基礎(chǔ)工程第2天然地基上的淺基礎(chǔ)

《基礎(chǔ)工程第2天然地基上的淺基礎(chǔ)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基礎(chǔ)工程第2天然地基上的淺基礎(chǔ)（144頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第2章 天然地基上的淺基礎(chǔ) 本 章 提 要本章是本課程最重要的內(nèi)容之一，主要介紹了淺基礎(chǔ)的分類、地基承載力的確定、基礎(chǔ)埋深的確定、地基驗(yàn)算及各種形式基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原理及方法。通過本章的學(xué)習(xí)，要求能對剛性基礎(chǔ)、擴(kuò)展基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、十字交叉基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)及箱形基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后介紹了淺基礎(chǔ)的施工的要點(diǎn)及減輕基礎(chǔ)不均勻沉降的措施。 2.1 概述 2.1.1 地基基礎(chǔ)方案分類 地基可以分為天然地基和人工地基。 基礎(chǔ)可以根據(jù)埋置深度及施工工藝特點(diǎn)將其分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。 (a)天然地基 (b)人工地基圖2.1 天然地基和人工地基 (a)淺基礎(chǔ)示意圖 (b)深基礎(chǔ)示意圖圖2.2 淺基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)示意圖 2.1.

2、2 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級 按照我國建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB500072002)(以下簡稱地基基礎(chǔ)規(guī)范)，根據(jù)地基復(fù)雜程度、建筑物的規(guī)模和特征以及由于地基問題可能造成建筑物破壞或影響程度，將地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分為3個設(shè)計(jì)等級，設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)具體情況，按表2.1選用。 2.1.3 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本原則 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下3個基本原則： 1)地基基礎(chǔ)應(yīng)具有足夠的安全度，防止地基土體強(qiáng)度破壞及喪失穩(wěn)定性 所有建筑物的地基均應(yīng)進(jìn)行地基承載力計(jì)算；如經(jīng)常承受水平荷載作用的高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和擋土墻等，對于建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物和構(gòu)筑物，尚應(yīng)驗(yàn)算其穩(wěn)定性；具有多層地下室的深基坑開挖工程應(yīng)驗(yàn)算土體的整體穩(wěn)

3、定性，當(dāng)?shù)叵滤癫剌^淺，存在上浮問題時，尚應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。 2)應(yīng)進(jìn)行必要的地基變形計(jì)算，使之不超過規(guī)定的地基變形允許值，以免引起基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的損壞或影響建筑物的正常使用。 對于甲級、乙級建筑物及表2.2所列范圍以外的丙級建筑物均應(yīng)進(jìn)行地基變形計(jì)算，對于表2.2所列范圍以內(nèi)的丙級建筑物如有下列情況之一者，仍應(yīng)進(jìn)行地基變形計(jì)算： 地基承載力特征值小于130kPa,且體型復(fù)雜的建筑； 在基礎(chǔ)上及其附近有地面堆載或相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大，引起地基產(chǎn)生過大的不均勻沉降時； 軟弱地基上的相鄰建筑存在偏心荷載時； 相鄰建筑距離過近，可能發(fā)生傾斜； 地基內(nèi)有厚度較大或厚薄不均的填土，其自重固結(jié)未完成時。 其

4、他情況下的丙級建筑物在滿足強(qiáng)度及穩(wěn)定性的情況下，可不做變形驗(yàn)算。 3)基礎(chǔ)的材料形式、構(gòu)造和尺寸，除應(yīng)能適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)、符合使用要求、滿足上述地基承載力、穩(wěn)定性和變形要求外，還應(yīng)滿足對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和耐久性的要求。 2.1.4 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用的荷載效應(yīng)組合 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時，所采用的荷載效應(yīng)最不利組合與相應(yīng)的抗力限值應(yīng)按下列規(guī)定： 1)按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時，傳至基礎(chǔ)或承臺底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。相應(yīng)的抗力應(yīng)采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值。 2)計(jì)算地基變形時，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)

5、的準(zhǔn)永久組合，不應(yīng)計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用，相應(yīng)的限值應(yīng)為地基變形允許值。 3)計(jì)算擋土墻土壓力、地基或斜坡穩(wěn)定及滑坡推力時，荷載效應(yīng)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，但其分項(xiàng)系數(shù)均為1.0。 4)在確定基礎(chǔ)或樁臺高度、支擋結(jié)構(gòu)截面、計(jì)算基礎(chǔ)或支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力、確定配筋和驗(yàn)算材料強(qiáng)度時，上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)組合和相應(yīng)的基底反力，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)。 當(dāng)需要驗(yàn)算基礎(chǔ)裂縫寬度時，應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。 5)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)安全等級、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)應(yīng)按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定采用，但結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0不應(yīng)小于1.0。 正常使用極限狀態(tài)下，荷載

6、效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合值Sk應(yīng)用式(2.1)表示：Sk=SGk+SQ1k+c2SQ2k+cnSQnk (2.1) 荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合值Sk應(yīng)用下式表示：Sk=SGk+q1SQ1k+q2SQ2k+qnSQnk (2.2) 對由永久荷載效應(yīng)控制的基本組合，也可采用簡化規(guī)則，荷載效應(yīng)基本組合的設(shè)計(jì)值S按下式確定：S=1.35SkR (2.4) 2.1.5 基礎(chǔ)的材料要求 磚 磚基礎(chǔ)所用的磚和砂漿的強(qiáng)度等級，根據(jù)地基土的潮濕程度和地區(qū)的寒冷程度而有不同的要求。按照砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50003-2001)的規(guī)定，地面以下或防潮層以下的磚砌體，所用的材料強(qiáng)度等級不得低于表2.3所規(guī)定的數(shù)值。此外，用石灰及

