基础工程第二章
土木工程专业基础工程 第二章1-4节 刚性基础与扩展基础
考虑地基基础上部结构相互作用的影响
浅基础的设计，不能离开地基条件孤立地进行，故常 称为地基基础设计。 地基基础设计是建筑物结构设计的重要组成部分。基
础的型式和布置，要合理地配合上部结构的设计，满足建
筑物整体的要求，同时要做到便于施工、降低造价。
天然地基上结构较简单的浅基础，最为经济，如能满
足要求，宜优先选用。天然地基、人工地基上浅基础设计
（1）扩展基础
• 上部结构通过墙、柱等承重构件传递的荷载， 在其底部横截面上造成的压强通常远远大于 地基的承载能力。这就要求在墙、柱之下设 置水平截面向下扩大的基础。 • 扩展基础以使从墙或柱传递下来的荷载扩散 分布于扩大后的基础底面，使之满足地基承 载力和变形的要求。 • ①无筋扩展基础(刚性基础) • ②钢筋混凝土扩展基础
• 如果地基土很软，基础在宽度方向需进一步 扩大面积，同时又要求基础具有空间的刚度 来调整不均匀沉降时，可在柱下纵、横两个 方向均设置条形基础，成为十字型基础。这 是房屋建筑常用的基础形式，也是一种交叉 条形基础。
柱下十字交叉基础
纵向条形基础
横向条形基础
•具 有 良 好 的 调 整 不 均匀沉降的能力
天然地基上浅基础的设计，包括下述各项内容： 1.选择基础的材料、类型和平面布置； 2.选择基础的埋置深度； 3.确定地基承载力； 4.确定基础尺寸； 5.进行地基变形与稳定性验算； 6.进行基础结构设计； 7.绘制基础施工图，提出施工说明。
上述浅基础设计的各项内容是相互关联的， 设计时可按上述顺序，首先选择基础材料、类型 和埋深，然后逐项进行计算，如果发现前面的选 择不妥，则需修改设计，直至各项计算均符合要 求，各数据前后一致为止。 必须强调的是：地基基础问题的解决，不宜
基础工程 第二章5
对于修建在岩石地基上的基础：参阅有关桥涵设计规范
当外力合力作用点不在基底二个对称轴中任一对称轴上，或当基底截
面为不对称时，可直接按下式求e0与 的比值，使其满足规定的要求：
e0
1
min
N A
6
刚性扩大基础设计
五、基础稳定性和地基稳定性验算 （一）基础稳定性验算 1．基础倾覆稳定性验算 设基底截面重心至压力最大一边的 边缘的距离为y,外力合力偏心距e0， 则两者的比值可反映基础倾覆稳定 性的安全度，称为抗倾覆稳定系数。 y 即 K0 e0 如外力合力不作用在形心轴上或基 底截面有一个方向为不对称,那么基 底压力最大一边的边缘线是外包线, y值应是通过形心与合力作用点的 连线并延长与外包线相交点至形心 的距离。 一般对主要荷载组合K0≥1.5，在各种附加荷载组合时，K0≥1.1～1.3。
4
刚性扩大基础设计
（二）软弱下卧层承载力验算 验算软弱下卧层的承载力应先计算软弱 下卧层顶面A的应力不得大于该处地基 土的容许承载力。 即
hZ 1 (h z) ( 2h) [ fa]h z
1 式中：——相应于深度(h+z)以内土的 换算重度（kN/m3） 2——深度h范围内土层的换算重度（kN/m3） h ——基底埋深（m）； z ——从基底到软弱土层顶面的距离（m）； ——基底中心下土中附加应力系数，可按土 力学教材或规范提供系数表查用； ——由计算荷载产生的基底压应力（kPa） [ fa]h——软下卧层顶面处的容许承载力（kPa） z
查表2.10 得 η d＝1.6,持力层以上土体容重 γm＝17.6 kN/m2：
基础工程(清华大学出版社)第二章课后习题答案
（1）地区的标准冻结深度为0Z =1.8m（2）按式2-30求设计冻结深度，即d Z =0Z zs ψzw ψze ψ查表2-11求zs ψ第一层土：p I =L ω-P ω=8<10 且d>0.075mm 占土重10%<50% ，为粉土，zs ψ=1.20 第二层土：d>0.5mm 占40%<50%，d>0.25mm 占55%>50%，为中砂，zs ψ=1.30 查表2-12求zw ψ第一层土： 按表2-10查粉土，19%<ω=20%<22%，底面距地下水位0.8m<1.5m ，冻胀等级为Ⅲ级 冻胀类别为冻胀 zw ψ=0.90第二层土：按表2-10查中砂，地下水位离标准冻结面距离为0.2m<0.5m 冻胀等级为Ⅳ级 冻胀类别为强冻胀 zw ψ=0.85查表2-13求ze ψ城市人口为30万，按城市的近郊取值 ze ψ=0.95（注意表格下面的注释） 按第一层土计算：d1Z =1.8*1.2*0.90*0.95=1.85m按第二层土计算：d2Z =1.8*1.3*0.85*0.95=1.89m表明：冻结深度进入了第二层土内，故残留冻土层主要存在于第二层土。
