地基基础设计内容和一般步骤电子教案

地基基础设计内容和
一般步骤
地基基础设计内容和一般步骤：
（1）选择基础的材料、类型，确定平面布置；
（2）选择基础的埋置深度，即确定地基持力层；
（3）确定地基承载力特征值；
（4）根据传至基础底面上的荷载效应和地基承载力特征值，确定基础底面积；
（5）根据传至基础底面上的荷载效应进行相应的地基验算（变形和稳定性验算）；
（6）根据传至基础底面上的荷载效应确定基础构造尺寸，进行必要的结构计算；
（7）绘制基础施工图。

浅基础的设计方法
•常规设计方法
•常规设计方法的缺陷
•合理的设计方法
•常规设计方法可行的条件
（1）沉降较小或较均匀。

（2）基础刚度大。

对连续基础通常还要求地基、荷载分布及柱距较均匀。

基础工程设计原则
（1）对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度。

对于高层建筑而言，满足稳定性要求时应考虑所承受的水平荷载的作用。

（2）应控制地基的特征变形量，使之不超过建筑物的地基特征变形允许值，以免引起基础和上部结构的损坏、或影响建筑．物的使用功能和外观；
（3）基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要、满足地基承载力（稳定性）和变形要求外，还应满足对基础结构的强度、刚度和耐久性的要求。

基础工程设计方法
常规的设计方法合理的设计方法应准备的资料
设计步骤
收集资料→ 选择方案→ 确定地基承载力→ 确定埋深→ 计算地基变形、沉降等→ 基础设定、对基础强度验算→ 绘制施工图
第二章刚性基础和独立柱基础设计
刚性基础是具有较高的抗压强度，而抗拉强度很低. 应用于多层混合结构
独立柱基础就是抗弯、抗剪、抗冲切的性能良好，被广泛的应用于多层框架结构和单层厂房结构中. 基础埋置深度的选择
基础的埋置深度一般是指从室外设计地面至基础底面的距离。

基础埋置深度的大小，对建筑物的安全及正常使用、工程的造价、施工技术以及施工工期都有密切的关系。

影响建筑物基础埋置深度的因素
1)建筑物自身的条件
建筑物的用途是选择基础埋深首先要考虑的问题。

如有地下室、设备基础和地下设施等，基础的埋置深度就需要整体或局部加深，使基础低于它们。

若采用基础局部加深方案，应将基础做成台阶形，逐渐由浅至深，其台阶宽高比一般为1:2，地基条件较好的可为1:1。

一般情况，上部结构荷载愈大，愈需将基础埋在较好的土层上，埋深一般较深；对于承受较大水平荷载的基础，为了保证结构的稳定，也常将埋深加大；承受上拔力的构筑物（如水塔、烟囱、输变电塔、电视塔等）也要加大埋深，以提供足够的抗拔阻力；对于地震区或有振动荷载的基础，不宜将基础浅埋或放在易液化的土层上，应加大基础埋深、将基础放在不液化的土层上。

建筑物通过其墙、柱作用将荷载传至基础，基础将上部结构传来的荷载扩散到地基上。

荷载的大小对于不同地基而言是相对的，同一荷载作用在较好的土层上，可认为荷载相对较小，基础埋深可能较浅；对于较差的土层，则认为荷载相对较大，基础埋深可能较深。

2)工程地质和水文地质条件
对于一般性的建筑场地，地质构成不外乎下列五种情况：
1）在深度方向土质比较均匀的地基。

若自上而下都是良好的土层，基础埋深不受土质的影响，在满足强度、稳定、变形和构造要求下，应尽量浅埋；若自上而下都是软弱土层，难以满足地基的承载力和变形要求，应考虑人工地基或深基础方案。

2）上部为软弱土层而下部为良好土层的地基。

若上部土层较薄，基础宜穿过软弱土层而置于下面的良好土层上；若上部软弱土层较厚，应视具体情况而定，对于低层房屋可考虑把基础放在上部软弱土层上；对于重要建筑物或带有地下室的房屋则应将基础置于下部良好的土层上；若上部软弱土层很厚，应按全部为软弱土层考虑，宜采用人工地基或深基础。

3）上部为良好土层而下部为软弱土层的地基。

若上部土层较厚，基础应尽量采用“宽基浅埋”的方案；此时应对其软弱下卧层进行承载力的验算；如上部良好的土层较薄，应按软弱地基考虑，采用人工地基或深基础方案。

图2.1 墙基埋深变化的台阶布置
4）上下层土质均好，中间夹有软弱土时，尽量利用上部好土作持力层，若上部好土较薄，不能满足要求时，应视软弱夹层厚薄而定，如较薄，可进行局部处理（如挖除）；若较厚，则采用人工地基或深基础方案。