7、砂所制成的灰砂磚和其他輕質(zhì)磚均不得用于基礎(chǔ)。 石料 料石(經(jīng)過加工，形狀規(guī)則的石塊)、毛石和大漂石有相當(dāng)高的強(qiáng)度和抗凍性，是基礎(chǔ)的良好材料。特別在山區(qū)，石料可以就地取材，應(yīng)該充分利用。做基礎(chǔ)的石料要選用質(zhì)地堅(jiān)硬、不易風(fēng)化的巖石。石塊的厚度不宜小于15cm。石料和砂漿的強(qiáng)度等級要求見表2.3。 混凝土 混凝土的耐久性、抗凍性和強(qiáng)度都比磚好，便于機(jī)械化施工和預(yù)制，且對于同樣的基礎(chǔ)寬度，用混凝土?xí)r，基礎(chǔ)的高度可以小一些。但是混凝土基礎(chǔ)造價稍高，水泥用量較大，通常多用于地下水位以下的基礎(chǔ)及墊層。強(qiáng)度等級一般采用C7.5到C10。為節(jié)約水泥用量，可以在混凝土中摻入20%30%的毛石，稱為毛石混凝土基礎(chǔ)。

8、 鋼筋混凝土 鋼筋混凝土具有較強(qiáng)的抗彎、抗剪能力，是質(zhì)量很好的基礎(chǔ)材料。用于荷載大、土質(zhì)軟弱的情況或地下水位以下的擴(kuò)展基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)和殼體基礎(chǔ)。對于一般的鋼筋混凝土基礎(chǔ)，混凝土的強(qiáng)度等級應(yīng)不低于C15，殼體基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)不低于C20。 灰土 我國在1000多年以前就采用灰土作為基礎(chǔ)墊層，效果很好。基礎(chǔ)砌體下部受力不大時，也可以利用灰土代替磚、石料或混凝土。作為基礎(chǔ)材料用的灰土，一般為三七灰土，即用三分石灰和七分粘性土(體積比)拌勻后分層夯實(shí)。灰土所用的石灰必須在使用前加水燜成粉末，并過510mm篩子。土料宜用粉質(zhì)粘土，不要太濕或太干。簡易的判別方法就是所謂拌和后的灰土要“捏緊

9、成團(tuán)，落地開花”?；彝恋膹?qiáng)度與夯實(shí)的程度關(guān)系很大，要求施工后達(dá)到干重度不小于14.515.5kN/m3。施工時常用每層虛鋪220250mm，夯實(shí)后成150mm來控制，稱為一步灰土。夯實(shí)合格的灰土，承載力標(biāo)準(zhǔn)值可采用200250kPa?；彝猎谒杏不?，早期強(qiáng)度 低，抗水性差;此外，灰土早期的抗凍性也較差。所以灰土作為基礎(chǔ)材料，一般只用于地下水位以上。若在灰土中加入適量的水泥做成三合土，可以有更高的強(qiáng)度和抗水性。 2.1.6 天然地基上淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和一般步驟 充分掌握擬建場地的工程地質(zhì)條件和地質(zhì)勘察資料 選擇基礎(chǔ)類型和平面布置方案 確定地基持力層和基礎(chǔ)埋置深度(詳見2.3節(jié))。 確定地基承載

10、力(詳見2.4節(jié))。 按地基承載力(包括持力層和軟弱下臥層)確定基礎(chǔ)底面尺寸。 進(jìn)行必要的地基穩(wěn)定性和地基變形計(jì)算。 進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以保證基礎(chǔ)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性。 繪制基礎(chǔ)施工詳圖，并提出必要的技術(shù)說明。 2.2 淺基礎(chǔ)的類型 2.2.1 按基礎(chǔ)剛度分類 淺基礎(chǔ)按剛度可分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)。 (1)剛性基礎(chǔ) 剛性基礎(chǔ)是指用抗壓性能較好，而抗拉、抗剪性能較差的材料建造的基礎(chǔ)(圖2.3) 又稱為無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，常用材料有磚、三合土、灰土、混凝土、毛石、毛石混凝土等。 (a)磚基礎(chǔ) (b)毛石基礎(chǔ) (c)混凝土基礎(chǔ)或毛石混凝土基礎(chǔ) (d)灰土基礎(chǔ)或三合土基礎(chǔ)圖2.3 剛性基礎(chǔ)舉例 剛性

