第2章天然地基上的淺基礎

本章提要

本章是本課程最重要的內容之一，主要介紹了淺基礎的分類、地基承載力的確定、基礎埋深的確定、地基驗算及各種形式基礎的設計原理及方法。通過本章的學習，要求能對剛性基礎、擴展基礎、條形基礎、十字交叉基礎、筏板基礎及箱形基礎進行設計。

最后介紹了淺基礎的施工的要點及減輕基礎不均勻沉降的措施。

第2章天然地基上的淺基礎本章提要

12.1概述

2.1.1地基基礎方案分類地基可以分為天然地基和人工地基。基礎可以根據埋置深度及施工工藝特點將其分為淺基礎和深基礎。(a)天然地基(b)人工地基圖2.1天然地基和人工地基2.1概述2

(a)淺基礎示意圖(b)深基礎示意圖圖2.2淺基礎與深基礎示意圖

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件32.1.2地基基礎設計等級

按照我國《建筑地基基礎設計規范》(GB50007—2002)(以下簡稱《地基基礎規范》)，根據地基復雜程度、建筑物的規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，將地基基礎設計分為3個設計等級，設計時應根據具體情況，按表2.1選用。

2.1.3地基基礎設計的基本原則

地基基礎設計應滿足以下3個基本原則：

1)地基基礎應具有足夠的安全度，防止地基土體強度破壞及喪失穩定性2.1.2地基基礎設計等級

4所有建筑物的地基均應進行地基承載力計算；如經常承受水平荷載作用的高層建筑、高聳結構和擋土墻等，對于建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物和構筑物，尚應驗算其穩定性；具有多層地下室的深基坑開挖工程應驗算土體的整體穩定性，當地下水埋藏較淺，存在上浮問題時，尚應進行抗浮驗算。

2)應進行必要的地基變形計算，使之不超過規定的地基變形允許值，以免引起基礎和上部結構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進行地基變形計算，對于表2.2所列范圍以內的丙級建筑物如有下列情況之一者，仍應進行地基變形計算：所有建筑物的地基均應進行地基承載力計算；如經常承受水平荷載作5基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件6基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件7①地基承載力特征值小于130kPa,且體型復雜的建筑；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，引起地基產生過大的不均勻沉降時；③軟弱地基上的相鄰建筑存在偏心荷載時；④相鄰建筑距離過近，可能發生傾斜；⑤地基內有厚度較大或厚薄不均的填土，其自重固結未完成時。其他情況下的丙級建筑物在滿足強度及穩定性的情況下，可不做變形驗算。3)基礎的材料形式、構造和尺寸，除應能適應上部結構、符合使用要求、滿足上述地基承載力、穩定性和變形要求外，還應滿足對基礎結構的強度、剛度和耐久性的要求。

①地基承載力特征值小于130kPa,且體型復雜的建筑；82.1.4地基基礎設計采用的荷載效應組合地基基礎設計時，所采用的荷載效應最不利組合與相應的抗力限值應按下列規定：1)按地基承載力確定基礎底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數時，傳至基礎或承臺底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態下荷載效應的標準組合。相應的抗力應采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值。2)計算地基變形時，傳至基礎底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態下荷載效應的準永久組合，不應計入風荷載和地震作用，相應的限值應為地基變形允許值。3)計算擋土墻土壓力、地基或斜坡穩定及滑坡推力時，荷載效應應按承載能力極限狀態下荷載效應的基本組合，但其分項系數均為1.0。2.1.4地基基礎設計采用的荷載效應組合94)在確定基礎或樁臺高度、支擋結構截面、計算基礎或支擋結構內力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結構傳來的荷載效應組合和相應的基底反力，應按承載能力極限狀態下荷載效應的基本組合，采用相應的分項系數。當需要驗算基礎裂縫寬度時，應按正常使用極限狀態荷載效應標準組合。5)基礎設計安全等級、結構設計使用年限、結構重要性系數應按有關規范的規定采用，但結構重要性系數γ0不應小于1.0。

正常使用極限狀態下，荷載效應的標準組合值Sk應用式(2.1)表示：Sk=SGk+SQ1k+ψc2SQ2k+…+ψcnSQnk(2.1)4)在確定基礎或樁臺高度、支擋結構截面、計算基礎或支擋結構內10荷載效應的準永久組合值Sk應用下式表示：Sk=SGk+ψq1SQ1k+ψq2SQ2k+…+ψqnSQnk(2.2)對由永久荷載效應控制的基本組合，也可采用簡化規則，荷載效應基本組合的設計值S按下式確定：S=1.35Sk≤R(2.4)2.1.5基礎的材料要求①磚磚基礎所用的磚和砂漿的強度等級，根據地基土的潮濕程度和地區的寒冷程度而有不同的要求。按照《砌體結構設計規范》(GB50003-2001)的規定，地面以下或防潮層以下的磚砌體，所用的材料強度等級不得低于表2.3所規定的數值。此外，用石灰及砂所制成的灰砂磚和其他輕質磚均不得用于基礎。荷載效應的準永久組合值Sk應用下式表示：11②石料料石(經過加工，形狀規則的石塊)、毛石和大漂石有相當高的強度和抗凍性，是基礎的良好材料。特別在山區，石料可以就地取材，應該充分利用。做基礎的石料要選用質地堅硬、不易風化的巖石。石塊的厚度不宜小于15cm。石料和砂漿的強度等級要求見表2.3。

②石料料石(經過加工，形狀規則的石塊)、毛石和大漂石有相12③混凝土混凝土的耐久性、抗凍性和強度都比磚好，便于機械化施工和預制，且對于同樣的基礎寬度，用混凝土時，基礎的高度可以小一些。但是混凝土基礎造價稍高，水泥用量較大，通常多用于地下水位以下的基礎及墊層。強度等級一般采用C7.5到C10。為節約水泥用量，可以在混凝土中摻入20%~30%的毛石，稱為毛石混凝土基礎。④鋼筋混凝土鋼筋混凝土具有較強的抗彎、抗剪能力，是質量很好的基礎材料。用于荷載大、土質軟弱的情況或地下水位以下的擴展基礎、筏形基礎、箱形基礎和殼體基礎。對于一般的鋼筋混凝土基礎，混凝土的強度等級應不低于C15，殼體基礎的混凝土強度等級應不低于C20。③混凝土混凝土的耐久性、抗凍性和強度都比磚好，便于機械化13⑤灰土我國在1000多年以前就采用灰土作為基礎墊層，效果很好。基礎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。灰土所用的石灰必須在使用前加水燜成粉末，并過5~10mm篩子。土料宜用粉質粘土，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“捏緊成團，落地開花”。灰土的強度與夯實的程度關系很大，要求施工后達到干重度不小于14.5~15.5kN/m3。施工時常用每層虛鋪220~250mm，夯實后成150mm來控制，稱為一步灰土。夯實合格的灰土，承載力標準值可采用200~250kPa。灰土在水中硬化慢，早期強度⑤灰土我國在1000多年以前就采用灰土作為基礎墊層，效果14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，可以有更高的強度和抗水性。2.1.6天然地基上淺基礎設計的內容和一般步驟①充分掌握擬建場地的工程地質條件和地質勘察資料②選擇基礎類型和平面布置方案③確定地基持力層和基礎埋置深度(詳見2.3節)。④確定地基承載力(詳見2.4節)。⑤按地基承載力(包括持力層和軟弱下臥層)確定基礎底面尺寸。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15⑥進行必要的地基穩定性和地基變形計算。⑦進行基礎結構設計，以保證基礎具有足夠的強度、剛度和耐久性。⑧繪制基礎施工詳圖，并提出必要的技術說明。2.2淺基礎的類型

