土力學(xué)與地基基礎(chǔ)任務(wù)13 淺基礎(chǔ)上

13.1淺基礎(chǔ)類型與基礎(chǔ)埋深選擇

一、概述

任何建筑物都建造在一定的地層上，建筑物的全部荷載都由它下面的地層來承擔(dān)。一般而言，將承受建筑物各種作用的地層稱為地基，而將建筑物與地基接觸的最下部分，也就是將建筑物的各種作用傳遞至地基的結(jié)構(gòu)物稱為基礎(chǔ)。

任務(wù)13淺基礎(chǔ)地基：承受建筑物荷載應(yīng)力與應(yīng)變不能忽略的土層（有一定深度和范圍）?；A(chǔ)：埋入土層一定深度并將荷載傳給地基的建筑物下部結(jié)構(gòu)。

持力層：直接支撐建筑物基礎(chǔ)的土層。

下臥層：持力層下部的土層。

天然地基：未經(jīng)過人為處理即可滿足設(shè)計(jì)要求的地基。

人工地基：經(jīng)過人工加固或處理后的地基。地基

基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)深基礎(chǔ)深水基礎(chǔ)

剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)柔性擴(kuò)大基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)沉箱基礎(chǔ)地下連續(xù)墻沉井基礎(chǔ)

二、淺基礎(chǔ)類型淺基礎(chǔ)定義：通常將埋置深度較淺（一般在5米以內(nèi)），且施工相對(duì)簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)稱為淺基礎(chǔ)。

特點(diǎn)：施工一般采用敞開挖基坑修筑基礎(chǔ)的方法，故亦稱為明挖基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以忽略基礎(chǔ)側(cè)面土體對(duì)基礎(chǔ)的影響，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式和施工方法也較簡(jiǎn)單。天然地基淺基礎(chǔ)根據(jù)受力條件及構(gòu)造可分為剛性基礎(chǔ)（也稱無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)）和鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)兩大類。

鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)剛性基礎(chǔ)

基礎(chǔ)在外力（包括基礎(chǔ)自重）作用下，基底的地基反力為σ，此時(shí)基礎(chǔ)的懸出部分a-a斷面左端，相當(dāng)于承受著強(qiáng)度為的均布荷載的懸臂梁，在荷載作用下，a-a斷面將產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。當(dāng)基礎(chǔ)圬工具有足夠的截面使材料的容許應(yīng)力大于由地基反力產(chǎn)生的彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力時(shí)，a-a斷面不會(huì)出現(xiàn)裂縫，這時(shí)，基礎(chǔ)內(nèi)不需配置受力鋼筋，這種基礎(chǔ)稱為剛性基礎(chǔ)。剛性基礎(chǔ)的概念形式：剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，單獨(dú)柱下剛性基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)等。

優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好、施工簡(jiǎn)便、能承受較大的荷載，所以只要地基強(qiáng)度能滿足要求，它是橋梁和涵洞等結(jié)構(gòu)物首先考慮的基礎(chǔ)形式。缺點(diǎn)：自重大，并且當(dāng)持力層為軟弱土?xí)r，由于擴(kuò)大基礎(chǔ)面積有一定限制，需要對(duì)地基進(jìn)行處理或加固后才能采用，否則會(huì)因所受的荷載壓力超過地基強(qiáng)度而影響建筑物的正常使用。剛性基礎(chǔ)的特點(diǎn)