11、基礎(chǔ)多用于墻下條形基礎(chǔ)和荷載不大的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。 剛性基礎(chǔ)的基礎(chǔ)高度應(yīng)符合(2.5)式要求： 采用無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的鋼筋混凝土柱，其柱腳高度h1不得小于b1(圖2.4(b)，并不應(yīng)小于300mm且不小于20d(d為柱中的縱向受力鋼筋的最大直徑)。 圖2.4 剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ) 2)柔性基礎(chǔ) 用鋼筋混凝土修建的基礎(chǔ)稱為柔性基礎(chǔ)，如圖2.4(c)所示。 與剛性基礎(chǔ)相比，柔性基礎(chǔ)鋼材、水泥用量增加，技術(shù)復(fù)雜、造價較高。 2.2.2 按基礎(chǔ)構(gòu)造分類 淺基礎(chǔ)按構(gòu)造可以分為獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、十字交叉基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)和殼基礎(chǔ)。 (1)獨(dú)立基礎(chǔ) 獨(dú)立基礎(chǔ)(也稱“單獨(dú)基礎(chǔ)”)，是整個或局部結(jié)構(gòu)物下的無筋或

12、配筋的單個基礎(chǔ)，通常柱基、煙囪、水塔、高爐、機(jī)器設(shè)備基礎(chǔ)多采用獨(dú)立基礎(chǔ)，如圖2.5所示。 (2)條形基礎(chǔ) 條形基礎(chǔ)是指基礎(chǔ)長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其寬度的一種基礎(chǔ)形式，按上部結(jié)構(gòu)形式，可分為墻下條形基礎(chǔ)和柱下條形基礎(chǔ)。 圖2.5 鋼筋混凝土柱下單獨(dú)基礎(chǔ) 1)墻下條形基礎(chǔ) 2)柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ) (3)十字交叉基礎(chǔ) 當(dāng)荷載很大，采用柱下條形基礎(chǔ)不能滿足地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求時，可采用雙向的柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)形成的十字交叉條形基礎(chǔ)(又稱交叉梁基礎(chǔ))，見圖2.11。圖2.9 墻下鋼筋砼條形基礎(chǔ) 圖2.10 柱下條形基礎(chǔ) 圖2.11 柱下十字交叉基礎(chǔ) (4)筏板基礎(chǔ) 當(dāng)?shù)鼗浫醵奢d很大，采用十字交叉基礎(chǔ)也不能

13、滿足地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求時，可采用筏板基礎(chǔ)，即用鋼筋混凝土做成連續(xù)整片基礎(chǔ)，俗稱“滿堂紅”，見圖2.12。圖2.12 筏板基礎(chǔ) (5)箱形基礎(chǔ) 高層建筑由于建筑功能與結(jié)構(gòu)受力等要求，可以采用箱形基礎(chǔ)。 (6)殼體基礎(chǔ) 如圖2.14所示，由正圓錐形及其組合形式的殼體基礎(chǔ)，用于一般工業(yè)與民用建筑柱基和筒形的構(gòu)筑物(如煙囪、水塔、料倉、中小型高爐等)基礎(chǔ)。 圖2.13 箱形基礎(chǔ)示意 (a)正圓錐殼 (b)M型組合殼 (c)內(nèi)球外錐組合殼圖2.14 殼體基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式 2.3 基礎(chǔ)埋置深度的選擇 基礎(chǔ)埋置深度是指基礎(chǔ)底面至地面(一般指設(shè)計(jì)地面)的距離。 選擇基礎(chǔ)埋深的原則是：在保證建筑物基礎(chǔ)安全穩(wěn)定、耐久

14、使用的前提下，應(yīng)盡量淺埋，以便節(jié)省投資，方便施工。 基礎(chǔ)埋深的選擇主要考慮以下幾個方面： 建筑物的使用條件、結(jié)構(gòu)形式、荷載大小和性質(zhì)； 工程地質(zhì)與水文條件； 環(huán)境條件，包括氣候條件和相鄰建筑物的影響。 (1)建筑功能及結(jié)構(gòu)條件的要求 某些建筑物特定的使用功能要求特定的基礎(chǔ)形式。 結(jié)構(gòu)物荷載大小和性質(zhì)不同，對地基土的要求也不同，因而會影響基礎(chǔ)埋置深度的選擇。 (2)工程地質(zhì)條件 (3)水文地質(zhì)條件 選擇基礎(chǔ)埋深時應(yīng)注意地下水的埋藏條件和動態(tài)。 對埋藏有承壓含水層的地基(圖2.16)，確定基礎(chǔ)埋深時，必須控制基坑開挖深度，防止基坑因挖土減壓而隆起開裂。要求基底至承壓含水層頂間保留土層厚度 (槽底安

15、全厚度)h0為： (4)地基凍融條件 根據(jù)土的類別、凍前天然含水量大小和平均凍脹率的大小，將地基土劃分為不凍脹、弱凍脹、凍脹、強(qiáng)凍脹和特強(qiáng)凍脹5類(表2.5)。 季節(jié)性凍土地基的最小埋深為： 式中hmax基礎(chǔ)底面下允許出現(xiàn)凍土層的最大厚度，見表2.6。 表2.7 土的巖性對凍深的影響系數(shù)zs表2.8 土的凍脹性對凍深的影響系數(shù)zw表2.9 環(huán)境對凍深的影響系數(shù)ze注：環(huán)境影響系數(shù)一項(xiàng)，當(dāng)城市市區(qū)人口為20萬50萬時，按城市近郊取值；當(dāng)城市市區(qū)人口大于50萬小于或等于100萬時，只計(jì)入市區(qū)影響；當(dāng)城市市區(qū)人口超過100萬時，除計(jì)入市區(qū)影響外，尚應(yīng)考慮5公里以內(nèi)的郊區(qū)近郊影響系數(shù)。 2.4 地基承

