注册岩土工程师 浅基础.docx

1、注册岩土工程师 浅基础前言第十八讲浅基础一、内容提要：本讲主要讲述浅基础的类型、埋置深度、基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施、地基基础和上部结构共同作用的概念、浅基础的结构设计二、重点难点：基础底面尺寸的确定、地基的变形验算、减少不均匀沉降损害的措施一、浅基础的类型一、浅基础的类型浅基础根据形状和大小可分成独立基础、条形基础(包括十字交叉条形基础)、筏板基础、箱形基础及壳体基础等类型。根据基础所用材料的性能又可分为无筋扩展基础和扩展基础。(一)无筋扩展基础无筋扩展基础通常是由砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基础，这些材料具有较好的抗压性能，但抗拉、抗

2、剪强度较低，设计时要求基础的外伸宽度和基础高度的比值在一定限度内，以避免基础截面的拉应力和剪应力超过其材料强度设计值。无筋扩展基础可用于六层和六层以下(三合土基础不宜超过四层)的民用建筑和砌体承重的厂房。无筋扩展基础又可分为墙下无筋扩展条形基础和柱下无筋扩展独立基础。(二)扩展基础钢筋混凝土扩展基础主要有墙下条形基础、柱下单独基础、柱下条形基础、十字交叉条形基础、筏板基础和箱形基础等。这类基础具有良好的抗剪能力和抗弯能力，并具有耐久性和抗冻性好、构造形式多样、可满足不同的建筑和结构功能要求，能与上部结构结合成整体共同工作等优点。【例题1】某基础采用素混凝土材料，该基础形式为（）。A. 条形基础

3、B. 筏板基础C. 十字交叉基础D. 无筋扩展基础答案：D1独立基础钢筋混凝土独立基础主要指柱下基础，通常有现浇台阶形基础、现浇锥形基础和预制柱的杯口形基础等。2钢筋混凝土条形基础钢筋混凝土条形基础可分为墙下钢筋混凝土条形基础、柱下钢筋混凝土条形基础和十字交叉钢筋混凝土条形基础等。3筏板基础当地基承载力低，而上部结构的荷重又较大，以致十字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，可采用钢筋混凝土满堂基础，这种满堂基础称为筏板基础。筏板基础类似一块倒置的楼盖，比十字交叉条形基础有更大的整体刚度，有利于调整地基的不均匀沉降，较能适应上部结构荷载分布的变化。筏板基础又可分为平板式和

4、梁板式两种类型。4箱形基础箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和纵横内外隔墙形成的一个刚度极大的箱体形基础。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。为了加大箱形基础的底板刚度，也可采用“套箱式”的箱形基础。【例题2】在下列各种基础形式中，最有利于调整地基不均匀沉降的是（）。A. 条形基础B. 独立基础C. 无筋扩展基础D. 筏板基础答案：D【例题3】在下列各种基础形式中，能够视为绝对刚性基础的是（）。A. 条形基础B. 独立基础C. 箱形基础D. 筏板基础答案：C二、基础的埋置深度二、基础的埋置深度基础的埋置深度(简称埋深)是指基础底面到天然地面的垂直距离。选择合适的基础埋置深度

5、关系到地基的可靠性、施工的难易程度、工期的长短以及造价的高低等，因此，选择合适的基础埋深是地基基础设计工作中的重要环节。确定浅基础埋深的原则是，凡能浅埋的应尽量浅埋。但考虑到基础的稳定性、动植物的影响等因素，除岩石地基外，基础最小埋深不宜小于0.5m，并要求满足地基稳定性和变形条件。影响基础埋深的条件很多，应综合考虑以下因素后加以确定：1建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的类型和构造条件；2工程地质和水文地质条件，主要是选择合适的土层作为基础的持力层；3相邻建筑物基础对埋深的影响；4地基土冻胀和融陷的影响等。【例题4】对于建筑物的基础埋深，除岩石地基以外，其最小值不宜小于（）。

6、A.标准冻深B. 0.5m C. 1.0m D. 2m 答案：B【例题5】影响基础埋深的因素当中不包括（）。A. 建筑物的用途B. 工程地质和水文地质条件C. 地基土冻胀和融陷的影响D. 砼强度等级答案：D三、基础底面尺寸的确定三、基础底面尺寸的确定1地基承载力确定地基承载力的确定方法主要有现场载荷试验方法、按规范承载力表确定的方法、理论公式计算方法及其他原位测试经验公式确定方法等。各种确定方法的选用应以建筑物的安全等级并结合具体的工程条件进行。(1)地基承载力的理论计算公式对轴心荷载作用或荷载作用偏心距e0.033b(b为基础的宽度)的基础, 根据土的抗剪强度指标确定地基承载力的公式如下：f