可近似取冻深最大的土层，即第二层土的冻深1.89m 来作为场地冻深。
如果考虑两层土对冻深的影响，可通过折算来计算实际的场地冻深。
折算冻结深度：'d Z =1.2 +（1.85 - 1.2）*1.891.85=1.864m （3）求基础最小埋深按照正方形单独基础，基底平均压力为120a kp ，强冻胀、采暖条件，查表2-14得允许残留冻土层厚度max h =0.675m由式2-31求得基础的最小埋置深度min d =d Z -max h =1.89-0.675=1.215m或者：最小埋置深度min d ='d Z -max h =1.864-0.675=1.189m综合可取min d =1.2m 。
基础工程——第2章浅基础5
高、中压缩性地基土上的基础 e k l / 6
低压缩性地基土上的基础
(短暂作用）
精品课件
e k l / 4
计算偏心荷载作用下的基础底面尺寸——逐次渐近试算法
• （1）先仅考虑中心荷载，对地基承载力仅进行深度修 正，并按中心荷载作用下的公式（2-18），计算基础 底面积A0;
• （2）考虑偏心影响，加大A0。一般按经验可根据偏心 距的大小增大10%～40%，使A＝（1.1～1.4）A0 。对矩
F k A G k F k b G d 1 b 2 1 . 9 2 1 1 0 . 2 5 5 1 5 K 7 ＜ f a P 1 6 . 9 K a 7
满足要求。
精品课件
2、偏心荷载作用下的基础
要求
pk fa
pmax1.2fae1/6来自偏 心 荷 载 作 用 下 的 p k m 、 p k m 计 算 公 式 a ： i x n
fazfakdm(dz0.5)
631.016(130.5) 11K9N/m2
精品课件
p z p c z 6 7 . 8 2 6 4 1 3 1 . 8 2 k N / m 2 f a z 1 1 9 k N / m 2
不满足要求。 考虑增大基底面积。设条形基础宽3.37m， 由题意，加大基底面积后，持力层承载力也肯定满足要求， 不用再验算。 这时，基底压力：
形底面的基础，按A初步选择相应的基础底面长度l和 宽度b，一般：l/b＝1.2～2.0； • （3）计算偏心荷载作用下的pkmax、pkmin，并对地基承载
力 进 行 深 宽 修 正 ， 再 验 算 是 否 满 足 公 式 （ 2.16 ） 和 （2.21）的要求；如果不适合（太小或过大），可调
基础工程课件 第2章 浅基础设计原理-1
地基：为支承基础的土体或岩体。 天然地基：地基土有良好土层，不需经人工
处理，而直接承受基础荷载的天然岩土层， 即为天然地基。
天然地基上的浅基础：一般将天然地基上，
埋臵深度小于5m的基础及埋臵深度虽超过5m 但小于基础宽度的基础统称为天然地基上的 浅基础。
人工地基：当天然地基土层较软弱或具有
平板式筏基是一块等厚度（0.5～2.5m）的钢 混平板； 梁板式筏基是在筏板上沿柱轴纵横向设臵基 础梁而形成。
筏板基础可在六层住宅中使用，也可在50层 的高层建筑中使用，如美国休斯敦市的52层壳体 广场大楼就是采用天然地基上的筏板基础，它的 厚度为2.52m。
4．箱形基础
箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板、侧墙、 内隔墙组成，形成一个整体性好、空间刚度大的箱 体。 箱形基础比筏板基础具有更大的抗弯刚度，可 视为绝对刚性基础，产生的沉降通常较为均匀。适 用于软弱地基上的高层、重型或对不均匀沉降有严 格要求的建筑物。
砖墙
肋
底板 垫层
过梁
(a)
(b)
单独基础
图2-2墙下扩展条形基础
图2-3墙下独立基础
(a)
(b)
(c)
柱下独立基础
2. 钢筋混凝土条形基础
条形基础——长度远大于宽度的基础 分为墙下条形基础、柱下条形基础和十字交叉条形基础。 墙下条形基础：横截面积根据受力条件又可分为不带肋 和带肋两种。可看作是钢筋混凝土独立基础的特例，其计算 属于平面应变问题，只考虑在基础横向（扩展方向、基底宽 方向）受力发生破坏。
表3-1 基础材料 混凝土基础 毛石混凝土基 础 砖基础 毛石基础
无筋扩展基础台阶宽高比的允许值 台阶宽高比的允许值 pk≤100 1:1.00 100< pk≤200 1:1.00 200< pk≤300 1:1.25
基础工程-赵明华-第二章-刚性基础与扩展基础-1
形式：柱下钢筋砼独立基础、墙下钢筋砼条形基础
2.1 概 述
三、扩展基础的构造要求
一般要求：
基础边缘高度： 基础垫层： 混凝土： 钢筋：
2.1 概 述
