第二章-第五节 刚性扩大基础设计与计算
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 第二章5
对于修建在岩石地基上的基础：参阅有关桥涵设计规范
当外力合力作用点不在基底二个对称轴中任一对称轴上，或当基底截
面为不对称时，可直接按下式求e0与 的比值，使其满足规定的要求：
e0
1
min
N A
6
刚性扩大基础设计
五、基础稳定性和地基稳定性验算 （一）基础稳定性验算 1．基础倾覆稳定性验算 设基底截面重心至压力最大一边的 边缘的距离为y,外力合力偏心距e0， 则两者的比值可反映基础倾覆稳定 性的安全度，称为抗倾覆稳定系数。 y 即 K0 e0 如外力合力不作用在形心轴上或基 底截面有一个方向为不对称,那么基 底压力最大一边的边缘线是外包线, y值应是通过形心与合力作用点的 连线并延长与外包线相交点至形心 的距离。 一般对主要荷载组合K0≥1.5，在各种附加荷载组合时，K0≥1.1～1.3。
4
刚性扩大基础设计
（二）软弱下卧层承载力验算 验算软弱下卧层的承载力应先计算软弱 下卧层顶面A的应力不得大于该处地基 土的容许承载力。 即
hZ 1 (h z) ( 2h) [ fa]h z
1 式中：——相应于深度(h+z)以内土的 换算重度（kN/m3） 2——深度h范围内土层的换算重度（kN/m3） h ——基底埋深（m）； z ——从基底到软弱土层顶面的距离（m）； ——基底中心下土中附加应力系数，可按土 力学教材或规范提供系数表查用； ——由计算荷载产生的基底压应力（kPa） [ fa]h——软下卧层顶面处的容许承载力（kPa） z
查表2.10 得 η d＝1.6,持力层以上土体容重 γm＝17.6 kN/m2：
第2章刚性基础与扩展基础
2. 2 基础埋臵深度的选择
2.2.1工程地质条件 非岩石地基：
压缩层范围内为均质土: 基础埋臵深度除应满足冲刷、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。
D d
B I
pu p
0
实际地面
A
r0
III II E
F
C
r
1 朗金主动区： pu为大主应力，AC与水平向夹角45 2 2 过渡区：对数螺旋线方程r=r0e tg 3 朗金被动区：水平方向为大主应力，EF与水平向夹角45- 2
2. 3 地基承载力
2.3.1按土的抗剪强度指标确定 I 区
2.2.4地基冻融条件
土的冻胀性分类： 不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀、特强冻胀。 P161，表7.4 表7.5土类别对冻深的影响
土的类别 粘性土 细砂、粉砂、粉土 冻胀系数zs 1.0 1.2 土的类别 中、粗、砾砂 碎石土 冻胀系数zs 1.3 1.4
2. 2 基础埋臵深度的选择
2.2.4地基冻融条件
2 基底完全光滑
3 埋深d<B（底宽）
B
d
2. 3 地基承载力
2.3.1按土的抗剪强度指标确定
B
q= D d q 0 d D
B I
p pu
0
实际地面
A II C III E
F
无重介质地基的滑裂线网
利用塑性力学的滑移线场理论
2. 3 地基承载力
2.3.1按土的抗剪强度指标确定
B
q= D q 0d
刚性扩大基础施工方案
刚性扩大基础施工方案摘要：本文旨在介绍和讨论刚性扩大基础施工方案的设计、施工过程以及相关注意事项。
刚性扩大基础是一种常用的土木工程技术，主要用于在需要增加建筑物荷载或改变建筑物布局的情况下，扩大建筑物的基础面积。
本文将重点介绍刚性扩大基础的施工流程和相关技术。
1. 简介刚性扩大基础是一种常用的土木工程技术，其主要目的是增加建筑物的基础面积，以承受更大的荷载或适应建筑物布局的变化。
它适用于建筑物扩建、改造或重建的情况下。
刚性扩大基础通过增加基础的面积来提供更大的支撑面积，从而增加建筑物的稳定性和承载能力。