7、a=Mbb+Mdmd+Mcck (17-3-1)式中fa由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值(容许承载力值)；Mb、Md、Mc承载力系数，根据基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值k 按建筑地基基础设计规范GB500072002表5.2.5确定；持力层土的重度；m基底以上土层的加权平均重度；b基础底面宽度(m)，当基础宽度大于6m时按6m考虑，对于砂土，小于3m时按3m计算；d基础埋置的深度(m);一般自室外地面标高算起。在填方整平区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱型基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起，其他情况从室

8、内地面标高算起。ck基底下一倍短边基宽深度范围内土的粘聚力标准值。【例题6】对于采用土的抗剪强度指标确定地基承载力时的建筑物基础的特点为（）。A. 采用扩展基础B. 采用无筋扩展基础C.承受偏心荷载D. 轴心荷载作用或荷载作用偏心距e0.033b(b为基础的宽度)的基础答案：D【例题7】对于带有地下室采用条形基础的建筑物的基础埋深，其起算点为（）。A. 自室外地面标高算起B.自室内地面标高算起C.自0.00算起D. 自填土地面标高算起答案：B采用式(17-3-1)理论公式确定地基承载力设计值时，必须进行地基的变形验算。公式中使用的抗剪强度指标ck和k，对一级建筑物应采用不固结不排水三轴压缩试验

9、的结果，其他情况推荐采用不固结快剪试验结果。当考虑实际工程中有可能使地基产生一定的固结度时，也可以采用固结快剪的指标。(2)按经验值(规范承载力表)确定地基承载力的方法公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ02485)中采用了按经验值确定地基承载力的方法，即根据土层性质直接由规范承载力表查得相应的地基容许承载力值。(3)按现场载荷试验确定地基承载力的方法载荷试验时是在现场试坑中设计基底标高处的天然土层上设置载荷板，然后在其上施加垂直荷载，测定载荷板上的压力与变形的关系，由建筑地基基础设计规范(GB0007-2002)附录C的方法确定该土层的地基承载力特征值fak。【例题8】对于二级建筑物，当采用土

10、的抗剪强度指标确定地基承载力时，下列哪项工作是必须作的（）。A. 地基的变形验算B.地基的沉降观测C.地基土的承载力验算D. 场地的稳定性验算答案：A2地基承载力特征值的深宽修正由载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，应按下式进行深度和宽度的修正：fa=fak+b(b-3)+dm (d-0.5) (17-3-2)式中fa修正后的地基承载力特征值；fak按现场载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值；b、d基础宽度与深度的承载力修正系数，根据基底下土的类别查表17-3-1；b基础底面宽度(短边)，当基础宽度小于3

11、m时按3m计算，大于6m时按6m取值；【例题9】某建筑物条形基础的宽度为2m，在进行地基承载力特征值的深宽修正时，b的取值为（）。A. 1m B. 2m C. 3m D. 6m 答案：C3基础底面尺寸的确定基础底面的尺寸可以按照持力层承载力的设计值确定。当地基压缩层范围内存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层的承载力验算。(1)基底压力计算基底压力按下式计算：b矩形基础和条形基础底边的宽度；l矩形基础底边的长度；c基础底面处土的自重压力标准值；z基础底面至软弱下卧层顶面的距离；地基压力扩散线与垂直方向的夹角，可按表17-3-2采用。【例题12】某建筑物的箱形基础宽8.Om，长20m，持力层情况见表

12、17-3-3，载荷试验确定的地基承载力特征值fak=160kPa，箱基埋深d=4m，试确定粘土持力层经深宽修正后的地基承载力特征值。已知地下水位在地面下2m处。【解】 因箱基宽度b=8.Om6.Om，故按6m考虑；箱基埋深d=4m。持力层为粘土，因为Il=0.730.85,e=0.8350kPa，所以b=0，d=1.1。下卧层顶面埋深d/=d+z=2.3+3.5=5.8m，土的平均重度0为：四、地基的变形验算四、地基的变形验算建筑物的地基变形验算要求是其地基变形计算值不超过地基变形允许值，即 (17-3-10)式中为地基广义变形值，可分为沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜等。为建筑物所能承受的地基