2.2.1按基礎剛度分類淺基礎按剛度可分為剛性基礎和柔性基礎。

(1)剛性基礎剛性基礎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(圖2.3)

又稱為無筋擴展基礎，常用材料有磚、三合土、灰土、混凝土、毛石、毛石混凝土等。

⑥進行必要的地基穩定性和地基變形計算。16

(a)磚基礎(b)毛石基礎(c)混凝土基礎或毛石混凝土基礎(d)灰土基礎或三合土基礎圖2.3剛性基礎舉例

剛性基礎多用于墻下條形基礎和荷載不大的柱下獨立基礎。剛性基礎的基礎高度應符合(2.5)式要求：采用無筋擴展基礎的鋼筋混凝土柱，其柱腳高度h1不得小于b1(圖2.4(b))，并不應小于300mm且不小于20d(d為柱中的縱向受力鋼筋的最大直徑)。

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件17

圖2.4剛性基礎和柔性基礎2)柔性基礎

用鋼筋混凝土修建的基礎稱為柔性基礎，如圖2.4(c)所示。

18基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件19與剛性基礎相比，柔性基礎鋼材、水泥用量增加，技術復雜、造價較高。2.2.2按基礎構造分類

淺基礎按構造可以分為獨立基礎、條形基礎、十字交叉基礎、筏板基礎、箱形基礎和殼基礎。(1)獨立基礎

獨立基礎(也稱“單獨基礎”)，是整個或局部結構物下的無筋或配筋的單個基礎，通常柱基、煙囪、水塔、高爐、機器設備基礎多采用獨立基礎，如圖2.5所示。(2)條形基礎條形基礎是指基礎長度遠遠大于其寬度的一種基礎形式，按上部結構形式，可分為墻下條形基礎和柱下條形基礎。與剛性基礎相比，柔性基礎鋼材、水泥用量增加，技術復雜、造價較20

圖2.5鋼筋混凝土柱下單獨基礎

1)墻下條形基礎

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件212)柱下鋼筋混凝土條形基礎

(3)十字交叉基礎

當荷載很大，采用柱下條形基礎不能滿足地基基礎設計要求時，可采用雙向的柱下鋼筋混凝土條形基礎形成的十字交叉條形基礎(又稱交叉梁基礎)，見圖2.11。圖2.9墻下鋼筋砼條形基礎2)柱下鋼筋混凝土條形基礎22圖2.10柱下條形基礎圖2.11柱下十字交叉基礎

(4)筏板基礎當地基軟弱而荷載很大，采用十字交叉基礎也不能滿足地基基礎設計要求時，可采用筏板基礎，即用鋼筋混凝土做成連續整片基礎，俗稱“滿堂紅”，見圖2.12。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件23圖2.12筏板基礎(5)箱形基礎高層建筑由于建筑功能與結構受力等要求，可以采用箱形基礎。(6)殼體基礎如圖2.14所示，由正圓錐形及其組合形式的殼體基礎，用于一般工業與民用建筑柱基和筒形的構筑物(如煙囪、水塔、料倉、中小型高爐等)基礎。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件24

圖2.13箱形基礎示意

25(a)正圓錐殼(b)M型組合殼(c)內球外錐組合殼圖2.14殼體基礎的結構形式2.3基礎埋置深度的選擇

基礎埋置深度是指基礎底面至地面(一般指設計地面)的距離。選擇基礎埋深的原則是：在保證建筑物基礎安全穩定、耐久使用的前提下，應盡量淺埋，以便節省投資，方便施工。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件26基礎埋深的選擇主要考慮以下幾個方面：

①建筑物的使用條件、結構形式、荷載大小和性質；

②工程地質與水文條件；③環境條件，包括氣候條件和相鄰建筑物的影響。(1)建筑功能及結構條件的要求

某些建筑物特定的使用功能要求特定的基礎形式。結構物荷載大小和性質不同，對地基土的要求也不同，因而會影響基礎埋置深度的選擇。(2)工程地質條件(3)水文地質條件選擇基礎埋深時應注意地下水的埋藏條件和動態。

基礎埋深的選擇主要考慮以下幾個方面：

27對埋藏有承壓含水層的地基(圖2.16)，確定基礎埋深時，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(槽底安全厚度)h0為：(4)地基凍融條件根據土的類別、凍前天然含水量大小和平均凍脹率η的大小，將地基土劃分為不凍脹、弱凍脹、凍脹、強凍脹和特強凍脹5類(表2.5)。對埋藏有承壓含水層的地基(圖2.16)，確定基礎埋深時，必須28基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件29基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件30季節性凍土地基的最小埋深為：式中hmax——基礎底面下允許出現凍土層的最大厚度，見表2.6。季節性凍土地基的最小埋深為：31基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件32表2.7土的巖性對凍深的影響系數ψzs表2.8土的凍脹性對凍深的影響系數ψzw表2.7土的巖性對凍深的影響系數ψzs33表2.9環境對凍深的影響系數ψze注：環境影響系數一項，當城市市區人口為20萬~50萬時，按城市近郊取值；當城市市區人口大于50萬小于或等于100萬時，只計入市區影響；當城市市區人口超過100萬時，除計入市區影響外，尚應考慮5公里以內的郊區近郊影響系數。2.4地基承載力計算地基承載力特征值可由荷載試驗或其他原位測試、公式計算，并結合工程實踐經驗等方法綜合確定。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件342.4.1地基承載力特征值的修正地基承載力設計值：2.4.2按土的抗剪強度指標,用理論公式確定根據土力學地基承載力的理論可知，按土的抗剪強度指標C、φ計算的地基臨塑荷載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度方面的承載力。我國《建筑基礎規范》推薦以P1/4為基礎的理論計算公式，該公式表示如下：式中：Nb、Nd、Nc分別稱作承載力系數，僅與土體的φ有關；2.4.1地基承載力特征值的修正35因此，對承受豎向偏心荷載和水平力都不大的基礎，當偏心距e≤0.033b(b為偏心方向基礎邊長)時，《建筑基礎規范》提出了對式(2.11)進行修改的計算公式，并應滿足變形要求：