16、載力計(jì)算 地基承載力特征值可由荷載試驗(yàn)或其他原位測試、公式計(jì)算，并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定。 2.4.1 地基承載力特征值的修正 地基承載力設(shè)計(jì)值： 2.4.2 按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo),用理論公式確定 根據(jù)土力學(xué)地基承載力的理論可知，按土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C、計(jì)算的地基臨塑荷載Pcr、極限荷載Pu以及臨界荷載P1/3(或P1/4)等，均可用來衡量地基土體強(qiáng)度方面的承載力。我國建筑基礎(chǔ)規(guī)范推薦以P1/4為基礎(chǔ)的理論計(jì)算公式，該公式表示如下： 式中：Nb、Nd、Nc分別稱作承載力系數(shù)，僅與土體的有關(guān)； 因此，對承受豎向偏心荷載和水平力都不大的基礎(chǔ)，當(dāng)偏心距e0.033b(b為偏心方向基礎(chǔ)邊長)時，建

17、筑基礎(chǔ)規(guī)范提出了對式(2.11)進(jìn)行修改的計(jì)算公式，并應(yīng)滿足變形要求： 2.4.3 按荷載試驗(yàn)確定地基承載力特征值 試驗(yàn)現(xiàn)場通過一定面積的載荷板(亦稱承壓板)上向地基逐級施加荷載，測出地基土的壓力與變形特征，它能反映荷載板下12倍荷載板寬度或直徑范圍內(nèi)地基土強(qiáng)度、變形的綜合性狀。 荷載試驗(yàn)分為淺層平板和深層平板試驗(yàn)，利用載荷試驗(yàn)記錄而成的p-s曲線(圖2.17)來確定地基承載力特征值。 按下述方法之一確定地基承載力特征值fak： 當(dāng)載荷試驗(yàn)p-s曲線上有明顯的比例極限時，取該比例極限所對應(yīng)的荷載值p1(圖2.17(a)； 當(dāng)極限荷載pu能確定，且pu1.5p1時，取荷載極限值pu的一半； 圖2

18、.17 p-s曲線 不能按上述兩種方法確定時(圖2.17(b)，如壓板面積為0.250.50m2，對低壓縮性土和砂土，可取s/b=0.010.015所對應(yīng)的荷載值，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。 同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于3個，且基本值的極差(即最大值與最小值)不超過平均值的30%，取此平均值作為地基承載力特征值fak。 2.5 地 基 計(jì) 算 地基計(jì)算包括地基承載力驗(yàn)算、地基變形驗(yàn)算、地基穩(wěn)定性驗(yàn)算。 2.5.1 地基承載力計(jì)算 (1)中心荷載作用下的基礎(chǔ) 要求基礎(chǔ)底面處的平均壓力標(biāo)準(zhǔn)值不超過持力層土的地基承載力的設(shè)計(jì)值，即： 基礎(chǔ)底面處的平均壓力標(biāo)準(zhǔn)值的確定，可按基底壓力的簡化計(jì)

19、算方法，中心荷載下基底壓力為均勻分布，如圖2.18所示，計(jì)算公式為： (2) 偏心荷載作用下的基礎(chǔ) 圖2.18 中心荷載作用下的基礎(chǔ) 圖2.19 單向偏心荷載作用下的基礎(chǔ) 基礎(chǔ)在偏心荷載作用下(圖2.19)，除應(yīng)符合公式(2.11)要求外，尚應(yīng)符合下列要求： 在偏心荷載作用下，基礎(chǔ)底面處的最大壓力設(shè)計(jì)值的確定，可按基底壓力的簡化計(jì)算方法確定p，即基底壓力為線性分布(如圖2.19)，采用下列公式計(jì)算： 其中，公式(2.16) 、(2.17)適用于偏心距e=Mk/(Fk+ Gk)l/6(l為偏心方向基礎(chǔ)邊長)。 當(dāng)偏心距e=Mk/(Fk+Gk)b/6(b為偏心方向基礎(chǔ)邊長)時，這時基底壓力分布如圖

20、2.20所示。pkmax按式2.18計(jì)算： 2.5.2 軟弱下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算 在成層地基中，有時在持力層以下有高壓縮性的土層，將此土層稱為軟弱下臥層。圖2.20 基底壓力分布圖 要求作用在軟弱下臥層頂面處的附加應(yīng)力與自重應(yīng)力之和不超過它的承載力特征值,即： 當(dāng)持力層與軟弱下臥層的壓縮模量比值Es1/Es23時，對矩形和條形基礎(chǔ)，假設(shè)基底處的附加應(yīng)力(p0=p-0d)向下傳遞時按某一角度向外擴(kuò)散分布于較大的面積上，根據(jù)基底與軟弱下臥層頂面處擴(kuò)散面積上的附加應(yīng)力相等的條件，可得： 矩形基礎(chǔ) 條形基礎(chǔ) 2.5.3 地基變形驗(yàn)算 (1)地基特征變形 地基特征變形一般分為：沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜。

