2章 刚性基础与扩展基础(梁恒昌)

掌握：规范推荐的承载力计算公式，承载力特
征值修正条件和公式，刚性基础设计，扩展基础 设计（抗冲切验算）
2.5 地基计算
1
确定基础
2
求 得 持力层承载力 选 择 基础底面尺寸
否
验算 持力层承载力 是否满足 pk≤fa
埋 深
是 是
结束
否
调整基础尺寸
当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长b≤3m，由 基础底面外缘到坡顶边缘的水平距离a≥2.5m时，基 础埋深d应符合下式要求：
a
b
条形基础λ取3.5；矩形和圆形基础λ取2.5
d tan
2 ）工程地质条件
I II III IV
好土
在满足其 他要求下 尽量浅埋
软土
(很深)
h1
好土 软土
h1 软土 好土
适用条件：
地基持力层土质较好、无沟、塘、井、坑，下 卧层无淤泥或淤泥质软弱土层，可用于6层及6 层以下的民用建筑和砖墙承重的轻型厂房；但 三合土地基不宜用于超过4层的民用建筑。
刚性基础
F
b2 arctg max H0
b2
α max b0
H0
P
§2.3 浅基础的类型和基础材料
平均冻胀率 η(%)
η ≤1
1＜η≤3.5
3.5＜η≤6 6＜η≤12
η ＞12
冻胀 等级 冻胀 类别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
不冻胀
弱冻胀
冻胀
强冻胀 特强冻胀

季节性冻土基础的最小埋置深度
室内地面
Z0
Zd
dmin
hmax
zd＝z0 · ψzs · ψzw · ψze
d min＝zd-h max
季节性冻土地基的设计冻深 季节性冻土的最小埋深
习题讨论
某建筑场地表以下土层依次为： (1)中砂，厚2.0m，孔隙比e＝0.650，土粒相对密度ds ＝2.65，潜水面在地表下1m处； (2)粘土隔水层厚2.0m，饱和重度为19kN／m3； (3)粗砂，含承压水，承压水位高出地表2.0m(取γw＝ 9.80kN／m3)。 问：基坑开挖深达 1m 时，坑底有无隆起开裂的危险 ? 若基础埋深d＝1.5m，施工时除将中砂层内地下水面降 到坑底外，还须设法将粗砂层中的承压水位至少降低 几米才行? ds e sat w 1 e
0.86
0.74 2.50 1.95
—
— — —
冻胀 土
条形 基础
表G.0.1 地基土的冻胀性分类（续）
冻前天然含水量冻结期间地下水 平均冻胀率 土的名称 位距冻结面的最 η(%) w(%) 小距离h (m)
w
冻胀 等级
冻胀类别
w ≤ 14 粉砂 14 ＜w ≤ 19 19 ＜w ≤ 23 W＞23 w≤19 19＜w≤22 粉土 22＜w≤26 26＜w≤30 w＞30
附录G.0.2 建筑基底下允许残留冻土层厚度hmax(m)
冻胀 性 基础 形式 方形 基础 弱冻 胀土 条形 基础 方形 基础 采暖 情况 采暖 不采 暖 采暖 不采 暖 基底平均压力(kPa) 90 — — — — 110 0.94 0.78 130 0.99 0.84 150 1.04 0.91 170 1.11 0.97 190 1.15 1.04 210 1.20 1.10
复习题3. 对于由永久荷载控制的基本组合，荷载效应的基本组合设计值
可以如下计算：
浅基础设计的目标：
给出不同类型基础的结构设计及施工图
基础尺寸
基础高度 和配筋
第二章 天然地基上浅基础的 设计
§2.3 浅基础的类型和基础材料
§2.4 基础埋置深度 §2.5 地基承载力
§2.6 刚性基础设计计算
§2.7 扩展基础设计计算
＞ 2.50
2.20
＞ 2.50
2.50
＞ 2.50
＞ 2.50
＞ 2.50
＞ 2.50
＞ 2.50
＞ 2.50
＞ 2.50
＞ 2.50
采暖
不采 暖 采暖 不采 暖
—
— — —
0.64
0.55 1.55 1.15
0.70
0.60 1.79 1.35
0.75
0.65 2.03 1.55
0.81
0.69 2.26 1.75
＞1.0 ≤1.0 ＞1.0 ≤1.0 ＞1.0 ≤1.0 不考虑 ＞1.5 ≤1.5 ＞1.5 ≤1.5 ＞1.5 ≤1.5 ＞1.5 ≤1.5 不考虑
η ≤1
1＜η≤3.5 3.5＜η≤6 6＜η≤12 η ＞12 η ≤1
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅰ
不冻胀
弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 不冻胀
1＜η≤3.5
§2.3 浅基础的类型和基础材料
扩展基础：
基础材料由钢筋混凝土构成 能承受一定弯曲变形
特点：
较强的抗剪、抗弯能力。
适用条件：
竖向荷载较大、受水平力和弯矩 地基承载力不高 基础需要“宽基浅埋”的情况
扩展基础的构造要求(《规范》GB50007-2002) •基础高度：锥台型≥200mm、阶梯型300～500mm •垫层：厚度100mm,C10 •混凝土强度等级:C20,满足耐久性 •钢筋要求：钢筋尺寸和间距、保护层厚度、布置、
冻深影响系数
土的类别对冻深的影响系数
土的类别 粘性土 细砂、粉砂、粉土 冻胀性 不冻胀 弱冻胀 冻胀 周围环境 村、镇、旷野 城市近郊 影响系数ψzs 1.00 1.20 影响系数ψzw 1.00 0.95 0.90 土的类别 中、粗、砾砂 碎石土 冻胀性 强冻胀 特强冻胀 影响系数ψzs 1.30 1.40 影响系数ψzw 0.85 0.80
土的冻胀性对冻深的影响系数
环境对冻深的影响系数
影响系数ψze 1.00 0.95 周围环境 城市市区 影响系数ψze 0.90
注：环境影响系数一项，当城市市区人口为20～50万时，按城市近郊取值；当城市市 区人口大于50万小于或等于100万时，按城市市区取值；当城市市区人口超过100 万时，按城市市区取值，5km以内的郊区应按城市近郊取值。
基础埋置深度的影响因素
1. 建筑物结构条件及环境条件
2. 工程地质条件
3. 水文地质条Hale Waihona Puke Baidu 4. 地基冻融条件
1 ）建筑物结构条件与场地环境条件
基础埋深首先要考虑满足建筑物使用功能上要求 设置地下室、设备层、人防工程或电梯； 适合建筑物不同部分的使用要求，基础需有 不同埋深时，应采用台阶形过渡基础。
L △H
L/ H=1~2
冷藏库、高温炉窑
1 ）建筑物结构条件与场地环境条件
基础类型
刚性基础，扩展基础