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件362.4.3按荷載試驗確定地基承載力特征值

試驗現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1～2倍荷載板寬度或直徑范圍內地基土強度、變形的綜合性狀。荷載試驗分為淺層平板和深層平板試驗，利用載荷試驗記錄而成的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：

①當載荷試驗p-s曲線上有明顯的比例極限時，取該比例極限所對應的荷載值p1(圖2.17(a))；②當極限荷載pu能確定，且pu＜1.5p1時，取荷載極限值pu的一半；

2.4.3按荷載試驗確定地基承載力特征值

37圖2.17p-s曲線

③不能按上述兩種方法確定時(圖2.17(b))，如壓板面積為0.25~0.50m2，對低壓縮性土和砂土，可取s/b=0.01~0.015所對應的荷載值，但其值不應大于最大加載量的一半。

同一土層參加統計的試驗點數不應少于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。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件382.5地基計算地基計算包括地基承載力驗算、地基變形驗算、地基穩定性驗算。2.5.1地基承載力計算(1)中心荷載作用下的基礎

要求基礎底面處的平均壓力標準值不超過持力層土的地基承載力的設計值，即：基礎底面處的平均壓力標準值的確定，可按基底壓力的簡化計算方法，中心荷載下基底壓力為均勻分布，如圖2.18所示，計算公式為：2.5地基計算39(2)偏心荷載作用下的基礎

圖2.18中心荷載作用下的基礎圖2.19單向偏心荷載作用下的基礎基礎在偏心荷載作用下(圖2.19)，除應符合公式(2.11)要求外，尚應符合下列要求：在偏心荷載作用下，基礎底面處的最大壓力設計值的確定，可按基底壓力的簡化計算方法確定p，即基底壓力為線性分布(如圖2.19)，采用下列公式計算：(2)偏心荷載作用下的基礎40其中，公式(2.16)、(2.17)適用于偏心距e=Mk/(Fk+Gk)≤l/6(l為偏心方向基礎邊長)。當偏心距e=Mk/(Fk+Gk)≥b/6(b為偏心方向基礎邊長)時，這時基底壓力分布如圖2.20所示。pkmax按式2.18計算：2.5.2軟弱下臥層強度驗算在成層地基中，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。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件41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力與自重應力之和不超過它的承載力特征值,即：

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件42當持力層與軟弱下臥層的壓縮模量比值Es1/Es2≥3時，對矩形和條形基礎，假設基底處的附加應力(p0=p-γ0d)向下傳遞時按某一角度θ向外擴散分布于較大的面積上，根據基底與軟弱下臥層頂面處擴散面積上的附加應力相等的條件，可得：矩形基礎條形基礎

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件432.5.3地基變形驗算

(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。①沉降量——指基礎某點的沉降值(圖2.22(a))。②沉降差——一般指相鄰柱基中點的沉降量之差(圖2.22(b))。③傾斜——指基礎傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值(圖2.22(c))。④局部傾斜——指砌體承重結構沿縱向6~10m基礎兩點的沉降差與其距離的比值(圖2.22(d))。2.5.3地基變形驗算44圖2.22地基特征變形基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件45(2)地基變形計算公式1)基本公式2)計算原理按分層總和法，地基內第i層土的計算沉降量的表達式為(2)地基變形計算公式46圖2.23地基沉降計算Ai=σziHi=p0(αizi-αi-1zi-1)(2.24)基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件47壓縮模量為Es時地基沉降計算深度符合下式要求：當無相鄰載荷影響，基礎寬度在1～30m范圍內時，基礎中點的地基變形計算深度也可按下列簡化公式計算：基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件48當建筑物地下室基礎埋深較深時，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)計算：(3)地基特征變形驗算

對于需要進行變形驗算的建筑物采用下列變形驗算公式：基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件49表2.16建筑物的地基變形允許值表2.16建筑物的地基變形允許值50注：①有括號者僅使用于中壓縮性土；

②l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。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件512.5.4地基穩定驗算在水平和豎向荷載共同作用下，地基失穩破壞的形式有兩種：一種是沿基底產生表層滑動，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

表層滑動時穩定安全系數

2.5.4地基穩定驗算52當判定地基失穩形式屬于深層滑動時，可用圓弧滑動法進行驗算。圖2.25例2.2圖

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件532.6剛性基礎設計2.6.1概述剛性基礎是指用磚、三合土、灰土、混凝土、毛石、毛石混凝土等材料建造的基礎。通常，剛性基礎的荷載有以下三種情況(圖2.26)：一種中心荷載下的基礎；二、三種偏心荷載下的基礎。圖2.26剛性基礎的荷載2.6剛性基礎設計542.6.2中心荷載作用下剛性基礎的設計(1)確定基礎底面積A(矩形、條形或正方形)對于矩形單獨基礎，按式(2.36)計算出A后，先選定b或l，再計算另一邊長，使A＝l·b，一般取l/b＝1.0~2.0。對于條形基礎，取1m長計算，底面積A=1×b，式(2.36)可改寫為：2.6.2中心荷載作用下剛性基礎的設計55對于正方形基礎，底面積A=b×b，公式(2.36)可改寫為：(2)確定基礎的高度

對于正方形基礎，底面積A=b×b，公式(2.36)可改寫為：562.6.3偏心荷載作用下剛性基礎的設計按中心荷載作用下的公式(2.36)，計算基礎底面積A0。計算基底的最大和最小的邊緣壓力pkmax、pkmin對于矩形基礎，W=lb2/6；對于條形基礎，取1m長計算，W=b2/6。2.6.3偏心荷載作用下剛性基礎的設計57對于混凝土基礎，當基礎底面處的平均壓力超過300kPa時，2.6.4剛性基礎的構造(1)磚基礎細部構造(a)二一間收(b)二皮一收

圖2.28磚基礎構造

對于混凝土基礎，當基礎底面處的平均壓力超過300kPa時，58磚基礎一般做成臺階式，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”，如圖2.28(a)所示。

(2)砌石基礎磚基礎一般做成臺階式，俗稱“大放腳”。59(3)素混凝土基礎(3)素混凝土基礎60(4)灰土基礎(4)灰土基礎612.7鋼筋混凝土擴展基礎設計鋼筋混凝土擴展基礎系指柱下鋼筋混凝土獨立基礎和墻下鋼筋混凝土條形基礎。2.7.1基礎的破壞形式

(1)純剪切破壞2.7鋼筋混凝土擴展基礎設計62純剪切破壞是指沿墻或柱子邊緣，以及基礎變截面處(如圖2.35(a)中的1-1或2-2截面)，產生豎向剪切破壞。圖2.35擴展基礎破壞形式純剪切破壞是指沿墻或柱子邊緣，以及基礎變截面處(如圖2.3563剪力滿足(2)斜截面剪切破壞