21、 沉降量指基礎(chǔ)某點(diǎn)的沉降值(圖2.22(a)。 沉降差一般指相鄰柱基中點(diǎn)的沉降量之差(圖2.22(b)。 傾斜指基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的沉降差與其距離的比值(圖2.22(c)。 局部傾斜指砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向610m基礎(chǔ)兩點(diǎn)的沉降差與其距離的比值(圖2.22(d)。圖2.22 地基特征變形 (2)地基變形計(jì)算公式 1)基本公式 2)計(jì)算原理 按分層總和法，地基內(nèi)第i層土的計(jì)算沉降量的表達(dá)式為圖2.23 地基沉降計(jì)算Ai=ziHi=p0(izi-i-1zi-1) (2.24) 壓縮模量為Es 時 地基沉降計(jì)算深度符合下式要求： 當(dāng)無相鄰載荷影響，基礎(chǔ)寬度在130 m范圍內(nèi)時，基礎(chǔ)中點(diǎn)的地基變形計(jì)算深度

22、也可按下列簡化公式計(jì)算： 當(dāng)建筑物地下室基礎(chǔ)埋深較深時，需要考慮開挖基坑地基土的回彈，該部分回彈變形量可按式(2.30)計(jì)算： (3)地基特征變形驗(yàn)算 對于需要進(jìn)行變形驗(yàn)算的建筑物采用下列變形驗(yàn)算公式：表2.16 建筑物的地基變形允許值注：有括號者僅使用于中壓縮性土； l為相鄰柱基中心距離/mm，Hg為自室外地面起算的建筑物高度/m。 2.5.4 地基穩(wěn)定驗(yàn)算 在水平和豎向荷載共同作用下，地基失穩(wěn)破壞的形式有兩種：一種是沿基底產(chǎn)生表層滑動，如圖2.24(a)所示；另一種是深層整體滑動破壞，如圖2.24(b)所示。 (a)表層滑動面 (b)深層滑動面圖2.24 地基滑動破壞 表層滑動時穩(wěn)定安全系

23、數(shù) 當(dāng)判定地基失穩(wěn)形式屬于深層滑動時，可用圓弧滑動法進(jìn)行驗(yàn)算。圖2.25 例2.2圖 2.6 剛性基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 2.6.1 概述 剛性基礎(chǔ)是指用磚、三合土、灰土、混凝土、毛石、毛石混凝土等材料建造的基礎(chǔ)。 通常，剛性基礎(chǔ)的荷載有以下三種情況(圖 2.26)：一種中心荷載下的基礎(chǔ)；二、三種偏心荷載下的基礎(chǔ)。圖2.26 剛性基礎(chǔ)的荷載 2.6.2 中心荷載作用下剛性基礎(chǔ)的設(shè)計(jì) (1)確定基礎(chǔ)底面積A(矩形、條形或正方形) 對于矩形單獨(dú)基礎(chǔ)，按式(2.36)計(jì)算出A后，先選定b或l，再計(jì)算另一邊長，使Alb，一般取 l/b1.02.0。 對于條形基礎(chǔ)，取1m長計(jì)算，底面積A=1b，式(2.36)可改寫為

24、： 對于正方形基礎(chǔ)，底面積A=bb，公式(2.36)可改寫為： (2)確定基礎(chǔ)的高度 2.6.3 偏心荷載作用下剛性基礎(chǔ)的設(shè)計(jì) 按中心荷載作用下的公式(2.36)，計(jì)算基礎(chǔ)底面積A0。 計(jì)算基底的最大和最小的邊緣壓力pkmax、pkmin 對于矩形基礎(chǔ)，W=lb2/6；對于條形基礎(chǔ)，取1m長計(jì)算，W=b2/6。 對于混凝土基礎(chǔ)，當(dāng)基礎(chǔ)底面處的平均壓力超過300kPa時， 2.6.4 剛性基礎(chǔ)的構(gòu)造 (1) 磚基礎(chǔ)細(xì)部構(gòu)造(a)二一間收 (b)二皮一收 圖2.28 磚基礎(chǔ)構(gòu)造 磚基礎(chǔ)一般做成臺階式，俗稱“大放腳”。 其砌筑方式有兩種，一是“二皮一收”，如圖2.28(b)所示，另一是“二一間收”，

25、如圖2.28(a)所示。 (2)砌石基礎(chǔ) (3)素混凝土基礎(chǔ) (4)灰土基礎(chǔ) 2.7 鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)系指柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)和墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)。 2.7.1 基礎(chǔ)的破壞形式 (1)純剪切破壞 純剪切破壞是指沿墻或柱子邊緣，以及基礎(chǔ)變截面處(如圖2.35(a)中的1-1或2-2截面)，產(chǎn)生豎向剪切破壞。圖2.35 擴(kuò)展基礎(chǔ)破壞形式 剪力滿足 (2)斜截面剪切破壞 當(dāng)組合后不出現(xiàn)拉應(yīng)力或拉應(yīng)力較小，而壓應(yīng)力過大，超過混凝土的抗壓強(qiáng)度時，混凝土被壓碎破壞，稱為剪壓破壞。 (3)彎曲破壞 2.7.2 柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗沖切驗(yàn)算 受沖切承載力應(yīng)按下列公式驗(yàn)算：圖2.36