基礎(chǔ)在基底反力作用下，在a-a斷面產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力若超過了基礎(chǔ)圬工的強(qiáng)度極限值，為了防止基礎(chǔ)在a-a斷面開裂甚至斷裂，可將剛性基礎(chǔ)尺寸重新設(shè)計(jì)，并在基礎(chǔ)中配置足夠數(shù)量的鋼筋，這種基礎(chǔ)稱為鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)的概念形式：柱下擴(kuò)展基礎(chǔ)、條形和十字形基礎(chǔ)筏板及箱形基礎(chǔ)。優(yōu)點(diǎn)：其整體性能較好，抗彎剛度較大。如筏板和箱形基礎(chǔ)，在外力作用下只產(chǎn)生均勻沉降或整體傾斜，這樣對(duì)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加應(yīng)力比較小，基本上消除了由于地基沉降不均勻引起的建筑物損壞。所以在土質(zhì)較差的地基上修建高層建筑物時(shí)，采用這種基礎(chǔ)形式是適宜的。缺點(diǎn)：鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)，特別是箱形基礎(chǔ)，鋼筋和水泥的用量較大，施工技術(shù)的要求也較高，所以采用這種基礎(chǔ)形式應(yīng)與其它基礎(chǔ)方案（如采用樁基礎(chǔ)等）比較后再確定。鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)的特點(diǎn)箱形基礎(chǔ)結(jié)束條形基礎(chǔ)分為墻下和柱下條形基礎(chǔ)，墻下條形基礎(chǔ)是擋土墻下或涵洞下常用的基礎(chǔ)形式。其橫剖面可以是矩形或?qū)⒁粋?cè)筑成臺(tái)階形。條形基礎(chǔ)擋土墻下條形基礎(chǔ)柱下條形基礎(chǔ)

由于地基強(qiáng)度一般較墩臺(tái)或墻柱圬工的強(qiáng)度低，因而需要將基礎(chǔ)平面尺寸擴(kuò)大以滿足地基強(qiáng)度要求，這種剛性基礎(chǔ)剛稱剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)。它是橋涵及其他建筑物常用的基礎(chǔ)形式，其平面形狀常為矩形。其每邊擴(kuò)大的尺寸最小為0.20～0.50m，視土質(zhì)、基礎(chǔ)厚度、埋置深度和施工方法而定。作為剛性基礎(chǔ)，每邊擴(kuò)大的最大尺寸應(yīng)受到材料剛性角的限制。

剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)

剛性角：基礎(chǔ)懸出總長(zhǎng)度（包括襟邊與臺(tái)階寬度之和）按前面剛性基礎(chǔ)的定義，應(yīng)使懸出部分在基底反力作用下，在a-a截面所產(chǎn)生的彎曲拉力和剪應(yīng)力不超過基礎(chǔ)圬工的強(qiáng)度限值。所以滿足上述要求時(shí)，就可得到自墩臺(tái)身邊緣處的垂線與基底邊緣的聯(lián)線間的最大夾角max，稱為剛性角。

P183圖9.14

當(dāng)基礎(chǔ)較厚時(shí)，可在縱橫兩個(gè)剖面上都做成臺(tái)階形，以減少基礎(chǔ)自重，節(jié)省材料。剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)1.基礎(chǔ)底面的壓力小于地基承載力容許值；2.地基及基礎(chǔ)的變形值小于建筑物要求的沉降值；3.地基及基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性有足夠保證；4.基礎(chǔ)本身的強(qiáng)度、耐久性滿足要求。

（一）設(shè)計(jì)計(jì)算的原則

三、剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（二）設(shè)計(jì)與計(jì)算的主要內(nèi)容：

基礎(chǔ)埋置深度的確定剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸的擬定地基承載力驗(yàn)算基底合力偏心距驗(yàn)算基礎(chǔ)穩(wěn)定性和地基穩(wěn)定性驗(yàn)算基礎(chǔ)沉降驗(yàn)算（三）淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟

1、分析研究建筑物場(chǎng)地地質(zhì)資料，建筑材料及施工技術(shù)條件資料，建筑物的結(jié)構(gòu)型式，使用要求及上部結(jié)構(gòu)荷載資料等。綜合考慮選擇基礎(chǔ)類型、材料、平面布置。2、基礎(chǔ)埋置深度的確定3、基礎(chǔ)底面尺寸的擬定4、地基承載力驗(yàn)算，基底合力偏心距驗(yàn)算，地基穩(wěn)定性驗(yàn)算，基礎(chǔ)沉降驗(yàn)算5、確定基礎(chǔ)剖面尺寸，進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算6、繪制基礎(chǔ)施工祥圖，提出必要的施工技術(shù)說明。四、基礎(chǔ)埋置深度的確定