當組合后不出現拉應力或拉應力較小，而壓應力過大，超過混凝土的抗壓強度時，混凝土被壓碎破壞，稱為剪壓破壞。(3)彎曲破壞2.7.2柱下獨立基礎的抗沖切驗算受沖切承載力應按下列公式驗算：剪力滿足64圖2.36計算階形基礎的受沖切承載力截面位置

1—沖切破壞錐體最不利一側的斜截面；2—沖切破壞錐體的底面線基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件652.7.3柱下獨立基礎底板的配筋

圖2.37矩形基礎底板的計算示意2.7.3柱下獨立基礎底板的配筋66對于矩形基礎，當臺階高寬比小于或等于2.5和偏心距小于或等于1/6基礎寬度時，任意截面的彎矩可按下列公式計算(圖2.37)：鋼筋面積：2.7.4墻下條形基礎的設計墻下條形基礎的受力條件是平面應變,即破壞只發生在寬度方向,常常由于底板產生斜裂縫而破壞,因此按抗剪強度驗算底板的厚度,由式(2.50)確定：對于矩形基礎，當臺階高寬比小于或等于2.5和偏心距小于或等于67當為混凝土墻時,

當為磚墻時，

基礎配筋面積由下式計算：

墻身材料為混凝土時：墻身材料為磚砌體時：基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件682.7.5擴展基礎的構造要求(a)階梯形基礎(b)杯口基礎(c)錐形基礎(d)底板受力鋼筋示意

圖2.38擴展基礎構造的一般要求表2.18柱的插入深度h1/mm

2.7.5擴展基礎的構造要求69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可適當減小，偏心距大于2h(或2d)時，h1應適當加大。表2.19基礎的杯底厚度和杯壁厚度注：a)雙肢柱的杯底厚度值，可適當加大；

b)當有基礎梁時，基礎梁下的杯壁厚度應滿足其支承寬度的要求；

c)柱子插入杯口部分的表面應鑿毛，柱子與杯口之間的空隙，應用比基礎混凝土強度等級高一級的細石混凝土充填密實，當達到材料設計強度的70%以上時方能進行上部吊裝。注：a)h為柱截面長邊尺寸；ha為雙肢柱整個截面長邊尺寸；h70表2.20杯壁構造配筋注：表中鋼筋置于杯口頂部，每邊兩根。

圖2.39例2.4圖(基礎平面)圖2.40例2.4圖(基礎剖面)1)基礎抗沖切驗算2)底板配筋

表2.20杯壁構造配筋712.8地基基礎與上部結構相互作用的概念2.8.2相對剛度的影響(a)結構絕對柔性(b)結構絕對剛性(c)結構相對剛性圖2.41相對剛度的影響2.8地基基礎與上部結構相互作用的概念72在上部結構、基礎與地基的共同作用中，通常將“上部結構+基礎”與地基之間的剛度比稱為“相對剛度”。2.8.3工程處理中的規定2.8.4基礎的分析方法分類

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在上部結構、基礎與地基的共同作用中，通常將“上部結構+基礎”73(2)考慮基礎—地基共同作用分析法(3)考慮上部結構-基礎-地基共同作用分析法圖2.43考慮地基-基礎共同作用的分析方法示意圖基底任一點的位移wi與該點的地基變形si也相一致：

(2)考慮基礎—地基共同作用分析法742.9柱下鋼筋混凝土條形基礎設計2.9.1柱下鋼筋混凝土條形基礎的構造要求圖2.44柱下條形基礎的構造基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件752.9.2柱下鋼筋混凝土條形基礎簡化計算方法(1)基礎底面尺寸的確定如果荷載合力不可能調到與基底形心重合，或者偏心距超過基礎長度的3%，基底反力按梯形分布(見圖2.45(b))，并按下式計算：

2.9.2柱下鋼筋混凝土條形基礎簡化計算方法76圖2.45簡化計算法的基底反力分布

(2)翼板的計算寬度b方向的凈反力：

：

：77計算彎矩和剪力：圖2.46翼板的計算簡圖計算彎矩和剪力：78(3)內力分析方法實用中有兩種簡化的內力計算方法——倒梁法和靜力平衡法(靜定分析方法)1)靜力平衡法

用基礎各截面的靜力平衡條件求解內力的方法稱靜力平衡法。圖2.47靜力平衡法示意(3)內力分析方法79圖2.48例2.5圖

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件802)倒梁法圖2.49倒梁法計算簡圖圖2.50例2.6圖2)倒梁法81圖2.51例2.6計算結果基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件822.9.3彈性地基梁方法基床系數法(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所受的壓力強度p與該點的地基沉降s成正比，即：(2)撓曲微分方程及其通解2.9.3彈性地基梁方法83圖2.52文克爾地基模型基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件84圖2.53彈性地基梁受力計算簡圖根據文克爾假設，上式可寫成

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件85(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

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件86圖2.55F1(λx)、F2(λx)、F3(λx)、F4(λx)與λx之間關系圖基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件872)無限長梁受力偶作用2)無限長梁受力偶作用883)無限長梁受均布載荷

圖2.56無限長梁受均布荷載作用

3)無限長梁受均布載荷894)半無限長梁受集中力作用

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件90圖2.57半無限長梁基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件915)半無限長梁受力偶作用圖2.58有限長梁

5)半無限長梁受力偶作用926)有限長梁①解析解②疊加法6)有限長梁93圖2.59彈性地基梁

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件94基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件952.10十字交叉條形基礎當上部結構荷載較大而地基承載力又較低時，為了擴大基礎的底面積和增強基礎的剛性，常采用由縱向、橫向條形基礎組成的十字交叉條形基礎，如圖2.11所示(見2.2節)。2.10.1構造要求2.10.2節點荷載分配圖2.60十字交叉條形基礎節點荷載分配2.10十字交叉條形基礎96(1)靜力平衡條件

分配在x,y方向的豎向荷載之和應等于節點處荷載，即：(2)節點變形協調條件

x和y方向基礎在交叉處的沉降相等。即:

(1)靜力平衡條件

972.10.3節點荷載的簡化計算公式節點類型如圖2.61所示。圖2.61交叉條形基礎節點類型2.10.3節點荷載的簡化計算公式98(1)內柱節點x向基礎在Pix作用下i節點產生的沉降為同理可得y向基礎在Piy作用下節點I的沉降為(2)邊柱節點(1)內柱節點99(3)角柱節點2.10.4節點分配荷載的調整設調整前的地基平均反力為基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件100調整后地基平均反力為

分配荷載增量為：

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件101圖2.62例2.7圖基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件102于是,調整后節點荷載在x、y兩向的分配荷載分別為2.11筏板基礎設計2.11.1構造要求①筏板基礎的底面形狀和尺寸應考慮使上部結構荷載的合力點接近基礎底面的形心。②梁板式筏基底板的板格應滿足沖切承載力的要求。③筏基礎配筋的確定④地下室底層柱、剪力墻與梁板式筏基的基礎梁連接的構造要求，柱、墻的邊緣至基礎梁邊緣的距離不應小于50mm，如圖2.64所示。于是,調整后節點荷載在x、y兩向的分配荷載分別為103圖2.63筏基礎角部配筋構造基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件104圖2.64地下室底層柱或剪力墻與基礎梁連接的構造要求基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1052.11.2設計原則