26、 計(jì)算階形基礎(chǔ)的受沖切承載力截面位置1沖切破壞錐體最不利一側(cè)的斜截面；2沖切破壞錐體的底面線2.7.3 柱下獨(dú)立基礎(chǔ)底板的配筋 圖2.37 矩形基礎(chǔ)底板的計(jì)算示意 對于矩形基礎(chǔ)，當(dāng)臺階高寬比小于或等于2.5和偏心距小于或等于1/6基礎(chǔ)寬度時，任意截面的彎矩可按下列公式計(jì)算(圖2.37)： 鋼筋面積： 2.7.4 墻下條形基礎(chǔ)的設(shè)計(jì) 墻下條形基礎(chǔ)的受力條件是平面應(yīng)變,即破壞只發(fā)生在寬度方向,常常由于底板產(chǎn)生斜裂縫而破壞,因此按抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算底板的厚度,由式(2.50)確定： 當(dāng)為混凝土墻時, 當(dāng)為磚墻時， 基礎(chǔ)配筋面積由下式計(jì)算： 墻身材料為混凝土?xí)r： 墻身材料為磚砌體時： 2.7.5 擴(kuò)展基礎(chǔ)的

27、構(gòu)造要求 (a)階梯形基礎(chǔ) (b)杯口基礎(chǔ) (c)錐形基礎(chǔ) (d)底板受力鋼筋示意圖2.38 擴(kuò)展基礎(chǔ)構(gòu)造的一般要求表2.18 柱的插入深度h1/mm 注：a)h為柱截面長邊尺寸；ha為雙肢柱整個截面長邊尺寸；hb為雙肢柱整個截 面短邊尺寸； b) 柱軸心受壓或小偏心受壓時，h1可適當(dāng)減小，偏心距大于2h(或2d)時，h1應(yīng)適當(dāng)加大。表2.19 基礎(chǔ)的杯底厚度和杯壁厚度注：a)雙肢柱的杯底厚度值，可適當(dāng)加大； b)當(dāng)有基礎(chǔ)梁時，基礎(chǔ)梁下的杯壁厚度應(yīng)滿足其支承寬度的要求； c)柱子插入杯口部分的表面應(yīng)鑿毛，柱子與杯口之間的空隙，應(yīng)用比基礎(chǔ)混 凝土強(qiáng)度等級高一級的細(xì)石混凝土充填密實(shí)，當(dāng)達(dá)到材料設(shè)計(jì)

28、強(qiáng)度的70%以上時方能進(jìn)行上部吊裝。表2.20 杯壁構(gòu)造配筋注：表中鋼筋置于杯口頂部，每邊兩根。 圖2.39 例2.4圖(基礎(chǔ)平面) 圖2.40 例2.4圖(基礎(chǔ)剖面) 1)基礎(chǔ)抗沖切驗(yàn)算 2)底板配筋 2.8 地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)相互作用的概念 2.8.2 相對剛度的影響 (a)結(jié)構(gòu)絕對柔性 (b)結(jié)構(gòu)絕對剛性 (c)結(jié)構(gòu)相對剛性圖2.41 相對剛度的影響 在上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基的共同作用中，通常將“上部結(jié)構(gòu)+基礎(chǔ)”與地基之間的剛度比稱為“相對剛度”。 2.8.3 工程處理中的規(guī)定 2.8.4 基礎(chǔ)的分析方法分類 圖2.42 不考慮共同作用的分析方法示意 (1)不考慮共同作用分析法 (2)考慮

29、基礎(chǔ)地基共同作用分析法 (3)考慮上部結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)-地基共同作用分析法 圖2.43 考慮地基-基礎(chǔ)共同作用的分析方法示意圖 基底任一點(diǎn)的位移wi與該點(diǎn)的地基變形si也相一致： 2.9 柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 2.9.1 柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)的構(gòu)造要求圖2.44 柱下條形基礎(chǔ)的構(gòu)造 2.9.2 柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)簡化計(jì)算方法 (1)基礎(chǔ)底面尺寸的確定 如果荷載合力不可能調(diào)到與基底形心重合，或者偏心距超過基礎(chǔ)長度的3%，基底反力按梯形分布(見圖2.45(b)，并按下式計(jì)算： 圖2.45 簡化計(jì)算法的基底反力分布 (2)翼板的計(jì)算寬度b方向的凈反力： ： 計(jì)算彎矩和剪力：圖2.46 翼板的計(jì)

30、算簡圖 (3)內(nèi)力分析方法 實(shí)用中有兩種簡化的內(nèi)力計(jì)算方法倒梁法和靜力平衡法(靜定分析方法) 1)靜力平衡法 用基礎(chǔ)各截面的靜力平衡條件求解內(nèi)力的方法稱靜力平衡法。圖2.47 靜力平衡法示意圖2.48 例2.5圖 2)倒梁法圖2.49 倒梁法計(jì)算簡圖圖2.50 例2.6圖圖2.51 例2.6計(jì)算結(jié)果 2.9.3 彈性地基梁方法 基床系數(shù)法(又稱“文克勒法”，E.WinKLer，1867年)。 (1)基本假定 文克勒地基模型假定地基上任一點(diǎn)所受的壓力強(qiáng)度p與該點(diǎn)的地基沉降s成正比，即： (2)撓曲微分方程及其通解圖2.52 文克爾地基模型圖2.53 彈性地基梁受力計(jì)算簡圖 根據(jù)文克爾假設(shè)，上式可

