第八章天然地基上浅基础设计

第8章天然地基上浅基础设计内容提要：地基基础是建筑物的重要根基，若地基基础不稳固，将危及整个建筑物的安全。

本章主要介绍根据基础的受力特性及构造特点划分的浅基础的类型、浅基础的设计计算、浅基础设计方法、减小地基不均匀沉降危害的主要措施及地基基础与上部结构共同作用的设计理念。

第一节浅基础的类型当建筑场地土质均匀、坚实，性质良好，地基承载力特征值fak ＞120kPa时，对于一般多层建筑，可将基础直接做在浅层天然地基上，称为天然地基上浅基础。

根据天然地基上浅基础的受力特性及构造特点可将浅基础类型分为两大类：刚性基础和柔性基础。

一、刚性基础刚性基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度却不高。

8.1.2柔性基础柔性基础的材料为钢筋混凝土，故亦称为钢筋混凝土基础，其抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。

这类基础的高度不受台阶宽高比的限制。

因此，当刚性基础尺寸不能同时满足地基承载力和基础埋深的要求时，则需选择柔性基础。

柔性基础同样可用扩大基础底面积的办法来满足地基承载力的要求，但不必增加基础的埋深。

1.钢筋混凝土独立基础这种基础主要是柱下基础，其构造形式如图8-1所示，轴心受压柱下基础的底面形状为正方形。

而偏心受压柱下基础的底面图8-1 钢筋混凝土独立基础形状为矩形。

（a）台阶形基础；（b）锥形基础；（c）杯口形基础 2.钢筋混凝土条形基础(1)墙下钢筋混凝土条形基础其横截面根据受力条件可以分为不带肋和带肋两种。

若地基不均匀，为了加强基础的整体性和抗弯能力，可以采用有肋的墙下钢筋混凝土条形基础，肋部配置足够的纵向钢筋和箍筋。

(2)柱下钢筋混凝土条形基础当地基承载力较低且柱下钢筋混凝土独立基础的底面积不能承受上部结构荷载的作用，常将若干柱基连成一条构成柱下条形基础(图8-4)。

图8-2不带肋墙下钢筋混凝土条形基础图8 -3 带肋墙下钢筋混凝上条形基础 (3)交叉钢筋混凝土条形基础当单向条形基础的底面仍不能承受上部结构荷载的作用，可以将纵横柱基础均连在—起，成为十字交叉条形基础(图8-5)。

工程地质知识：天然地基上的浅基础设计步骤
（1）选择基础的材料、类型和平面布置。

（2）选择基础的埋置深度。

（3）确定地基承载力设计值。

（4）确定基础的底面积和底面尺寸。

（5）必要时进行地基变形验算。

（6）基础结构设计（包括内力计算、基础高度确定、基础配筋计算和构造要求等）。

（7）基础施工图绘制（包括施工说明）。

上述设计步骤是相互关联的，通常可按顺序逐项进行。

当后面的计算出现不能满足设计要求的情况（包括构造要求）时，应返回前面（1）、（2）步骤，重新作出选择后再进行设计计算，直至完全满足规范要求为止。

天然地基上的浅基础设计一、教学目标：1. 让学生了解天然地基的性质和特点；2. 使学生掌握浅基础的设计原理和方法；3. 培养学生分析和解决实际工程问题的能力。

二、教学内容：1. 天然地基的概念及其分类；2. 天然地基的性质及影响因素；3. 浅基础的设计原理；4. 浅基础的设计方法；5. 设计实例分析。

三、教学重点与难点：1. 教学重点：天然地基的性质，浅基础的设计原理和方法。

2. 教学难点：天然地基的性质及其对基础设计的影响，浅基础设计的实际应用。

四、教学方法：1. 讲授法：讲解天然地基的概念、性质及分类，浅基础的设计原理和方法。

2. 案例分析法：分析设计实例，让学生更好地理解浅基础设计的过程和技巧。

3. 互动教学法：引导学生参与课堂讨论，提高学生的思考和分析能力。

五、教学准备：1. 教材：天然地基与浅基础设计相关教材；2. 课件：天然地基的性质、浅基础设计原理和方法的图片和动画；3. 设计案例：挑选具有代表性的设计案例供学生分析。