(1)地基承載力驗算則基底反力可按式(2.124)計算：對于矩形筏板基礎，基底反力可按下列偏心受壓公式進行簡化計算(圖2.65)：2.11.2設計原則

106圖2.65矩形筏板基礎基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件107表2.23地基土抗震承載力調整系數ζs注：fak為地基土承載力的特征值。(2)地基變形計算最終沉降

表2.23地基土抗震承載力調整系數ζs108當采用土的變形模量計算箱形和筏形基礎的最終沉降量s時，可按式(2.135)計算沉降計算深度zn，基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件109(3)整體傾斜橫向整體傾斜計算值αT(4)筏基抗沖切驗算最大剪應力τmax

(3)整體傾斜110圖2.66內柱沖切臨界截面示意圖圖2.67剛性板條法基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1112.11.3筏板基礎的內力分析(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：2.11.3筏板基礎的內力分析112柱荷載的修正系數為：修正的基底平均凈反力可按式(2.145)計算：圖2.68例2.8圖

柱荷載的修正系數為：1132.12箱形基礎設計

箱形基礎是由頂板、底板、外墻和內墻組成的空間整體結構，一般由鋼筋混凝土建造，空間部分可結合建筑使用功能設計成地下室，是多層和高層建筑中廣泛采用的一種基礎形式。

2.12.1構造要求

①箱型基礎的平面尺寸應根據地基強度、上部結構的布局和荷載分布等條件確定。偏心距e宜符合

2.12箱形基礎設計

114②箱形基礎的高度(底板底面到頂面的外包尺寸)應滿足結構強度、結構剛度和使用要求，一般取建筑物高度1/8~1/12，也不宜小于箱形基礎長度的1/8。開口系數γ應符合下式要求：

圖2.71施工縫構造要求②箱形基礎的高度(底板底面到頂面的外包尺寸)應滿足結構強度、115圖2.72采用箱形基礎時上部結構的嵌固部位基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件116非抗震設計

抗震設計

2.12.2箱基設計原則

對于天然地基上的箱形基礎，箱基設計包括地基承載力驗算、地基變形計算、整體傾斜驗算等，驗算方法與筏形基礎相同。2.12.3基底反力在大量實測資料整理統計的基礎上，提出了高層建筑箱形基礎底反力實用計算法

非抗震設計117基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件118圖2.73箱形基礎基底反力實測分布曲線基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件119基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1202.12.4箱形基礎的內力分析(1)上部結構為現澆剪力墻體系時(2)當上部結構為框架體系時①上部結構的總折算剛度。

2.12.4箱形基礎的內力分析121圖2.74公式(2.151)中符號示意②箱形基礎的整體彎曲彎矩。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1222.12.5基礎強度計算

(1)頂板與底板底板受沖切承載力按下式計算：當底板區格為矩形雙向板時，底板受沖切所需的厚度h0按下式計算：底板斜截面受剪承載力應符合下式要求：2.12.5基礎強度計算

123(2)內墻與外墻

箱形基礎的內、外墻，除與剪力墻連接外，其墻身截面應按下式驗算：(3)洞口

1)洞口過梁正截面抗彎承載力計算上梁下梁(2)內墻與外墻

1242)洞口過梁截面抗剪強度驗算

其中

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1253)洞口加強鋼筋圖2.77洞口上下過梁的有效截面積

3)洞口加強鋼筋126圖2.78例題2.9圖

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件127圖2.79工程地質剖面基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件128圖2.80荷載計算結果基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件129表2.30基礎沉降計算基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件130圖2.81基礎橫向傾斜計算簡圖基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件131圖2.82基底反力基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件132圖2.83整體彎曲計算簡圖基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件133圖2.84箱基橫截面慣性矩計算簡圖圖2.85局部彎曲計算簡圖基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件134圖2.86底板抗剪強度驗算

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1352.13淺基礎施工要點本節簡要介紹淺基礎施工中的主要問題，包括基坑開挖、放坡及支擋、坑內排水與降低地下水位，基礎結構制作等。2.13.1基坑開挖

1)準備工作2)土方開挖3)驗槽4)異常情況的處理①松軟土的處理②局部軟硬、高差的處理2.13淺基礎施工要點136表2.31一般常用土方機械的特性及適用范圍表2.31一般常用土方機械的特性及適用范圍137③空穴處理

④流砂處理

⑤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聚力，可以保持一定高度的豎直坑壁，其高度可按式(2.170)計算：③空穴處理138(2)基坑邊坡的坡度

(3)坑壁支護根據支撐的材料可以分為鋼(木)支撐、鋼(木)板樁、鋼筋混凝土護坡樁和地下連續墻。(2)基坑邊坡的坡度1392.13.3坑內排水的一般規定淺基坑或排水量不大的基坑可在基坑底做成一定的坡度，并按需要在基坑邊設置排水溝，在四角或每隔30~40m設置一個直徑為70~80cm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降水的方法。

2.13.5鋼筋混凝土基礎的制作(1)柱基礎澆筑(2)條形基礎澆筑(3)大體積混凝土澆筑1)大體積混凝土基礎的整體性要求2)大體積混凝土基礎的澆筑方案，分為全面分層、分段分層和斜面分層3種2.13.3坑內排水的一般規定1403)澆筑大體積混凝土的防裂措施4)節省混凝土的措施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)設置沉降縫根據經驗，沉降縫的位置通常選擇在下列部位上。3)澆筑大體積混凝土的防裂措施141①平面形狀復雜的建筑物的轉折部位；②建筑物的高度或荷載突變處；

圖2.89基礎沉降縫構造

①平面形狀復雜的建筑物的轉折部位；142③長高比較大的建筑物適當部位；④地基土壓縮性顯著變化處；⑤建筑結構(包括基礎)類型不同處；⑥分期建造房屋的交界處。(4)控制相鄰建筑物基礎的間距③長高比較大的建筑物適當部位；143(5)調整建筑物的局部標高

2.14.2結構措施(1)減輕建筑物自重(2)設置圈梁

(3)減小或調整基底附加壓力(4)增強上部結構剛度或采用非敏感性結構2.14.3施工措施(5)調整建筑物的局部標高144第2章天然地基上的淺基礎

本章提要

本章是本課程最重要的內容之一，主要介紹了淺基礎的分類、地基承載力的確定、基礎埋深的確定、地基驗算及各種形式基礎的設計原理及方法。通過本章的學習，要求能對剛性基礎、擴展基礎、條形基礎、十字交叉基礎、筏板基礎及箱形基礎進行設計。