三、扩展基础的构造要求
现浇柱下独立基础的构造要求：
现浇钢筋砼柱与基础 的连接：
2.1 概 述
三、扩展基础的构造要求
2.1 概 述
一、刚性基础的构造要求
宽高比（或刚性角）要求：
任一台阶宽度 对应台阶高度
bi ≤tan
Hi
刚性角，按表2-1取值
对基底平均压力＞300kPa的砼基础，变阶处剪力应满足：
Vs ≤ 0.366 ft A 变阶处基础单位长度面积
变阶处单位长度剪力设计值
混凝土轴心抗拉强度设计值
2.1 概 满足宽高比（或刚性角）的工程做法：
“二皮一收”砌法
“二、一间隔收”砌法
2.1 概 述
二、钢筋混凝土扩展基础
定义：在墙或柱之下设置的水平截面向下扩大的钢筋混凝土基础，
也称为“柔性基础 ” 。
特点：抗弯、抗剪性能好；不受台阶宽高比限制；钢筋用量大。
适用：可在竖向荷载较大、地基承载力不高及承受水平力和力矩
d
2.2 基础埋置深度选择
一、概述
实质：选择合适的持力层。
一般要求：最小埋深0.5m(岩石基础除外)，且基顶低于
室外地面0.1m。
应考虑的主要因素：
±0.00
建筑结构及环境条件；
工程地质条件；
d
水文地质条件；
p
地基冻融条件；
持力层 fa（＞p）
墙下条基的构造要求
无纵肋条形基础：
地基土质或荷载分布不均匀时，为提高基础纵向抗弯能 力和控制地基差异沉降，可做成有肋板条形基础。
《基础工程》总复习
第二章天然地基上浅基础的设计1.选择地基基础类型时，主要考虑两方面的因素：①建筑物性质②地基的工程地质和水文地质情况。
2.天然地基：地基内是良好的土层或者上部有较厚的良好的土层时，一般将基础直接做在天然土层上的地基。
3.人工地基：加固上部土层，提高土层的承载能力，再把基础做在这种经过人工加固后的土层上。
这种地基就叫人工地基。
4.桩基础：在地基中打桩，把建筑物支撑在桩台上，建筑物的荷载由桩传到地基深处较为密实的土层。
这种基础叫做桩基础。
5.深基础：埋置深度大于5m或大于基础宽度，且把基础直接做在地基深处承载力较高的土层上。
这种基础叫做深基础。
6.浅基础：埋置深度小于5m的一般基础以及埋置深度虽超过5m，但小于基础宽度的大尺寸基础，不必考虑侧面摩擦力的基础。
7.浅基础的分类：①单独基础或称独立基础：柱的一般情况下的基础②条形基础：墙下基础通常是连续设置成长条形，称为条形基础③筏形基础和箱形基础：当柱子或墙传来的荷载较大，但地基土较软弱，用单独基础或条形基础都不能满足地基承载力的要求时，或者地下水位常年在地下室的地坪以上，为了防止地下水渗入室内，往往需要把整个房屋底面做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础，称为筏形基础。
为了增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑物往往把地下室的地板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙连在一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为箱形基础④壳形基础8.刚性基础或称为无筋扩展基础：由砖、砌石、素混凝土、灰土和三合土等材料做成满足刚性角要求的基础。
9.扩展基础：当基础的高度不能满足刚性角要求时，可以做成钢筋混凝土基础，用钢筋承受基础底部的拉应力，以保证基础不发生断裂的基础10.基础的埋置深度：设计地面到基础底面的垂直距离。
基础埋置深度不宜浅于0.5m，基础顶面应低于设计地面100mm以上。
11.影响基础埋置深度的主要因素有三方面：①建筑物地用途、结构类型和荷载性质与大小②地基的地质和水文地质条件③寒冷地区土的冻胀性和地基的冻结深度12.土冻结后，水分转移含水量增加，体积膨胀，这种现象称为土的冻胀现象。
第二章 深基础工程
7
（3）打桩的质量控制及打桩记录
质量：偏差、贯入度、标高 垂 直 度 ： 不 大 于 1% ， 平 面 位 置 偏 差 （1/2-1）D。 打桩的质量控制： 打桩的质量控制： 摩擦桩：标高控制为主，贯入度为辅。 端控桩：贯入度控制为主，标高度为辅。 （四）沉桩常遇问题的分析和处理
8
（三）预制钢筋混凝土桩的特点
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第四节 沉井基础