承受荷载性质及大小
承受上拔力的构筑物基础 高层建筑：地基承载力、变形、稳定性要求
在抗震设防区：大于6° 岩石地基除外，箱形、筏形基础≥建筑物高度 的1/15，桩箱或桩筏基础基础≥建筑物高度的 1/18～1/20。 位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满 足抗滑要求。

若基础底面需埋在地下水位之下时，应采取保护地基土 不受扰动措施，还应考虑可能出现的施工与设计问题， 以及地下水浮托力引起基础底板的内力变化。
如果持力层下埋藏有承压含水层时，选择基础埋深必须 考虑承压水的作用，控制基坑开挖深度。小于坑底土的 总覆盖压力。

u /σ<0.7
濒临河、湖等水体修建的建筑物基础，基础埋深须大于 最大冲刷深度。
例
题
哈尔滨市某小区欲修建一住宅，采用柱下独立方形基础， 基底平均压力为130KPa,从冻结深度考虑基础的最小埋
深？（哈尔滨市区的标准冻深2.0m ）
00 设计地面
粉砂，w＝13%
-1.00
粉土，w＝21%
-2.50 CLY COE CAL 地下水位
季节性冻土地基的设计冻深 zd＝z0 ·ψzs ·ψzw ·ψze 季节性冻土的最小埋深 d min＝zd-h max
毛石基础： • 强度较高的且未风化的毛石砌筑
最大刚性角：1：1.25，1：1.50
• 适用于：严寒地区，地下水位以上 层数不多的建筑物。
混凝土或毛石混凝土基础：
• 混凝土或毛石混凝土浇筑的基础。 最大刚性角：1：1.00，1：1.25 • 特点：基础的强度、耐久性、抗冻性都 较好，荷载较大或位于地下水位以下时 采用此类型基础
1. 根据设计冻深公式和最小埋深公式，分别计算在砂土层和 在粘土层中的最小埋深，然后作出比较。 2. 查哈尔滨市区的标准冻深2.0m。 3. 查表ψzs，对于粉砂，粉土，1.20 4. 查ψzw，地下水位距离冻结面的最小距离0.5m，粉砂冻 前含水量13％，弱冻胀ψzw＝0.95 。粉土冻前含水量21 ％，冻胀ψzw＝0.90。 5. 市区ψze＝0.9，由此得zd 6. 130KPa，方形，采暖，弱冻胀h max＝0.99m，冻胀 0.70m。 7. 粉砂层1.06m，粉土层1.25m
1 ）建筑物结构条件与场地环境条件
如果基础邻近有管道或沟、坑等设施时，基础底面 一般应低于这些设施的底面。
当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大 于原有建筑基础，如果大于就要保持一定水平间距。 否则要采取措施。
旧 L/ H=1~2
H
L
新
1 ）建筑物结构条件与场地环境条件
位于稳定土坡坡顶上的建筑，靠近土坡边缘的基 础与土坡边缘应有一断距离。
灰土基础： • 石灰和粘性土混合而成。 最大刚性角：1：1.25，1：1.50 • 特点：地下水较低、5层及5层以下的民 用建筑和小型砖墙承重的轻型工业厂房。
三合土基础： • 石灰：砂：碎砖（或碎石）按体积比1： 2：4 或1：3：6配成夯实而成。 最大刚性角：1：1.50，1：2.00 • 特点：常用于地下水位较低的4层及4层 以下建筑物。
