建筑地基与基础.doc

第10章 建筑地基与基础§ 本章学习目标：v 掌握混凝土的力学性能及各种强度指标，并能指出强度之间的换算关系；v 了解土的物理性质和工程分类；v 熟悉地基变形与承载力的概念及基本规定； v 掌握基础的类型与基本设计原则；v 掌握无筋扩展基础的受力特点和构造要求；v 掌握柱下钢筋混凝土独立基础的受力特点、设计原理和构造要求；v 了解钢筋混凝土筏形基础、箱形基础和桩基础的适用范围、受力特点及构造要求10.1 土力学与地基基本知识任何建筑物都要建造在土层或岩石上土层受到建筑物全部荷载作用后要产生压缩变形，为了减少建筑物的下沉和保证其稳定，通常将墙或柱与土壤接触部分的断面尺寸适当扩大，以减小土层中的应力建筑物在地面以下的结构部分称为基础；受到建筑物荷载影响的那部分土层称为地基；将直接与基础接触的土层称为持力层地基分天然地基和人工处理地基（换土、复合）地基和基础属隐蔽工程，它的勘察、设计、施工质量，直接影响建筑物的安危此外，基础工程费用占建筑总造价比例较大，如钢筋砼结构高层建筑采用筏基、箱基或桩基时，其基础工程费用约占建筑总造价的20%～30%，甚至更高一、土的工程分类自然界中土的种类不同，其工程性质也不相同。

从直观上，可以粗略的把土分成两大类，一类是土体中肉眼可见松散颗粒，颗粒间连结弱，这就是无粘性土（粗粒土）；另一类是颗粒非常细微，颗粒间连结力强，这就是粘土实际工程中，这种粗略的分类远远不能满足工程的要求，还必须用更能反映土的工程特性的指标来系统分类影响土的工程性质的主要因素是土的三相组成（固体颗粒、液体和气体）和土的物理状态，如颗粒的粗细、颗粒的级配、含水率等目前，国际、国内土的工程分类法并不统一 “建筑地基基础设计规范”（GB50007－2002）将地基土分为岩石（无粒径要求）、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等1．碎石土粒径大于2mm的颗粒含量大于50%的土属碎石土根据粒组含量及颗粒形状，可细分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾（见表8-1） 表 8—1 碎 石 土 的 分 类名称颗 粒 形 状粒 组 的 颗 粒 含 量漂石块石 圆形及次圆形为主 棱角形为主 粒径大于200mm的颗粒超过50%卵石碎石 圆形及次圆形为主 棱角形为主 粒径大于20mm的颗粒含量超过50%圆砾角砾 圆形及次圆形为主 棱角形为主 粒径大于2mm的颗粒含量超过50%注：分类时应根据粒组含量栏从上到下以最先符合者确定。

2．砂土粒径大于2mm的颗粒含量在50%以内，同时粒径大于0.075mm的颗粒含量超过50%的土属砂土砂土根据粒组含量不同又分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂五类（见表8-2）表8—2 砂 土 的 分 类名 称粒 组 的 颗 粒 含 量砾 砂 粒径大于2mm的颗粒含量占25%～50%粗 砂 粒径大于0.5mm的颗粒含量超过50%中 砂 粒径大于0.25mm的颗粒含量超过50%细 砂 粒径大于0.075mm的颗粒含量超过75%粉 砂 粒径大于0.075mm的颗粒含量50%注：分类时应根据粒组含量栏从上到下以最先符合者确定3．粉土粒径大于0.075mm的颗粒含量小于50%且塑性指数小于等于10的土属粉土该类土的工程性质较差，如抗剪强度低，防水性差，粘聚力小等4．粘性土粒径大于0.075mm的颗粒含量在50%以内，塑性指数大于10的土属粘性土根据塑性指数的大小可细分为粘土和粉质粘土（如表8-3） 表1-16 粘 性 土 的 分 类名 称塑性指数（ ）粘 土粉质粘土5．人工填土人工填土是由于人类活动而形成的堆积物根据其组成和成因，可分为素填土、压实填土、杂填土、冲填土。

除上述六类岩土外还有一些特殊土，包括：淤泥、淤泥质土、红粘土、膨胀土、湿陷性土等二、地基的变形与承载力1．地基的变形土像其他材料一样，受力后也要产生应力和变形如果应力变化引起的变形量在容许范围以内，则不致对建筑物的使用和安全造成危害；但当外荷载在土中引起的应力过大时，则不仅会使建筑物发生过量的沉降，甚至可使土体发生整体破坏而失去稳定地基变形按其变形特征分为沉降量、沉降差、倾斜、和局部倾斜沉降量一般指基础中点的沉降量；沉降差指相邻两基础的沉降量之差；倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比；局部倾斜指承重砌体沿纵墙6～10m内基础两点的沉降差与其距离之比建筑物的地基变形计算值，不应大于《地基基础规范》所列出的地基变形允许值对于砌体承重结构应以局部倾斜值控制地基变形；对于框架结构和单层排架结构由相邻柱基的沉降差控制；对于多层或高层建筑和高耸结构由倾斜值控制基础设计等级为甲级、乙级的建筑物应作变形验算建筑物的沉降观测资料是验证建筑物地基设计方案是否正确、地基事故是否需要及时处理以及施工质量是否合格的重要依据，也是确定建筑物地基容许变形值的重要参考2．地基承载力1）概述地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷载的能力，以kPa计。

