浅基础的常规设计(1)

7 浅基础设计Ⅰ
Shallow Foundation Design
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基础工程
一个完整的建筑体系包含了上部结构、基础和地基三个部分 。 它们有着各自的功能。 上部结构是完成设计预定功能的主体结构。 基础通常指建筑物最下端与地基直接接触并经过了特殊处理的结构部件。 地基是指建筑物下方的承受建筑物的荷载并维持建筑物稳定的岩土体。 地基的功能是承受建筑物 的荷载并保持建筑物稳定。 受建筑物影响最大的那一 部分地基称为地基持力层（也 称为主要受力层）；位于持力 层之下的地基称为下卧层。特 别地，当下卧层的土性明显比 持力层软弱时则将该层称为软 弱下卧层。
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7.1 地基基础设计的基本原则 7.2 浅基础的类型 7.3 基础埋置深度的选择 7.4 地基承载力 7.5 基础底面尺寸的确定 7.6 地基变形验算 7.7 扩展基础设计 7.8 柱下钢筋混凝土条形基础设计 7.9 筏形基础设计 7.10 减轻不均匀沉降损害的措施
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7.1 地基基础设计的基本原则 7.1.1 概述 7.1.2 概率极限设计方法与极限状态设计原则 7.1.3 地基基础设计基本规定
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7.1.1 概述
基础是连接上部结构与地基之间的过渡结构。 其作用是将上部结构承受的各种荷载安全传递至地基，并使地基在 建筑物允许的沉降变形值内正常工作，从而保证建筑物的正常使用。 因此，基础工程的设计必须根据上部结构传力体系的特点、建筑物 对地下空间使用功能的要求、地基土质的物理力学性质，结合施工设备 能力，考虑经济造价等各方面要求，合理选择，比较基础工程设计方 案，具体问题具体分析。
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进行基础工程设计时，应将地基、基础视为一个整体，在基础底 面处满足变形协调条件及静力平衡条件（基础底面的压力之和与地基 反力之和大小相等，方向相反）。 作为支撑建筑物的地基如为天然状态则为天然地基，若经过人工 处理则为人工地基。 基础一般按埋置深度、施工方法分为浅基础与深基础。 荷载相对传至浅部受力层，采用普通基坑开挖，敞坑排水的基础 称为浅基础，如砖混结构的墙下条形基础、柱下单独基础；柱下条形 基础，十字交叉基础，片筏基础，高层结构的箱形基础等。 采用较复杂的施工方法将基础埋置于深层地基中的基础称为深基 础。如桩基础、沉井、地下连续墙等。
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地基与基础 F 基础
地基
G
D
埋深D q = γD均布 荷载 主要 受力 层
持力层（受力层） 下卧层
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人工地基：加固上部土层，提高承载力。
软土
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桩基础和深基础 新加坡发展银行,四墩, 每墩直径7.3m 将荷载传递到下部好土层,承载力高
部分风化及 不风化泥岩
风化砂岩及粉砂岩 大直径钻孔桩 桩基础 9

