基础工程第五章浅基础设计

1第5章浅基础5.1概述5.2浅基础的类型5.3基础埋置深度的选择5.4浅基础地基验算5.5基础底面尺寸的确定5.6扩展基础设计5.7减轻不均匀沉降危害的措施25.1概述天然地基上的浅基础（优先选用）人工地基上的浅基础5.1.1浅基础设计内容与步骤5.1.2浅基础设计方法3强度问题变形问题地基中的应力状态上部结构荷载（自重应力附加应力）地基基础示意图45.1.1地基基础设计的基本内容与步骤地基基础设计地基计算基础设计控制地基的变形：正常使用极限状态地基的稳定性验算：斜坡，高耸结构基础结构的强度刚度耐久性防止地基强度破坏：承载力极限状态基础选型基础埋深和形状尺寸5设计步骤建筑物的型式与功能上部结构荷载资料场地勘察与室内试验资料场地施工技术条件基础型式方案比较拟定基础型式及平面布置确定基础埋深必要时的验算（软弱下卧层强度、变形稳定、抗滑验算等）确定地基承载力确定基底平面尺寸计算地基承受荷载基础结构设计（基础剖面尺寸、配筋）编制施工说明、绘施工图计算地基净反力不满足6基底压力附加应力地基沉降变形基底反力基础结构荷载上部结构的自重及各种荷载都是通过基础传到地基中的。上部结构基础地基建筑物设计5.1.2浅基础设计方法常规设计法——将地基、基础、上部结构三者分离，分别对三者进行计算。•优缺点：计算简单（不考虑三者共同作用）；满足静力平衡条件；忽略三者受荷后变形的连续性；不经济、不合理。•适用条件：沉降较小或较均匀；基础刚度大。合理的设计方法：考虑地基、基础与上部结构的相互作用（分析难度较大）。7浅基础刚性基础（无筋扩展基础）柔性基础（钢筋混凝土基础）1.砖基础2.毛石基础3.混凝土和毛石混凝土基础4.灰土基础5.三合土基础1.钢筋砼柱下独立基础（台阶形、锥形、杯口形、联合）2.钢筋砼条形基础（墙下钢筋混凝土条形基础、十字交叉条形基础、柱下钢筋混凝土条形基础）3.筏板基础4.箱形基础5.壳体基础5.2浅基础的类型扩展基础一、按使用材料分类81.无筋扩展基础(刚性基础）系指由砖，毛石、混凝土或毛石混凝土，灰土和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。（也可由两种材料叠合组成，例如，上层用砖砌体，下层用混凝土）。适用于多层民用建筑和轻型厂房。二、按基础结构和受力特点分类（规范分类法）91）砖基础1、剖面：阶梯形，俗称大放脚，每一级台阶的挑出长度为1/4砖长。（砖的模数是6）2、材料要求：不宜使用灰砂砖、轻质砖，砖不低于Mu10.砂浆不低于M5。3、砌法：有两种：其一是两皮一收法。即每砌两皮砖，收进1/4砖长（60mm），如此反复。其二是二一间隔法。即砌两皮收进1/4砖长再砌一皮，如此反复。4、垫层：一般先做100mm厚的垫层。每边伸出砖基底50mm。10砖基础剖面图112）毛石基础1、毛石系指未经加工凿平的石料。2、剖面：阶梯形，台阶挑出宽度≤200mm、每级台阶高≥400mm。3、材料要求：毛石不得采用易风化的软岩砂浆不低于M5.12毛石基础133）混凝土和毛石混凝土基础：1、剖面：阶梯形与角锥形两种，一般为台阶形，阶梯高度≥300mm。2、材料：混凝土采用≥C15,毛石不得采用易风化软岩。掺入量不应大于基础体积的30%。尺寸不得大于300mm，使用前应冲洗干净。14素混凝土基础154）灰土基础1、剖面：矩形。2、材料：石灰：以块状生石灰经消化1～2天后过5～10mm筛子筛后使用。土：以粉质粘土为宜，可使用黏土。干燥锤平后过10～20mm筛子筛后使用。两种材料按体积比3：7或2：8并加入适量的水拌和均匀。3、施工：分步夯实。在基坑内每层虚铺22～25Cm，夯至15Cm为一步，视基础高度做几步。4、夯实后最小干密度应满足：粉土：15.5KN/m3,粉质粘土：15.0KN/m3,粘土14.5KN/m35、灰土基础早期强度低，但强度随时间不断增大。适用于水位较低的五层及五层以下的民用混合建筑及样承重轻型工业厂房。16灰土基础175）三合土基础1、剖面：矩形2、材料：石灰与土同灰土基础要求。粗骨料：矿渣最好，碎砖次之，碎石与河卵石因不易夯打击实而最差。三种材料按体积比1：2：4或1：3：6并加入适宜的水拌和均匀。