2. 刚性扩大基础的设计在设计刚性扩大基础时，需要考虑以下几个关键因素：- 承载能力：基础的设计应满足建筑物所需的承载能力，这涉及到确定所需的基础尺寸和深度。
- 地质条件：地质勘察和分析是设计刚性扩大基础的重要一步，以确保基础能够承受地质条件带来的不均匀沉降或差异。
- 建筑物布局：刚性扩大基础应根据建筑物的布局需求进行设计，以确保基础能够适应新的结构布局。
3. 刚性扩大基础的施工流程刚性扩大基础的施工流程包括以下步骤：- 地面准备：在开始施工之前，需要清理和平整施工现场，并检查地面的坚实度和稳定性。
- 基础开挖：根据设计文件的要求，进行基础的开挖，确保基础达到设计要求的深度和尺寸。
- 基础加固：为了增加基础的稳定性，可以采用加固材料，如钢筋和混凝土，以确保基础的承载能力。
- 基础浇筑：一旦基础开挖和加固完成，可以进行基础的浇筑，使用混凝土或其他适当的材料进行施工。
- 基础养护：完成基础浇筑后，需要进行养护，以确保基础有足够的时间来达到所需的强度和稳定性。
4. 刚性扩大基础施工的注意事项在刚性扩大基础的施工过程中，需要注意以下几个方面：- 施工材料选择：根据设计要求，选择适合的施工材料，并确保质量合格。
- 施工工艺和流程：严格按照施工工艺和流程进行施工，以确保基础的质量和稳定性。
- 安全措施：在施工过程中，要注意安全措施，确保施工人员的安全，包括戴好安全帽、穿好防护服等。
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)
土木工程专业基础工程2-5 刚性扩大基础的设计与计算
• N——基底以上竖向荷载（KN）；
• A——基底面积（m2）；
• M——作用于墩、台上各外力对基底形心轴之力矩
（KN·m） M Ti hi Piei N e0 ,其中Ti为水平力，hi 为水平作用点至基底的距离，Pi为竖向力，ei为竖向力 Pi作用点至基底形心的偏心距，eo为合力偏心距； • W——基底截面模量（m3），对矩形基础，W 1 ab2 A
第二章 天然地基上的浅基础
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节 • 第六节
概述 天然地基上浅基础的类型、构造 基础埋置深度的选择 浅基础的地基承载力的确定 刚性扩大基础的设计与计算 钢筋混凝土扩展基础的设计与计算
第五节 刚性扩大基础的设计与计算
• 刚性扩大基础的设计与计算的主要内容： • 一、基础埋置深度的确定； • 二、刚性扩大基础尺寸的拟定； • 三、地基承载力验算； • 四、基底合力偏心距验算； • 五、基础和地基稳定性验算； • 六、基础沉降验算。 • 七、地基变形验算 • 刚性基础（无筋扩展基础）构造要求
1、持力层强度验算
2、软弱下卧层验算
3、地基容许承载力的验算
1、持力层强度验算
• 持力层是指直接与基底相接触的土层。
持力层承载力验算要求荷载在基底产生
的地基应力不超过持力层的地基容许承
载力。
• 计算式为：p max
min
N A
M W
[ fa]
NM
pmax
min
AW
[ fa]
• p ——基底应力（KPa）；
或宽度 b0 ；
（2）考虑荷载偏心影响，根据偏心距的大小将 A0
或 b0 增大10％～40％作为首次试算尺寸 A 或b ；
基础工程刚性基础和扩展基础的设计步骤
浅基础
当建筑基础底面下允许有一定厚度的冻土层，可按下式计算基
础的最小埋深
dmin zd hmax
zd z0 zs zw ze
浅基础
冻结深度：某一地区的土层经多年实测在天然低气温下呈冻 结状态的最大深度。
冻结深度 = 冻层厚度？ 因为自然地面是随冻涨量的加大而逐渐上抬的，所以
设计基础埋深时的冻结深度=冻层厚度-冻涨量 即确定冻深时是自冻前原自然地面算起。
•基础工程
刚性基础和扩展基础的设计步骤
学习要求、基本内容
本次课的主要问题：
• 刚性基础和扩展基础的设计步骤
浅基础
• 地基土冻胀和融陷的影响