最后介紹了淺基礎的施工的要點及減輕基礎不均勻沉降的措施。

第2章天然地基上的淺基礎本章提要

1452.1概述

2.1.1地基基礎方案分類地基可以分為天然地基和人工地基。基礎可以根據埋置深度及施工工藝特點將其分為淺基礎和深基礎。(a)天然地基(b)人工地基圖2.1天然地基和人工地基2.1概述146

(a)淺基礎示意圖(b)深基礎示意圖圖2.2淺基礎與深基礎示意圖

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1472.1.2地基基礎設計等級

按照我國《建筑地基基礎設計規范》(GB50007—2002)(以下簡稱《地基基礎規范》)，根據地基復雜程度、建筑物的規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，將地基基礎設計分為3個設計等級，設計時應根據具體情況，按表2.1選用。

2.1.3地基基礎設計的基本原則

地基基礎設計應滿足以下3個基本原則：

1)地基基礎應具有足夠的安全度，防止地基土體強度破壞及喪失穩定性2.1.2地基基礎設計等級

148所有建筑物的地基均應進行地基承載力計算；如經常承受水平荷載作用的高層建筑、高聳結構和擋土墻等，對于建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物和構筑物，尚應驗算其穩定性；具有多層地下室的深基坑開挖工程應驗算土體的整體穩定性，當地下水埋藏較淺，存在上浮問題時，尚應進行抗浮驗算。

2)應進行必要的地基變形計算，使之不超過規定的地基變形允許值，以免引起基礎和上部結構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進行地基變形計算，對于表2.2所列范圍以內的丙級建筑物如有下列情況之一者，仍應進行地基變形計算：所有建筑物的地基均應進行地基承載力計算；如經常承受水平荷載作149基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件150基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件151①地基承載力特征值小于130kPa,且體型復雜的建筑；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，引起地基產生過大的不均勻沉降時；③軟弱地基上的相鄰建筑存在偏心荷載時；④相鄰建筑距離過近，可能發生傾斜；⑤地基內有厚度較大或厚薄不均的填土，其自重固結未完成時。其他情況下的丙級建筑物在滿足強度及穩定性的情況下，可不做變形驗算。3)基礎的材料形式、構造和尺寸，除應能適應上部結構、符合使用要求、滿足上述地基承載力、穩定性和變形要求外，還應滿足對基礎結構的強度、剛度和耐久性的要求。

①地基承載力特征值小于130kPa,且體型復雜的建筑；1522.1.4地基基礎設計采用的荷載效應組合地基基礎設計時，所采用的荷載效應最不利組合與相應的抗力限值應按下列規定：1)按地基承載力確定基礎底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數時，傳至基礎或承臺底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態下荷載效應的標準組合。相應的抗力應采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值。2)計算地基變形時，傳至基礎底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態下荷載效應的準永久組合，不應計入風荷載和地震作用，相應的限值應為地基變形允許值。3)計算擋土墻土壓力、地基或斜坡穩定及滑坡推力時，荷載效應應按承載能力極限狀態下荷載效應的基本組合，但其分項系數均為1.0。2.1.4地基基礎設計采用的荷載效應組合1534)在確定基礎或樁臺高度、支擋結構截面、計算基礎或支擋結構內力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結構傳來的荷載效應組合和相應的基底反力，應按承載能力極限狀態下荷載效應的基本組合，采用相應的分項系數。當需要驗算基礎裂縫寬度時，應按正常使用極限狀態荷載效應標準組合。5)基礎設計安全等級、結構設計使用年限、結構重要性系數應按有關規范的規定采用，但結構重要性系數γ0不應小于1.0。

正常使用極限狀態下，荷載效應的標準組合值Sk應用式(2.1)表示：Sk=SGk+SQ1k+ψc2SQ2k+…+ψcnSQnk(2.1)4)在確定基礎或樁臺高度、支擋結構截面、計算基礎或支擋結構內154荷載效應的準永久組合值Sk應用下式表示：Sk=SGk+ψq1SQ1k+ψq2SQ2k+…+ψqnSQnk(2.2)對由永久荷載效應控制的基本組合，也可采用簡化規則，荷載效應基本組合的設計值S按下式確定：S=1.35Sk≤R(2.4)2.1.5基礎的材料要求①磚磚基礎所用的磚和砂漿的強度等級，根據地基土的潮濕程度和地區的寒冷程度而有不同的要求。按照《砌體結構設計規范》(GB50003-2001)的規定，地面以下或防潮層以下的磚砌體，所用的材料強度等級不得低于表2.3所規定的數值。此外，用石灰及砂所制成的灰砂磚和其他輕質磚均不得用于基礎。荷載效應的準永久組合值Sk應用下式表示：155②石料料石(經過加工，形狀規則的石塊)、毛石和大漂石有相當高的強度和抗凍性，是基礎的良好材料。特別在山區，石料可以就地取材，應該充分利用。做基礎的石料要選用質地堅硬、不易風化的巖石。石塊的厚度不宜小于15cm。石料和砂漿的強度等級要求見表2.3。

②石料料石(經過加工，形狀規則的石塊)、毛石和大漂石有相156③混凝土混凝土的耐久性、抗凍性和強度都比磚好，便于機械化施工和預制，且對于同樣的基礎寬度，用混凝土時，基礎的高度可以小一些。但是混凝土基礎造價稍高，水泥用量較大，通常多用于地下水位以下的基礎及墊層。強度等級一般采用C7.5到C10。為節約水泥用量，可以在混凝土中摻入20%~30%的毛石，稱為毛石混凝土基礎。④鋼筋混凝土鋼筋混凝土具有較強的抗彎、抗剪能力，是質量很好的基礎材料。用于荷載大、土質軟弱的情況或地下水位以下的擴展基礎、筏形基礎、箱形基礎和殼體基礎。對于一般的鋼筋混凝土基礎，混凝土的強度等級應不低于C15，殼體基礎的混凝土強度等級應不低于C20。③混凝土混凝土的耐久性、抗凍性和強度都比磚好，便于機械化157⑤灰土我國在1000多年以前就采用灰土作為基礎墊層，效果很好。基礎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。灰土所用的石灰必須在使用前加水燜成粉末，并過5~10mm篩子。土料宜用粉質粘土，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“捏緊成團，落地開花”。灰土的強度與夯實的程度關系很大，要求施工后達到干重度不小于14.5~15.5kN/m3。施工時常用每層虛鋪220~250mm，夯實后成150mm來控制，稱為一步灰土。夯實合格的灰土，承載力標準值可采用200~250kPa。灰土在水中硬化慢，早期強度⑤灰土我國在1000多年以前就采用灰土作為基礎墊層，效果158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，可以有更高的強度和抗水性。2.1.6天然地基上淺基礎設計的內容和一般步驟①充分掌握擬建場地的工程地質條件和地質勘察資料②選擇基礎類型和平面布置方案③確定地基持力層和基礎埋置深度(詳見2.3節)。④確定地基承載力(詳見2.4節)。⑤按地基承載力(包括持力層和軟弱下臥層)確定基礎底面尺寸。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159⑥進行必要的地基穩定性和地基變形計算。⑦進行基礎結構設計，以保證基礎具有足夠的強度、剛度和耐久性。⑧繪制基礎施工詳圖，并提出必要的技術說明。2.2淺基礎的類型

