基础工程

第一章：绪论

地基——受建筑物影响的那一部分地层;

基础——建筑物向地基传递荷载的下部结构.

基础设计需满足的三个基本要求：

（1）强度要求：

不能超过地基的承载能力，并有足够安全储备。

（2）变形要求：

特征变形（如基础沉降）不能超过建筑物的允许值；

（3）上部结构的其他要求：

满足上部结构对基础结构的强度、刚度和耐久性要求。

第三章：浅基础

浅基础：通常把位于天然地基上、埋置深度小于5m的一般基础( 柱基或墙基) 以及埋置深度虽超过5m, 但小于基础宽度的大尺寸基础( 如箱形基础), 统称为天然地基上的浅基础。

优点：埋置深度较浅，用料较省，无需复杂的施工设备，在开挖基坑、必要时支护坑壁和排水疏干后对地基不加处理即可修建，工期短、造价低。

浅基础的设计内容及步骤

1选择基础的材料和类型，进行基础平面布置；

2确定地基持力层，选择基础的埋置深度；

3确定地基承载力

4根据地基承载力，确定基础的底面尺寸，必要时进行下卧层强度验算、地基验算（包括变形与稳定性验算）；

5进行基础的结构设计（内力分析、截面计算、同时满足构造要求）；

6绘基础施工图，提出施工说明。

基础埋置深度的选择

原则：在满足承载力的条件下尽量浅埋

基本要求：

1.除岩石以外，D大于50cm（表土扰动，植物，冻融，冲蚀）

2.基础顶距离表土大于10cm，保护基础面。

3.桥：要求在冲刷深度以下

变形验算的内容

⑴沉降量：基础某点的沉降值

⑵沉降差：基础两点或相邻柱基中点的沉降量之差

⑶倾斜：基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值

⑷局部倾斜：砌体结构沿纵向6~10m内基础两点的沉降差与其距离的比值

地基净反力的概念

地基净反力是指由基础顶面标高以上部分传下的荷载所产生的地基反力。（荷载效应基本组合）

结构设计中，基础内产生内力的是净反力，而基础自重G K 不会产生

减轻不均匀沉降危害的措施

一、不均匀沉降的危害

（1）墙体裂缝；（2）梁板拉裂；

（3）构配件损坏；（4）影响正常使用。

二、防止的方法

（1）采用筏基或箱基；（2）采用深基础；

（3）地基处理；（4）建筑结构和施工方面采取措施。

刚性基础设计步骤:

1. 确定基底面积B×L

2. 选刚性基础类型

3. 按宽高比决定台阶高度与宽度——从基底开始向上逐步收小尺寸，使基础顶低于室外地面至少0.1m，否则应需修改尺寸或基底埋深。

4. 基础材料强度小于柱的材料强度时，应验算基础顶面的局部抗压强度，如不满足，应扩大柱脚的底面积。

第五章桩基础

桩基础的适用性

1、桩基础的优点

（1）承载力高

（2）沉降量小且沉降均匀

（3）能承受一定的水平荷载

（4）可以减小机械基础的振幅、减弱机械振动对结构的不利影响

（5）可以提高建筑物的抗震能力

（6）便于实现基础工程机械化和工业化

2、采用桩基的条件

（1）高层建筑

（2）重型工业厂房和荷载很大的建筑物

（3）沉降量过大的建筑物

（4）软弱地基和某些特殊土上的永久建筑物

（5）高耸构筑物（受水平力和上拔力作用）

（6）需要减弱其振动影响的动力机械基础

（7）有可能被水冲刷的桥梁基础

（8）需穿越水体或软弱土层的建构筑物基础

桩基础的设计原则

（1）承载能力极限状态

所有桩基础均计算。

正常使用极限状态

（2）桩端为软弱土的一、二级建筑物桩基桩端为粘性土、

粉土或存在软弱下卧层的一级建筑物。

桩基设计应满足下列基本条件：

（1）单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值；

（2）桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；

（3）对位于坡地、岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。

还应考虑特殊土对桩基的影响。“减沉桩”数量按沉降控制条

件确定。

桩基础的设计内容

（1）选桩基础的数量和几何尺寸。

（2）确定单桩竖向承载力特征值。

（3）确定桩基础的数量、间距和布置方式。

（4）验算桩基础的承载力和沉降值。

（5）桩身结构设计。

（6）承台设计。

（7）绘制桩基础施工图。

单桩竖向承载力：指单桩在竖向荷载作用下不失去稳定，也

不产生过大的沉降时，所承受的最大荷载。

桩基础沉降

计算桩基础沉降时，最终沉降量宜按单向压缩分层总和法计

算。地基内的应力分布宜采用各向同性均质线性变形体理论，按

下列方法计算：

（1）实体深基础（桩距不大于6d）；

（2）其他方法，包括明德林应力公式方法。

负摩阻：桩在轴向荷载作用下，桩身和桩端土将产生压缩变

形，如果桩周土层由于某种原因而下沉，并且它的下沉量大于桩

身的下沉量时，在桩侧将会产生向下的摩阻力，称为负摩阻力。

产生负摩阻力的原因

（1）桩周地面大面积堆载、填土或桩侧地面承受局部较大

长期荷载；

（2）桩基场地降低地下水位；

（3）自重欠固结土层的桩基；新填土，灵敏土；

（4）沉桩严重扰动桩周土后引起土的固结；砂土液化、冻

土融解

（5）桩穿越厚层松散填土、自重湿陷性黄土进入相对较硬

土层

减小负摩阻力的工程措施

（1）对预制桩：利用沥青减少摩擦

（2）对灌注桩：利用膨润土泥浆产生滑动层

（3）对干作业成孔：采用塑料膜减少摩擦

桩的平面布置原则

平面布置：对称式、梅花式、行列式、环状等

间距：3.0~4.0倍桩径

一般原则：

（1）基桩的最小中心距应符合表3.3.3的规定；当施工中采

取减小挤土效应的可靠措施时，可根据当地经验适当减小。

（2）应选择较硬土层作为桩端持力层。桩端全断面进入持

力层的深度，对于黏性土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小

于1.5d，碎石类土，不宜小于1d。当存在软弱下卧层时，

桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d。

（3）对于嵌入倾斜的完整和较完整岩的全断面深度不宜小

于0.4d且不小于0.5m，倾斜度大于30%的中风化岩，宜根

据倾斜度及岩石完整性适当加大嵌岩深度；对于嵌入平整、

完整的坚硬岩和较硬岩的深度不宜小于0.2d，且不应小于

0.2m。

桩承台的设计

承台作用：连结各桩，转换、调整、分配荷载。

桩基承台可分为柱下独立承台、柱下或墙下条形承台（梁式

承台）、筏板承台、箱形承台。

各种桩基承台均应进行受弯、受冲切、受剪切和局部承压承

载力计算

桩基础设计基本资料

（1）建筑本身的资料；

（2）建筑场地、建筑环境资料；

（3）岩土工程勘察资料；

（4）施工条件和桩型条件；

（5）供设计比较用的有关桩型及实施的可行性的资料

桩基础设计基本内容和步骤

（1）收集设计基本资料，包括提出勘察要求并实施勘察。

（2）持力层选择和桩型选择。

（3）确定单桩承载能力。

（4）根据上部结构荷载情况，初步确定桩的数量和平面布

置，初步确定承台尺寸与埋置深度。

（5）验算作用于单桩的荷载，若不符合要求，需调整平面

布置与承台尺寸再进行验算，直至满足要求。

（6）验算群桩承载力和变形，若不符合要求则返回第4步

修正设计，直至满足要求。

（7）桩身结构设计和计算。

（8）承台设计和计算。

（9）绘制桩位、桩身结构和承台结构施工图，编制设计说

明。

第十章基础抗震

振动对土体性质的影响

（1）振动对土的抗剪强度的影响

砂土的内摩擦系数将随着振幅的增大而减少

砂土的内摩擦系数随着振动加速度增大而减小

粘性土的抗剪强度一般随着振动加速度的加大而减小

随着土所具有的粘聚力的增加，振动对土的力学性质变化的

影响将减小

（2）振动作用下土的压密

在动荷载作用下，地基的沉降比只有静荷载作用时的沉降要

大，因为在前一种情况下将产生振动附加沉降。

但在法向压力作用下，只有当振动加速度大于某临界值（通

常为0.2g～0.3g）时才出现振动附加沉降，其值随振动加速度的

增大而增大。

地基震害

1、震陷

在地震时，地面的巨大沉陷称为“震陷”或“震沉”