季节性冻土是一年内冻融交替出现的土层。 基础埋置的深度一般应大于冻结深度(冰冻线以下200mm)。 土的冻结深度即冰冻线，可由当地气象部门得知。如哈尔滨 为2m，沈阳为1.5m， 北京为0.85m，郑州 为0.20m，上海为0.1 m。当冻土深度小于 0.5m时，基础埋深即 不受其影响。
• 采用锥形基础时，其边缘高度不宜<200mm，顶部每边 应沿柱边放出50mm。
浅基础
• 受力筋应双向配置。现浇柱的纵向钢筋可通过插筋锚 入基础中。插筋的数量、直径、种类应与柱内纵向钢 筋相同。插入基础的钢筋，上下至少应有两道箍筋固 定。
插筋的下端宜作成直 钩放在基础底板钢筋 网上。当柱为轴心受 压或小偏心受压，h 1200mm或柱为大偏 心受压，h1400mm， 可仅将四角的插筋伸 至底板钢筋网上，其 余按锚固长度确定。
• 偏心受压基础 偏心受压基础底板厚度和配筋计算与轴心受压基础基本相 同，但上式中pn由pmax和I-I截面(根部)的净反力pnI的平均值代换。
I
pn
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精选全文
平板式 图2-6 筏板基础
梁板式
（7）箱形基础
• 为增大基础刚度，可将基础做成由钢筋混 凝土顶板、底板及纵横隔墙组成的箱形基 础，它的刚度远大于筏板基础，而且基础 顶板和底板间的空间常可利用作地下室。 它适用于地基较软弱,土层厚，建筑物对不 均匀沉降较敏感或荷载较大而基础建筑面 积不太大的高层建筑。
墙下钢筋混凝土条形基础
（2）独立基础
独立基础：是配置于整个结构物之下的无筋 或配筋的单个基础。
独立基础是柱式桥墩和房屋建筑常用的基础 形式之一。它的纵横剖面均可砌筑为台阶式， 但柱下独立基础用石或砖砌筑时，则在柱子与 基础之间用混凝土墩连接。
•单独基础
（3）联合基础 当为了满足地基土的强度要求，必须扩大
无筋扩展基础的主要缺点是：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。
基础平面尺寸，而扩大结果与相邻的单个 基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它 们连在一起成为联合基础。
联合基础
联合基础类型
墙下联合基础 柱下联合基础
（4）条形基础
• 条形基础分为墙下条形基础和柱下条形基础。
• 墙下条形基础是挡土墙下或涵洞下常用的基 础形式。
• 有时为了增强桥柱下基础的承载能力，将同 一排若干个柱子的基础联合起来，也就成为 柱下条形基础。
• 5．以简化的、或考虑相互作用的计算方法进 行基础结构的内力分析和截面设汁。
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。
刚性扩大基础的设计与计算
基础埋深
根据工程地质条件和基础形式 确定基础的埋深，以确保基础 的稳定性。
材料选择
选择合适的材料，如混凝土、 钢材等，以满足基础结构的强 度和耐久性要求。
施工方法
根据工程实际情况选择合适的 施工方法，如人工开挖、机械 开挖等，以确保施工质量和安
全。
03
计算方法
基础承载力的计算01ຫໍສະໝຸດ 02或过大的变形。
经济性
在满足安全性和功能性的前提 下，尽量降低基础建设的成本
。
适用性
基础设计应适应工程地质和水 文条件，确保结构的正常使用
。
耐久性
基础结构应具有足够的耐久性 ，以应对自然环境和人为因素
的侵蚀。
刚性扩大基础的设计流程
确定基础形式
根据工程地质条件和上部结构 要求，选择合适的基础形式。
计算基础承载力
沉降影响因素
基础沉降受到土的压缩系 数、基础形式和尺寸等因 素的影响。
沉降观测
在施工过程中和运营期间， 对基础沉降进行观测，及 时采取措施防止沉降过大。
基础的抗滑稳定性计算
抗滑稳定性计算公式
抗滑稳定性验算
根据土的摩擦角和基础埋深，通过抗 滑稳定性计算公式计算基础的抗滑稳 定性。