F §2.3 浅基础的类型和基础材料
F G 持力层
b2
§2.4 基础埋置深度
H0
d
b0
§2.5 地基承载力 F G
pk
k
k
A
fa
下卧层
Fk Gk A fa
§2.3 浅基础的类型和基础材料
刚性基础（无筋扩展基础）：(图)
特点：
结构简单，主要承受压应力，一般用抗压性能 好，而抗拉、抗剪强度较差的混凝土、毛石、 砖、三合土等建造。
a
b
y
主要受力方向x
2.4 基础埋置深度的选择
否
确定基础 验算 持力层承载力 是否满足 pk≤fa
埋 深
求 得 持力层承载力
选 择 基础底面尺寸
是 是
结束
否
调整基础尺寸
验算 地基变形
是 否
验算 软弱下卧层
2.4 基础埋置深度的选择 选择基础埋深的原则
在保证安全可靠前提下尽量浅埋,但有如下基本 要求：1. 埋深大于50cm，2. 基础顶距离表土大 于10cm。
3.5＜η≤6
Ⅱ
Ⅲ
弱冻胀
冻胀
6＜η≤12
η ＞12
Ⅳ
Ⅴ
强冻胀
特强冻胀
第2章 刚性基础与扩展基础
了解：刚性基础、扩展基础的特点和适用 范围，
地基承载力的确定方法及要求，扩展基础的破坏 形式，地基变形特征及减少不均匀沉降的措施 （建筑、结构及施工措施）。
熟悉：刚性基础类型、特点（砖、混凝土基础
构造要求），扩展基础构造、基础埋深原则和考 虑条件，地基基础的承载力、变形验算和稳定性 验算。
刚性基础类型 按砌筑材料分类 砖基础 灰土基础 三合土基础 毛石基础 混凝土或毛石混凝土基础
砖基础: • 用砖砌筑的刚性基础。 砖≥MU10,砂浆M5,最大刚性角1：1.50 • 特点：具有就地取材、造价低、施工简 便等优点。6层以下民用厂房和墙承重的 厂房。在干燥和温暖的地区广泛应用。
第二章 天然地基上浅基础的设计
复习题1 .下面哪种情况使用承载能力极限状态下荷载效应的基本组合？ A.按承载力计算设计基础底宽； B.计算地基沉降； C.扩展基础的冲切验算；D.软弱下卧层的承载力验算。 复习题2 .下面哪几种情况使用正常使用极限状态状态下荷载效应的标准
组合？
A.按承载力计算设计基础底宽；B.计算地基沉降； C.扩展基础的冲切验算；D.软弱下卧层的承载力验算。
h1< 2m 基底 在好土 h1=2m~4m 综合比较 h1>4 m 桩基 或处理
只有低层 尽量浅埋 房屋可用, 但是如h1 否则处理 太小就为 II
2 ）工程地质条件
当地基土在平面上分布不均或上部 荷载分布不均时，可采用不同的基础 埋深来调整不均匀沉降。
3 ）水文地质条件
当有地下水存在时，应尽量将基础建造在地下水位之上。
4 ）地基土冻融条件

何谓冻胀、融沉？
4 ）地基土冻融条件

冻胀和融沉的危害
防冻害措施（参见《建筑地基基础 设计规范》GB50007-2002， 5.1.9条）

地基土的冻胀性分类
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)附录G.0.1根据 冻土层的平均冻胀率的大小，结合土质、冻前天然含水率 及冻结期间地下水位距冻结面的最小距离对地基土的冻胀 性进行了分类