2.2.1按基礎剛度分類淺基礎按剛度可分為剛性基礎和柔性基礎。

(1)剛性基礎剛性基礎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(圖2.3)

又稱為無筋擴展基礎，常用材料有磚、三合土、灰土、混凝土、毛石、毛石混凝土等。

⑥進行必要的地基穩定性和地基變形計算。160

(a)磚基礎(b)毛石基礎(c)混凝土基礎或毛石混凝土基礎(d)灰土基礎或三合土基礎圖2.3剛性基礎舉例

剛性基礎多用于墻下條形基礎和荷載不大的柱下獨立基礎。剛性基礎的基礎高度應符合(2.5)式要求：采用無筋擴展基礎的鋼筋混凝土柱，其柱腳高度h1不得小于b1(圖2.4(b))，并不應小于300mm且不小于20d(d為柱中的縱向受力鋼筋的最大直徑)。

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件161

圖2.4剛性基礎和柔性基礎2)柔性基礎

用鋼筋混凝土修建的基礎稱為柔性基礎，如圖2.4(c)所示。

162基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件163與剛性基礎相比，柔性基礎鋼材、水泥用量增加，技術復雜、造價較高。2.2.2按基礎構造分類

淺基礎按構造可以分為獨立基礎、條形基礎、十字交叉基礎、筏板基礎、箱形基礎和殼基礎。(1)獨立基礎

獨立基礎(也稱“單獨基礎”)，是整個或局部結構物下的無筋或配筋的單個基礎，通常柱基、煙囪、水塔、高爐、機器設備基礎多采用獨立基礎，如圖2.5所示。(2)條形基礎條形基礎是指基礎長度遠遠大于其寬度的一種基礎形式，按上部結構形式，可分為墻下條形基礎和柱下條形基礎。與剛性基礎相比，柔性基礎鋼材、水泥用量增加，技術復雜、造價較164

圖2.5鋼筋混凝土柱下單獨基礎

1)墻下條形基礎

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1652)柱下鋼筋混凝土條形基礎

(3)十字交叉基礎

當荷載很大，采用柱下條形基礎不能滿足地基基礎設計要求時，可采用雙向的柱下鋼筋混凝土條形基礎形成的十字交叉條形基礎(又稱交叉梁基礎)，見圖2.11。圖2.9墻下鋼筋砼條形基礎2)柱下鋼筋混凝土條形基礎166圖2.10柱下條形基礎圖2.11柱下十字交叉基礎

(4)筏板基礎當地基軟弱而荷載很大，采用十字交叉基礎也不能滿足地基基礎設計要求時，可采用筏板基礎，即用鋼筋混凝土做成連續整片基礎，俗稱“滿堂紅”，見圖2.12。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件167圖2.12筏板基礎(5)箱形基礎高層建筑由于建筑功能與結構受力等要求，可以采用箱形基礎。(6)殼體基礎如圖2.14所示，由正圓錐形及其組合形式的殼體基礎，用于一般工業與民用建筑柱基和筒形的構筑物(如煙囪、水塔、料倉、中小型高爐等)基礎。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件168

圖2.13箱形基礎示意

169(a)正圓錐殼(b)M型組合殼(c)內球外錐組合殼圖2.14殼體基礎的結構形式2.3基礎埋置深度的選擇

基礎埋置深度是指基礎底面至地面(一般指設計地面)的距離。選擇基礎埋深的原則是：在保證建筑物基礎安全穩定、耐久使用的前提下，應盡量淺埋，以便節省投資，方便施工。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件170基礎埋深的選擇主要考慮以下幾個方面：

①建筑物的使用條件、結構形式、荷載大小和性質；

②工程地質與水文條件；③環境條件，包括氣候條件和相鄰建筑物的影響。(1)建筑功能及結構條件的要求

某些建筑物特定的使用功能要求特定的基礎形式。結構物荷載大小和性質不同，對地基土的要求也不同，因而會影響基礎埋置深度的選擇。(2)工程地質條件(3)水文地質條件選擇基礎埋深時應注意地下水的埋藏條件和動態。

基礎埋深的選擇主要考慮以下幾個方面：

171對埋藏有承壓含水層的地基(圖2.16)，確定基礎埋深時，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(槽底安全厚度)h0為：(4)地基凍融條件根據土的類別、凍前天然含水量大小和平均凍脹率η的大小，將地基土劃分為不凍脹、弱凍脹、凍脹、強凍脹和特強凍脹5類(表2.5)。對埋藏有承壓含水層的地基(圖2.16)，確定基礎埋深時，必須172基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件173基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件174季節性凍土地基的最小埋深為：式中hmax——基礎底面下允許出現凍土層的最大厚度，見表2.6。季節性凍土地基的最小埋深為：175基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件176表2.7土的巖性對凍深的影響系數ψzs表2.8土的凍脹性對凍深的影響系數ψzw表2.7土的巖性對凍深的影響系數ψzs177表2.9環境對凍深的影響系數ψze注：環境影響系數一項，當城市市區人口為20萬~50萬時，按城市近郊取值；當城市市區人口大于50萬小于或等于100萬時，只計入市區影響；當城市市區人口超過100萬時，除計入市區影響外，尚應考慮5公里以內的郊區近郊影響系數。2.4地基承載力計算地基承載力特征值可由荷載試驗或其他原位測試、公式計算，并結合工程實踐經驗等方法綜合確定。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1782.4.1地基承載力特征值的修正地基承載力設計值：2.4.2按土的抗剪強度指標,用理論公式確定根據土力學地基承載力的理論可知，按土的抗剪強度指標C、φ計算的地基臨塑荷載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度方面的承載力。我國《建筑基礎規范》推薦以P1/4為基礎的理論計算公式，該公式表示如下：式中：Nb、Nd、Nc分別稱作承載力系數，僅與土體的φ有關；2.4.1地基承載力特征值的修正179因此，對承受豎向偏心荷載和水平力都不大的基礎，當偏心距e≤0.033b(b為偏心方向基礎邊長)時，《建筑基礎規范》提出了對式(2.11)進行修改的計算公式，并應滿足變形要求：

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1802.4.3按荷載試驗確定地基承載力特征值

試驗現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1～2倍荷載板寬度或直徑范圍內地基土強度、變形的綜合性狀。荷載試驗分為淺層平板和深層平板試驗，利用載荷試驗記錄而成的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：

①當載荷試驗p-s曲線上有明顯的比例極限時，取該比例極限所對應的荷載值p1(圖2.17(a))；②當極限荷載pu能確定，且pu＜1.5p1時，取荷載極限值pu的一半；