根据工程要求和地质条件，对抗滑稳 定性进行验算，确保基础在使用过程 中不发生滑移。
根据基础尺寸和设计载荷，计 算基础的承载力。
收集资料
收集工程地质勘察报告、上部 结构载荷数据等基础资料。
确定基础尺寸
根据设计载荷和地质条件，确 定基础底面尺寸和埋深。
验算基础稳定性
对基础进行稳定性验算，确保 在各种工况下基础都能保持稳 定。
刚性扩大基础的设计要素
第二章-第五节 刚性扩大基础设计与计算
第五节 刚性扩大基础设计与计算
二、基础尺寸的拟定
剖面形式:矩形或台阶形。
基础较厚（>1m），成台阶形状；
基础悬出总长度（包括襟边和台阶 宽度之和）：由刚性角确定。
c1
h
H
max
c2 c3
t1 t2 t3
刚性角： 墩、台底截面边缘至基础 边缘与垂线间的最大夹角max
砖石砌体M5以下砂浆： max≤30º
验算内容：沉降量、相邻基础沉降差、不 均匀沉降引起引起的倾斜。 一般中小型桥梁基础，只要满足地基强度 要求，地基沉降也就满足要求了。 但下列情况，需要验算基础沉降：
第五节 刚性扩大基础设计与计算
六、基础沉降验算
需要验算基础沉降情况：
1、地质情况度杂、地层分布不均匀、强度较小的软粘土 地基、湿陷性黄土地基
2）埋置深度足够大：目的保证基础稳定 性、确保基础安全。
第五节 刚性扩大基础设计与计算
基础埋深设计应考虑的因素：
1、地基的地质条件：
覆盖层较薄时，基础宜直接修建在新鲜岩面上；
覆盖层（风化层）较厚时，基础埋深根据风化 程度、冲刷深度和容许承载力确定； 岩层表面倾斜时，应避免基础同时放置在岩石 和土体上。
第五节 刚性扩大基础设计与计算 设计与计算主要内容
埋置深度； 基础尺寸；
地基承载力验算；
基础稳定性； 基础沉降验算。
基底合力偏心距验算；
地基稳定性验算；
第五节 刚性扩大基础设计与计算
一、埋置深度确定
基础埋深要求：
1）基础设置在变形较小、强度较高持力 层：目的是保证地基强度满足要求、避 免产生过大沉降或沉降差；
基础底面转角 墩、台顶面允 许水平位移
第五节 刚性扩大基础设计与计算
刚性扩大基础设计
刚性扩大基础设计刚性扩大基础设计是指对建筑物的基础进行改造或增加设计，以适应建筑物的扩大或改变。
在今天的建筑设计中，由于人们的需求变化或者使用年限的增加，建筑物可能需要扩大或改变用途，这就需要对基础进行相应的设计。
接下来，我将详细介绍刚性扩大基础设计的过程以及设计的原则。
第一步，了解建筑物的扩大范围和目的。
在进行刚性扩大基础设计之前，需要确定建筑物的扩大范围和目的。
这包括建筑物的扩大面积、扩大方向以及扩大后的用途等。
只有了解了这些基本信息，才能进行后续的设计工作。
第二步，进行地质勘察和基础原始设计。
在进行刚性扩大基础设计之前，需要进行地质勘察以确定地下土层的情况和承载力。
根据勘察结果，可以进行基础原始设计，确定基础的形式和尺寸。
第三步，进行结构设计。
在进行刚性扩大基础设计时，需要考虑建筑物的扩大后的重量以及与地基之间的力学和结构关系。
根据这些因素，可以设计出适合的基础结构，并进行相应的计算和分析。
第四步，确定基础材料和施工工艺。
根据基础设计的要求，需要确定合适的基础材料和施工工艺。
基础材料包括混凝土、钢筋等，施工工艺包括浇筑、加固等。
这些都需要根据具体情况进行选择和确定。
第五步，进行监测和验收。
在刚性扩大基础设计完成后，需要进行监测和验收工作。
监测可以通过安装仪器和传感器等设备来实现，以监测基础的变形和承载力等指标。
验收工作包括对基础材料、施工工艺和设计要求的检查，以保证基础的质量和安全。
根据以上步骤，可以进行刚性扩大基础设计，以满足建筑物的扩大和改变需求。
在设计过程中，还需要遵循以下原则：第一，保证基础的稳定性。
刚性扩大基础设计的首要原则是保证基础的稳定性，即基础在扩大后能够正常承载建筑物的荷载并保持稳定。
这就需要进行充分的结构计算和分析，以确定合适的基础结构和尺寸。
第二，考虑地质条件。
