2刚性基础与扩展基础
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
刚性基础与扩展基础
第二章 刚性基础与扩展基础
FOUNDATION ENGINEERING
刚性基础与扩展基础
2.1
概 述
2.2 基础埋深的选择
2.3 地基承载力
2.4 扩展基础的设计计算
FOUNDATION ENGINEERING
刚性基础与扩展基础
2.1
概 述
2.2 基础埋深的选择
2.3 地基承载力
2.4 扩展基础的设计计算
FOUNDATION ENGINEERING
2-1 概述
第 2-1-1 刚性基础的构造要求 二 章 工程实践中，常采用素混凝上、砖、毛石等材料修筑基础．上 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
述材料的共同特点是具有较大约抗压强度，而抗弯、抗剪强度较 低。 基础的高度相对比较大，几乎不发生挠曲变形，这种由素混 凝土、砖、毛石等材料砌筑、高度由刚性角控制的基础称之为刚 性基础，或称无筋扩展基础。 刚性基础在断面高度变化处容易产生弯曲或剪切破坏，因此 需要通过对基础构造的限制保证基础内的拉应力和剪应力不超过 允许值。这种限制通常是通过刚性角实现，即每个台阶的宽度与 高度的比值不超过规定。
2. 柱下钢筋混凝土独立基础
a）台阶型
b）锥台型
c）杯口型
FOUNDATION ENGINEERING
刚性基础与扩展基础
2.1
概 述
2.2 基础埋深的选择
2.3 地基承载力
2.4 扩展基础的设计计算
FOUNDATION ENGINEERING
2-2 基础埋置深度的选择
第 二 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础 基础埋置深度一般是指基础底面到室外设计地面的距离，简称 基础埋深。
在满足其他 要求下尽量 浅埋
基础工程南航版(第2章)
t=1~2m；
当[σ] 不大不小时，可用中间值。
2）基础的剖面形式
长方形 长方形 长方形 （矩形） （矩形） （矩形）
梯形 梯形 梯形 （锥形） （锥形） （锥形）
阶梯形 阶梯形 阶梯形 （台阶形） （台阶形） （台阶形）
台阶高度t：
即
α≤ α[max]
α压力分布角（扩散角） ：墩台（柱、墙）底
面边缘与基础底面边缘的连线与竖直面之间夹 角称为压力分布角。 α[max]刚性角（最大扩散角） ：基础材料不发 生拉裂时，所容许的最大压力分布角。
扩散角的由来
1、基础本身传力方式 2、基础外部受力
1、基础本身的传力方式
一般基础平面型式与桥梁墩身、台身、
台底的平面形状相似，常作成长方形
（方形）。
平面尺寸的决定与土的承载力、荷载的
大小有关系。
a）根据构造要求 （决定基础最小平面尺寸）
最小宽度：bi1=b0+2Ci 最小长度：ai1=a0+2Ci
襟边Ci的作用：
1.在基础施工和定位时都可能有误差，此时襟边可以调正； 2.保护基顶免于应力集中造成破坏； 3.制作圢身、台身时，可起支模支承点作用； 4.能扩大基底面积。
求；
4、插筋的下端宜作成直钩放在基础底板钢筋网上。符合一定条件时，可
只将柱四角的插筋伸至底板钢筋网上，其余插筋锚固在基础顶面下满足 锚固长度要求。
杯口型的构造要求：
1、柱的插入深度；
2、杯底厚度和杯壁厚度；
2-2 基础埋置深度的选择
2-2-1 建筑结构条件 2-2-2 场地环境条件 2-2-3 工程地质条件 2-2-4 水文地质条件 2-2-5 地基冻融条件
第二章刚性基础与扩展基础
dmin zd hmax
冻土层的最大厚度
计算步骤：按规范确定z0→冻土分类(五类)→计算zd →查表确定hmax→计算dmin
2.3 地基承载力
一、地基承载力设计原则
定义：保证在荷载作用下地基对土体产生剪切破坏而失效方面，有足够安
全度的地基土承受荷载的能力。
总安全系数法：将安全系数作为控制设计的标准。
基础底面下土重度 基础埋深内各土层加权平均重度
特点：实质为p1/4，无需宽度、深度修正。 适用：基底偏心距 e ≤0.033 b(b为偏心方向基础边长)时。 缺陷：没有考虑变形要求，尚应进行地基变形验算。
2.3 地基承载力
三、按承载力公式确定fa
以魏锡克公式（汉森公式等）为基础的理论公式计算 fa：
2.3 地基承载力
五、地基承载力的修正
修正原因：原位试验及经验值法结果只能反映一定宽、深
范围内的承载力，实际承载力随基宽和埋深增加而增加。
修正方法：
《建筑地基基础规范 GB 50007-2011》法：
fa fak b (b 3) d m (d 0.5)
修正后地基承载力特征值
2.2 基础埋置深度选择
三、工程地质条件的影响
地基上好下软，基础应尽量浅 埋，否则可深埋或浅埋加地基 处理；
倾斜持力层，可作台阶形； 边坡上的基础埋深应满足： 当b ≤ 3m，a ≥ 2.5m 时
d≥(b a) tan
不满足时，应按稳定性验算结 果确定。
d
2.2 基础埋置深度选择
3m≤b≤6m
《路桥地基规范JTG D63-2007》法： [ fa ] [ fa0 ] k1（1 b 2） k2（2 h 3)
刚性基础和扩展基础的概念
刚性基础和扩展基础的概念刚性基础和扩展基础是建筑工程中常见的两种基础形式，它们在设计和施工中起到了重要的作用。
下面将分别对刚性基础和扩展基础的概念进行详细阐述。