3、施工：同灰土基础：但每次虚铺厚度为220mm。4、适用四层及四层以下的民用建筑。18三合土基础196）刚性基础的特点与刚性角要求：（1）都具有较好的抗压性能。（2）抗拉、抗剪强度不高。要保证抗拉，抗剪要求，是通过对基础构造要求（刚性角要求）来实现的。即保证基础台阶宽高比（刚性角的正切）要求，在这样的限制下，基础相对高度都比较大，几乎不发生挠曲变形。所以无筋扩展基础习惯上称为刚性基础。20212、扩展基础指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。1.剖面：台阶形和锥形。2.材料：混凝土：≥C20，并按计算和构造配筋。3.特点：抗弯、抗剪性能较好，基础高度较小。4.适用条件：宽基浅埋(1)柱下钢筋砼独立基础(a)阶梯形基础；(b)锥形基础；(c)杯口基础(a)、(b)适用于现浇柱基础，(c)适用于预制柱基础23支模板2mx2m某工程柱下独立基础24（2）墙下钢筋混凝土条形基础25墙下钢筋砼条基三维263、联合基础矩形联合基础梯形联合基础连梁式联合基础•特点：调整相邻两柱沉降差、防止两柱相向倾斜•适用条件：两柱设立独立基础时，其中一柱受限；两柱间距较小而基底面积不足或荷载偏心过大等。联合形式284、柱下条形基础（1）单向条形基础：在同一轴线（或同一方向）上若干个单独基础联合组成的长条形连续基础。（2）十字交叉条形基础：在柱网下纵横两个方向用条形基础连接组合而成。特点：抗弯刚度大，具有调整不均匀沉降的能力。适用条件：地基较软，分布不均；基底面积受相邻建筑物或设备基础的限制无法扩展时；柱荷载差异大，以致基底面积扩大使其彼此接近或相碰时。29柱下钢筋混凝土条形基础肋梁翼板(a)(b)图2-6柱下条形基础(a）等截面的（b）柱位处加腋的3031某工程柱下条形基础325、筏板基础•筏板俗称满堂红基础。当荷载很大且地基土较软弱，采用十字交叉条形基础也不能满足要求时，可采用筏板基础。•筏板基础类似一块倒置的楼盖，基底面积大，可减小基底压力，能更有效地增强基础的整体刚度，有利于调节地基的不均匀沉降，较能适应上部结构荷载分布的变化。特别是对于有地下室的房屋或大型储液结构，如水池、油库等，筏板基础是一种比较理想的基础结构。当地基显著软硬不均时，要慎用。平板式梁板式33柱下筏板基础34某工程现场筏板基础钢筋网356、箱形基础•箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和内外纵横隔墙组成的，有一定高度的整体空间结构。•特点：箱形基础比筏板基础具有更大的抗弯刚度，可视作绝对刚性基础。箱形基础埋深较深，基础空腹，开挖卸除基底原有的自重应力，减小了作用于基础底面的附加应力，降低了基础的沉降，有补偿效应。箱基的抗震性能较好。•地下室用途受限制；工期长；造价高；施工技术复杂。柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础又统称为连续基础。36箱形基础7、特种基础（a）正圆锥壳（b）M形组合壳（c）内球外锥组合壳图2－11壳体基础的结构型式1）壳体基础：由正圆锥形及其组织形式构成的壳体基础，一般用于筒形的独立构筑物（如烟囱、水塔、料仓、中小型高炉等）的基础。382)岩石锚杆基础•岩层锚杆基础适用于直接建在基岩上的柱基，以及承受拉力或水平力较大的建筑物、构筑物基础。39常见浅基础特点总结单独基础条形基础筏形和箱形基础基底面积越来越大、对上部结构荷载的扩散作用越来越强在相同的上部结构荷载作用下，基底压力和基底附加压力越来越小，刚度越来越大，可以适应更软弱的地基，可以减小地基的沉降变形在相同的地基条件下，可以承受更大的上部结构荷载作用设计计算方法越来越复杂，一般情况下工程造价越来越高405.3基础埋置深度的选择5.3.1概述（概念、取值、选择原则、基本要求）5.3.2影响因数415.3.1概述一、概念：基础的埋置深度是指基础的底面至室外设计地面的距离。选择了基础埋置深度就选择了地基持力层。二、基础埋深d的取值：一般至室外标高算起；在填方整平地区，可自填土地面标高算起。