刚性扩大基础设计还需要考虑地质条件，包括地下土层的承载力和地下水位等。
这些因素会对基础的设计和施工产生影响，需要进行相应的分析和处理。
2-5刚性扩大基础设计
h
i
a)
α
α
基础抗倾覆措施
α
六、基础沉降验算
基础的沉降主要由竖向荷载作用下土层的压 缩变形引起。沉降量过大将影响结构物的正常使 用和安全，应加以限制。在确定一般土质的地基 容许承载力时，已考虑这一变形的因素，所以修 建在一般土质条件下的中、小型桥梁的基础，只 要满足了地基的强度要求，地基（基础）的沉降 也就满足要求。
沉井基础
h3
1.0
h2
［σ 0］=250kPa
h1
桩基础
a)
b)
c)
二、刚性扩大基础尺寸的拟定
基础厚度 基础平面尺寸 基础剖面尺寸
c2 a
h
c1 αa a
H
a/2
a)
l/2
d b
刚性扩大基础立面、平面图
b)
t3 t2 t1
α
H
a
h
c1
基础厚度
应根据墩、台身结构形式，荷载大小，选用的 基础材料等因素来确定。 基底标高应按基础埋深的要求确定。水中基础 顶面一般不高于最低水位，在季节性流水的河流或 旱地上的桥梁墩、台基础，则不宜高出地面，以防 碰损。这样，基础厚度可按上述要求所确定的基础 底面和顶面标高求得。
对于大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深 度以下的最小埋置深度，建议根据桥梁大小、技术 的复杂性和重要性，参照下表采用。
冲刷总深度(m) 最小埋置深度(m) 桥梁类型 一 般 桥 梁
0
<3
≥3
≥8
≥15
≥2 0 3.5 4.0
1.0 1.5
1.5 2.0
2.0 2.5
2.5 3.0
3.0 3.5
技术复杂修复困难的特大桥及其它重 要大桥
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。
2第二章刚性基础与扩展基础分析
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2.刚性基础与扩展基础
2018年10月21日
图2.4 柱下钢筋混凝土单独基础 （a）台阶型；（b）锥台型；（c）杯口型
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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
持 力 层
选择基础埋置深度 也就是选择合适的地
2.2.3水文地质条件
遇水时，基底应尽量放在地下水位以上 基底低于潜水面时，要考虑基坑排水、支护和地 下水水质问题
若遇承压水时，应验算基坑的稳定性
桥墩基础应埋置在最大冲刷线下一定深度
2018年10月21日
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2.刚性基础与扩展基础
2018年10月21日
图2.9 基坑下埋藏有承压含水层的情况
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2.刚性基础与扩展基础
2.2.4地基冻融条件
冻胀机理 冻胀现象 影响冻胀的因素（土类、地下水位及气温） 冻融条件考虑
先按规范进行地基土冻胀性的划分（五类），后再 进行最小埋深dmin的计算
dmax zd hmax
式中 hmax— 基底下允许残留冻土层的最大厚度 zd — 设计冻深
1﹕1.50
1﹕1.50
—
灰土基础
1﹕1.25
1﹕1.50
—
三合土基础
2018年10月21日
1﹕1.50
1﹕1.20
—
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2.刚性基础与扩展基础
2018年10月21日
图2.2 砖基础剖面图 （a）“两皮一收”砌法；（b）“二一间隔收”砌法
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2.刚性基础与扩展基础