震陷原因有多种：

（1）松砂震后密实而沉缩；

（2）饱和砂土振动液化后涌向四周洞穴中或从地表裂缝中

逸出而引起地面变形；

（3）淤泥质粘土经震动后结构受到振动而强度显著降低，

产生附加沉降

2、液化

地震引起的振动使饱和砂土或粉土趋于密实，导致孔隙水压

力急剧增加。这种急剧上升的孔隙水压力来不及消散，使有效应

力减小，当有效应力完全消失时，砂土颗粒局部或全部处于悬浮

状态。形成“液化”现象。

天然地基抗震措施

（1）地基为软弱粘性土

采用桩基础或各种地基处理方法。

（2）地基不均匀

地基处理，填平沟、坎。

（3）可液化地基

地基处理，加强地基整体性和刚度

（4）基础隔震和消能减震

第九章特殊土地基

膨胀土（岩）的特点

1、概念

膨胀土是指粘粒成分主要有亲水性粘土矿物组成，同时具有

显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土；膨胀岩是指

含有较多亲水矿物，含水率变化时发生较大体积变化的岩石，其

具有遇水膨胀、软化、崩解和失水收缩、开裂的特性。

2、膨胀土的物理特征

天然状态下，膨胀土呈坚硬或硬塑状，有黄、红、灰白等颜

色。我国膨胀土的粘粒含量一般很高，粒径小于0.002mm的胶

体颗粒含量超过20%，w L大于40%，I p大于17，多在22~35之间，

膨胀土的天然含水量接近或略小于塑限，液性指数常小于0，土

的压缩性比较小，多属于低压缩性。

3、膨胀土（岩）地基的工程措施

（1）设计措施

建筑场地选择、建筑措施、结构处理、地基处理

（2）施工措施：排水、防水。施工中尽量减小地基中含水

量的变化。

红黏土的形成与分布

炎热湿润气候条件下的石灰岩、白云岩等碳酸盐岩系出露区

的岩石在长期的成土化学风化作用（红土化作用）下形成的高塑

性粘土物质，其液限一般大于50%一般呈褐红、棕红、紫褐色等

色，称为红黏土。

覆盖于碳酸盐岩系之上，其液限大于或等于50%的高塑性粘

土，应判定为原生红黏土。

原生红黏土经搬运、沉积后仍保留其基本特征，且其液限大

于45%的黏土，可判定为次生红黏土。

红黏土地区的岩溶和土洞

溶洞顶板塌落造成地基失稳，尤其是一些浅埋、扁平状、跨

度大的洞体, 其顶板岩体受数组结构面切割，在自然或人为的作

用下，有可能塌落造成地基的局部破坏。

土洞塌落形成场地坍陷，实践表明，土洞对建筑物的影响远

大于岩溶, 其主要原因是：土洞埋藏浅、分布密、发育快、顶板

强度低，因而危害也大。有时在建筑施工阶段还未出现土洞，只

是由于修建筑物后改变了地表水和地下水的条件才产生土洞和

地表塌陷。

溶沟、溶槽等低洼岩面处易于积水，使土呈软塑至流塑状态，

在红粘土分布区，随着深度增加，土的状态可以由坚硬，硬塑变

为可塑以至流塑。

基岩岩面起伏大，常有峰高不等的石芽埋藏于浅层土中，有

时外露地表，导致红粘土地基的不均勻性。常见石芽分布区的水

平距离只有lm、土层厚度相差可达5m或更多的情况。

岩溶水的动态变化给施工和建筑物造成不良影响，雨季深部

岩溶水通过漏斗、落水洞等竖向通道向地面涌泄，以致场地可能

暂时被水淹没。

红黏土地基稳定性评价

红粘土在天然状态下，膨胀量很小，但具有强烈的失水收缩

性，土中裂隙发育是红粘土一大特征。坚硬、硬塑红粘土，在靠

近地表部位或边坡地带，红粘土裂隙发育，且呈竖向开口状，这

种土单独的土块强度很高，但由于裂隙破坏了土体的连续性和整

体性，使土体整体强度降低。当基础浅埋且有较大水平荷载，外

侧地面倾斜或有临空面时，要首先考虑地基稳定性问题，土的抗

剪强度指标及地基承载力都应作相应的折减。另外，红粘土与岩

溶、土洞有不可分割的联系，由于基岩岩溶发育，红粘土常有土

洞存在，在土洞强烈发育地段，地表塌陷，严重影响地基稳定性。

红黏土地基的工程措施

1 、根据红粘土地基湿度状态的分布特征，一般尽量将基础

浅埋，尽量利用浅部坚硬或硬塑状态的土作为持力层，这样即充

分利用其较高的承载力，又可使基底下保持相对较厚的硬土层，

使传递到软塑土上的附加应力相对减小，以满足下卧层的承载力

要求。

2 、对不均匀地基，可采用如下措施：

（1）对地基中石芽密布、不宽的溶槽中有小于《岩土工

程勘察规范》规定厚度红粘土层的情况，可不必处理，而将基

础直接置于其上；若土层超过规定厚度，可全部或部分挖除溶槽

中的土，并将墙基础底面沿墙长分段造成埋深逐渐增加的台阶状，

以便保持基底下压缩土层厚度逐段渐变以调整不均匀沉降，此外

也可布设短桩，而将荷载传至基岩；对石芽零星分布，周围有厚

度不等的红粘土地基，其中以岩石为主地段，应处理土层，以土

层为主时，则应以褥垫法处理石芽。

（2）对基础下红粘土厚度变化较大的地基，主要采用调整

基础沉降差的办法，此时可以选用压缩性较低的材料进行置换或

密度较小的填土来置换局部原有的红粘土以达到沉降均匀的目

的。对地基中有危及建筑物安全的岩溶和土洞也应进行处理。