一、刚性基础的概念刚性基础是一种采用刚性材料构成的基础结构，可用于承受或分散建筑物荷载的基础形式。
刚性基础一般由混凝土、钢筋等材料构成，具有较高的强度和刚度，能够有效地将荷载传递到地基中。
刚性基础常见的形式包括承台、承台基础、连续墙基础等。
刚性基础的特点：1、刚性强：刚性基础由刚性材料构成，具有较高强度和刚度，在承受荷载时不易发生变形和位移。
2、稳定性好：刚性基础能够稳定地将建筑物的荷载传递到地基中，避免发生基础沉降和变形。
3、施工简单：刚性基础通常采用常见的建筑材料，在施工时较为简单，且具有较高的稳定性和可靠性。
刚性基础的应用范围：刚性基础适用于土质较好、地基较坚实的情况，一般适用于一些大型建筑物的基础设计，如高层建筑、大型厂房等。
刚性基础具有较高的承载能力和稳定性，能够满足大型建筑物的需要。
二、扩展基础的概念扩展基础是一种适用于地基条件较差、荷载较大的基础形式，通过增加基础底面的面积来增加基础的承载能力，以保证建筑物的安全稳定。
扩展基础一般由地下连续墙、斜拉桩、沉井等形式构成。
扩展基础的特点：1、增加承载能力：扩展基础通过增加基础的底面面积来增加承载能力，弥补了地基条件较差的不足。
2、防止沉降：扩展基础通过分散和减小单个基础的荷载压力，降低了地基压力，从而降低了基础的沉降。
3、适应性强：扩展基础具有较好的适应性，可以根据地基条件和建筑物荷载的大小进行设计和施工。
扩展基础的应用范围：扩展基础适用于地基条件较差、地基承载力不足的情况，一般适用于软土地区、高地下水位地区以及地震带等特殊地域。
扩展基础能够通过增加基础底面的面积来分散地基压力，提高整体的稳定性，保证建筑物的安全性。
总结：刚性基础是一种由刚性材料构成的基础结构，适用于土质较好、地基较坚实的情况，具有较高的强度和稳定性。
刚性基础与扩展基础
施工方法
01
02
03
04
浇筑混凝土垫层，铺设钢筋。
安装基础模板，浇筑混凝土。
养护混凝土，拆除模板。
进行质量检测和验收。
04
比较分析
优缺点比较
刚性基础 优点：结构整体性好，能承受较大的 上部荷载，受气候影响小，不易发生
基础沉降变形。
缺点：施工难度大，基础埋深较大， 地下水位较高时需采取相应措施。
适用范围
刚性基础适用于一般土质或软弱土质的地基，如粘土、砂 土、残积土等。
在地下水位较低、基础埋深较浅的情况下，刚性基础是较 为经济合理的选择。
设计原则
刚性基础的设计应满足建筑物对承载 力和稳定性的要求，同时考虑地基承 载力和变形的要求。
在设计时，应充分考虑基础的沉降和 变形，采取相应的措施进行控制和调 整。
施工方法
刚性基础的施工方法包括浇筑Байду номын сангаас、预制法等，具体选择应根据工程实际情况和施工条件确定。
在施工过程中，应严格控制施工质量，确保基础的强度和稳定性。
03
扩展基础
定义与特点
定义
扩展基础是指将建筑物荷载通过一块较大的底面积传递到下层土体中的基础类型。它通常由台阶和斜 面组成，以扩大基础的底面积。
特点
设计原则
01
根据建筑物荷载和地质 勘察报告，确定基础底 面积和埋深。
02
计算基础各部分的承载 力和稳定性，确保满足 安全要求。
03
考虑地下水的影响，采 取相应的防水和排水措 施。
04
在经济合理的原则下， 选择合适的材料和施工 方法。
施工方法
清理场地，整平地面。 放线定位，确定基础各部分的几何尺寸。
基础工程03刚性基础与扩展基础
2.3 地基承载力
——基本验算
《建筑地基规范》要求: pk fa
pk max 1.2 f a
pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值 pkmax——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值 fa ——修正后的地基承载力特征值
《公路桥涵地基与基础设计规范》要求：
13
2.刚性基础与扩展基础
Hunan University
2.2 基础埋置深度的选择
持力层——直接支撑 基础的土层
下卧层——持力层以 下的各土层
选择基础埋置深度， 也就是选择合适的地 基持力层
2019年1置深度示意
14
2.刚性基础与扩展基础
Hunan University
毛石基础
M15砂浆
灰土基础 三合土基础
体积比为3﹕7或2﹕8的灰土 ，其最小干密度：粉土1.55 t/m3；粉质粘土：1.50 t/m3；
粘土：1.45 t/m3
体积比为1﹕2﹕4～1﹕3﹕6 （石灰﹕砂﹕骨料），每层 约需铺220mm，夯至150mm
2019年11月21日
台阶宽高比允许值
pk≤100 1﹕1.00
tanα——无筋扩展基础台 阶宽高比的允许值，按规
石）按1：2：4～1：3：6配成 范表选用
2019年11月21日
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2.刚性基础与扩展基础
Hunan University
无筋扩展基础台阶高宽
比的允许值
基础材料
质量要求
混凝土基础
C15混凝土
毛石混凝土基 础
C15混凝土
砖基础
砖不低于MU10,M15砂浆
钢筋混凝土扩展基础（或柔性基础）——当不便 于采用刚性基础或采用刚性基础不经济时，做成 钢筋混凝土材料的基础。（例柱下钢筋混凝土独 立基础和墙下钢筋混凝土条形基础）
第2章刚性基础与扩展基础.