一般用地基承载力特征值来表述《建筑地基基础设计规范》（GB5001－2001）规定，地基承载力的特征值是指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值确定地基承载力的方法有载荷试验法、理论计算法、规范查表法、经验估算法等多种单一一种方法估算出的地基承载力的值为承载力的基本值，基本值经标准数理统计后可得地基承载力的标准值，经过对承载力标准值进行修正则得到承载力设计值在工程设计中为了保证地基土不发生剪切破坏而失去稳定，同时也为使建筑物不致因基础产生过大的沉降和差异沉降，而影响其正常使用，必须限制建筑物基础底面的压力，使其不得超过地基的承载力设计值因此，确定地基承载力是工程实践中迫切需要解决的问题2）确定地基承载力设计值的方法地基承载力的确定，是一个与地基土的性质、建筑物的特点等多种因素有关的复杂问题地基承载力设计值的意义是指在建筑物荷载作用下，能够保证地基不发生失稳破坏，同时也不产生建筑物所不容许的沉降时的最大基底压力因此，地基承载力设计值既要考虑土的强度性质，同时还要考虑不同建筑物对沉降的要求确定地基承载力设计值的方法，一般有下面几种：（1）根据载荷试验确定根据原位测试（载荷试验）获得试验p-s 曲线来确定承载力的基本值，再经过修正确定承载力设计值；（2）根据地基承载力理论公式确定一种是通过控制地基塑性区的发展范围确定承载力，另一种是计算极限荷载，然后赋以安全系数的方法；（3）根据设计规范确定在《地基基础规范》中给出了各种土类的地基承载力表，这些表是根据在各类土上所做的大量的载荷试验资料，以及工程经验总结经过统计分析而得到的。

使用时可根据现场土的物理力学性质指标，以及基础的宽度和埋置深度，按规范中的表格和公式得到地基承载力设计值当实际工程的基础宽度b＞3m，基础d＞0.5m时，按《规范》的规定，地基土承载力从查表得到的标准值fk，应按下式进行基础宽度和埋深的修正，修正后的承载力才是地基承载力的设计值(岩石地基除外) f = fk+ηbγ(b－3)+ηdγm(d－0.5) (8-1)式中 f——承载力设计值，当计算所得地基承载力设计值f≤1.1fk时，可取f=1. 1fk ，kPa；fk——承载力标准值，kPa；ηb、ηd——分别为基础宽度和埋置深度修正系数，按基底处土的类别查规范表格得出；γ——基底面处土的重度，地下水位以下取有效重度，kN/m3； γm——基底面以上土的加权平均重度，地下水以下取有效重度，kN/m3；b——基础底面宽度，当b＜3m时按3m计算；当b＞6m计算，m；d——基础埋置深度，一般从室外地面起算，m10.2 浅基础的设计与构造一、概述1．基础的分类基础按埋置深度和施工方法的不同分为浅基础和深基础两大类一般埋置深度在5m以内，且采用一般方法与设备施工的基础属于浅基础，如条形基础、独立基础等；当基础埋深较大，且需借助特殊的施工方法的基础属于深基础，如桩基础、沉井和地下连续墙等。

深基础施工复杂，工期较长，造价较高，因此，在保证建筑物安全和正常使用的前提下，应优先采用天然地基上的浅基础方案基础按使用的材料可分为：砖基础、毛石基础、毛石砼基础、灰土基础、钢筋砼基础等；按结构形式可分为：无筋扩展基础、扩展基础、柱下条形基础、柱下十字形基础、筏形基础、箱形基础、桩基础等2．基础的设计原则地基基础设计必须根据建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，以保证建筑物的安全和正常使用 地基基础的设计和计算应该满足下列三项基本原则： （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，使之不超过建筑物的地墓变形允许值，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强度，刚度和耐久性的要求设计浅基础一般要妥善处理下列几方面问题：充分掌握拟建场地的工程地质条件和地基勘察资料；了解当地的建筑经验，施工条件和就地取材的可能性，并结合实际考虑采用先进的施工技术和经济、可行的地基处理方法；选择基础类型和平面布置方案，并确定地基持力层和基础埋置深度；按地基承载力确定基础底面尺寸，进行必要的地基稳定性和变形验算。

基础埋置深度的选择3．基础埋置深度的确定基础埋置深度一般是指从室外地面标高至基础底面的距离选择基础埋置深度是基础设计工作中的重要—环，因为它关系到地基是否可靠、施工的难易及造价的高低选择基础埋深应考虑以下影响因素：（1）建筑物的用途、类型和基础构造形式如需建地下室、地下车库或人防工程时，基础埋深至少大于3m；高层建筑筏基和箱基的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；（2）基础上荷载大小及性质：根据基础上荷载大小选择浅基础或深基础3）工程水文地质条件直接支承基础的土层称为持力层，其下的各土层称为下卧层为了保证建筑物的安全，必须根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层考虑到地下水位对施工条件的影响，基础宜埋置在地下水位以上；当必须埋置在地下水位以下时，应采取地基土在施工时不受扰动的措施，如采用基坑排水、坑壁维护等4）相邻建筑物的影响为防止新建基础对相邻原有建筑物的不利影响，基础埋深宜深于相邻原有建筑物基础如不能满足要求，则应保持一定净距要求（L≥1～2△H）5）地基土冻胀的影响一般基础埋深应大于土层冻结深度，则基础底面不受到冻胀力作用否则应采取防冻害措施二、浅基础的类型与构造(一) 无筋扩展基础(刚性基础)通常上部结构传来的荷载比地基承载力大。

因此应将基础向侧边扩展成较大底面积，使上部结构传来的荷载均匀扩散于较大的底面积上，以满足地基承载力和变形的要求无筋扩展基础一般是由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土及三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础，适用于层数不多的民用和轻型厂房1．无筋扩展基础的受力特点不配筋基础的。