但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形或筏形基础时，自室外标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。425.3.1概述三、选择原则：1)在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础尽量浅埋2)当上层土强度大于下层土时，宜采用上层为持力层。3)高层建筑应有足够的埋深来保持其稳定性。4)除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。四、基本要求435.3.2影响因数1、建筑结构条件与场地环境条件1）考虑建筑物地下空间的使用功能要求（1）有地下室或半地下室的建筑，其埋深必须结合地下部分设计标高选定。（2）地下管道应在基底以上，便于维修。（3）电梯缓冲坑：自地面向下至少1.4m。442）考虑建筑物的高度和荷载大小的影响承载力变形高层建筑基础筏形基础和箱形基础1/151/18～1/20桩箱或桩筏基础（不计桩长）输电塔基础：要求较大的埋深，提供足够的抗拔阻力以上规定不包括岩石地基，岩石地基上的高层主要考虑抗滑要求453）考虑相邻建筑物的影响（1）新建筑物基础埋深不宜大于原有建筑物基础。（2）当埋深大于原有建筑物基础时，两基础间应保持一定净距（见下图），否则要求支护并且严格限制支护的水平位移。如采取分段施工、设置临时加固支撑、打板桩、地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物地基。464）基础埋深不同时(1)主楼与裙房：高度不同,分期施工设置后浇带(2)台阶式相连：重要设备的基础需加大埋深地下室与非地下室交界处的基础山坡上的房屋L/H=1~2台北国际金融中心47只有低层房屋可用,否则处理尽量浅埋若h1太小就为IIh12m基底在好土h1=2m~4m高楼好土,低楼软土h14m桩基或处理硬土软土(很深)硬土软土软土硬土IIIIIIIVh1h1基础条件由其它条件确定时，尽可能浅埋2、工程地质条件1)根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层482)置于边坡上的基础tan)(abd=3.5条形基础=2.5矩形基础493、水文地质条件1)尽量考虑将基础置于地下水位以上。2)埋在地下水位以下时，考虑:基坑排水、坑壁围护、保护地基土不受扰动、出现涌土、流砂的可能性；地下室防渗；轻型结构物上浮托力；地下水浮托力、基础底板的内力。3)承压含水层的地基，控制基坑开挖深度，防止基坑突涌失稳。向下的土压力00h向上的承压水压力whkhhw00)/()2122110zzzz（k一般取0.7~0.9。504、地基冻融条件季节性冻土：是冬季冻结、天暖解冻，每年冻融交替一次的土层，在我国北方地区分布广泛。多年性冻土：指连续保持冻结状态三年以上的土层，其性质较复杂，属特殊土地基，另见专著。1）冻土分类冻胀：冻胀力，地面隆起融陷：强度降低，建筑物下陷建筑物开裂损坏不均匀沉降51冻深毛细区地下水冻结区2）冻胀机理52毛细水土颗粒结合水冰水变成冰的体胀自由水冻结温度0oc，结合水冻结温度-0.5~-30oc53吸引毛细水自由水+外层(弱)结合水冻结,形成冰针,冰透镜结合水膜变薄,离子浓度加大,吸力增加吸引地下水54粗粒土：无冻胀坚硬粘性土：冻胀微弱粉土：冻胀最严重3）影响冻胀的因素：土性(土的粒径大小)，含水量的多少，地下水位高低4）冻胀性划分：《建筑地基规范》根据冻土层的平均冻胀率的大小，将地基土划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。注：冻胀区的基础，应保证有足够的埋深，使基底达到或基本达到冻胀影响深度以下，从而避免冻害。555）冻胀土中基础埋深的要求dmin＝zd–hmaxZd设计冻深；Z0标准冻深；hmax允许残留冻土最大厚度ZdZ0dmin室内地面hmax566）在冻胀，强冻胀，特强冻胀地基上，应采用下列防冻害措施：•1、对在地下水位以上的基础，基础侧面应回填非冻胀性的中砂或粗砂，其厚度不应小于10cm。对在地下水位以下的基础，可采用桩基础，自锚式基础(