天然地基上的浅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标准组合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准永久组合进行地基变形验算， 根据传至基础底面上的荷载效应基本组合进行地基稳定性验算； （6）根据传至基础底面上的荷载效应基本组合确定基础构造尺寸，进 行必要的结构计算； （7）绘制基础施工图。
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7.1.2 概率极限设计方法与极限状态设计原则 建筑物地基基础的设计方法 1 容许承载力设计方法
建筑物荷载通过基础传递到地基岩土上，作用在基础底面单位面 积上的压力称为基底压力。设计中要求基底压力不能超过地基的极限承 载力，而且要有足够的安全度；同时所引起的地基变形不能超过建筑物 的允许变形值。满足这两项要求，地基单位面积上所能承受的最大压力 就称为地基的容许承载力。若地基的容许承载力确定，则要求的基础底 面积即可确定。 我国1974年颁布的《工业与民用建筑地基基础设计规范》（TJ774）（该规范已于1991年6月30日废止）即采取了这种设计方法。
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2 单一安全系数的极限状态设计方法
实际上，地基稳定和变形允许是对地基的两种不同要求，要充分 发挥地基承载作用，不能简单地用一个容许承载力概括。 更好的做法是分别验算，了解控制的因素，对薄弱的环节采取必要 的工程措施，才能充分发挥地基承载力，在保证安全可靠的前提下达到 最为经济的目的，这就是极限状态设计法的本质。 按极限状态设计方法，地基必须满足：承载能力（稳定）极限状 态和正常使用（变形）极限状态。用这种设计方法，地基的安全程度都 是用单一的安全系数表示，可称为单一安全系数的极限状态设计方法。
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3 概率理论极限状态设计方法（可靠度设计方法）
前两种设计方法均将荷载和抗力作为确定值，衡量建筑物安全度的 安全系数也是一个确定值。实际上，荷载和抗力均为随机变量，用单一的 安全系数表示的极限状态设计方法尚有不科学之处，可靠度分析方法即应 运而生。 结构在规定的时间内和条件下完成预定功能的概率称为结构可靠度。 完成预定功能就是要满足结构功能函数Z的要求：Z≥0（Z=R-S，R 为抗力，S为荷载效应），即满足极限状态的设计要求。 这种以概率理论为基础，以极限状态为分析方法，以可靠度指标β 值为安全标准的设计方法称为可靠度设计方法或概率理论为基础的极限状 态设计方法 。
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一般的可靠度设计方法需要对结构所涉及的每个荷载和抗力都进行统计 分析，工作量巨大，为使可靠度分析在设计中实用化，将极限状态表达式 写成分项系数的形式：
γRRk＝γS Sk
Rk——抗力标准值； Sk——荷载效应标准值；
γR——抗力分项系数；γS——荷载效应分项系数。
分项系数与安全系数不同，安全系数是一个规定的工程经验值，不随 抗力和荷载效应的离散程度变化， 分项系数则根据随机变量的概率分布形态，经统计分析得到。 荷载可分为永久荷载和可变荷载两大类，荷载种类不同，其概率分 布规律也不同，概率分步形式确定后，即可选择荷载代表值， 荷载代表值指设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，例如标 准值、组合值、频遇值和准永久值。
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荷载标准值：荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特 征值（例如均值、众值、中值或某个分位值）。 荷载组合值：对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概 率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结 构具有统一规定的可靠指标的荷载值。 荷载准永久值：对可变荷载，在设计基准期内，其超越的总时间约为设计 基准期一半的荷载值。 荷载设计值：荷载代表值与荷载分项系数的乘积。 按极限状态设计时，为保证结构的可靠性，需要进行荷载组合，即确 定同时作用在结构上有几种荷载，每种荷载采用何种代表值。 地基基础设计中，常用的荷载组合有： 基本组合：承载能力极限状态计算时，永久作用和可变作用的组合。 标准组合：正常使用极限状态计算时，采用标准值或组合值为荷载代表值 的组合。 准永久组合：正常使用极限状态计算时，对可变荷载采用准永久值为荷载 15 代表值的组合。

由荷载引起结构或结构构件的反应，例如内力、变形和裂缝等称为 荷载效应，其等于荷载乘以荷载效应系数C。 荷载效应组合确定后，满足承载力极限状态的表达式为：
γ0S≤R γ0——结构重要性系数；
S——荷载效应组合的设计值； R——结构构件或地基抗力的设计值，应按各有关设计规范的规定确定。
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7.1.3 地基基础设计基本规定 1 地基基础的设计等级
《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）根据地基复杂程 度、建筑物规模和功能特征，以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或 影响正常使用的程度，将地基基础设计划分为三个设计等级。 注：建筑地基基础设计等级是按照地基基础设计的复杂性和技术难度 确定的，划分时考虑了建筑物的性质、规模、高度和体型；对地基变形 的要求；场地和地基条件的复杂程度；以及由于地基问题对建筑物的安 全和正常使用可能造成影响的严重程度等因素。
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在地基基础设计等级为甲级的建筑物中，30层以上的高层建筑， 不论其体型复杂与否均列入甲级，这是考虑到其高度和重量对地基承载 力和变形均有较高要求，采用天然地基往往不能满足设计需要，而须考 虑桩基或进行地基处理。 体型复杂、层数相差超过 10 层的高低层连成一体的建筑物是指在 平面上和立面上高度变化较大、体型变化复杂，且建于同一整体基础上 的高层宾馆、办公楼、商业建筑等建筑物。 由于上部荷载大小相差悬殊、结构刚度和构造变化复杂，很易出 现地基不均匀变形，为使地基变形不超过建筑物的允许值，地基基础设 计的复杂程度和技术难度均较大，有时需要采用多种地基和基础类型或 考虑采用地基与基础和上部结构共同作用的变形分析计算来解决不均匀 沉降对基础和上部结构的影响问题。
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大面积的多层地下建筑物存在深基坑开挖的降水、支护和对邻近 建筑物可能造成严重不良影响等问题，增加了地基基础设计的复杂性， 有些地面以上没有荷载或荷载很小的大面积多层地下建筑物，如地下车 库、商场、运动场等还存在抗地下水浮力设计等问题。 复杂地质条件下的坡上建筑物是指坡体岩土的种类、性质、产状 和地下水条件变化复杂等对坡体稳定性不利的情况，此时应作坡体稳定 性分析，必要时应采取整治措施。 对原有工程有较大影响的新建建筑物是指在原有建筑物旁和在地 铁、地下隧道、重要地下管道上或旁边新建的建筑物，当新建建筑物对 原有工程影响较大时，为保证原有工程的安全和正常使用，增加了地基 基础设计的复杂性和难度。
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