13、广义变形的容许值，可查建筑地基基础设计规范GB50007-2002表5.3.4。在计算地基变形时，应符合下列规定：(1)建筑物是否应进行地基的变形验算，需根据地基基础的设计等级以及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度来决定，具体可参见建筑地基基础设计规范GB50007-2002中第3.0.2条的规定。(2)对于因建筑地基不均匀、荷载差异大及体形复杂等因素引起的地基变形，在砌体承重结构中应由局部倾斜控制；在框架结构和单层排架结构中应由相邻柱基的沉降差控制，在多层、高层建筑和高耸结构中应由倾斜值控制。(3)在必要时应分别预估建筑物在施工期间和使用期间的地基变形值,以便预留建筑物有关部分之间的

14、净空,考虑连接方法和施工顺序。一般建筑物在施工期间完成的沉降量,对于砂土可认为其最终沉降量已基本完成,对于低压缩性粘性土可认为已完成最终沉降量的5080,对于中压缩粘性土可认为已完成2050,对于高压缩粘性土可认为已完成520。【例题14】按照建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）的规定，对于砌体承重结构，其变形应由（ ）控制A.倾斜B. 局部倾斜C. 沉降量D. 沉降差答案：B【例题15】针对不同的地基土，可分别预估建筑物在施工期间的地基变形值，如对于压缩系数为0.3的粉质粘土，其在施工期完成的沉降量约为最终沉降量的（中压缩 ）。A. 100%砂土B. 5080低C. 2050中D

15、. 520高 答案：C五、减少不均匀沉降损害的措施五、减少不均匀沉降损害的措施混合结构房屋对地基的不均匀沉降很敏感的，墙体极易产生呈45左右的斜裂缝。如果中部沉降大，墙体发生正向弯曲，裂缝与主拉应力垂直，裂缝呈正八字形开展；反之，两端沉降大，墙体反向弯曲。则裂缝呈倒八字形。裂缝首先在墙体刚度削弱的窗角发生，而窗洞就是裂缝的组成部分。对于框架结构和单层排架结构主要由于相邻柱基的沉降差使构件受剪扭曲破坏，所以应由沉降差来控制，并要求沉降量不宜过大。对于高耸结构物，高层建筑，应控制基础的倾斜，其允许倾斜值主要取决于人类感觉的敏感程度，倾斜值达到明显可见的程度大致为1/250，结构破坏则大致在倾斜值达

16、到1/150时开始。意大利的比萨斜塔和我国的苏州虎丘塔就因为过大的倾斜不得不进行地基加固。为了使基础倾斜后产生的附加弯矩控制在合适范围内，高耸结构和高层建筑的倾斜允许值应随着建筑物高度的增加而减小。通过分析得到倾斜值的允许值： =b/120H0 (173-11)从而制得表2-12的有关数据。当然，高耸结构和高层建筑的沉降量也应在一定的范围内。目前带裙房的高层建筑的基础整体设计由于可以充分利用地下空间而被广泛应用。裙房荷载小,主楼荷载大,根据我国长期研究的结果整体基础应由相对弯曲来控制，允许相对弯曲r应在0.050.07范围内。由于沉降计算方法误差较大，理论计算结果常和实际产生的沉降有出入。对于

17、重要的、新型的、体型复杂的房屋和结构物。或使用上对不均匀沉降有严格控制的房屋和结构物，还应进行系统的沉降观测，一方面它能观测沉降发展的趋势并预估最终沉降量，以便及时研究加固及处理措施，同时也可以验证地基基础设计计算的正确性，以完善设计规范。沉降观测点的布置，应根据建筑物体型、结构、工程地质条件等综合考虑，一般设在建筑物四周的角点、转角处、中点；沉降缝和新老建筑物连结处的两侧，或地基条件有明显变化区段内，测点的间隔距离为812m。沉降观测应从施工时就开始，民用建筑每增高一层观测一次。工业建筑应在不同的荷载阶段分别进行观测，完工后逐渐拉开观测间隔时间直至沉降稳定为止，稳定标准为半年的沉降量不超过2

18、mm。当工程有特殊要求时，应根据要求进行观测。【例题16】沉降观测点的布置，应根据建筑物体型、结构、工程地质条件等综合考虑，下列不符合沉降点设置要求的是（）。A.一般设在建筑物四周的角点、转角处、中点B.设在沉降缝和新老建筑物连结处的两侧C.设在地基条件有明显变化区段内D.测点的间隔距离为1015m 答案：D【例题17】对于建筑物在施工期间设置的沉降观测点，其稳定标准为（）。A. 半年的沉降量不超过2mm B. 半年的沉降量不超过5mmC. 1年的沉降量不超过2mm D. 1年的沉降量不超过5mm 答案：A六、地基基础和上部结构共同作用的概念六、地基基础和上部结构共同作用的概念(一)基本概念建