31、寫成 (3)無限長梁和半無限長梁的解 1)無限長梁受集中荷載 (a)受集中荷載作用 (b)受力偶作用 圖2.54 無限長梁 圖2.55 F1(x)、F2(x)、F3(x)、F4(x)與x之間關(guān)系圖 2)無限長梁受力偶作用 3)無限長梁受均布載荷圖2.56 無限長梁受均布荷載作用 4)半無限長梁受集中力作用 圖2.57 半無限長梁 5)半無限長梁受力偶作用圖2.58 有限長梁 6)有限長梁 解析解 疊加法圖2.59 彈性地基梁 2.10 十字交叉條形基礎(chǔ) 當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷載較大而地基承載力又較低時，為了擴(kuò)大基礎(chǔ)的底面積和增強(qiáng)基礎(chǔ)的剛性，常采用由縱向、橫向條形基礎(chǔ)組成的十字交叉條形基礎(chǔ)，如圖2.11所

32、示(見2.2節(jié))。 2.10.1 構(gòu)造要求 2.10.2 節(jié)點(diǎn)荷載分配圖2.60 十字交叉條形基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)荷載分配 (1)靜力平衡條件 分配在x,y方向的豎向荷載之和應(yīng)等于節(jié)點(diǎn)處荷載，即： (2)節(jié)點(diǎn)變形協(xié)調(diào)條件 x和y方向基礎(chǔ)在交叉處的沉降相等。即: 2.10.3 節(jié)點(diǎn)荷載的簡化計(jì)算公式 節(jié)點(diǎn)類型如圖2.61所示。圖2.61 交叉條形基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)類型 (1)內(nèi)柱節(jié)點(diǎn) x向基礎(chǔ)在Pix作用下i節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的沉降為 同理可得y向基礎(chǔ)在Piy作用下節(jié)點(diǎn)I的沉降為 (2)邊柱節(jié)點(diǎn) (3)角柱節(jié)點(diǎn) 2.10.4 節(jié)點(diǎn)分配荷載的調(diào)整 設(shè)調(diào)整前的地基平均反力為 調(diào)整后地基平均反力為 分配荷載增量為： 圖2.62 例2

33、.7圖 于是,調(diào)整后節(jié)點(diǎn)荷載在x、y兩向的分配荷載分別為 2.11 筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 2.11.1 構(gòu)造要求 筏板基礎(chǔ)的底面形狀和尺寸應(yīng)考慮使上部結(jié)構(gòu)荷載的合力點(diǎn)接近基礎(chǔ)底面的形心。 梁板式筏基底板的板格應(yīng)滿足沖切承載力的要求。 筏基礎(chǔ)配筋的確定 地下室底層柱、剪力墻與梁板式筏基的基礎(chǔ)梁連接的構(gòu)造要求，柱、墻的邊緣至基礎(chǔ)梁邊緣的距離不應(yīng)小于50mm，如圖2.64所示。圖2.63 筏基礎(chǔ)角部配筋構(gòu)造圖2.64 地下室底層柱或剪力墻與基礎(chǔ)梁連接的構(gòu)造要求 2.11.2 設(shè)計(jì)原則 (1)地基承載力驗(yàn)算 則基底反力可按式(2.124)計(jì)算： 對于矩形筏板基礎(chǔ)，基底反力可按下列偏心受壓公式進(jìn)行簡化計(jì)算(圖2

34、.65)： 圖2.65 矩形筏板基礎(chǔ)表2.23 地基土抗震承載力調(diào)整系數(shù)s 注：fak為地基土承載力的特征值。 (2)地基變形計(jì)算 最終沉降 當(dāng)采用土的變形模量計(jì)算箱形和筏形基礎(chǔ)的最終沉降量s時，可按式(2.135)計(jì)算 沉降計(jì)算深度zn， (3)整體傾斜 橫向整體傾斜計(jì)算值T (4)筏基抗沖切驗(yàn)算 最大剪應(yīng)力max 圖2.66 內(nèi)柱沖切臨界截面示意圖 圖2.67 剛性板條法 2.11.3 筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力分析 (1)倒樓蓋法 (2)剛性板條法 以圖2.67(a)中的ABCH板條為例。 柱荷載總和為： 基底的凈平均值為： 柱荷載的修正系數(shù)為： 修正的基底平均凈反力可按式(2.145)計(jì)算： 圖2

35、.68 例2.8圖 2.12 箱形基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 箱形基礎(chǔ)是由頂板、底板、外墻和內(nèi)墻組成的空間整體結(jié)構(gòu)，一般由鋼筋混凝土建造，空間部分可結(jié)合建筑使用功能設(shè)計(jì)成地下室，是多層和高層建筑中廣泛采用的一種基礎(chǔ)形式。 2.12.1 構(gòu)造要求 箱型基礎(chǔ)的平面尺寸應(yīng)根據(jù)地基強(qiáng)度、上部結(jié)構(gòu)的布局和荷載分布等條件確定。 偏心距e宜符合 箱形基礎(chǔ)的高度(底板底面到頂面的外包尺寸)應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)剛度和使用要求，一般取建筑物高度1/81/12，也不宜小于箱形基礎(chǔ)長度的1/8。 開口系數(shù)應(yīng)符合下式要求： 圖2.71 施工縫構(gòu)造要求圖2.72 采用箱形基礎(chǔ)時上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位 非抗震設(shè)計(jì) 抗震設(shè)計(jì) 2.12.2 箱基設(shè)