第2章刚性基础与扩展基础fuxi
水文地质条件—插图 水文地质条件 插图
水文地质条件与基础埋深关系
当地冻结深度
地基土冻结的危害
冻胀基础上抬， 冻胀基础上抬，基础或墙体开裂 融陷，产生沉降， 融陷，产生沉降，不均匀沉降
地基冻胀性分类
不冻胀 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀
当地冻结深度
季节性冻土地基的设计冻深
Zd = Z0 ⋅ψ zs ⋅ψ zw ⋅ψ ze
工程地质条件—插图 工程地质条件 插图
工程地质条件与基础埋深关系
水文地质条件
正常的季节水位变化对基础影响不同， 正常的季节水位变化对基础影响不同，考虑施 工方便， 工方便，基础埋深不宜太多地低于基础施工期 的地下水水位 基础埋深低于地下水水位时应考虑地下水对基 础的侵蚀性 如持力层为粘土等隔水层而下存在承压水时， 如持力层为粘土等隔水层而下存在承压水时， 为避免在开挖基坑时隔水层被承压水冲破， 为避免在开挖基坑时隔水层被承压水冲破，坑 底隔水层自重必须大于水的承压力
荷载试验确定地基承载力 旁压试验确定地基承载力 螺旋板荷载试验确定地基承载力
根据地基规范承载力公式确定 当地经验参数法
根据土的抗剪强度指标计算
地基承载力采用极限承载力除以安全系数
pu ⋅ A K= fa ⋅ A
'
由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值， 由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值 fa ——由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值，kPa
第2章 刚性基础与扩展基础
概述 基础埋置深度的选择 地基承载力 刚性基础与扩展基础的设计计算 例题讲解
§2-1 概 述
刚性基础（无筋扩展基础） 刚性基础（无筋扩展基础）的构造要求
由砖、毛石、 由砖、毛石、素混凝土以及灰土等材料修建的基 础，称为无筋扩展基础，旧称刚性基础。这类材料抗 称为无筋扩展基础，旧称刚性基础。 压强度较大，但不能受拉力或弯矩。 压强度较大，但不能受拉力或弯矩。设计要求无筋扩 的比值有一定限度， 展基础外伸宽度 b' 与基础高度 h 的比值有一定限度， 以避免刚性材料被拉断： 以避免刚性材料被拉断：
交大土力学课程设计--刚性扩大基础
土力学与地基基础课程设计学院：专业班级：题目：刚性扩大基础姓名：学号：本课程设计取材于广东省龙川县东江大桥实例工程。
#1、#6墩要求采用明挖扩大基础，#3、#4墩采用钻孔桩基础。
两种基础类型各自验算一种类型（各自选定一个有控制的墩进行计算），其他墩基础可参照计算结果按构造尺寸要求绘图即可，不作具体计算。
设计资料1．上部构造：16m跨为钢筋混凝土T型梁，25m为装配式预应力钢筋混凝土T型梁标准跨径：16m与25m（相邻墩台中线间距）大梁全长：15.96m与24.96m（梁伸缩缝宽4cm）计算跨径：15.40m与24.30m（支座中心距）桥南宽度：行车道9m，人行道2 1.5m2．支座：活动支座采用四氟滑橡胶支座，摩阻系数μ=0.15，支座布置见附图3．设计荷载：公路Ⅱ级，人群3.5KN/m4．桥墩形式：均采用双柱式加悬挑臂盖梁墩帽（墩帽见附图）5．桥墩材料：盖梁C25钢筋混凝土，容重γ=25KN/2m，墩身C20钢筋混凝土，容重γ=25KN/2m6．水文地质资料见附图7．风压：基本风压W3=0.6Kpa8．其它：本桥基本上为跨线桥，广岸跨越小铁路，梅岸跨越定南至老隆公路，二都河为季节性河流，不通航，不考虑漂浮物9．有关设计参考图两张1号墩明挖刚性扩大基础一、 基础尺寸的拟定 1．最大刚性角确定桥墩及基础和拟定的尺寸如图，基础分三层，每层厚度为0.50m ，襟边和台阶宽度相等，为0.4m 。