2. 2 基础埋置深度的选择
2.2.1工程地质条件 非岩石地基：
压缩层范围内为均质土: 基础埋置深度除应满足冲刷、冻胀等要求 外，可根据荷载大小，由地基土的承载能力和 沉降特性来确定(同时考虑基础需要的最小埋 深 )。 地层为多层土: 对大中型桥梁、结构物基础持力层的选 定，应通过较详细计算或方案比较后确定。
2. 2 基础埋置深度的选择
2.2.2建筑结构条件
对超静定结构 ， 基础发生较小的不均匀沉 降也会使内力产生一定变化。 如对拱桥桥台，为了减少可能产生的水平位 移和沉降差值，有时需将基础设置在埋 藏较深 的坚实上层上。 建筑结构的类型不同，地基沉降造成的危 害不同，高层建筑要求高，还要注意稳定性。 高层建筑，水平荷载大，岩石地基外，箱形 基础和筏形基础，基础埋深不小于建筑的1/15。 桩箱或桩筏基础，1/18~1/20。
时，采用这种基础形式是适宜的。
材料：钢筋混凝土 形式：柱下扩展基础、条形、十字形基础、
筏板及箱形
back
2. 2 基础埋置深度的选择
要求： 变形较小，而强度又比较大的持力层，以保证地 基强度满足要求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。 此外还要使基础有足够的埋置深度，以保证基础的稳定 性，确保基础的安全。 考虑因素：（提问） 地基的工程地质、场地环境条件、水文地质条件、 当地的冻融条件、上部结构形式，以及保证持力层稳定 所需的最小埋深和施工技术条件、造价等因素。
2. 1 概述
2.1.1刚性基础
襟边: 作用:扩大基底面积，调整施工误差，支 立墩、台身模板的需要。
取值:基底面积要求、 基础厚度及施工方法 。最小值为20cm-30cm。基础较厚(超 过lm以上)时，可浇砌 成台阶形。
2.1.1刚性基础 刚性角:满足刚性基础要求时，自墩台身 边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大 夹角αmax。 每个台阶宽度ci与厚 度ti保αi<=αmax，属刚 性基础，不必对基础进 行弯曲拉应力和剪应力 的强度验算，可不设置 受力钢筋。
2章刚性基础与扩展基础习题.
宽度设计为2.0m。
承载力特征值fak=80kPa
由上面计算可知：本例土层更软弱，故基础底 面积设计值必定更大，沉降及差异沉降也会更大。 由于场地尺寸限制和基础受力不合理等，增加条基 的长度往往是不可能和不恰当的，但如果单纯增加 基础宽度，势必会造成条基间距过小，因此选择条 基是不合理的。因此选择交叉条形基础是比较合适的。
例题1：柱的平面位置及柱荷载分布图
承载力特征值fak=160kPa
由题意，基础埋深宜选为D=1.5m，根据浅基础设计理 论大致确定底面尺寸。基础面积A=F / (fa-γD)，其中fa 为修正后 地基承载力设计值，基础选型时可初步估算fa ≈ （1.0~1.1） fak＝ 180kPa。
计算基础的底面积如下表：
③ 计算基底边缘压力
基础及上覆土重Gk＝γGdb=20×1.2×6.0＝144（KN） 上部结构传至基础底部的荷载标准值Fk=900 （KN） 基底所受力矩Mk=240 （KN.m） 基底抵抗矩W＝bl2/6=2×9/6＝3（m3） 偏心距e＝Mk/(Fk+Gk)=240/(900+144)=0.230<l/6 则基底边缘的压力为
P m mia n xF k AG kM W k7 2.4 4 .46 10(KPa)
⑤ 验算基底压力
Pk＝ (Fk+Gk) /A=157.93<fa=200.9(KPa) Pkmax＝ 241.46＞1.2 fa=241.1(KPa) 基础宽度不满足要求，将宽度增加到b＝1.26b1＝1.910（m）， 经重新验算满足地基承载力要求，取b＝1.910（m）
条形基础
条形基础
条形基础是浅基础按构造分类的一种。
墙的基础通常连续设置成长条形，称为条形基础。
类型：
1、刚性基础
刚性基础是由砖、石、素混凝土或灰土等材料做成的基础。
2．扩展基础
当刚性基础不能满足力学要求时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础。
柱下扩展基础和墙下扩展基础一般做成锥形和台阶形。
对于墙下扩展基础，当地基不均匀时，还要考虑墙体纵向弯曲的影响。
这种情况下，为了增加基础的整体性和加强基础纵向抗弯能力，墙下扩展基础可采用有肋的基础形式。
施工过程：
1、挖土方至河床处
2、用换填垫层法垫10cm厚的混凝土，使地基不接触泥土
3、混凝土上铺设30cm厚度的钢筋网混凝土基础（钢筋标号16）
4、砌砖130cm基础，并回填沙石子
5、钢筋混凝土地圈梁，形成构造柱
6、10cm厚的熟混凝土形成底层地面。