19、筑结构常规设计是将上部结构、基础与地基三者分离出来作为独立的结构体系进行力学分析。分析上部结构时用固定支座来代替基础，并假定支座没有任何变形，以求得结构的内力和变形以及支座反力；然后将支座反力作用于基础上，用材料力学的方法求得线形分布的地基反力，进而求得基础的内力和变形；再把地基反力作用于地基或桩基上来验算承载力和沉降。这种方法忽视了地基、基础和上部结构在接触部位的变形协调条件，其后果是底层和边跨梁柱的实际内力大于计算值，而基础的实际内力则比计算值小很多。因此，合理的设计方法应将三者作为一个整体，考虑接触部位的变形协调来计算其内力和变形，这种方法称为上部结构和地基基础的共同作用分析。(二)地基

20、基础和上部结构共同作用分析方法的主要考虑因素1上部结构刚度对共同作用的影响上部结构刚度是指上部结构对基础不均匀沉降或弯曲的抵抗能力，包括水平刚度、竖向刚度和抗弯刚度的综合。结构刚度和施工条件有着密切的关系，共同作用分析时要考虑刚度的形成方式。结构刚度能大大改善基础的纵向弯曲程度，如考虑刚度“一次形成”，其纵向弯曲约为绝对柔性基础的十分之一；对于框架结构的柱荷载，考虑共同作用时边柱荷载随层数增加而增大，例如8跨框架增加到15层时，边柱荷载增加了40，而内柱则普遍卸载；对于剪力墙结构，底层两端的板墙均出现应力集中的现象；随着建筑物层数的增加，箱基和上部结构作为一个整体的中性轴逐渐上移，箱形基础顶板

21、钢筋应力从压应力逐渐向拉应力转化。2地基土性质与计算模型的影响基础与地基土之间的相对刚度不同会影响接触面的反力与变形。基础刚度较大而地基土较软弱时，地基反力近似于线形分布；如地基土坚硬而基础刚度较小时，荷载与地基反力两者的分布有着明显的一致性，而基础内力很小；实测资料亦表明，软土地基采用弹塑性地基模型的计算结果比线弹性模型更接近于实测结果。随着地基抵抗变形能力的增强，考虑地基基础和上部结构共同作用的意义将相应降低，对于高压缩性地基土上的框架结构和剪力墙结构，常规设计的结果常使上部结构偏于不安全，而基础设计则偏于不经济。七、浅基础的结构设计七、浅基础的结构设计(一)无筋扩展基础 1无筋扩展基础结

22、构的设计原则根据这类基础材料具有抗压强度高而抗拉、抗剪强度低的特点，在进行无筋扩展基础设计时必须使基础主要承受压应力，并保证基础内产生的拉应力和剪应力都不超过材料强度的设计值。具体设计中主要通过对基础的外伸宽度与基础高度的比值进行验算来实现。2无筋扩展基础的设计计算步骤 1)初步选定基础高度H2)根据地基承载力条件初步确定基础宽度b。3)按下列公式进一步验算基础的宽度： bb0十2Htan (17-3-12)式中 H、b0、b2分别为基础的高度、顶面砌体宽度和外伸长度，如图17-3-2所示；tan为基础台阶宽高比的允许值，。称为刚性角，tan =b2/H可按建筑地基基础设计规范GB500072

23、002表8.1.2选用。如验算符合要求，则可采用原先选定的基础宽度和高度，否则应调整基础高度重新验算，直至满足要求为止。(二)墙下条形基础1墙下条形基础结构的设计原则墙下钢筋混凝土条形基础的内力计算一般可按平面应变问题处理，在长度方向可取单位长度计算。截面设计验算的内容主要包括基础底面宽度b和基础的高度h及基础底板配筋等。基底宽度应根据地基承载力要求确定，基础高度由混凝土的抗剪切条件确定，基础底板的受力钢筋配筋则由基础验算截面的抗弯能力确定。在确定基础底面尺寸或计算基础沉降时，应考虑设计地面以下基础及其上覆土重力的作用，而在进行基础截面设计(基础高度的确定、基础底板配筋)中，应采用不计基础与上

24、覆土重力作用时的地基净反力计算。【例题18】在进行基础设计时，截面设计验算的主要包括的内容中不含（）。A. 底面宽度b B. 基础的高度h C. 基础底板配筋D. 层高答案：D【例题19】地基净反力中不包括（）。A. 基础自重B.上覆土重力作用C.上部结构作用于基础上的作用力D.A+B答案：D2基础截面的设计计算步骤1)计算地基净反力4)构造要求墙下条形基础一般采用梯形截面，其边缘高度一般不宜小于200mm，坡度i1:3。基础混凝土的强度等级不宜低于C15。底板受力钢筋的最小直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm和小于100mm。当有垫层时，混凝土的保护层净厚度不宜小于35mm，无垫层时不

