岩土工程天然地基上的浅基础设计

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岩土工程天然地基上的浅基础设计

　　导语：其基础竖向尺寸与其平面尺寸相当，侧面摩擦力对基础承载力的影响可忽略不计。浅基础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、箱形基础和壳体基础。

　　1概述

　　工程设计都是从选择方案开始的。地基基础设计方案有：天然地基或人工地基上的浅基础;深基础;深浅结合的基础(如桩-筏、桩-箱基础等)。上述每种方案中各有多种基础类型和做法，可根据实际情况加以选择。

　　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，要合理的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。天然地基上结构比较简单的浅基础最为经济，如能满足要求，宜优先选用。

　　本章将讨论天然地基上浅基础设计的各方面的问题。这些问题与土力学、工程地质学、砌体结构和钢筋混凝土结构以及建筑施工课程关系密切。天然地基上浅基础设计的原则和方法，也适用于人工地基上的浅基础，只是采用后一种方案时，尚需对所选的地基处理方法(见第9章)进行设计，并处理好人工地基与浅基础的相互影响。

　　1.1.1浅基础设计的内容

　　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，进行基础平面布置。

　　2.选择基础的埋置深度。

　　3.确定地基承载力设计值。

　　4.确定基础的底面尺寸。

　　5.必要时进行地基变形与稳定性验算。

　　6.进行基础结构设计(按基础布置进行内力分析、截面计算和满足构造要求)。

　　7.绘制基础施工图，提出施工说明。

　　基础施工图应清楚表明基础的布置、各部分的平面尺寸和剖面。注明设计地面或基础底面的标高。如果基础的中线与建筑物的轴线不一致，应加以标明。如建筑物在地下有暖气沟等设施，也应标示清楚。至于所用材料及其强度等级等方面的要求和规定，应在施工说明中提出。

　　上述浅基础设计的各项内容是互相关联的。设计时可按上列顺序，首先选择基础材料、类型和埋深，然后逐步进行计算。如发现前面的选择不妥，则须修改设计，直至各项计算均符合要求且各数据前后一致为止。

　　为了减轻不均匀沉降的危害，在进行基础设计的同时，尚需从整体上对建筑设计和结构设计采取相应的措施，并对施工提出具体要求。

　　1.1.2基础设计方法

　　基础的上方为上部结构的墙、柱，而基础底面以下则为地基土体。基础承受上部结构的作用并对地基表面施加压力(基底压力)，同时，地基表面对基础产生反力(地基反力)。两者大小相等，方向相反。基础所承受的上部荷载和地基反力应满足平衡条件。

　　地基土体在基底压力作用下产生附加应力和变形，而基础在上部结构和地基反力的作用下则产生内力和位移，地基与基础互相影响、互相制约。进一步说，地基与基础之间，除了荷载的作用外，还与它们抵抗变形或位移的能力有着密切关系。而且，基础及地基也与上部结构的荷载和刚度有关。即：地基、基础和上部结构都是互相影响、互相制约的。

　　它们原来互相连接或接触的部位，在各部分荷载、位移和刚度的综合影响下，一般仍然保持连接或接触，墙柱底端位移、该处基础的变位和地基表面的沉降相一致，满足变形协调条件。上述概念。可称为地基-基础-上部结构的相互作用。

　　为了简化计算，在工程设计中，通常把上部结构、基础和地基三者分离开来，分别对三者进行计算：视上部结构底端为固定支座或固定铰支座，不考虑荷载作用下各墙柱端部的相对位移，并按此进行内力分析;而对基础与地基，则假定地基反力与基底压力呈直线分布，分别计算基础的内力与地基的沉降。

　　这种传统的分析与设计方法，可称为常规设计法。

　　在这些情况下，按常规设计法计算的结果，与进行地基-基础-上部结构相互作用分析的差别不大，可满足结构设计可靠度的要求，并已经过大量工程实践的检验。

　　基底压力一般并非呈直线(或平面)分布，它与土的类别性质、基础尺寸和刚度以及荷载大小等因素有关。在地基软弱、基础平面尺寸大、上部结构的荷载分布不均等情况下，地基的沉降喝分力将受到基础和上部结构的影响，而基础和上部结构的内力和变位也将调整。

　　如按常规方法计算，墙柱底端的位移、基础的挠曲和地基的沉降将各不相同，三者变形不协调，且不符合实际。而且，地基不均匀沉降所引起的上部结构附加内力和基础内力变化，未能在结构设计中加以考虑，因而也不安全。只有进行地基-基础-上部结构的相互作用分析，才能合理进行设计，做到既降低造价又能防止建筑物遭受损坏。

　　目前，这方面的研究工作已取得进展，人们可以根据某些实测资料和借助电子计算机，进行某些结构类型、基础型式和地基条件的相互作用分析，并在工程实践中运用相互作用分析的成果或概念。

　　1.1.3对地基计算的要求

　　在《建筑地基基础设计规范》中，根据地基损坏造成建筑物破坏后果(为及人的性命、造成经济损失、社会影响及修复的可能性)的严重性，将建筑物分为三个安全等级。

　　根据建筑物的安全等级和其它情况，地基基础计算应按下列要求进行：

　　1.各级建筑物的基础底面积均应按地基承载力设计值进行计算。

　　2.一级建筑物及表7-16所列范围以外的二级建筑物，应进行变形计算。

　　3.对经常承受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构，以及建造在斜坡上的建筑物，尚应验算其稳定性。

　　1.1.4关于荷载取值的规定

　　按现行国家标准，荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载，荷载采用标准值或设计值表达。荷载设计值等于其标准值乘以荷载分项系数。在地基基础设计中，作用在基础上的各类荷载及其取值方法，可按下列各项规定或做法选取。

　　1.上部结构作用在基础上的永久荷载，其分项系数为1.2，而可变荷载的分项系数为1.4.当采用某些结构分析程序进行电算时，可取永久荷载和可变荷载的综合分项系数为1.25.

　　2.按地基承载力确定基础面积及埋深时，传至基础顶面上的荷载应按基本组合的设计值计算。

　　3.计算地基稳定性(以及滑坡推力)和重力式挡土墙上土压力时，荷载应按基本组合，但荷载分项系数均为1.0.