2刚性基础与扩展基础
4
刚性基础和柔性基础的概念理解
柔性基础
刚性基础
刚性基础的概念理解
✓基础在外力（包括基础自重）作用下，基底的地基反力为σ，此时 基础的悬出部分a-a断面左端，相当于承受着强度为σ的均布荷载的 悬臂梁，在荷载作用下，a-a断面将产生弯曲拉应力和剪应力。当基 础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生的弯 曲拉应力和剪应力时，a-a断面不会出现裂缝，这时，基础内不需配 置受力钢筋，这种基础称为刚性基础。 ✓优点：稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只要地基 强度能满足要求，它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基础类型。 ✓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强度而影响建筑物的正常使用。 ✓形式：刚性扩大基础，单独柱下刚性基础、条形基础等 。
大于10cm
d
2.刚性基础与扩展基础
2.2 基础埋置深度的选择
基础埋深应考虑因素： ✓建筑结构条件与场地环境条件 ✓工程地质条件 ✓水文地质条件 ✓地基冻融条件
2.刚性基础与扩展基础
2.2 基础埋置深度的选择 ——建筑结构条件与场地环境条件
✓ 建筑结构条件 ✓ 荷载大小 ✓ 荷载性质 ✓ 场地环境
L/ H=1~2
2.刚性基础与扩展基础
2.2 基础埋置深度的选择 ——场地环境条件
d
图示，若b≤3m 则a满足 下式但不小于2.5m
条形基础
a3.5bd/tan
矩形基础
a2.5bd/tan
不满足要求时，应进行地 基稳定性验算
土坡坡顶处基础的埋深
2.刚性基础与扩展基础
2.2 基础埋置深度的选择
刚性基础与扩展基础的设计计算刚性基础与扩展基础的设计计算
刚性基础与扩展基础的设计计算刚性基础与扩展基础的设计计算2010-04-1909:242-4-1地基承载力验算如前所述直接支承基础的地基土层称为持力层在持力层下面的各土层称为下卧层若某下卧层承载力较持力层承载力低则称为软弱下卧层。
地基承载力的验算应进行持力层的验算和软弱下卧层的验算。
下面首先介绍持力层的验算。
1.中心受荷基础各级各类建筑物浅基础的地基承载力验算均应满足式2.5的要求。
即基础底面的平均压力不得大于修正后的地基承载力特征值。
如图2.9示一单独基础其埋深为d承受作用于基础顶面且通过基础底面中心的竖向荷载Fk基础底面积为A基底平均压力表示为: 2-16 式中Fk-相应于荷载效应标准组合时上部结构传至基础顶面的竖向力值Gk-基础自重和基础上的土重。
对一般实体基础可近似地取GkγGAdγG为基础及回填土的平均重度可取γG20kN/m3但在地下水位以下部分应扣去浮托力。
将Gk代入式2-16并满足pk≤fa可得: 2-17 对墙下条形基础通常沿墙长度方向取1m进行计算此时可得基础宽度为: 2-18 式2-18中的Fk为基础每米长度上的外荷载kN/m。
2.偏心受荷基础工程实践中有时基础不仅承受竖向荷载还可能承受柱、墩传来的弯矩及水平力作用例如建筑物框架柱可能承受单向弯矩及剪力、也可能承受双向弯矩和剪力河流中的漂流物如木筏、大的冰块等对桥墩横桥向产生的弯矩及剪力曲线上修筑的弯桥除顺桥向引起力矩外尚有离心力横桥向水平力在横桥向产生力矩。
此时基底反力将呈梯形或三角形分布如图2-10所示。
略2-4-2软弱下卧层验算建筑场地土大多数是成层的一般土层的强度随深度而增加而外荷载引起的附加应力则随深度而减小因此只要基础底面持力层承载力满足设计要求即可。
但是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其承载力很低如我国沿海地区表层土较硬在其下有很厚一层较软的淤泥、淤泥质土层此时仅满足持力层的要求是不够的还需验算软弱下卧层的强度要求传递到软弱下卧层顶面处土体的附加应力与自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力即pzpcz≤faz2-22 式中pz-相应于荷载效应标准组合时软弱下卧层顶面处的附加应力值pcz-软弱下卧层顶面处土的自重压力值faz-软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值。
房屋建筑学基础的类型总结
3、三合土基础
（1）概念： 三合土基础是用石灰、砂、碎石（或碎砖、矿渣等）三种材料按 1:2:4或1:3:6的体积比拌和夯实而成。 （2）施工 在基槽内分层夯实，每层夯实前虚铺220㎜，夯实后的厚度为150㎜。 （3）要求： 基础宽度不应小于600mm，高度不应小于300mm. （4）优缺点： 造价低廉，施工简单，但强度较低。 （4）适用： 地下水位较低的四层和四层以下的民用建筑中。