【导入】简要介绍天然地基的概念和重要性，引导学生关注天然地基对建筑基础的影响。

【新课内容】1. 天然地基的性质及影响因素讲解天然地基的分类，分析不同类型地基的性质及影响因素，如土层的分布、密度、含水率等。

2. 浅基础的设计原理介绍浅基础的设计原理，如静承载力、稳定性和沉降控制等，解释基础底面积、埋深和材料选择等设计参数的确定方法。

3. 浅基础的设计方法讲解浅基础的设计方法，包括初步设计、详细设计和施工图设计等阶段，介绍设计过程中应注意的问题，如地基处理、防水隔离等。

【案例分析】分析一个具有代表性的设计案例，让学生了解天然地基对基础设计的影响，以及如何根据地基条件进行合理的设计。

【课堂小结】总结本节课的主要内容，强调天然地基性质对浅基础设计的影响，以及设计过程中应注意的问题。

【作业布置】1. 复习本节课的内容，整理学习笔记；六、教学评估与反馈：1. 课堂问答：通过提问了解学生对天然地基性质和浅基础设计原理的掌握情况；2. 案例分析报告：评估学生对设计案例分析的能力，检查学生能否运用所学知识解决实际问题；3. 作业批改：检查学生对课堂内容的复习和理解，以及对设计案例的分析和处理能力。

简述天然地基上浅基础设计的一般步骤
天然地基上浅基础设计是对地基进行改善工程的必备步骤，主要是在建筑物的设计过程中做出一定的处理，以确保建筑物的稳定性和支撑性。

一般步骤包括：
一、准备工作
1.进行地基观察与诊断，观察地基的状况，对其进行诊断并分析，以了解地基条件。

2.土、岩综合检测，对土、岩样本进行综合检测，以确定其物理力学性质，为地基改造提供基础依据。

3.综合考虑地下水位的影响，搜集有关地下水位的信息，考虑地下水位的变化，以确定紧凑度和降水管理的大致原则。

二、总体设计
1.分析建筑物的地基要求，确定设计的地基正拉内力，以及建筑物所能承受的最大应力。

2.确定地基控制原则，根据地下水位和地基极限状态条件，确定地基改造主动及限制原则。

3.确定地基改造方案，根据地基条件和建筑要求，确定地基改造方案，设计浅基础尺寸、位置、结构及施工流程等。

三、施工安全
1.施工前进行安全评估，进行安全绩效监测，研究及汇总施工活动及非活动环境，以确保施工安全性高。

2.安全措施，制定安全管理制度，对施工活动及环境进行详细的控制；设置安全警戒防护措施，以及安全鉴定措施等，以防止施工时出现安全隐患。

四、金属薄板处理工程
1.破坏强度检测，手段进行金属薄板破坏强度测试，以确保其质量。

2.金属薄板成形，确定金属薄板安装位置和支护方法，按规定的形状进行金属薄板的成形。

3.安装监测，以金属薄板的接触压力及偏转角度作为参数，监测金属薄板安装过程安全性，防止因安装不当出现损坏。

以上便是天然地基上浅基础设计的一般步骤，这些步骤虽然并不复杂，但是却至关重要，对于建筑物的稳定性和支撑性有重要。

第八章天然地基上浅基础设计一、思考题1、地基基础有哪些类型？适用于什么条件？2、基础为何要有一定的埋深？如何确定基础的埋深？3、柱下的基础通常为独立基础，何时采用柱下条形基础？4、天然地基上浅基础的设计步骤包括哪些内容？5、为什么要验算软弱下卧层的强度，其具体要求是什么？6、减轻建筑物不均匀沉降危害的主要措施有哪些？二、选择题1、下列属于刚性基础的是（）。

A、灰土基础B、砖基础C、砌石基础D、钢筋混凝土基础2、钢筋混凝土柱下首选的基础形式是（）。

A、钢筋混凝土条形基础B、钢筋混凝土独立基础C、筏板基础D、箱形基础3、钢筋混凝土墙下首选的基础形式是（）A、钢筋混凝土条形基础B、钢筋混凝土独立基础C、筏板基础D、箱形基础4、浅基础设计时，确定基础底面埋深时，采用荷载的（）A、基本组合B、标准组合C、准永久组合D、偶然组合5、刚性基础的最大刚性角与( )因素有关。

A、基础埋深范围内有无地下水B、基底附加应力C、材料种类及强度D、土中自重应力6、柱下条形基础的肋梁高度根据( )确定。

A、地基承载力大小B、刚性角的要求C、梁截面固定端计算弯矩大小D、梁截面抗剪强度验算参考答案：D、B、A、B、C、D三、计算题某独立柱基础，作用于地面处相应于荷载标准组合的轴心荷载设计值F=800kN，基础埋深(自室外地面起算)为1.2m，室内标高高于室外标高0.60m，地基土为粘性土，e=0.70，IL =0.80，重度γ=17.0kN/m3，地基承载力特征值fak=200kPa。