36、計(jì)原則 對于天然地基上的箱形基礎(chǔ)，箱基設(shè)計(jì)包括地基承載力驗(yàn)算、地基變形計(jì)算、整體傾斜驗(yàn)算等，驗(yàn)算方法與筏形基礎(chǔ)相同。 2.12.3 基底反力 在大量實(shí)測資料整理統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了高層建筑箱形基礎(chǔ)底反力實(shí)用計(jì)算法 圖2.73 箱形基礎(chǔ)基底反力實(shí)測分布曲線 2.12.4 箱形基礎(chǔ)的內(nèi)力分析 (1)上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆剪力墻體系時 (2)當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為框架體系時 上部結(jié)構(gòu)的總折算剛度。 圖2.74 公式(2.151)中符號示意 箱形基礎(chǔ)的整體彎曲彎矩。 2.12.5 基礎(chǔ)強(qiáng)度計(jì)算 (1)頂板與底板 底板受沖切承載力按下式計(jì)算： 當(dāng)?shù)装鍏^(qū)格為矩形雙向板時，底板受沖切所需的厚度h0按下式計(jì)算： 底板斜截面受剪

37、承載力應(yīng)符合下式要求： (2)內(nèi)墻與外墻 箱形基礎(chǔ)的內(nèi)、外墻，除與剪力墻連接外，其墻身截面應(yīng)按下式驗(yàn)算： (3)洞口 1)洞口過梁正截面抗彎承載力計(jì)算 上梁 下梁 2)洞口過梁截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算 其中 3)洞口加強(qiáng)鋼筋圖2.77 洞口上下過梁的有效截面積 圖 2.78 例題2.9圖 圖2.79 工程地質(zhì)剖面圖2.80 荷載計(jì)算結(jié)果表2.30 基礎(chǔ)沉降計(jì)算圖2.81 基礎(chǔ)橫向傾斜計(jì)算簡圖圖2.82 基底反力圖2.83 整體彎曲計(jì)算簡圖圖2.84 箱基橫截面慣性矩計(jì)算簡圖 圖2.85 局部彎曲計(jì)算簡圖圖2.86 底板抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算 2.13 淺基礎(chǔ)施工要點(diǎn) 本節(jié)簡要介紹淺基礎(chǔ)施工中的主要問題，包括基坑

38、開挖、放坡及支擋、坑內(nèi)排水與降低地下水位，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)制作等。 2.13.1 基坑開挖 1)準(zhǔn)備工作 2)土方開挖 3)驗(yàn)槽 4)異常情況的處理 松軟土的處理 局部軟硬、高差的處理表2.31 一般常用土方機(jī)械的特性及適用范圍 空穴處理 流砂處理 橡皮土的處理 5)地面排水 6)基坑開挖的安全措施 2.13.2 基坑邊坡 (1)豎直開挖坑壁的條件 粘性土由于具有內(nèi)聚力，可以保持一定高度的豎直坑壁，其高度可按式(2.170)計(jì)算： (2)基坑邊坡的坡度 (3)坑壁支護(hù) 根據(jù)支撐的材料可以分為鋼(木)支撐、鋼(木)板樁、鋼筋混凝土護(hù)坡樁和地下連續(xù)墻。 2.13.3 坑內(nèi)排水的一般規(guī)定 淺基坑或排水量不大

39、的基坑可在基坑底做成一定的坡度，并按需要在基坑邊設(shè)置排水溝，在四角或每隔3040m設(shè)置一個直徑為7080cm的集水井。 2.13.4 人工降低地下水位 人工降低地下水位常用井點(diǎn)降水的方法。 2.13.5 鋼筋混凝土基礎(chǔ)的制作 (1)柱基礎(chǔ)澆筑 (2)條形基礎(chǔ)澆筑 (3)大體積混凝土澆筑 1)大體積混凝土基礎(chǔ)的整體性要求 2)大體積混凝土基礎(chǔ)的澆筑方案，分為全面分層、分段分層和斜面分層3種 3)澆筑大體積混凝土的防裂措施 4)節(jié)省混凝土的措施 2.14 減輕地基不均勻沉降的措施 2.14.1 建筑措施 (1)建筑物體型力求簡單 建筑物體型是指其平面形狀與立面輪廓。 (2)控制建筑物長高比及合理布置縱橫墻 長高比大的建筑物整體剛度小，縱墻很容易因撓曲變形過大而開裂(圖2.88)。 (3)設(shè)置沉降縫 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，沉降縫的位置通常選擇在下列部位上。 平面形狀復(fù)雜的建筑物的轉(zhuǎn)折部位； 建筑物的高度或荷載突變處； 圖2.89 基礎(chǔ)沉降縫構(gòu)造 長高比較大的建筑物適當(dāng)部位； 地基土壓縮性顯著變化處； 建筑結(jié)構(gòu)(包括基礎(chǔ))類型不同處； 分期建造房屋的交界處。 (4)控制相鄰建筑物基礎(chǔ)的間距 (5)調(diào)整建筑物的局部標(biāo)高 2.14.2 結(jié)構(gòu)措施 (1)減輕建筑物自重 (2)設(shè)置圈梁 (3)減小或調(diào)整基底附加壓力 (4)增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)剛度或采用非敏感性結(jié)構(gòu) 2.14.3 施工措施