將基礎(chǔ)設(shè)置在變形較小，而強(qiáng)度又比較大的持力層上，以保證地基強(qiáng)度滿足要求，且不致產(chǎn)生過大的沉降或沉降差。還要使基礎(chǔ)有足夠的埋置深度，以保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，確保基礎(chǔ)的安全。必須綜合考慮地基的地質(zhì)和地形條件、河流的沖刷程度、當(dāng)?shù)氐膬鼋Y(jié)深度、上部結(jié)構(gòu)形式以及保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋深和施工技術(shù)條件、造價(jià)等因素。剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)（一）地基的地質(zhì)條件P175

巖石地基:覆蓋土層較薄時(shí)，一般應(yīng)清除覆蓋土和風(fēng)化層后，將基礎(chǔ)直接修建在新鮮巖面上；如巖石的風(fēng)化層很厚，難以全部清除時(shí)，基礎(chǔ)放在風(fēng)化層中的埋置深度應(yīng)根據(jù)其風(fēng)化程度、沖刷深度及相應(yīng)的容許承載力來確定。如巖層表面傾斜時(shí)，不得將基礎(chǔ)的一部分置于巖層上，而另一部分則置于土層上。在陡峭山坡上修建橋臺(tái)時(shí)，還應(yīng)注意巖體的穩(wěn)定性。非巖石地基:如受壓層范圍內(nèi)為均質(zhì)土，基礎(chǔ)埋置深度除滿足沖刷、凍脹等要求外，可根據(jù)荷載大小，由地基土的承載能力和沉降特性來確定（同時(shí)考慮基礎(chǔ)需要的最小埋深）。

（二）河流的沖刷深度

沖刷的基本概念:洪水沖刷后，整個(gè)河床面要下降，這叫一般沖刷,被沖下去的深度叫一般沖刷深度。同時(shí)由于橋墩的阻水作用，使洪水在橋墩四周沖出一個(gè)深坑，這叫局部沖刷。河流的沖刷作用

在有沖刷的河流中，為了防止橋梁墩、臺(tái)基礎(chǔ)四周和基底下土層被水流掏空沖走以致倒塌，基礎(chǔ)必須埋置在設(shè)計(jì)洪水的最大沖刷線以下不小于1m。特別是在山區(qū)和丘陵地區(qū)的河流，更應(yīng)注意考慮季節(jié)性洪水的沖刷作用。

基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)洪水沖刷總深度以下的最小埋置深度不應(yīng)是一個(gè)定值，它與河床地層的抗沖刷能力、計(jì)算設(shè)計(jì)流量的可靠性、選用計(jì)算沖刷深度的方法、橋梁的重要性和破壞后修復(fù)的難易程度等因素有關(guān)。因此，對(duì)于非巖石河床橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的基底在設(shè)計(jì)洪水沖刷總深度以下的最小埋置深度，參照下表采用。

總沖刷深度（m）橋梁類別05101520大橋、中橋、小橋（不鋪砌）1.52.02.53.03.5特大橋2.02.53.03.54.0（三）當(dāng)?shù)氐膬鼋Y(jié)深度（P176公式9.1解釋）

為了保證建筑物不受地基土季節(jié)性凍脹的影響，除地基為非凍脹性土外，基礎(chǔ)底面應(yīng)埋置在天然最大凍結(jié)線以下一定深度?！豆珮蚧?guī)》規(guī)定，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為超靜定結(jié)構(gòu)時(shí)，基底應(yīng)埋置在最深凍結(jié)線以下不小于0.25m；對(duì)靜定結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，一般也按此要求，但在凍結(jié)較深地區(qū)，為了減少基礎(chǔ)埋深，有些類別的凍土經(jīng)計(jì)算后也可將基底置于最大凍結(jié)線以上。（四）上部結(jié)構(gòu)型式

對(duì)中、小跨度簡(jiǎn)支梁橋來說，這項(xiàng)因素對(duì)確定基礎(chǔ)的埋置深度影響不大。但對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)即使基礎(chǔ)發(fā)生較小的不均勻沉降也會(huì)使內(nèi)力產(chǎn)生一定變化。

（五）當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件

當(dāng)墩臺(tái)、擋土墻等結(jié)構(gòu)位于較陡的土坡上，在確定基礎(chǔ)埋深時(shí)，還應(yīng)考慮土坡連同結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)一起滑動(dòng)的穩(wěn)定性。（六）保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋置深度地表土的性質(zhì)是不穩(wěn)定的。人類和動(dòng)物的活