基础用C25混凝土，混凝土的刚性角max 40α=。
现基础扩散角为 α=1tan -120150=38.66<max 40α=满足要求。
2．确定埋置深度#1号墩所处位置河流最大冲刷深度为0m ，故基底埋深安全值为min h =1.5m 。
此处为了保护基础不受人为活动等原因而破坏，可取h=2.5m 。
3．拟定平面尺寸长度（横桥向） 2tan 7802150tan38.661020a l H cm α=+=+⨯⨯= 宽度（顺桥向）2tan 1802150tan38.66420b d H cm α=+=+⨯⨯=二、作用效应计算 1．永久作用上部构造恒载反力及桥墩墩身、基础上土重计算。
第2章 刚性基础与扩展基础2
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
【作业】图中柱基础荷载标准值，Fk=1100kN， Mk=140kN· m，若基础底面寸，l×b=3.6m×2.6m。 试根据图中资料验算基础底面是否满足地基承
载力要求。
1
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第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
I L=
1
21
持力层的验算：
内墙、内柱
1
外墙、外柱
d=(1.0+1.3)/2=1.15m
3
2.4.1 地基承载力验算
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
方形基础
a A≥
Fk f a - γG d
矩形基础
Fk bl A ≥ f a - γG d
（需先选定b或l，一般取l/ b＝1ห้องสมุดไป่ตู้0～2.0）
Fk 沿长度方向取lm计算，则： b 1 A ≥ f a - γG d
如果基底压力出现负值，即产生拉应力，此时基底 边缘最大压力pkmax的计算公式为
2( Fk +Gk ) pk max = 3ba
a-偏心荷载作用点至最大压应力Pkmax作用边缘的距离， a=（l/2）-e b-垂直于力矩作用方向的基础底边边长。
1
9
注意：
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
Fk Gk pk 205.3kPa f a （满足要求） A
偏心距
Mk 80 +13× 0.6 l ek = = = 0.11 m ≤ = 0.4m Fk +Gk 700+88.3 6
（满足要求）
1 15
基底最大压应力：
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
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第五节 刚性扩大基础设计与计算
基础埋深设计应考虑的因素：
1、地基的地质条件：
覆盖层较薄时，基础宜直接修建在新鲜岩面上；
覆盖层（风化层）较厚时，基础埋深根据风化 程度、冲刷深度和容许承载力确定； 岩层表面倾斜时，应避免基础同时放置在岩石 和土体上。
第五节 刚性扩大基础设计与计算 设计与计算主要内容
埋置深度； 基础尺寸；
地基承载力验算；
基础稳定性； 基础沉降验算。
基底合力偏心距验算；
地基稳定性验算；
第五节 刚性扩大基础设计与计算
一、埋置深度确定
基础埋深要求：
1）基础设置在变形较小、强度较高持力 层：目的是保证地基强度满足要求、避 免产生过大沉降或沉降差；
Kc
摩擦系数
Pi
T
K c允许值：K c≥1.2~1.3
i
第五节 刚性扩大基础设计与计算
五、基础稳定性和地基稳定性验算
2、地基稳定性验算 地基稳定性验算桥台沿滑裂曲面滑动 的可能性。
验算方法：按圆弧滑动土坡稳定性分 析方法进行验算
第五节 刚性扩大基础设计与计算
六、基础沉降验算
基础底面转角 墩、台顶面允 许水平位移
a/2 l/2 d b
