基础工程---第二章: 天然地基上的浅基础 (2)

1 引言

在<基础工程---第二章: 天然地基上的浅基础 (1)>中, 总结了本章的一些思考题目. 这个笔记简要描述了3/22/2201到3/28/2021(Week 3) 的outline, 供课后学习参考.  

2 基础的分类

总的来说, 基础可以分为浅基础和深基础(Foundations may be classified based on where the load is carried by the ground). 浅基础(Shallow Foundations)的埋置深度不大(小于或等于基础底面宽度，D/B<=1, 一般认为小于5m), 且可用简便施工方法进行基坑开挖和排水，如柱下独立基础、条形基础、筏板基础、交叉梁基础。深基础(Deep Foundations)的浅层土质不良，需要利用深处良好地层,采用专门的施工方法和机具建造，如桩基、沉井、地下连续墙、箱形基础、较深的筏板基础等。

浅基础不同于深基础主要表现在: (1) 从施工角度看，开挖基坑过程中降低地下水位(当地下水位较高时)和保证坑壁(或边坡)稳定的问题比较容易解决；(2) 从设计角度来看，浅基础的埋置深度一般较浅，因此可以只考虑基础底面以下土的承载力，而忽略基础侧面土提供的竖向承载力。

[问题1] 为什么选择基础形式时优先采用浅基础？

天然地基上明挖基础埋深浅，结构形式简单，施工简便易行，造价低，保证质量，经济效益好，故广泛应用。

3 浅基础的设计内容

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。  

4 浅基础的类型

4.1 按基础材料分类

(1) 砖基础---砖基础取材容易，就地取材、价格较低、施工简便, 应用广泛，一般可用于6层及6层以下的民用建筑和砖墙承重的厂房。

(2) 毛石基础---由于毛石之间间隙较大，如果砂浆粘结的性能较差，则不能用于多层建筑，且不易于地下水位以下。但由于毛石基础的抗冻性能较好，北方也有用来作为7层以下的建筑物基础。

(3) 灰土基础---灰土是用石灰和土料配置而成的。在我国华北和西北地区，广泛用于5层和5层以下的民用房屋。

(4) 三合土基础---三合土是由石灰、砂和骨料（矿渣、碎砖和碎石）加水混合而成。一般只用于4层及4层以下的民用建筑。南方有的地方习惯用水泥、石灰、砂、骨料的四合土作为基础。

(5) 混凝土基础---常用在荷载较大的墙柱处。

(6) 钢筋混凝土基础---在荷载较大或地基较差的情况下使用。

4.2 按基础材料的性能分类

(1) 刚性基础

优点: 材料具有较好的抗压性能，稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只需地基承载力能满足要求，适用于多层民用建筑和轻型厂房。当基础较厚时，可在纵横两个剖面上都做成台阶形，以减少基础自重，节省材料。缺点: 自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基承载力而影响结构物的正常使用。所以对于荷载大或上部结构对差异沉降较敏感的结构物，当持力层土质较差又较厚时，无筋扩展基础作为浅基础是不适宜的。刚性基础可分为：墙下刚性条形基础和柱下刚性独立基础.

(2) 柔性基础(钢筋混凝土扩展基础)

优点: 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; 不受台阶宽高比的限制，采用扩大基础底面积的方法来满足地基承载力的要求，但不必增加基础的埋深，故适宜于需要“宽基浅埋”的场合下采用。基础在基底反力作用下，在a-a断面产生的弯曲拉应力和剪应力若超过了基础建材的强度值，为防止基础在a-a断面开裂甚至断裂，必须在基础中配置足够数量的钢筋。

4.3 按结构型式分类

(1) 墙下条形基础---墙下条形基础有刚性条形基础和钢筋混凝土条形基础两种。

(2) 柱下单独基础---柱下单独基础也分为柱下刚性基础和柱下钢筋混凝土基础。

(3) 柱下条形基础和联合基础

(4) 交梁基础(十字条形基础）

(5) 筏板基础(片筏)基础

(6) 箱形基础---箱形基础是由钢筋混凝土底版、顶板和纵横内外墙组成的整体空间结构。

5 基础埋置深度

基础埋置深度是指设计地面到基础底面的深度. 基础埋置深度关系到建成后建筑物的牢固、稳定和正常使用. 主要的影响因素包括:

(1) 与建筑物有关的条件---包括建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的型式和构造等。

(2) 作用在地基上的荷载大小和性质

(3) 工程地质条件和水文地质条件---合理选择地基持力层。另外，选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。

(4) 相邻建筑物的基础埋深---当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑物的基础埋深。当埋深大于原有建筑物的基础埋深时，两基础之间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑物荷载大小、基础型式和土质情况而定。

(5) 地基土冻胀和融陷的影响---当地的冻结深度. 为了保证建筑物不受地基土季节性冻胀的影响，除地基为非冻胀性土外，基础底面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度。《公桥基规》规定，当上部结构为超静定结构时，基底应埋置在最深冻结线以下不小于0.25m；对静定结构的基础，一般也按此要求，但在冻结较深地区，为了减少基础埋深，有些类别的冻土经计算后也可将基底置于最大冻结线以上。 

6 确定地基承载力

地基承载力是指地基土单位面积上承受荷载的能力, 无论是轴心荷载作用还是偏心荷载作用,都应该使用修正后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，从载荷试验或原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值尚应进行深宽修正; 当地基受力层范围内有软弱下卧层时,应该进行下卧层验算.

地基容许承载力的确定一般有以下四种方法：

(1) 在土质基本相同的条件下，参照邻近建筑物地基容许承载力；

(2) 根据现场荷载试验的p-s曲线；

(3) 按地基承载力理论公式计算；

(4) 按现行规范提供的经验公式计算。

7 按地基承载力确定基础底面尺寸

设计浅基础时，一般先确定埋深d并初步选择底面尺寸，求得基底以下持力层的修正后的承载力特征值，再按下列条件验算并调整尺寸直至满足设计要求为止。

8 防止不均匀沉降损害的措施

一、建筑措施

    (1) 建筑物的体型力求简单

    (2) 在应力突变处，宜设置沉降缝

    (3) 相邻建筑物基础间的净距

    (4) 调整建筑物某些组成部分的标高

二、结构措施

    (1) 减轻建筑物的自重 (减小基底压力)

    (2) 设置圈梁 (增加建筑物的整体性)

    (3) 减小或调整基底附加压力

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