5）若干层良好与软弱土层交替组合的地基。

应根据各土层的厚度，承载力的大小和压缩性的高低参照上述原则选择基础的埋深。

在实际工程中所遇到的情况，远比上述理想而典型的地基类型复杂的多，因而上述原则不能生搬硬套，往往还需结合其它因素进行综合考虑比较。

考虑到土的非均匀性和各向异性的特点，在按地质条件选择基础埋深时，还应考虑不均匀沉降。

如果土层明显不均匀或建筑物各部位荷载轻重差别较大时，同一建筑物基础可分段采用不同的埋深来调整其不均匀沉降。

若地基持力层面是倾斜的，为保证墙基各段有足够的埋深、持力层厚度相近，以减少各段不均匀沉降，可采用沿墙长将基础分段作成台阶形状。

有地下水存在时，基底应尽量埋于地下水位以上，否则应处理好基础的防蚀及一系列的施工问
题，如基坑的排水、护壁和是否会出现流砂等。

若埋藏有承压水时，为了防止基底因挖土减压而隆起开裂破坏，其隔水层应有一定的厚度。

此时基底隔水层的覆盖压力应大于下面的承压水压力，即：
3)环境因素的影响 1）土的冻胀性对埋深的影响
在高寒地区，当土层温度降至摄氏零度时，土中的自由水首先结冰，随着土层温度继续下降，结合水的外层也开始冻结而形成冻土。

冻土可分为多年冻土和季节性冻土。

连续三年以上保持冻土状态的称为多年冻土；冬季冻结而夏季融化，每年冻融交替一次的土层，称为季节性冻土，季节性冻土较普遍，且对建筑物危害较大。

土层在冻胀时，不仅在冻结深度内的土中水被冻结成冰晶体，而且未冻区的水分（包括自由水和弱结合水）不断向冻结区迁移（如地下水位离冻结深度很近，并存在毛细通道）、聚集、使冰晶体逐渐扩大，引起土体发生膨胀和隆起，此种现象称为冻胀。

在冻胀区域内的基础，会使基础的底面受到冻胀力的作用。

若冻胀力大于基底以上的荷载，基础就有被抬起的危险。

当土层解冻时，冻体融化，使土中含水量增加，加之土中排水能力较差，土层处于饱和和软化状态时，土的强度降低、建筑物下
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陷，此种现象称为融陷。

无论是冻胀或融陷，一般都是不均匀的，易导致建筑物开裂、倾斜，严重威胁着建筑物的稳定和安全。

土的冻结不一定就会产生冻胀，而冻胀土在其冻胀时，冻胀的程度也不一样。

这主要取决于负温度（0℃以下）、土质（土的颗粒粗细）、水分（土中的自由水和弱结合水）三个要素。

负温度可使土产生冻结，但不一定产生冻胀；在同等条件下，粗粒土就比粉砂、粉土和粘性土的冻胀程度小；冻前含水量大的比冻前含水量小的其冻胀程度要大；有地下水补给的比无地下水补给的冻胀程度要大。

实验资料表明，无地下水补给条件下开始产生冻胀的含水量(w)基本接近塑限(wp)，天然含水量愈大其冻胀程度愈大。

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）（以下简称《规范》）根据冻胀对建筑物的危害程度，将地基土分为不冻胀、弱冻胀、冻胀和强冻胀四类。

当建筑基础底面之下允许有一定厚度的冻土层时，可用下式计算基础的最小埋深：
在冻胀、强冻胀、特强冻胀地基上，应采用下列防冻害措施：
（1） 对在地下水位以上的基础，基础侧面应回填非冻胀性的中砂或粗砂，其厚度不应小于10cm 。

对在地下水位以下的基础，可采用桩基础、自锚式基础（冻土层下有扩大板或扩底短桩）或采取其他有效措施。

（2）宜选择地势高、地下水位低、地表排水良好的建筑场地。

对低洼场地，宜在建筑四周向外一倍冻深距离范围内，使室外地坪至少高出自然地面300～500mm 。

（3）防止雨水、地表水、生产废水、生活污水浸人建筑地基，应设置排水设施。

在山区应设截水沟或在建筑物下设置暗沟，以排走地表水和潜水流。

（4）在强冻胀性和特强冻胀性地基上，其基础结构应设置钢筋混凝土圈梁和基础梁，并控制上部建筑的长高比，增强房屋的整体刚度。

（5）当独立基础联系梁下或桩基础承台下有冻土时，应在梁或承台下留有相当于该土层冻胀量的空隙，以防止因土的冻胀将梁或承台拱裂。

图2-3 相邻基础埋深
（6）外门斗、室外台阶和散水坡等部位宜与主体结构断开，散水坡分段不宜超过1.5m ，坡度不宜小于3%，其下宜填入非冻胀性材料。

（7） 对跨年度施工的建筑，入冬前应对地基采取相应的防护措施；按采暖设计的建筑物，当冬季不能正常采暖，也应对地基采取保温措施。

2)相邻建筑物的影响
如所设计的房屋附近有旧建筑物时，为保证原有建筑物的安全和正常使用，最好新建筑物基础埋深小于或等于原有建筑物的埋深，并应考虑新增荷载对原有建筑物的影响。