2.4.3按荷載試驗確定地基承載力特征值

181圖2.17p-s曲線

③不能按上述兩種方法確定時(圖2.17(b))，如壓板面積為0.25~0.50m2，對低壓縮性土和砂土，可取s/b=0.01~0.015所對應的荷載值，但其值不應大于最大加載量的一半。

同一土層參加統計的試驗點數不應少于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。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1822.5地基計算地基計算包括地基承載力驗算、地基變形驗算、地基穩定性驗算。2.5.1地基承載力計算(1)中心荷載作用下的基礎

要求基礎底面處的平均壓力標準值不超過持力層土的地基承載力的設計值，即：基礎底面處的平均壓力標準值的確定，可按基底壓力的簡化計算方法，中心荷載下基底壓力為均勻分布，如圖2.18所示，計算公式為：2.5地基計算183(2)偏心荷載作用下的基礎

圖2.18中心荷載作用下的基礎圖2.19單向偏心荷載作用下的基礎基礎在偏心荷載作用下(圖2.19)，除應符合公式(2.11)要求外，尚應符合下列要求：在偏心荷載作用下，基礎底面處的最大壓力設計值的確定，可按基底壓力的簡化計算方法確定p，即基底壓力為線性分布(如圖2.19)，采用下列公式計算：(2)偏心荷載作用下的基礎184其中，公式(2.16)、(2.17)適用于偏心距e=Mk/(Fk+Gk)≤l/6(l為偏心方向基礎邊長)。當偏心距e=Mk/(Fk+Gk)≥b/6(b為偏心方向基礎邊長)時，這時基底壓力分布如圖2.20所示。pkmax按式2.18計算：2.5.2軟弱下臥層強度驗算在成層地基中，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。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件185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力與自重應力之和不超過它的承載力特征值,即：

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件186當持力層與軟弱下臥層的壓縮模量比值Es1/Es2≥3時，對矩形和條形基礎，假設基底處的附加應力(p0=p-γ0d)向下傳遞時按某一角度θ向外擴散分布于較大的面積上，根據基底與軟弱下臥層頂面處擴散面積上的附加應力相等的條件，可得：矩形基礎條形基礎

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1872.5.3地基變形驗算

(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。①沉降量——指基礎某點的沉降值(圖2.22(a))。②沉降差——一般指相鄰柱基中點的沉降量之差(圖2.22(b))。③傾斜——指基礎傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值(圖2.22(c))。④局部傾斜——指砌體承重結構沿縱向6~10m基礎兩點的沉降差與其距離的比值(圖2.22(d))。2.5.3地基變形驗算188圖2.22地基特征變形基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件189(2)地基變形計算公式1)基本公式2)計算原理按分層總和法，地基內第i層土的計算沉降量的表達式為(2)地基變形計算公式190圖2.23地基沉降計算Ai=σziHi=p0(αizi-αi-1zi-1)(2.24)基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件191壓縮模量為Es時地基沉降計算深度符合下式要求：當無相鄰載荷影響，基礎寬度在1～30m范圍內時，基礎中點的地基變形計算深度也可按下列簡化公式計算：基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件192當建筑物地下室基礎埋深較深時，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)計算：(3)地基特征變形驗算

對于需要進行變形驗算的建筑物采用下列變形驗算公式：基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件193表2.16建筑物的地基變形允許值表2.16建筑物的地基變形允許值194注：①有括號者僅使用于中壓縮性土；

②l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。基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1952.5.4地基穩定驗算在水平和豎向荷載共同作用下，地基失穩破壞的形式有兩種：一種是沿基底產生表層滑動，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

表層滑動時穩定安全系數

2.5.4地基穩定驗算196當判定地基失穩形式屬于深層滑動時，可用圓弧滑動法進行驗算。圖2.25例2.2圖

基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件1972.6剛性基礎設計2.6.1概述剛性基礎是指用磚、三合土、灰土、混凝土、毛石、毛石混凝土等材料建造的基礎。通常，剛性基礎的荷載有以下三種情況(圖2.26)：一種中心荷載下的基礎；二、三種偏心荷載下的基礎。圖2.26剛性基礎的荷載2.6剛性基礎設計1982.6.2中心荷載作用下剛性基礎的設計(1)確定基礎底面積A(矩形、條形或正方形)對于矩形單獨基礎，按式(2.36)計算出A后，先選定b或l，再計算另一邊長，使A＝l·b，一般取l/b＝1.0~2.0。對于條形基礎，取1m長計算，底面積A=1×b，式(2.36)可改寫為：2.6.2中心荷載作用下剛性基礎的設計199對于正方形基礎，底面積A=b×b，公式(2.36)可改寫為：(2)確定基礎的高度

對于正方形基礎，底面積A=b×b，公式(2.36)可改寫為：2002.6.3偏心荷載作用下剛性基礎的設計按中心荷載作用下的公式(2.36)，計算基礎底面積A0。計算基底的最大和最小的邊緣壓力pkmax、pkmin對于矩形基礎，W=lb2/6；對于條形基礎，取1m長計算，W=b2/6。2.6.3偏心荷載作用下剛性基礎的設計201對于混凝土基礎，當基礎底面處的平均壓力超過300kPa時，2.6.4剛性基礎的構造(1)磚基礎細部構造(a)二一間收(b)二皮一收

圖2.28磚基礎構造

對于混凝土基礎，當基礎底面處的平均壓力超過300kPa時，202磚基礎一般做成臺階式，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”，如圖2.28(a)所示。

(2)砌石基礎磚基礎一般做成臺階式，俗稱“大放腳”。203(3)素混凝土基礎(3)素混凝土基礎204(4)灰土基礎(4)灰土基礎2052.7鋼筋混凝土擴展基礎設計鋼筋混凝土擴展基礎系指柱下鋼筋混凝土獨立基礎和墻下鋼筋混凝土條形基礎。2.7.1基礎的破壞形式

(1)純剪切破壞2.7鋼筋混凝土擴展基礎設計206純剪切破壞是指沿墻或柱子邊緣，以及基礎變截面處(如圖2.35(a)中的1-1或2-2截面)，產生豎向剪切破壞。圖2.35擴展基礎破壞形式純剪切破壞是指沿墻或柱子邊緣，以及基礎變截面處(如圖2.35207剪力滿足(2)斜截面剪切破壞

當組合后不出現拉應力或拉應力較小，而壓應力過大，超過混凝土的抗壓強度時，混凝土被壓碎破壞，稱為剪壓破壞。(3)彎曲破壞2.7.2柱下獨立基礎的抗沖切驗算受沖切承載力應按下列公式驗算：剪力滿足208圖2.36計算階形基礎的受沖切承載力截面位置

1—沖切破壞錐體最不利一側的斜截面；2—沖切破壞錐體的底面線基礎工程第2章--天然地基上的淺基礎課件2092.7.3柱下獨立基礎底板的配筋