ti一般取 0.5～1.0m
砖石砌体M5以下砂浆： max≤35º
素混凝土： max≤40º
第五节 刚性扩大基础设计与计算
三、地基承载力验算
验算内容：持力层强度验算、软弱下卧层验算、地 基容许承载力验算。 1、持力层强度验算 持力层：指直接与基底相接触的土层。
持力层验算目的（要求）：荷载在基底产生的地基 应力不超过持力层的地基容许承载力
2、非岩石地基上拱桥、连续桥梁等超静定结构基础
3、相邻基础下地基土强度显著不同或相邻跨度相差悬殊 而必须考虑沉降差时
4、跨线桥、跨线渡槽要保证净空高度时
第五节 刚性扩大基础设计与计算
六、基础沉降验算
建筑物顶面水平位移允许范围：
基础底面至墩、 台顶面高度
墩、台顶面 水平位移
l tan 0 []
1(h+ z)
P0
软弱下卧层
第五节 刚性扩大基础设计与计算
四、基底合力偏心距验算
验算目的：
尽可能使基底应力分布均匀，避免基底两侧应力相差过 大导致基础产生较大的不均匀沉降进而引起墩、台倾斜 影响正常使用。 验算原则：非岩石地基：不出现拉应力。
仅受恒载作用：e0≤0.1ρ（桥墩）和e0≤0.75ρ（桥台） ［ e0合力偏心距； ρ不基底核心半径］
max min
N M [ ] A W
第五节 刚性扩大基础设计与计算
三、地基承载力验算
2、软弱下卧层承载力验算
h z P0=-2h 2 A h
持力层
h z 1 (h z) ( 2 h) [ ]h z
附加应力系数
基底压力
短期荷载组合（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）： e0≤ρ
第五节 刚性扩大基础设计与计算
四、基底合力偏心距验算
验算原则：非岩石地基：不出现拉应力。
岩 石 地 基：允许出现拉应力, e0≤1.2~1.5ρ
e0
M N e0
W A
应力较小基底边缘截面模量
基底面积
基底不对称情况
N 1 min A
验算内容：沉降量、相邻基础沉降差、不 均匀沉降引起引起的倾斜。 一般中小型桥梁基础，只要满足地基强度 要求，地基沉降也就满足要求了。 但下列情况，需要验算基础沉降：
第五节 刚性扩大基础设计与计算
六、基础沉降验算
需要验算基础沉降情况：
1、地质情况度杂、地层分布不均匀、强度较小的软粘土 地基、湿陷性黄土地基
抗倾覆稳定系数
K0允许值：
主要荷载组合： K0 ≥1.5 附加荷载组合： K0 ≥1.1~1.3
K0
e0
第五节 刚性扩大基础设计与计算
五、基础稳定性和地基稳定性验算
1.2基础滑动稳定性验算 滑动稳定性是基础在不平衡水平推力作用下发生滑移现象。 验算方法：水平推力小于基底摩擦力。 抗滑动稳定系数
第五节 刚性扩大基础设计与计算
五、基础稳定性和地基稳定性验算
1、基础稳定性验算 1.1基础倾覆稳定性验算 倾覆稳定性是基础在不平衡水 平推力作用下发生倾覆现象。
水平力
e0
Pe T h 到基底距离 P 垂直力
i i i i i
到基底型心轴的距离
验算方法：限制合力偏心距e0 保证基础不发生倾覆。
第五节 刚性扩大基础设计与计算
二、基础尺寸的拟定
剖面形式:矩形或台阶形。
基础较厚（>1m），成台阶形状；
基础悬出总长度（包括襟边和台阶 宽度之和）：由刚性角确定。c1源自hHmax
c2 c3
t1 t2 t3
刚性角： 墩、台底截面边缘至基础 边缘与垂线间的最大夹角max
砖石砌体M5以下砂浆： max≤30º
第五节 刚性扩大基础设计与计算
基础埋深设计应考虑的因素：
2、河流的冲刷深度：
基础埋置在设计洪水的最大冲刷线以下不小于 1米。大中型桥梁最小埋深要求见p35表2－7。
3、当地的冻结深度 4、上部结构形式
第五节 刚性扩大基础设计与计算
二、基础尺寸的拟定
基础厚度：根据基础结构形式、荷载大小和选用 的基础材料等因素确定。 底面标高：按埋深确定； 顶面标高：不高于地面和最低水位。 基础厚度＝顶面标高－底面标高 一般大中型桥墩、台砼基础厚度1.0~2.0m。