土力学与基础工程

1. 土力学与基础工程 河北工业大学土木工程学院王贵君 博士·教授电 话：13821094320Email：guijun2001@126.com

2. 10 浅基础

3. 10.1 地基基础设计基本原则 • 地基基础设计必须根据建（构）筑物的用途和安全等级、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、造价等各方面要求，合理选择地基基础方案，因地制宜、精心设计，以保证建（构）筑物的安全和正常使用。

4. 地基基础设计基本原则（续） （1）对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度 （2）应控制地基变形量，使之不超过建（构）筑物的地基变形允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影响建（构）筑物的使用功能和外观 （3）基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要、满足地基承载力（稳定性）和变形要求外，还应满足对基础结构的耐久性的要求

5. 地基基础设计等级 • 建筑物的安全和正常使用，不仅取决于上部结构的安全储备，更重要的是要求地基基础有一定的安全度。 • 因为地基基础是隐蔽工程，所以不论地基或基础哪一方面出现问题或发生破坏均很难修复，轻者影响使用，重者还会导致建筑物破坏甚至酿成灾害，因此，地基基础设计在建筑物设计中举足轻重。 • 根据地基基础损坏造成建筑物破坏后果（危及人的生命、造成经济损失、造成社会影响及修复的可能性）的严重程度，可将建筑物分为三个设计等级。

6. 地基基础设计等级

7. 地基基础设计要求 • 根据地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响，地基基础设计应按下列要求进行： （1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定； （2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；

8. （3）后表所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：（3）后表所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算： • 地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑； • 在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时； • 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时； • 相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时； • 地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。

9. 地基基础设计要求（续） （4）对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建（构）筑物，尚应验算其稳定性； （5）基坑工程应进行稳定性验算； （6）建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。

10. 可不作变形验算的、设计等级为丙级的建筑物

11. 基础上作用荷载 • 为了按地某承载力确定基础底面积，必须分析传到基础底面上的各种基本组合的荷载。作用在建筑物基础上的荷载有四种情况。

12. 荷载组成 • 静荷载包括建筑物和基础的自重、固定设备的重量、土压力和正常稳定水位的水压力。它是引起基础沉降的主要因素。 • 活荷载又分为普通活荷载和特殊荷载（又称偶然荷载）。由于特殊荷载（例如地震作用、风力等）发生的机会不多，作用的时间很短，故沉降计算只考虑普通活荷载。但在进行地基的稳定性验算时，则要考虑特殊荷载。 • 在进行地基基础设计时，应根据使用过程中可能同时出现的荷载，按设计要求和使用要求，取各自最不利状态分别进行荷载效应组合。

13. 作用效应组合取用原则 • 地基基础设计时，所采用的作用效应与相应的抗力限值应符合下列规定： （1）按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的标准组合；相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。 （2）计算地基变形时，传至基础底面上的作用效应应按正常使用极限状态下作用的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用；相应的限值应为地基变形允许值。

14. 作用效应组合取用原则（续） （3）计算挡土墙、地基或滑坡稳定以及基础抗浮稳定时，作用效应应按承载能力极限状态下作用的基本组合，但其分项系数均为1.0。 （4）在确定基础或桩基承台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的作用效应和相应的基底反力、挡土墙土压力以及滑坡推力，应按承载能力极限状态下作用的基本组合，采用相应的分项系数；当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态下作用的标准组合。

15. 作用效应组合取用原则（续） （5）基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数0不应小于1.0。

16. 正常使用极限状态下，标准组合的效应设计值 Sk= SGk  SQ1k  ψc2SQ2k  ···········  ψcnSQnk • 准永久组合的效应设计值 Sk= SGk  ψq1SQ1k  ψq2SQ2k  ···········  ψqnSQnk • 承载能力极限状态下，由可变作用控制的基本组合的效应设计值 Sd = GSGk  Q1SQ1k  Q2ψc2SQ2k  ·······  QnψcnSQnk SGk——永久作用标准值Gk的效应； SQik ——第i个可变作用标准值Qik的效应； ψci ——第i个可变作用Qi的组合值系数 0.7～0.9 ψqi ——第i个可变作用准永久值系数 0.3～0.8 G——永久作用的分项系数 1.2 / 1.35 Qi ——第i个可变作用的分项系数 1.3 / 1.4 查表

17. 对永久作用控制的基本组合，也可采用简化规则，基本组合的效应设计值Sd可按下式确定：对永久作用控制的基本组合，也可采用简化规则，基本组合的效应设计值Sd可按下式确定： Sd ＝ 1.35Sk 式中 Sk——标准组合的作用效应设计值。

18. 对于承载能力极限状态，应按荷载的基本组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值，并应采用下列设计表达式进行设计 0Sd ≤ Rd 式中 0——结构重要性系数； Sd ——荷载组合的效应设计值； Rd ——结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。 荷载规范

19. 地基基础设计步骤 (1) 选择地基基础方案，确定基础类型（包括材料和平面布置方式）； (2) 选择地基持力层，确定基础埋置深度； (3) 确定持力层的承载力； (4) 根据持力层承载力计算基础底面尺寸； (5) 根据需要进行稳定性和变形验算； (6) 进行基础结构的设计； (7) 绘制基础施工图，提出施工说明。

