.地基應力3/1/202428地下水位降低示意圖地下水位升降對土中自重應力的影響天然地面zσcz原地下水位線變動后地下水位線原自重應力分布變動后自重應力分布地下水位上升示意圖天然地面zσcz變動后地下水位線原地下水位線變動后自重應力分布原自重應力分布3/1/202429第9章地基及基礎9.2.3地基的應力和變形②附加應力－由建筑物荷載作用后產(chǎn)生的應力。附加應力是引起土層中力學性質變化的主要因素，土層中的附加應力是遞減的；在附加應力的作用下，地基土將產(chǎn)生壓縮變形，引起基礎沉降；1.地基應力基底中心點下的附加應力σz分布線3/1/202430第9章地基及基礎9.2.3地基的應力和變形基底壓力（p）建筑物的荷載通過基礎傳遞，作用在基礎與地基接觸面上的壓力，方向向下。地基反力地基對基礎的反作用力，方向向上?；讐毫Φ鼗戳讐毫Ψ植寂c基礎的剛度、作用于基礎上的荷載大小和分布、地基土的力學性質及基礎的埋深等因素有關。3/1/202431第9章地基及基礎地基反力的簡化計算9.2.3地基的應力和變形中心荷載作用下天然地面基礎底面d平均地基反力lFGp平均地基反力：F－作用在基礎上的豎向荷載；G－基礎及回填土的總重；A－基底面積；矩形基礎A＝bl

；lb3/1/202432第9章地基及基礎地基反力的簡化計算9.2.3地基的應力和變形偏心荷載作用下天然地面基礎底面dlF

Gpmin基底邊緣處地基反力：F

－作用在基礎上的豎向荷載；G－基礎及回填土的總重；M－作用于矩形基底的力矩；A－基底面積；矩形基礎A＝bl；W－基礎底面的抵抗矩；Mpmaxlbxxyy3/1/202433第9章地基及基礎9.2.3地基的應力和變形基底附加壓力（p0）基底附加壓力是指能夠引起地基變形的基底壓力，即在基底壓力中扣除原先存在的土自重壓力天然地面基礎底面d基底附加壓力p0基底壓力p基底附加壓力＝基底壓力－土的自重壓力土的自重壓力σc

p

－基底平均壓力；σc－土中自重應力；γp

－基礎底面標高以上土層的加權平均容重；

d－基礎埋深；3/1/202434第9章地基及基礎9.2.3地基的應力和變形土的壓縮性壓縮性：土在壓力作用下體積縮小的特性土的固結：土的壓縮隨時間而增長的過程在一般壓力下，土粒與土中水的壓縮極為微小，可忽略不計，可將土的壓縮看為土中孔隙體積的減小。當飽和土壓縮時，隨著孔隙體積的減少土中孔隙水被排出。透水性大的飽和無粘性土，其壓縮過程短時間即可結束；透水性低的粘性土，其壓縮穩(wěn)定時間較長，其固結問題十分重要。3/1/202435第9章地基及基礎9.2.3地基的應力和變形地基變形的主要特征沉降量沉降差傾斜局部傾斜3/1/202436第9章地基及基礎9.2.3地基的應力和變形地基的最終沉降量地基變形穩(wěn)定后基礎底面的沉降量計算方法簡介：①

分層總和法②

應力面積法（又稱《規(guī)范》法）返回3/1/202437分層總和法①不同的深度范圍內，土層中的附加應力不同，隨著深度的增加，土層中的附加應力遞減；②當土層中的附加應力所占自重應力的比例較小時，可將其忽略，以下土層無需計算；③不同的土層分別計算其壓縮量，較厚土層分層計算其壓縮量；④地基壓縮層范圍內的分層厚度一般取0.4b（b為基底寬度）或1～2m；地面基底基底中心點下的附加應力σz分布線土層變化狀況基礎p0壓縮層厚度zn應力面積法①在分層總和法的基礎上，國標推薦使用的計算地基最終沉降量方法，又稱規(guī)范法；②按地基土的天然分層面劃分計算土層，引入土層平均附加應力的概念；③通過平均附加應力系數(shù)，將基底中心以下地基中zi-1～zi深度范圍的附加應力按等面積原則化為相同深度范圍內矩形分布時的分布應力大小，按矩形分布應力計算土層的壓縮量，各土層的總和即為地基的計算沉降量?；A沉降計算的分層示意第9章地基及基礎9.3常見的基礎結構型式9.3.1淺基礎（1）獨立基礎特點：軸心受壓柱的底面為方形，偏心為矩形；柔性基礎底部按計算配置雙向受力鋼筋；應用：框架柱、排架柱...①

柱下獨立柱基礎（柱基礎的主要類型）階梯形獨立柱基礎錐形獨立柱基礎杯口形獨立柱基礎②墻下獨立基礎－應用較少常用的基礎類型及特點3/1/2024403/1/2024413/1/202442第9章地基及基礎9.3.1淺基礎（2）條形基礎①

柱下條形基礎適用于：地基承載力不足，加大底面積會受到平面位置限制；將同一排柱子的基礎聯(lián)合；荷載較大或地基條件較差，用獨立基礎會出現(xiàn)過大的沉降差異；3/1/202443第9章地基及基礎9.3.1淺基礎②