当新建的建筑物基础深于原有建筑物基础时，两基础之间应保持一定距离（L ），一般为两相邻基底高差（ ⊿H ）的1～2倍，即L >(1～2) ⊿H （图2-3）。

当不满足这项要求时，在施工过程中应采取有效措施，如分段施工、设置临时支撑、打板桩、护壁或采用地下连续墙等，以保证原有建筑物的安全使用。

地基承载力的确定
建筑物因地基问题引起破坏，一般有两种情形：一是建筑物荷载过大，超过了地基所能承受的荷载能力而使地基破坏失稳，即强度和稳定性的问题；二是建筑物在荷载作用下，地基产生了过大的沉降，致使建筑物产生结构性破坏或丧失使用功能，即变形问题。

地基承载力是地基土单位面积上所能承受荷载的能力，称为地基承载力特征值fak 。

影响地基承载力特征值的因素很多，它不仅与地基的形成条件和性质有关，而且还与基础的类型、尺寸、刚度和埋深、上部结构的类型、刚度、荷载性质与大小、变形要求及施工速度、地下水位升降、地区经验差别等因素有关。

目前常用下列方法确定地基承载力：
(1)根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值；
(2)根据地基土静荷载试验或其他原位测试、公式计算、并结合工程实践经
浅基础的类型
min max d d z h =-0d zs zw ze z z ψψψ=⋅⋅⋅
根据结构形式可分为扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下交叉条形基础、
筏形基础、箱型基础和壳体基础。

根据基础所用材料性能可分为无筋基础（刚性基础）和钢筋混凝土基础
2.2.1 扩展基础
对上部结构而言，基础应是可靠的支座，对下部地基而言，基础所传递的荷载效应应满足地基承
载力和变形的要求，这就有必要在墙柱下设置水平截面扩大的基础，即扩展式基础。

扩展基础通常指墙下条形基础和柱下单独基础。

扩展基础又可分为无筋扩展基础（刚性基础）和钢筋混凝土扩展基础（柔性基础）。

无筋扩展基础
刚性基础可用于六层和六层以下（三合土基础不宜超过四层）的民用建筑和墙承重的厂房。

常见基础有砖基础、毛石基础、三合土基础、灰土基础、混凝土基础和毛石混凝土基础。

砖基础有等高砌法和二一间隔砌法两种
毛石基础是用未经人工加工的石材和砂浆砌筑而成。

其优点是能就地取材，价格低，缺点是施工劳动强度大。

在毛石基础设计中，基底一般不设混凝土垫层，这是由于在搬运毛石过程中，极易破坏垫层的缘故。

三合土基础是用石灰、砂、碎砖或碎石三合一材料铺设、压密而成。

其体积比一般按1∶2∶4～1∶3∶6配制，经加入适量水拌和后，均匀铺入基槽，每层虚铺200mm，再压实至150mm，铺至一定高度后再在其上砌砖大放脚。

三合土基础常用于我国南方地区，地下水位较低的四层及四层以下的民用建筑工程中。

灰土基础是用石灰和粘性土混合材料铺设、压密而成。

其体积比常用3∶7或2∶8的比例配制，经加入适量水拌匀，分层压实。

每层虚铺220～250mm，压实至150mm，俗称一步。

施工中应严格控制灰土比例和拌和均匀的问题，每层压实结束后，按规定取灰土样，测定其干密度。

压实后的灰土最小干密度：粉土1.55t/m3，粉质粘土1.50t/m3，粘土1.40t/m3。

混凝土和毛石混凝土基础的强度、耐久性与抗冻性都优于砖石基础，因此，当荷载较大或位于地下水位以下时，可考虑选用混凝土基础。

混凝土基础水泥用量大，造价稍高，当基础体积较大时，可设计成毛石混凝土基础。

毛石混凝土基础是在浇灌混凝土过程中，掺入少于基础体积30%的毛石，以节约水泥用量。

由于其施工质量控制较困难，使用并不广泛。

2. 钢筋混凝土扩展基础
2.2.2 联合基础
同列相邻二柱公共的钢筋混凝土基础，即双柱联合基础。

在为相邻二柱分别配置独立基础时，常因一柱靠近建筑界线、或因二柱间距较小，而出现基底面积不足和荷载偏心距过大等情况，此时可考虑采用联合基础。

一般有三种形式：矩形、梯形、连梁式。

联合基础也可用于调整相邻两柱的沉降差、或防止两者之间的相向倾斜等。

2.2.7 壳体基础
可发挥混凝土抗压性能好的特性
三种形式：正圆锥壳、M形组合壳、内球外锥组合壳
优点：材料省、造价低
缺点：较难实现机械化施工，工期长，施工工作量，技术要求高。

2.4.1 地基承载力概念
地基承载力是指地基承受荷载的能力。

在保证地基稳定性的条件下，使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载力称为地基承载力特征值f a。

f a取决两个条件：（1）要有一定的强度储备；（2）地基变形不应大于相应的允许值。

f a不是定值
地基承载力特征值的确定
（1）根据土的抗剪强度指标以理论公式计算。

（2）由现场荷载试验的p-s曲线确定。

（3）按规范提供的承载力表确定。

（4）在土质基本相同的情况下，参照临近建筑物的工程经验确定。