沉井是由刃脚、井筒、内隔墙等组成的圆形和矩形的 筒状钢筋混凝土结构，下沉到设计标高后，用混凝土 封底，浇钢筋混凝土底板则构成地下结构，如在井筒 填筑混凝土或砂砾石则构成深基础。 应用：设备基础、桥墩、超高层建筑基础等。 刃脚：在井筒最下端，形如刀刃，作用切土。 井筒：沉井外壁，作用挡土挡水、自重使沉井下沉。 内隔墙：减小井壁的净跨距、减小弯矩，增加刚度。 沉井施工过程（P72图2-21） 开始浇灌—接高—开始下沉—边下沉边接高—下沉至 设计标高—封底—施工内部 沉井施工注意事项：均衡挖土、平稳下沉，如有倾斜 则及时纠偏。 30
14
（三）钻孔灌注桩的特点
1、优点 、 （1）施工中的噪声及振动较小，对周围环境 及已有建筑物的影响小，不存在沉桩挤土的问 题。 （2）在作业场地空间较小的场所也可施工。 （3）造价较低，较省钢筋。 （4）对各种不同地质条件的适应较强，能在 淤泥质土、砂土、砼石土、粘性土及风化岩石 中成桩。 （5）不存在挤土问题，可完成大D、大H的 单桩。
2
桩的分类 桩基础的组成：由桩和桩顶承台组成，是一种常用的深基础形式 桩基础的组成： 桩按传力分为：端承桩、磨擦桩、磨擦端承桩、端承磨擦桩 桩按传力分 桩按材料分为：木桩、砼桩、钢筋混凝土桩、预应力钢筋砼桩和 桩按材料分 钢桩等。桩按成桩时挤土状况，分为挤土桩、部分挤土桩和非挤土 桩。 桩按施工方法分为：预制桩和灌注桩 桩按施工方法分 预制桩： 预制桩：锤击桩、静力压桩、振动沉桩、水冲沉桩、 灌注桩： 灌注桩：钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、挖孔灌注桩、套管成孔灌注桩 （沉管桩）、 爆扩成孔灌注桩等
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第二章
1.浅基础设计内容：1.选择基础方案（确定材料、类型，进行基础平面布置）；
2.确定地基持力层和基础埋置深度
3.确定地基的承载力；
4.确定基础底面尺寸，必要时进行地基变形与稳定性验算；
5.进行基础结构设计（内力分析、截面计算、构造要求）；
6.绘制基础施工图，提出施工说明。
2.浅基础设计方法：常规设计法（简化计算法）、相互作用设计法
3.常规设计法要点：特点：1满足静力平衡条件；2不满足变形协调条件。
结论：地基越软弱或越不均匀，按常规设计法计算的结果与实际情况的差别就可能越大。
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）。
满足静力平衡和变形协调条件常规设计法适用条件：1.地基沉降较小或较均匀2.基础刚度较大。
4.荷载种类：永久荷载，可变荷载，偶然荷载。
永久荷载：1、不随时间变化2、变化与均值比可以忽略3、单调变化并趋于极值。
可变荷载：变化与均值比不可忽略。
偶然荷载：在结构使用期间不一定出现，一旦出现其值很大，持续时间很短。
5.荷载代表值：1标准值：为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，如均值2组合值：对于可变荷载，组合超越概率与其出现概率相同3频遇值：对于可变荷载，超越概率为规定的较小比率4准永久值：对于可变荷载，设计基准期内，其超越的总时间为设计基准期一半的荷载值。
6.荷载组合：1基本组合：承载能力极限状态设计时，永久作用与可变作用的组合（分项系数）2标准组合：正常使用极限状态设计时，采用标准值（或组合值）为荷载代表的组合3准永久组合：正常使用极限状态设计时，对于可变荷载采用准永久值为荷载代表的组合。
7.计算基础内力、配筋：基本组合（设计值），荷载分项系数为1.2~1.4，与混凝土设计规范相适应，通过增大荷载来提高安全度。
计算挡土墙土压力：基本组合，荷载分项系数为1.0，安全度通过安全系数来反映，例如：抗滑移安全系数K s＝抗滑力/滑移力≥1.3计算基底面积：标准组合（标准值），没有荷载分项系数。
不增大荷载，因为地基承载力已具有足够的安全度。
例：p k≤f a=p u/K=p u/2计算沉降：准永久组合，不计风荷载和地震作用
8.浅基础类型：结构型式分：扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础、壳体基础等。
按材料分：无筋基础（刚性基础）、钢筋混凝土基础。
扩展基础作用：把墙或柱的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承载力和变形的要求。
9.无筋扩展基础：指由砖、毛石、砼、毛石砼、灰土、三合土等材料组成的无需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。
俗称“刚性基础”。
适用于多层民用建筑和轻型厂房。
10.。