墻下條形基礎剛性條形基礎用磚或毛石砌筑，適用于荷載較小，地基承載力較高的情況。鋼筋混凝土條形基礎（柔性）橫向配置受力鋼筋，適用于荷載較大，地基承載力較低的情況。3/1/202444第9章地基及基礎9.2.1淺基礎（3）十字交叉基礎柱網(wǎng)下縱橫兩向設置條形基礎；適用于：地基軟弱，需擴大基礎底面積；要求基礎具有空間剛度來減少基礎的沉降差；3/1/2024453/1/202446第9章地基及基礎9.3.1淺基礎（4）筏板基礎交梁基礎不能提供足夠的底面積時采用應用：有地下室的房屋、大型結構物；3/1/202447第9章地基及基礎9.3.1淺基礎（5）箱型基礎由鋼筋混凝土底板、頂板和縱橫墻體組成的整體結構；工作性能類似于空心厚板，基礎中空部分可兼作地下室；箱形基礎內的空間替代去大量的回填土，卸除原有的地基自重應力，對結構有利；應用：軟弱地基上面積較小，平面形狀簡單的重型建筑物；3/1/202448第9章地基及基礎9.3.1淺基礎基礎埋置深度（1）基礎埋深d天然地面基礎底面d基礎埋深基礎底面和天然地面間的距離3/1/202449第9章地基及基礎9.2.1淺基礎（2）影響基礎埋深選擇的因素建筑物的用途荷載的大小及性質工程地質條件：根據(jù)荷載大小和性質選擇合理的持力層地下水條件：基礎宜埋置在地下水位以上，便于施工地下管溝的影響：基礎埋深一般應低于管溝等設施的底面季節(jié)性凍土的影響3/1/202450第9章地基及基礎9.3.1淺基礎相鄰基礎的影響新基礎埋深不宜深于原有基礎；若必須超過，則要求兩基礎間保持一定的凈距（不少于底面高差的1～2倍）；Δhl=(1~2)Δh約45o基礎沖切破壞3/1/202451第9章地基及基礎9.3.1淺基礎同期修建的基礎須采取不同埋深時，依下述原則處理lΔhlΔh向下開挖，減少高差減小埋深，減少高差3/1/202452第9章地基及基礎9.2.1淺基礎天然地基上淺基礎的設計（1）墻下條形基礎為簡化計算，取條形基礎長度方向l＝1m作為計算單元；天然地面db底板寬度b的計算：γ-基礎和基礎上方回填土的平均重度，一般取20KN/m3；f–地基容許承載力；NGG3/1/202453第9章地基及基礎9.2.1淺基礎基礎高度h天然地面db先確定基礎的高度h0，驗算應滿足下列受剪承載力條件：V–底板最大剪力；pj－地基土的單位面積凈反力；b2

-底板挑出墻邊的寬度；ft–混凝土抗拉強度設計值；h0-基礎的有效高度；hb23/1/202454第9章地基及基礎9.2.1淺基礎a1–懸臂板計算長度；h0-基礎I-I截面的有效高度；底板受力鋼筋的計算基礎兩側底板按倒置的懸臂板計算，取最大彎矩截面位置為界基礎縱向分布鋼筋的直徑不小于8mm；間距不大于300mm；每延米分布鋼筋的面積應不小于受力鋼筋面積的1/10。3/1/202455第9章地基及基礎9.3.1淺基礎（2）獨立基礎基礎底面常用矩形（b×l）；天然地面db底板寬度尺寸：NGpmax、pmin–基礎底面邊緣的最大、最小壓應力；N－作用在基礎上的豎向荷載；G－基礎及回填土的總重；M－作用于矩形基底的力矩；W－基礎底面的彈性抵抗矩；M確定偏心受壓基礎底面尺寸時采用試算法3/1/202456第9章地基及基礎9.3.1淺基礎基礎高度h若獨立基礎高度不足，易發(fā)生沖切破壞，形成沿柱邊向下的混凝土錐體；Fl–作用于Al上的地基土凈反力設計值；Al–沖切驗算時取用的部分基礎底面面積；pj

–地基土的單位面積凈反力，可取pj,max；βh

-受沖切承載力截面高度影響系數(shù)；am－梯形斜沖切面上邊長和下邊長的平均值；對于矩形底板基礎，可僅對短邊的斜沖切面進行受沖切承載力驗算，因此受沖切面最小，受沖切承載力最差；3/1/202457計算獨立基礎受沖切承載力的截面位置沖切驗算試取用的部分基礎底面面積3/1/202458第9章地基及基礎9.3.1淺基礎基礎底板配筋在土反力的作用下，獨立基礎底板兩個方向都發(fā)生彎曲，受力鋼筋應沿雙向按計算分別配置，沿基礎長邊方向的鋼筋應放置在短邊鋼筋的下層。底板彎矩可簡化以柱與基礎底板交接處或變階處挑出的倒置懸臂板計算。MI–任意截面I－I處的彎矩設計值；a1–任意截面I－I至基底邊緣最大反力處的距離；3/1/202459第9章地基及基礎9.3.1淺基礎基礎底板配筋基礎底板受力鋼筋的計算公式：長邊方向的受力鋼筋放在下層，故相應的截面有效高度

h0II=h0I-10mm基礎底板受力鋼筋的最小直徑不宜小于10mm；間距不宜大于200mm，也不宜小于100mm。3/1/202460偏心受壓矩形基礎設計案例3/1/202461第9章地基及基礎9.3.1淺基礎構造要求混凝土強度等級不應低于C20；錐形基礎的邊緣高度，不宜小于200mm；階梯形基礎的每階高度，宜為300-500mm；墊層的厚度不宜小于70mm，墊層混凝土強度等級應為C10；當有墊層時鋼筋保護層的厚度不小于40mm；無墊層時不小于70mm