如图8-20所示。

设计基础底面积。

（参考答案：l=b=2.1m）。

第八章 天然地基上的浅基础（习题答案）8-1某桥墩为混凝土实体墩刚性扩大基础，荷载组合Ⅱ控制设计，支座反力840kN 及930kN ；桥墩及基础自重5480kN ，设计水位以下墩身及基础浮力1200kN ，制动力84kN ，墩帽与墩身风力分别为和。

结构尺寸及地质、水文资料见图8-37，地基第一层为中密细砂，重度为m 3，下层为粘土，重度为γ=m 3，孔隙比e=，液性指数I L =，基底宽，长。

要求验算地基承载力、基底合力偏心距和基础稳定性。

图8-37 习题8-1图解：（1）地基强度验算1）基底应力计算 简化到基底的荷载分别为: ΣP=840+930+5480-1200=6050KN ΣM=930×+84×+×+××= 基地应力分别为：KPa ..W ΣM A ΣP p p 24.13403.2601.39932.997991.36050261min max =⨯⨯±⨯=±= 2）持力层强度验算 根据土工试验资料，持力层为中密细砂，查表7-10得[σ01]=200kPa ，因基础宽度大于2m ，埋深在一般冲刷线以下（＞），需考虑基础宽度和深度修正，查表7-17宽度修正系数k 1=，深度修正系数为k 2=。

[σ]= [σ01] +k 1γ1(b-2) +k 2γ2(d-3)+10h w=200+×× +××+10×0=252kPa荷载组合Ⅱ承载力提高系数为K=K [σ]= ×252=315kPa ＞p max = （满足要求）3）软弱下卧层强度验算 下卧层为一般粘性土，由e =，I L =查得容许承载力[σ02]=，小于持力层的容许承载力，故需进行下卧层强度验算：基底至粘土层顶面处的距离为，软弱下卧层顶面处土的自重应力σcz =γ1（h +z ）=×+= kPa软弱下卧层顶面处附加应力σz =α（p -γ2h ）,计算下卧层顶面附加应力σh+z 时基底压力取平均值，p 平=（p max +p min ）/2=（+）/2=，当l /b==，Z/b ==，查表8-8得附加应力系数α=，故σz =×（）kPa =σ h+z =σcz +σz =+=146 kPa下卧层顶面处的容许承载力可按式8-16计算。

一、教案基本信息教案名称：天然地基上的浅基础设计适用课程：土力学与地基基础课时安排：2课时（90分钟）教学目标：1. 让学生了解天然地基的概念及其特点；2. 使学生掌握浅基础的设计原理和方法；3. 培养学生分析和解决实际工程问题的能力。

教学内容：1. 天然地基的概念及其特点；2. 浅基础的设计原理；3. 浅基础的设计方法；4. 设计实例分析；5. 常见问题及解决方法。

教学方法：1. 讲授法：讲解天然地基的概念、特点、设计原理和方法；2. 案例分析法：分析实际工程案例，让学生更好地理解设计方法；3. 互动讨论法：鼓励学生提问、发表观点，提高课堂氛围。

教学准备：1. 教案、教材；2. 相关工程案例图片或视频；3. 计算软件（如AutoCAD、理正等）供学生操作练习。

二、教学过程1. 导入（5分钟）利用图片或视频介绍天然地基的概念及其在实际工程中的应用，激发学生的兴趣。

2. 天然地基的概念及其特点（10分钟）讲解天然地基的定义，阐述其特点，如承载力、压缩性、不均匀性等。

3. 浅基础的设计原理（15分钟）介绍浅基础的设计原理，包括荷载传递、基础尺寸计算、地基承载力计算等。

4. 浅基础的设计方法（20分钟）讲解浅基础的设计方法，如常规设计方法、极限状态设计方法等，并通过示例进行讲解。

5. 设计实例分析（10分钟）分析一个实际工程案例，让学生了解天然地基上的浅基础设计过程，巩固所学知识。

6. 课堂互动（10分钟）学生提问、发表观点，教师解答疑问，提高学生的理解程度。

7. 课后作业（课后自主完成）要求学生运用所学知识，完成一个天然地基上的浅基础设计练习题。

三、教学反思本节课结束后，教师应认真反思教学效果，针对学生的掌握情况，调整教学策略，以提高教学效果。

关注学生在课后作业中的表现，及时给予指导和帮助。

四、课后作业2. 完成课后练习题：一个天然地基上的浅基础设计案例，包括基础尺寸计算、地基承载力计算等；3. 查阅相关资料，了解常见地基问题及解决方法。