扩展基础构造要求
锥形基础边缘高不宜<200mm，坡度i≤1:3；小于250mm时可做成等厚板。 阶梯形基础每阶高宜为300～500mm。
垫层厚度一般为100mm，垫层混凝土强度等级应为C10。
底板受力钢筋最小直径不宜<10mm,间距不宜>200mm和<100mm。墙 下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径≮8mm，间距≯300mm。 有垫层时混凝土的净保护层厚不宜<40mm，无垫层时不宜<70mm。 混凝土强度等级不宜低于C20。 根据经验,初选时基础的高度一般大于或等于b/8。
桩基础
桩基础
（4）分类： 1）按桩的受力特征可分为摩擦桩和端承桩； 2）按制作工艺分：预制桩 灌注桩：振动灌注桩、钻孔灌注桩、扩底灌注桩、爆扩灌注桩等。 3）按桩身的材料不同可分为：钢筋混凝土桩、钢桩、木桩等。 4）按截面形式可分为方形桩、圆形桩、环形、六角形；
墙下条形基础
柱下条形基础
（三）井格基础：
条形基础的衍生，纵横向均相连，形成井字型；当 地基条件较差或上部荷载较大时，为了提高建筑的整体刚 度，提高建筑物的整体性，防止柱子之间产生不均匀沉降， 常将柱下基础沿纵横两个方向扩展连接起来，做成十字交 叉的井格基础。
基础的类型
基础的类型:基础按受力特点及材料性能可分为刚性基础和柔性基础；按构造的方式可分为条形基础、独立基础、片筏基础、箱形基础等。
1．按材料及受力特点分类(1)刚性基础: 受刚性角限制的基础称为刚性基础。
刚性基础所用的材料的抗压强度较高，但抗拉及抗剪强度偏低。
刚性基础中压力分布角a称为刚性角。
在设计中，应尽力使基础大放脚与基础材料的刚性角相一致，目的：确保基础底面不产生拉应力，最大限度地节约基础材料。
构造上通过限制刚性基础宽高比来满足刚性角的要求。
常用的有：砖基础。
灰土基础。
三合土基础。
毛石基础。
混凝土基础。
毛石混凝土基础。
1)大放脚为保证基础外挑部分在基底反力作用下不至发生破坏。
2)灰土基础灰土基础适用于地下水位较低的地区，并与其他材料基础共用，充当基础垫层。
3)三合土基础三合土基础一般多用于地下水位较低的四层和四层以下的民用建筑工程中。
4) 毛石基础具有强度较高、抗冻、耐水、经济等特点。
5)混凝土基础常用于地下水位高，受冰冻影响的建筑物。
6)在上述混凝土基础中加入一定体积毛石，称为毛石混凝土基础。
2)柔性基础。
在混凝土基础底部配置受力钢筋，利用钢筋受拉，这样基础可以承受弯矩，也就不受刚性角的限制。
所以钢筋混凝土基础也称为柔性基础。
钢筋混凝土基础断面可做成梯形，最薄处高度不小于200mm；也可做成阶梯形，每踏步高300-500mm。
通常情况下，钢筋混凝土基础下面设有C7．5或C10素混凝土垫层，厚度lOOmm左右；无垫层时，钢筋保护层为75mm，以保护受力钢筋不受锈蚀。
2．按构造分类(1)独立基础(单独基础)。
1)柱下单独基础。
单独基础是柱子基础的主要类型。
2)墙下单独基础。
墙下单独基础是当上层土质松软，而在不深处有较好的土层时，为了节约基础材料和减少开挖土方量而采用的一种基础形式。
(2)条形基础。
1)墙下条形基础。
条形基础是承重墙基础的主要形式。
当上部结构荷载较大而土质较差时，可采用钢筋混凝土建造，墙下钢筋混凝土条形基础一般做成无肋式；肋式的条形基础条件：地基在水平方向上压缩性不均匀，为了增加基础的整体性，减少不均匀沉降。
基础工程课件2刚性基础与扩展基础
刚性基础的分类
单桩基础
通过单根桩将建筑物的荷载传递到地下，适用于地质较好的地区。
扩底基础
在传统基础上增加底部扩底，增加承载能力，适用于地质较差的地区。
桩承基础
通过桩的承载能力来支撑建筑物，适用于来自土地基。什么是扩展基础？
扩展基础是指通过增加建筑物在地下的扩展部分，来增加基础的承载能力和 稳定性。它可以有效解决地质条件较差的地区基础工程问题。
扩展基础的分类和应用场景
桩筏基础
通过桩和承台的结合，承载建筑物的荷载，适 用于软土地区。
钻孔桩基础
在地下钻孔后注入浆液，形成钻孔桩支撑建筑 物，适用于软土和岩石地区。
墩台基础
通过墩柱和承台的结合来支撑建筑物，适用于 地基较差或河流、湖泊等水体区域。
扩展基础的优缺点
1 优点
提高基础工程的承载能力和稳定性。
基础工程材料的选择要考虑承载能力、耐久性、抗震性、施工便利等多个因 素，并遵循相关规范和标准。
基础施工质量控制与技巧
1 施工过程管理
2 工艺控制
加强施工过程的管理，确保每个环节的质 量。
掌握正确的施工工艺，确保施工质量。
