天然地基上浅基础设计内容提要地基基础是建筑物的重要根基

第8章 天然地基上浅基础设计 内容提要：地基基础是建筑物的重要根基，若地基基础不稳固，将危及整个建筑物的安全。本章主要介绍根据基础的受力特性及构造特点划分的浅基础的类型、浅基础的设计计算、浅基础设计方法、减小地基不均匀沉降危害的主要措施及地基基础与上部结构共同作用的设计理念。 第一节 浅基础的类型 当建筑场地土质均匀、坚实，性质良好，地基承载力特征值fak＞120kPa时，对于一般多层建筑，可将基础直接做在浅层天然地基上，称为天然地基上浅基础。根据天然地基上浅基础的受力特性及构造特点可将浅基础类型分为两大类：刚性基础和柔性基础。 一、刚性基础 刚性基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度却不高。 8.1.2柔性基础 柔性基础的材料为钢筋混凝土，故亦称为钢筋混凝土基础，其抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。这类基础的高度不受台阶宽高比的限制。因此，当刚性基础尺寸不能同时满足地基承载力和基础埋深的要求时，则需选择柔性基础。柔性基础同样可用扩大基础底面积的办法来满足地基承载力的要求，但不必增加基础的埋深。 1.钢筋混凝土独立基础 这种基础主要是柱下基础，其构造形式如图8-1所示，轴心受压柱下基础的底面形状 为正方形。而偏心受压柱下基础的底面 图8-1 钢筋混凝土独立基础 形状为矩形。 （a）台阶形基础；（ b）锥形基础； （c）杯口形基础 2.钢筋混凝土条形基础 (1)墙下钢筋混凝土条形基础 其横截面根据受力条件可以分为不带肋和带肋两种。若地基不均匀，为了加强基础的整体性和抗弯能力，可以采用有肋的墙下钢筋混凝土条形基础，肋部配置足够的纵向钢筋和箍筋。 (2)柱下钢筋混凝土条形基础 当地基承载力较低且柱下钢筋混凝土独立基础的底面积不能承受上部结构荷载的作用，常将若干柱基连成一条构成柱下条形基础(图8-4)。 图8-2不带肋墙下钢筋混凝土条形基础 图8 -3 带肋墙下钢筋混凝上条形基础 (3)交叉钢筋混凝土条形基础 当单向条形基础的底面仍不能承受上部结构荷载的作用，可以将纵横柱基础均连在—起，成为十字交叉条形基础(图8-5)。交叉条形基础可承担10层以下

的民用建筑。 图8-4 单向条形基础 图8-5 交叉条形基础 3.筏板基础 当地基承载力低，而上部结构的荷重又较大，以致交叉条形基础仍不能提供足够的底面积来满足地基承载力的要求时，可采用钢筋混凝土筏板基础。 筏板基础分为平板式和梁板式两种类型。 4.箱形基础 当地基承载力较低，上部结构荷载较大时采用交叉条形基础无法满足承载力要求，又不宜采用桩基时，可采用箱形基础。

图8-6筏板基础 (a)、(b)平板式； (c)、(d)梁板式 箱形基础通常如图8-7(a)所示。为了加大底板刚度，也可采用“套箱式”箱形基础，如图8-7(b)。箱形基础具有比筏板基础更大的抗弯刚度，可视作绝对刚性基础。 图 8-7箱形基础 (a)常规式； (b)套箱式 在地基中引起的附加应力，故又称之为补偿基础。 在实际工作中，采用何种形式的浅基础，应根据建筑物的工程地质条件、技术经济和施工条件等因素加以综合确定。一般遵循刚性基础→柱下独立基础、柱下条形基础→交叉条形基础→筏板基础→箱形基础的顺序来选择基础形式。当然，在选择过程中应尽量做到经济、合理。 第二节 浅基础的计算 一、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。《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，将地基基础设计等级分为甲、乙、丙三个设计等级（《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)表3.0.1）。 二、对地基基础设计的要求 （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； （3）《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)表3．0．2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，但果如有下列情况之一时，仍应做变形验算： 1)地基承载力特征值小于130kPa，且体形复杂的建筑； 2)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； 3)软弱地基上的建筑存在偏心荷载时； 4) 相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时； 5）地基内有厚度较大或厚薄不均匀的填土，其自重固结未完成时。 (4)对经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性； （5）基坑工程应进行稳定性验算； （6）当地下水埋藏较浅，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。 三、地基承载力计算 1．地基承载力的确定方法 地基承载力的计算是地基基础设计计算的关键, 地基承载力的确定方法详见第7章。 2．承载力计算的有关规定 基础底面的压力，应符合下式要求：

