基础工程第二章浅基础

第二章浅基础进行地基基础设计时，必须根据建筑物的用途和设计等级、建筑布置和上部结构类型，充分考虑建筑场地和地基岩土条件，结合施工条件以及工期、造价等各方面的要求，合理选择地基基础方案。常见的地基基础方案有：天然地基或人工地基上的浅基础；深基础；深浅结合的基础（如桩－筏、桩箱基础等）。2.1概述本章学习要点本章将主要介绍浅基础的类型与适用条件，浅基础的设计程序与方法。重点掌握：①基础埋深确定原则；②地基承载力的确定③基础底面积尺寸计算；建筑物的安全和正常使用地基基础设计等级建筑场地和地基岩土条件地基基础方案地基基础设计内容与步骤施工条件地基基础设计规定荷载组合规定地基基础类型2.1.2浅基础设计方法常规设计法：把上部结构、基础和地基三者分离开来计算（见图2－1）。特点：满足了静力平衡条件；忽略了地基、基础和上部结构三者之间受荷前后的变形连续性。最好：同时满足静力平衡和变形协调。适用条件：（1）沉降较小或均匀。（2）基础刚度较大。2.1.3地基基础设计原则地基基础设计等级（p.9表2-1）甲级乙级丙级设计要求：承载力要求、变形要求。设计规范：•《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2012）设计方法：允许（容许）承载力设计方法极限状态设计方法承载能力极限状态正常使用极限状态地基设计结构设计荷载规定：荷载分类永久荷载可变荷载偶然荷载（特殊荷载）：爆炸力、撞击力）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）荷载组合：基本组合标准组合准永久组合荷载取值：基础底面面积及埋深：正常使用极限状态、标准组合；地基变形：正常使用极限状态、准永久组合；地基稳定：承载力极限状态、基本组合；基础结构内力与强度：承载力极限状态、基本组合。基本组合值=1.35标准组合值地基基础设计原则：所有建筑物的地基计算应满足地基承载力要求；设计等级为甲、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，但如具有p.9~10所列的5种情况时，仍应进行变形验算；对于受较大水平荷载的高层建筑、建造在斜坡上的建筑、基坑等应进行稳定性验算；对于地下水位较浅、有上浮时应进行抗浮验算。第一次作业：什么是荷载标准值、组合值、标准组合、准永久组合、基本组合？标准值荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值(例如均值、众值、中值或某个分位值)。组合值对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。标准组合正常使用极限状态计算时，采用标准值或组合值为荷载代表值的组合。准永久组合正常使用极限状态计算时，对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合。基本组合承载能力极限状态计算时，永久作用和可变作用的组合。扩展基础刚性基础柔性基础联合基础条形基础箱形基础独立基础筏板基础十字交叉梁基础壳体基础按构造类型2.2浅基础的类型适用于多层民用建筑和轻型厂房，墙下条形基础和独立基础。1.无筋扩展基础(刚性基础）1）砌筑材料：砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三和土。无需配置钢筋。2）受力特点：抗压性能好，抗拉、抗剪能力差，挠曲变形小。3）结构特点：优点：稳定性好，施工方便，能承受较大荷载。缺点：自重大、对地基承载力要求高、不适于浅埋。4）构造：满足台阶宽高比允许值（刚性角）的要求用途：多用于低层建筑的墙下基础；在寒冷而又潮湿的地区采用不理想。优点：可就地取材，建筑方便；缺点：强度低且抗冻性差。要求：砖强度≥MU10，砂浆强度≥M5；大放脚：砖基础剖面一般砌成阶梯形，通常称为大放脚。•（1）砖基础•（2）毛石基础要求：强度等级≥MU20的毛石，砂浆强度≥M5砌筑而成。