实等。
3
模板安装
安装钢模板，用于浇筑混凝土。
钢筋绑扎
4
按照设计要求进行钢筋的绑扎工作。
5
混凝土浇筑
将混凝土倒入模板，保持施工质量。
养护和验收
6
进行混凝土的养护工作，并进行基础 的验收。
刚性基础与扩展基础的选择原 则
选择刚性基础还是扩展基础需要考虑建筑物的荷载、地质条件、施工工艺等 多个因素。综合评估后，选择最合适的基础类型。
基础工程的安全性能分析
人身安全
保障工人在基础施工过程中的人身安全。
刚性基础与扩展基础的设计计算刚性基础与扩展基础的设计计算
刚性基础与扩展基础的设计计算刚性基础与扩展基础的设计计算2010-04-1909:242-4-1地基承载力验算如前所述直接支承基础的地基土层称为持力层在持力层下面的各土层称为下卧层若某下卧层承载力较持力层承载力低则称为软弱下卧层。
地基承载力的验算应进行持力层的验算和软弱下卧层的验算。
下面首先介绍持力层的验算。
1.中心受荷基础各级各类建筑物浅基础的地基承载力验算均应满足式2.5的要求。
即基础底面的平均压力不得大于修正后的地基承载力特征值。
如图2.9示一单独基础其埋深为d承受作用于基础顶面且通过基础底面中心的竖向荷载Fk基础底面积为A基底平均压力表示为: 2-16 式中Fk-相应于荷载效应标准组合时上部结构传至基础顶面的竖向力值Gk-基础自重和基础上的土重。
对一般实体基础可近似地取GkγGAdγG为基础及回填土的平均重度可取γG20kN/m3但在地下水位以下部分应扣去浮托力。
将Gk代入式2-16并满足pk≤fa可得: 2-17 对墙下条形基础通常沿墙长度方向取1m进行计算此时可得基础宽度为: 2-18 式2-18中的Fk为基础每米长度上的外荷载kN/m。
2.偏心受荷基础工程实践中有时基础不仅承受竖向荷载还可能承受柱、墩传来的弯矩及水平力作用例如建筑物框架柱可能承受单向弯矩及剪力、也可能承受双向弯矩和剪力河流中的漂流物如木筏、大的冰块等对桥墩横桥向产生的弯矩及剪力曲线上修筑的弯桥除顺桥向引起力矩外尚有离心力横桥向水平力在横桥向产生力矩。
此时基底反力将呈梯形或三角形分布如图2-10所示。
略2-4-2软弱下卧层验算建筑场地土大多数是成层的一般土层的强度随深度而增加而外荷载引起的附加应力则随深度而减小因此只要基础底面持力层承载力满足设计要求即可。
但是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其承载力很低如我国沿海地区表层土较硬在其下有很厚一层较软的淤泥、淤泥质土层此时仅满足持力层的要求是不够的还需验算软弱下卧层的强度要求传递到软弱下卧层顶面处土体的附加应力与自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力即pzpcz≤faz2-22 式中pz-相应于荷载效应标准组合时软弱下卧层顶面处的附加应力值pcz-软弱下卧层顶面处土的自重压力值faz-软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值。
基础的类型与构造.
预制桩基础施工现场图
预制桩基础
灌注桩基础
箱型基础施工现场图
(c)箱形基础
满堂基础
筏式基础施工现场图
二. 基础的类型与构造
按基础构造形式分类——桩基础 适用范围：当地下软弱土层很深，而上部房屋荷载又很大，不宜采用浅 基础时，常采用桩基础。 特点：采用桩基础能节省基础材料，减少挖填土方工程量，缩短工期。 工作原理：房屋的荷载通过柱子似的桩穿过深达十多米甚至几十米的软 弱土层，直接支承在坚硬的岩层上。 组成部分：桩基础由桩和承台两部分构成。 常见类型：钢筋混凝土桩分预制桩、钢筋混凝土灌注桩。
二. 基础的类型与构造
按基础构造形式分类——满堂基础 概念：由成片的钢筋混凝土板支承整个房屋，板直接 支承在地基土层上或支承在柱基上的基础形式。 适用范围：连片基础整体性好，可以跨越基础下部的 局部软弱土层。 常见形式：筏式基础，箱形基础，连续薄壳基础等。 适用范围：筏式基础适用于下部土层较弱且刚度较好 的5～6层的居住建筑中；而箱形基础常用于高层建筑 或在软弱地基上建造的重型建筑物。
图4.砖基础的断面形式
二. 基础的类型与构造
按材料及受力特点分类——钢筋混凝土基础 概念：在混凝土基础的受拉区增设受拉钢筋， 形成钢筋混凝土扩展基础，工程上又称其为柔 性基础或非刚性基础。 特性：抗压强度高，抗拉、抗剪能力好，故该 基础宽度加大不受刚性角的限制。 构造要求：该基础常作成宽而薄的锥形，但应 注意基础最薄处不应小于200mm。 适用范围：钢筋混凝土扩展基础适用于荷载较 大 、层数较多的建筑中。
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2.刚性基础与扩展基础