轴心荷载 P≤af （8-1） 偏心荷载 Pmax≤1.2af （8-2） （Pmax+Pmin）/2≤af （8-3） 式中 P—相应于荷载效应标准组合时，地基底面处的平均压力，kPa；

af—修正后地基承载力特征值，kPa； Pmax、Pmin—相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大值、最小值，kPa。 四、基础埋置深度及底面尺寸的确定 1. 基础埋置深度 基础的埋置深度一般是指室外设计地面至基础底面的距离。设计浅基础时，一般先确定基础埋置深度d。基础埋置深度，应按下列条件确定 ： (1)建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的形式与构造； (2)作用在地基上的荷载大小和性质； (3)工程地质和水文地质条件； (4)相邻建筑物的基础埋深 ； (5)地基土冻胀和融陷的影响。 为了保护基础不受人类和生物活动的影响，基础的最小埋深为0.5m,基础顶面至少低于设计地面0.1 m，还要便于建筑物周围排水沟的布置。 2. 基础底面尺寸的确定 在确定基础埋深后，初步选择底面尺寸，求得基底以下持力层的承载力设计值af，再按式(8-1)验算并调整尺寸直至满足下式要求为止。 基底平均压力设计值按下式计算

AGFp （8-4）

式中 F—上部结构传至基础顶面的竖向力设计值，kPa； G—基础自重设计值和基础上的土重标准值，kPa； 对一般实体基础，可近似地取GGAd（G为基础及回填土的平均重度，可取G=20kN/m3)，但在地下水位以下部分应扣去浮力； A—基础底面面积，m2。 由于式（8-1）、（8-4）中的P和af都与基底尺寸有关，所以只有预选尺寸并通过反复试算修改尺寸才能取得满意的结果。以下分两种情况予以说明。 （1）对轴心荷载作用下的基础，将式（8-4）代入式（8-1），可得：

A ≥aGFfh （8-5） 对条形基础，F为基础每米长度上的外荷载(kN/m)，此时，沿基础长度方向取单位长度(1m)计算，故上式可改写为

b ≥aGFfh （8-6）

（2）对偏心荷载作用下的基础， 基础底面边缘最大压力设计值pmax与最小压力设计值pmin按偏心受压公式计算有

max6min1FGelbbpp （8-8） 式中 M—作用于基础底面的力矩设计值，kPa； A—基础底面面积，一般有A=b·l，m2； l—垂直于力矩作用方向的基础底面边长，m； b—力矩作用方向的基础底面边长，m。 偏心荷载的偏心距MFGe 若荷载偏心,通常要求偏心距e应满足下式： 6bMFGe≤ （8-9） 偏心荷载作用下，基础底面受力不均匀，需加大基础底面的面积，通常采用逐次渐近试算法进行计算。先按中心荷载作用下的公式（8-5），初算基础底面积A1，再加大基础底面积10%～40%，计算出Pmax、Pmin，代入（8-2）、（8-3）进行验算，直到满足要求为止。 五、 软弱下卧层承载力验算 土层一般是成层的，其承载力随深度而增加，而外荷载引起的附加应力则随深度而衰减，因此，一般情况下只要基底持力层承载力满足设计要求即可以了。但也有不少情况，持力层不厚，在持力层以下受力层范围内存在软弱土层(即软弱下卧层)，软弱下卧层的承载力比持力层小得多。如我国沿海地区表层“硬壳层”下有很厚一层(厚度在20m左右)软弱的淤泥质土层，这时，只满足持力层承载力的要求是不够 图 8-8软弱下卧层顶面附加应力计算 的，还须验算软弱下卧层的承载力。要求传递到软弱下卧层顶面的附加应力和土的自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力设计值，即:

czzpp≤azf （8-10） 式中 zp软弱下卧层顶面处的附加应力设计值，kPa； czp软弱下卧层顶面处的自重应力标准值，kPa； azf软弱下卧层顶面处经深宽修正后的地基承载力设计值， kPa。 当上层土与软弱下卧层的压缩模量比值大于或等于3时，用均匀的半无限直线变形体理论计算的土中附加应力的误差太大，应该按双层地基理论计算。在实用上．还是按照简单的应力扩散角原理计算，如图8-8所示，作用在基础底面处的附加应力)(0cppp以扩散角θ向下传递均匀地分布在软弱下卧层上。根据扩散后作用在下卧层顶面处的合力与扩散前在基底处的合力相等的条件，即： '0ApApz （8-11）

矩形基础：

)ztgl)(ztgb(bl)pp(pckz22 （8-12）

条形基础： ztgbbpppcz2)(

 （8-13）

式中 b，l—分别为基础的宽度(m)和长度(m)，若为条形基础，l取lm，长度方向应力不扩散； cp—基础底面处土的自重应力，kPa； z —基础底面到软弱下卧层顶面的距离，m；