优点：抗冻性比较好，在寒冷地区可用于6层以上的建筑；毛石基础（3）混凝土(毛石混凝土)基础混凝土基础：强度、耐久性和抗冻性均比较好，其混凝土强度等级一般采用C15，常用于较大的墙柱基础。毛石混凝土基础：为了节约混凝土用量，可在混凝土内掺入15%～25%（体积比）的毛石。（4）灰土基础特点：灰土基础造价低可节省材料，多用于5层以下的民用建筑。灰土：是用熟化石灰和粉土或黏性土拌合而成。灰土或三合土基础2.钢筋混凝土扩展基础钢筋混凝土扩展基础常简称为扩展基础，系指墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础。受力特点：抗弯、抗剪性能良好、有挠曲变形；耐久性与耐冻性好。结构特点：底板高度小，适应地基承载力低的地基条件。适用于宽基浅埋。（1）墙下钢筋混凝土条形基础（图2-3）（2）柱下钢筋混凝土独立基础（图2-4）柱下独立基础3.联合基础联合基础主要指同列相邻二柱公共的钢筋混凝土基础，即双柱联合基础（图2－5），但其设计原则，可供其他型式的联合基础参考。联合基础联合基础4柱下条形基础当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀，以至于采用扩展基础可能产生较大的不均匀沉降时，常将同一方向（或同一轴线）上若干柱子的基础连成一体而形成柱下条形基础。（图2－6）特点：长度远大于宽度；纵向刚度大。柱子基础顶下部受力钢筋翼板上部受力钢筋梁肋腰筋50㎜ldldld应用条件：当柱承受荷载较大而地基土软弱，采用柱下独立基础，基础底面积大的几乎昏相连接。在框架结构中采用。5柱下交叉条形基础柱下交叉条形基础（图2－7）。图2－8所示的连梁式交叉条形基础。应用条件：对于荷载较大的高层建筑，如果地基软弱土且在两个方向分布不均，需要基础纵横两向都有一定的抗弯刚度来调整基础的不均匀沉降。6筏型基础应用：当柱下交叉条形基础底面积占建筑平面面积的比例较大，或者建筑物在使用上有要求时，可以在建筑物的柱、墙下方做成一块满堂的基础，即筏型（片筏）基础；或相邻基础距离很小，或设置地下室时，可把基础底板做成一个整体的等厚度的钢筋混凝土板，形成无梁式筏形基础。优点：筏型基础由于其底面积大，故可减小基底压力，同时也可提高地基土的承载力，并能更有效的增强基础的整体性，调整不均匀沉降。柱下筏形基础分为平板式和梁板式两种类型平板式筏板基础的厚度不应小于400mm，一般0.5~2.5m。其特点是施工方便、建造快，但混凝土用量大。当柱荷载较大时，可将柱位下板厚局部加大或设柱墩。若柱距较大，为了减小板厚，可在柱轴两个方向设置肋梁，形成梁板式筏形基础。7.箱形基础概念：当柱荷载很大，地基又特软弱，基础可作成由钢筋混凝土底板、顶板、侧墙及纵横墙组成箱形基础（图2－10）。优点：整体性好；基础刚度大，抵抗不均匀沉降；抗震性能好，多用于高层建筑。8.壳体基础为了发挥混凝土抗压性能好的特性，可将基础型式做成壳体。常见的壳体基础形式有三种（见图2－11）。优点：材料省、造价低。据统计，中小型筒形构筑物的壳体基础，可比一般梁、板式的钢筋混凝土基础少用混凝土30%~50%，节约钢筋30％以上。适用：水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑物的基础。2.3基础埋置深度的选择基础埋置深度的选择（简称埋深）是指基础底面至天然地面的距离。主要影响因素基础埋深选择的原则：在满足承载力和变形要求的条件下尽量浅埋与建筑物有关的条件工程地质条件水文地质条件地基冻融条件场地环境条件2.3.1与建筑物有关的条件建筑功能：地下室布置、半埋式结构等；基础埋深不同时：主楼与裙房，高度不同，分期施工设置后浇带；台阶式相连,如山坡上的房屋。荷载效应：上部荷载大小、抗震要求、上拔荷载、动荷载（避免饱和和疏松的细砂土层）；p16设备条件：地下管线、水道、隧道等。2.3.2工程地质条件条形基础3b独立基础1.5b且5m（二层以下民用建筑除外）主要受力层深度：FdG主要受力层持力层（受力层）下卧层只有低层房屋可用，否则处理h12m基底在好土；h1=2m~4m高楼好土，低楼软土；h15m桩基或处理；软土硬土IIIIIIIV硬土软土h1在满足其他要求下尽量浅埋硬土软土尽量宽基浅埋。