内容提要
概 述 基础结构构造要求
基础埋臵深度的选择
地基承载力的确定方法 浅基础的设计计算（地基承载力与变形验算） 减轻建筑物不均匀沉降危害的建筑、结构及
施工措施。
2
2.刚性基础与扩展基础
基本要求
（1）了解刚性基础与钢筋混凝土扩展基础的受力特点、适用条件和 控制设计的方法，掌握刚性角概念。 （2）熟悉基础埋深的影响因素与选择原则，掌握地基承载力的常用 确定方法。 （3）熟悉地基变形特征量与验算要求，并能应用已学土力学等方法 进行地基变形计算与验算。 （4）掌握按地基承载力确定基础底面尺寸的计算方法（包括中心及 偏心受荷的两种情况）、以及地基软弱下卧层承载力的验算方法。 （5）掌握基础强度验算的要点及地基与基础稳定性分析方法。 （6）掌握减轻建筑物不均匀沉降危害的建筑、结构及施工措施。
上述基础材料都要符合强
度等级要求
灰土基础
石灰和土（粘性土）按其
体积比3：7或2：8构成
三合土基础
由石灰：砂：碎砖（或碎
石）按1：2：4～1：3：6配成
2.刚性基础与扩展基础
刚性基础台阶宽高比允许值
台阶宽高比允许值 基础材料 质量要求 pk≤100 混凝土基础 毛石混凝土基础 砖基础 毛石基础 C15混凝土 C15混凝土 砖不低于MU10,M15砂浆 M15砂浆 体积比为3﹕7或2﹕8的灰土 ，其最小干密度：粉土1.55 t/m3；粉质粘土：1.50 t/m3 ；粘土：1.45 t/m3 1﹕1.00 1﹕1.00 1﹕1.50 1﹕1.25 100＜pk≤200 1﹕1.00 1﹕1.25 1﹕1.50 1﹕1.50 200＜pk≤300 1﹕1.25 1﹕1.50 1﹕1.50 —
大放脚
砖基础：低层建筑—墙下基础。砌筑方便，强度低、抗冻性
差。砌法：二一间隔收或两皮一收（1/4砖）。
≥ MU20片石；
M5砂浆
≤200 ≥ 400
片石基础：砌筑较方便，抗冻性好。砌法：错缝搭接。
柱下砼基础
墙下砼基础
掺入毛石 节约水泥
砼与片石砼基础：强度、耐久性和抗冻性均较好，适于
荷载大及地下水位以下结构。掺入片石要求：占体积 20~30%，尺寸≤300mm 。
L/ H=1~2
2.刚性基础与扩展基础
2.2 基础埋置深度的选择 ——场地环境条件
图示，若b≤3m 则a满足
下式但不小于2.5m
a 3.5b d / tan
矩形基础
a 2.5b d / tan
不满足要求时，应进行
地基稳定性验算
土坡坡顶处基础的埋深
d
条形基础
h1 软土 好土
h1< 2m 基底在好土
只有低层房屋可用,否 则考虑选择人工地基 或深基础等方案，比 较选择
h1=2m-4m则比较： 浅埋，但因承力低， 基底面积大；深埋， 基底面小，但埋深 大。高楼好土,低 楼软土
h1>4 m 桩基或处 理
11.0 常水位 9.0 河底
8.0 一般冲刷线 7.0 最大冲刷线 (Ⅰ)硬塑亚粘土 ［σ 0］=250kPa
覆盖层、软弱下卧层、 刚性下卧层
持 力 层
选择基础埋置深度 也就是选择合适的地
下
卧
层
基持力层
基础埋置深度示意
20
2.刚性基础与扩展基础
2.2 基础埋置深度的选择
基础埋深的概念: 基础埋臵深度是指基础底面至室外设计地面的距离。 确定基础埋深的意义 ： 选择了基础埋臵深度就选择了地基持力层，反之亦然。 确定基础埋深的原则： 在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础尽量浅埋 当上层土强度大于下层土时，宜采用上层为持力层。 高层建筑应有足够的埋深来保持其稳定性。
有地下室或半地下室的建筑，其埋深必须结合地下部分
设计标高选定。
地下管道应在基底以上，便于维修。
电梯缓冲坑：自地面向下至少1.4m
F
考虑建筑物的高度和荷载大小的影响
高层建筑基础：承载力、变形
筏形基础和箱形基础：1/15
桩箱或桩筏基础：1/18～1/20， （不计桩长） 注：以上规定不包括岩石地基，岩石地基上的高层主要考 虑抗滑要求 输电塔基础：要求较大的埋深，提供足够的抗拔阻力
4
刚性基础和柔性基础的概念理解
柔性基础
刚性基础
刚性基础的概念理解
基础在外力（包括基础自重）作用下，基底的地基反力为σ，此 时基础的悬出部分a-a断面左端，相当于承受着强度为σ的均布荷载 的悬臂梁，在荷载作用下，a-a断面将产生弯曲拉应力和剪应力。 当基础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生 的弯曲拉应力和剪应力时，a-a断面不会出现裂缝，这时，基础内 不需配臵受力钢筋，这种基础称为刚性基础。 优点：稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只要地基 强度能满足要求，它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基础类型。 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强度而影响建筑物的正常使用。 形式：刚性扩大基础，单独柱下刚性基础、条形基础等 。