20. 10.2 浅基础的类型 • 基础类型较多，可以按埋深、受力特征、材料、构造等因素进行划分。常用的基础类型如后表所示。 • 浅基础根据基础构造可以分为独立基础、条形基础、交叉梁基础、筏板基础、箱形基础、壳体基础等，按照基础受力及材料性能又可分为无筋扩展基础（刚想基础）、扩展基础（柔性基础）。

21. 基础分类及定义

22. 无筋扩展基础（刚性基础） • 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，且不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。

23. 基础高度H0的验算

24. 表10.4 无筋扩展基础宽高比允许值

25. 砖基础 砖基础采用的砖强度等级应不低于 MU10。砂浆强度等级应不低于 M5，在地下水位以下或地基土潮湿时应采用水泥砂浆砌筑。基础底面以下一般先做100mm厚的混凝土垫层，混凝土强度等级为C10或C7.5。 砖基础一般做成台阶式，即大放脚。砌法有两皮一收和二一间隔收。

26. 240 240 60  5 60  5 120 120 120 60 60 120  5 840 840 砖基础 (a) “二一间隔收” (b) “二皮一收”

27. 毛石基础 毛石基础采用的材料为未加工或仅稍作修整的未风化的硬质岩石。其高度一般不小于200mm，每一阶伸出的宽度不宜大于200mm。当毛石形状不规则时，其高度应不小于150mm。

28. 三合土基础 三合土基础由石灰、砂和骨料（矿渣、碎砖或碎石）加适量的水充分搅拌均匀后，铺在基槽内分层夯实而成。三合土的配合比（体积比）为1:2:4或1:3:6。在基槽内每层虚铺220mm，夯实至150mm。

29. 灰土基础 灰土基础由热化后的石灰和粘土按比例拌和并夯实而成。常用的配合比（体积比）为3:7和2:8，铺在基槽内分层夯实，每层虚铺220 ~250mm，夯实至150mm为一步。其最小干密度要求为：粉土1.55t/m3，粉质粘土1.50t/m3，粘土 1.45t/m3。

30. 混凝土和毛石混凝土基础 混凝土基础一般用强度等级不低于C15的素混凝土做成。毛石混凝土基础是在混凝土基础中埋入25％～30％（体积比）的毛石做成，且用于砌筑的石块直径不宜大于 300mm。

31. 采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱，其柱脚高度h1不得小于b1，并不应小于300mm，且不小于20d（d为柱中的纵向受力钢筋的最大直径）。当柱纵向钢筋在柱脚内的竖向锚固长度不满足锚固要求时，可沿水平方向弯折，弯折后的水平锚固长度不应小于 10d，也不应大于20d。

32. 扩展基础(柔性基础) • 将上部结构传来的荷载通过向侧边扩展成一定底面积，使作用在基底的压应力等于或小于地基土的允许承载力，而基础内部的应力应同时满足材料本身的强度要求，这种起到压力扩散作用的基础称为扩展基础。 • 扩展基础系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。

33. 墙下钢筋混凝土扩展基础

34. 墙下条形基础分为无肋和有肋的两种 无肋式 有肋式

35. 柱下独立基础

36. 钢筋混凝土柱下独立基础 （a） （b） （c） （a）阶梯形；（b）锥形；（c）杯形

37. 扩展基础形式

38. 柱下条形基础和交叉梁基础

39. 筏板基础

40. 筏板基础（带地下室） • 筏形基础是柱下或墙下连续的平板式或梁板式钢筋混凝土基础。

41. 箱形基础 由底板、顶板、外墙和相当数量的纵横内隔墙构成的单层或多层箱形钢筋混凝土结构，作为整个建筑物或建筑物主体部分的基础。

42. 箱形基础

43. 壳体基础 • 由正圆锥形及其组合型式构成的薄壳 • 特点： • 充分利用基础材料的抗压性能； • 节省材料，具有良好的经济效果 • 用途：主要用于特种结构

44. 10.3 基础埋置深度的选择 1 建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的型式和构造 • 在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础宜浅埋，当上层地基的承载力大于下层土时，宜利用上层土作持力层。除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m。 • 天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/18。

45. 基础最小埋置深度

46. 基础最小埋置深度

47. 2 作用在地基上的荷载大小和性质 • 应满足地基承载力、变形和稳定性要求。位于岩石地基上的高层建筑，其地基埋深应满足抗滑要求。

48. 3 工程地质和水文地质条件 • 基础宜埋置在地下水位以上，当必须埋在地下水位以下时，应采取地基土在施工时不受扰动的措施。 • 当基础埋置在易风化的岩层上，施工时应在基坑开挖后立即铺筑垫层。

49. 地基稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算。最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩应符合下式要求：地基稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算。最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩应符合下式要求： MR／Ms≥1.2 式中 MR——滑动力矩； Ms——抗滑力矩。

50. 位于稳定土坡坡顶上的建筑，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时，其基础底面外边缘线至坡顶的水平距离应符合下式要求，但不得小于2.5m：位于稳定土坡坡顶上的建筑，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时，其基础底面外边缘线至坡顶的水平距离应符合下式要求，但不得小于2.5m： 条形基础 矩形基础 a——基础底面外边缘线至坡顶的水平距离； b——垂直于坡顶边缘线的基础底面边长； d——基础埋置深度； ——边坡坡角。