但是如h1太小就为IIh1当地基持力层顶面倾斜时，同一建筑物的基础可以采用不同的埋深。为保证基础的整体性，墙下无筋基础应沿倾斜方向做成台阶形，并由深到浅逐渐过度。台阶的做法见（图2－12）2.3.3水文地质条件•尽量在地下水位以上，否则开挖降水费用大；•有承压水时，防止承压水顶破基底。wwhh安全系数：K≥1.1（基础平面尺寸大时）2.3.4地基冻融条件冻土多年冻土（冻结时间3年）；季节性冻土发生冻胀的条件：（1）土的条件一般是细颗粒土（2）温度条件低于冻结温度（3）水力条件含水量，具有开放性条件，如粉土冻胀最严重外因内因土的冻胀性季节性冻土在冻融过程中使土的强度降低，压缩性增大反复产生冻胀和融陷作用在基础上的冻涨力FTTTTPG冻结深度基础当基础位于冻胀区内时，基础上作用有图中所示力：如果荷载F和基础自重G足以平衡冻胀力p基础受冻胀力的作用而上抬温度升高p消失基础产生下沉融陷和上抬不均匀建筑产生方向相反、相互交叉的裂缝土的冻胀性：衡量指标冻胀性分类平均冻胀率：hh不冻胀1%弱冻胀1%3.5%冻胀3.5%6%强冻胀6%12%特强冻胀12%注意：碎石、砂等里面粒径小于0.075mm的颗粒含量太高也会导致冻胀考虑冻胀的基础埋深：dminzd-hmaxzd：设计冻深hmax：容许残留冻土层最大厚度zd=z0zszwze标准冻深土类别冻胀性环境影响系数标准冻深z0北京0.8~1.0m哈尔滨2.0m满洲里2.8m10年的实测最大冻深平均值2.3.5场地环境条件基础埋深不宜小于0.5m，基础顶面应至少低于设计地面0.1m。新基础的埋深不宜超过原有基础的底面，否则应保持一定的净距。如图2－14所示。在河流等水体旁，如桥梁基础底面应位于冲刷线以下。不能满足以上条件时，进行支护，严格控制水平位移。工程背景1.建筑物地基承载力问题基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形甚至倾覆。1.建筑物地基承载力问题(图1)建筑物地基承载力问题(图2)建筑物地基承载力问题(图4)2.构筑物环境的安全性问题即土压力问题挡土墙、基坑等工程中，墙后土体强度破坏将造成过大的侧向土压力，导致墙体滑动、倾覆或支护结构破坏事故。2.构筑物环境的安全性问题即土压力问题3.土工构筑物的稳定性问题3.土工构筑物的稳定性问题土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡等，在超载、渗流乃至暴雨作用下引起土体强度破坏后将产生整体失稳边坡滑坡等事故。2006年3月27日下午4时45分，太原到旧关高速公路寿阳段发生严重塌陷，路面整体沉陷，路基向外滑移，塌陷处长130米，宽12米，深8.5米，所幸没有发生交通事故，未造成人员伤亡。专家勘察后，初步确定此地段原是旧河槽，底层土壤渗水液化造成塌陷。石太高速寿阳段塌陷现场严重2006年03月30日星期四央视《焦点访谈》石太高速寿阳段塌陷现场严重石太高速公路寿阳段塌陷现场（3月28日摄）。2006年03月30日星期四央视《焦点访谈》石太高速寿阳段塌陷现场严重石太高速公路寿阳段塌陷现场（3月28日摄）。3月28日，公路勘察人员在查看石太高速公路寿阳段塌陷后的裂缝。2006年03月30日星期四央视《焦点访谈》1940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆2.4浅基础的地基承载力地基承载力：地基土层单位面积所能承受的具有一定可靠度的最大荷载；地基承载力特征值：满足建筑物正常使用极限状态下的地基土承载力；决定地基土承载力的两个条件：具有一定的强度安全储备；地基变形不大于相应的允许值。地基承载力取值与地基允许变形的取值有关uapfak01a2.4.2地基承载力特征值的确定确定地基承载力特征值的方法主要有四类：必要时采用多种方法综合确定。•根据土的强度理论计算确定；•按静载荷试验方法确定；•根据《规范》表格确定；•根据相邻条件相似的建筑物经验确定。GBJ7-89规范：推荐查表方法GB50007-2002/2012规范：取消了相关表格•根据土的强