考虑相邻建筑物的影响
新建筑物基础埋深不宜大于原有建筑物基础。 当埋深大于原有建筑物基础时，两基础间应保持一定 净距，否则要求支护并且严格限制支护的水平位移，分 段施工，设臵临时加固支撑、打板桩、地下连续墙等施 工措施，或加固原有建筑物地基。
相邻基础埋深
台北国际金融中心
基础埋深不同时
主楼与裙房：高度不同,分期施工设臵后浇带 台阶式相连： 重要设备的基础需加大埋深 地下室与非地下室交界处的基础 山坡上的房屋
2.刚性基础与扩展基础
2.1.1 刚性基础构造要求
承重墙 钢筋混凝土柱
b2 b2
h
b1
o
H
bo b
图2-1
o
H
o
bo b
刚性基础构造示意图
d—柱中纵向钢筋直径
h
2.刚性基础与扩展基础
2.1.1 刚性基础构造要求
砖基础 毛石基础 素混凝土基础
刚性角(宽高比)：
bi tan Hi
bi — 任一台阶宽度(m); Hi — 相应台阶高度(m); tanα— 台阶宽高比的允许 值，参照下述规范表格经 验值选用
的基础形式
柱下钢筋混凝土独立基础
建筑物中的柱、桥梁中的墩常用基础形式
2.刚性基础与扩展基础
2.1.2 钢筋混凝土扩展基础构造要求
墙下钢筋混凝土扩展基础
（a）无肋；（b）有肋
2.刚性基础与扩展基础
2.1.2 钢筋混凝土扩展基础构造要求
锥形基础边缘高不宜<200mm，坡度i≤1:3；小于250mm时可 做成等厚板。阶梯形基础每阶高宜为300～500mm。
2.刚性基础与扩展基础
2.2 基础埋置深度的选择
——工程地质条件
地基由多层土组成，上好下软，基础应尽量浅埋 地基上软下好，应具体分析，进行方案比较 地基分布不均匀在水平方向倾斜较大时，基础埋 深如图处理
台 阶 形 过 渡 处 理
举例：根据荷载的大小和性质给基础选择可靠的持力层
I II III IV
垫层厚度一般为100mm。 底板受力钢筋最小直径不宜<10mm,间距不宜>200mm和 <100mm。有垫层时混凝土的净保护层厚不宜<40mm，无垫层 时不宜<70mm。纵向分布筋直径≦8mm，间距≧300mm。 混凝土强度等级不宜低于C20。
根据经验,初选时基础的高度一般大于或等于b/8。
2.刚性基础与扩展基础
2.1.1 刚性基础构造要求
刚性基础的特点
稳定性好，施工简便 用于≤6层的民用建筑、荷载较小的桥梁
基础及涵洞等；
刚性基础的局限性
当基础承受荷载较大时，用料多、自重
大，埋深也加大
2.刚性基础与扩展基础
2.1.2 钢筋混凝土扩展基础
墙下钢筋混凝土条形基础
砌体承重墙体及挡土墙、涵洞下常采用
好土
在满足地基基本 要求条件下，按 最小埋深和其他 件定
软土
(很深)
h1
好土 软土
在其他条件满足时，基 础应尽管浅埋，以加大 基底至软弱层的距离， 例如在我国沿海地区， 地表普遍有约2~3m的 “硬壳层”（日晒等原 因），对一般中小型建 筑物而言，是良好持力 层应充分利用，最好采 用钢筋混凝土基础如 “宽基浅埋”方案或 “不埋式基础”。若h1 太小就为II
当地基软弱或承受差异荷载时，为增强基础的整体性和抗 弯能力，可采用带肋基础。肋部纵向筋和箍筋按经验确定。
2.刚性基础与扩展基础
2.1.2 钢筋混凝土扩展基础构造要求
柱下钢筋混凝土单独基础 （a）台阶型；（b）锥台型；（c）杯口型
2.刚性基础与扩展基础
2.2 基础埋置深度的选择
持力层 直接支撑基础的土层 下卧层 持力层以下的各土层
柔性基础的概念理解
基础在基底反力作用下，在a-a断面产生弯曲拉应力和剪应力若超过了 基础圬工的强度极限值，为了防止基础在a-a断面开裂甚至断裂，可将刚 性基础尺寸重新设计，并在基础中配臵足够数量的钢筋，这种基础称为 柔性基础 优点：其整体性能较好，抗弯刚度较大。如筏板和箱形基础，在外 力作用下只产生均匀沉降或整体倾斜，这样对上部结构产生的附加 应力比较小，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起的建筑物损坏。 所以在土质较差的地基上修建高层建筑物时，采用这种基础形式是 适宜的。 缺点：柔性基础，特别是箱形基础，钢筋和水泥的用量较大，施工 技术的要求也较高，所以采用这种基础形式应与其它基础方案（如 采用桩基础等）比较后再确定。 形式：柱下扩展基础、条形和十字形基础筏板及箱形基础。