25、宜小于70mm。底板纵向分布钢筋，直径68mm，间距250300mm。【例题20】按照构造要求，当无垫层施工基础混凝土时，其钢筋的保护层厚度不宜小于（）。A. 35mm B. 45mm C. 70mm D. 90mm 答案：C(三)柱下独立基础1 柱下独立基础的设计计算步骤根据地基承载能力确定柱下独立基础的底面尺寸后，可根据其截面内力计算结果进行截面的设计验算，主要内容包括基础截面的抗冲切验算和纵、横方向的抗弯验算，并由此确定基础的高度和底板纵、横方向的配筋量。1)基础截面的抗冲切验算与基础高度的确定基础高度由柱与基础交接处以及基础变阶处的抗冲切破坏要求确定。设计时可先假设一个基础高度h，然后

26、按下列公式验算抗冲切能力这里hp为受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，hp取1.0；当h200mm时，hp取0.9，中间值线性内插；ft为混凝土抗拉强度设计值(kPa)；h0为基础冲切破坏锥体的有效高度(m)；am为基础冲切破坏锥体最不利一侧的计算长度(m)；at为基础冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，在验算柱与基础交接处的抗冲切能力时，取柱宽a；在验算柱与基础变阶处的抗冲切能力时，取上阶宽；ab为基础冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，ab取柱宽a加两倍基础有效高度h0；计算基

27、础变阶处的受冲切承载力时，ab取上阶宽加该处的两倍基础有效高度。当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外，即a+2h0l时，ab=l02)基础内力计算和配筋当台阶的宽高比不大于2.5及偏心距不大于b6(b为基础宽度)时，柱下单独基础在纵向和横向两个方向的验算截面I-I和的弯矩可按下式计算式中Pjmax、Pjmin、PjI分别为基底最大、最小和计算截面处的净反力设计值(kPa)；a1为验算截面至基础边沿的距离(m)；l、b分别为基础底面短边长度和长边长度(m)；lc、bc分别为柱截面的宽度和高度(m)，当计算变阶处抗冲切时lc、bc取相应台阶的宽度和长度。 柱下单独基础的底板应在两个方向配置

28、受力钢筋，底板长边方向和短边方向的受力钢筋面积As和As(m2)分别为这里d为钢筋直径，h0、d均以mm计，其余符号同前。2柱下独立基础的设计构造要求柱下钢筋混凝土独立基础，除应满足墙下钢筋混凝土条形基础的一般要求外，尚应满足如下一些主要构造要求：矩形独立基础底面的长边与短边的比值lb，一般取11.5。阶梯形基础每阶高度一般为300-500mm。锥形基础的边缘高度，一般不宜小于200mm，也不宜大于500mm；锥形坡度角一般取250，最大不超过350。柱下钢筋混凝土单独基础的受力钢筋应双向配置。当基础宽度大于3m时，基础底板受力钢筋可缩短为0.9a交错布置，其中a=l-50mm(l为基础底面长

29、边长度)。(四)柱下条形基础1柱下条形基础的受力特点柱下条形基础在其纵、横两个方向均产生弯曲变形，故在这两个方向的截面内均存在剪力和弯矩。柱下条形基础的横向剪力与弯矩通常可考虑由翼板的抗剪、抗弯能力承担，其内力计算与墙下条形基础相同。柱下条形基础纵向的剪力与弯矩一般则由基础梁承担，基础梁的纵向内力通常可采用简化法(直线分布法)或弹性地基梁法计算。2基础梁的纵向内力计算方法当地基持力层土质均匀，上部结构刚度较好，各柱距相差不大(20)，柱荷载分布较均匀，且基础梁的高度大于16柱距时，地基反力可认为符合直线分布，基础梁的内力可按简化的直线分布法计算。当不满足上述条件时，宜按弹性地基梁法计算。1)直线分布法根据上部结构的刚度与变形情况，可分别采用静定分析法和倒梁法。i)静定分析法静定分析法是按基底反力的直线分布假设和整体静力平衡条件求出基底净反力，并将其与柱荷载一起作用于基础梁上，然后按一般静定梁的内力分析方法计算各截面的弯矩和剪力。静定分析法适用于上部为柔性结构，且基础本身刚度较大的条形基础。本方法未考虑基础与上部结构的相互作用，计算所得的不利截面上的弯矩绝对值一般较大。