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2章 刚性基础与扩展基础(梁恒昌)

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第2章刚性基础与扩展基础

第2章刚性基础与扩展基础

2. 2 基础埋臵深度的选择
2.2.1工程地质条件 非岩石地基：
压缩层范围内为均质土: 基础埋臵深度除应满足冲刷、冻胀等要求 外，可根据荷载大小，由地基土的承载能力和 沉降特性来确定(同时考虑基础需要的最小埋 深 )。 地层为多层土: 对大中型桥梁、结构物基础持力层的选 定，应通过较详细计算或方案比较后确定。
D d
B I
pu p
0
实际地面
A
r0

III II E
F
C
r

1 朗金主动区： pu为大主应力，AC与水平向夹角45 2 2 过渡区：对数螺旋线方程r=r0e tg 3 朗金被动区：水平方向为大主应力，EF与水平向夹角45- 2
2. 3 地基承载力
2.3.1按土的抗剪强度指标确定 I 区
2.2.4地基冻融条件
土的冻胀性分类： 不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀、特强冻胀。 P161，表7.4 表7.5土类别对冻深的影响
土的类别 粘性土 细砂、粉砂、粉土 冻胀系数zs 1.0 1.2 土的类别 中、粗、砾砂 碎石土 冻胀系数zs 1.3 1.4
2. 2 基础埋臵深度的选择
2.2.4地基冻融条件
2 基底完全光滑
3 埋深d<B（底宽）
B
d
2. 3 地基承载力
2.3.1按土的抗剪强度指标确定
B
q= D d q 0 d D
B I
p pu
0
实际地面
A II C III E
F

无重介质地基的滑裂线网
利用塑性力学的滑移线场理论
2. 3 地基承载力
2.3.1按土的抗剪强度指标确定
B
q= D q 0d

基础工程南航版(第2章)

基础工程南航版(第2章)
当[σ] 小时，可用大值（ bi2 ， ai2 ），可做n阶
t=1~2m；
当[σ] 不大不小时，可用中间值。
2）基础的剖面形式
长方形 长方形 长方形 （矩形） （矩形） （矩形）
梯形 梯形 梯形 （锥形） （锥形） （锥形）
阶梯形 阶梯形 阶梯形 （台阶形） （台阶形） （台阶形）
台阶高度t：
即
α≤ α[max]
α压力分布角（扩散角） ：墩台（柱、墙）底
面边缘与基础底面边缘的连线与竖直面之间夹 角称为压力分布角。 α[max]刚性角（最大扩散角） ：基础材料不发 生拉裂时，所容许的最大压力分布角。
扩散角的由来
1、基础本身传力方式 2、基础外部受力
1、基础本身的传力方式
一般基础平面型式与桥梁墩身、台身、
台底的平面形状相似，常作成长方形
（方形）。
平面尺寸的决定与土的承载力、荷载的
大小有关系。
a）根据构造要求 （决定基础最小平面尺寸）
最小宽度：bi1=b0+2Ci 最小长度：ai1=a0+2Ci
襟边Ci的作用：
1.在基础施工和定位时都可能有误差，此时襟边可以调正； 2.保护基顶免于应力集中造成破坏； 3.制作圢身、台身时，可起支模支承点作用； 4.能扩大基底面积。
求；
4、插筋的下端宜作成直钩放在基础底板钢筋网上。符合一定条件时，可
只将柱四角的插筋伸至底板钢筋网上，其余插筋锚固在基础顶面下满足 锚固长度要求。
杯口型的构造要求：
1、柱的插入深度；
2、杯底厚度和杯壁厚度；
2-2 基础埋置深度的选择
2-2-1 建筑结构条件 2-2-2 场地环境条件 2-2-3 工程地质条件 2-2-4 水文地质条件 2-2-5 地基冻融条件

第二章 刚性基础与扩展基础

第二章 刚性基础与扩展基础
∵
来由

pu k fa
pu A K fa A
pu—地基极限承载力，按魏锡克或汉森等理论公式计算 A'—与土接触的有效基底面积 A —基底面积
26
2.刚性基础与扩展基础
2.3.1 按土的抗剪强度指标确定
魏锡克公式：
1 pu bN 0 dNq cNc 2
N q e tan tan2 450 2
矩形基础

a 2.5b d / tan
地基稳定性验算
图2.7 土坡坡顶处基础的埋深
16
不满足要求时，应进行
d
条形基础
2.刚性基础与扩展基础
2.2 基础埋置深度的选择
——工程地质条件


地基由多层土组成，上好下软，基础应尽量浅埋 地基上软下好，应具体分析，进行方案比较 地基在水平方向倾斜较大时，基础埋深如图处理
p1 0 pu p 0 0.02b

p1
pu
p

p-s线有明显比例界限时 (密砂、硬土) fak=p1 极限荷载能确定，且 pu<2.0p1时, 取fak=0.5pu 当不能按上述两点确定 (中、高压缩性土的缓变 型曲线)，取s/b=0.01～ 0.015时对应荷载作为fak
s
s

图2.12 按载荷试验确定地基承载力 (a)低压缩性土；（b）高压缩性土
k1、k2—分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正 系数，查规范表
36
2.刚性基础与扩展基础
《桥规》查表确定[σ0]的步骤：
粘性土Ip
定名
砂类土（粒径级配）
IL
定态
查表得σ0
N
Dr、N

第2章刚性基础与扩展基础.

第2章刚性基础与扩展基础.

2. 2 基础埋置深度的选择
2.2.1工程地质条件 非岩石地基：
压缩层范围内为均质土: 基础埋置深度除应满足冲刷、冻胀等要求 外，可根据荷载大小，由地基土的承载能力和 沉降特性来确定(同时考虑基础需要的最小埋 深 )。 地层为多层土: 对大中型桥梁、结构物基础持力层的选 定，应通过较详细计算或方案比较后确定。
2. 2 基础埋置深度的选择
2.2.2建筑结构条件
对超静定结构 ， 基础发生较小的不均匀沉 降也会使内力产生一定变化。 如对拱桥桥台，为了减少可能产生的水平位 移和沉降差值，有时需将基础设置在埋 藏较深 的坚实上层上。 建筑结构的类型不同，地基沉降造成的危 害不同，高层建筑要求高，还要注意稳定性。 高层建筑，水平荷载大，岩石地基外，箱形 基础和筏形基础，基础埋深不小于建筑的1/15。 桩箱或桩筏基础，1/18~1/20。
时，采用这种基础形式是适宜的。
材料：钢筋混凝土 形式：柱下扩展基础、条形、十字形基础、
筏板及箱形
back
2. 2 基础埋置深度的选择
要求： 变形较小，而强度又比较大的持力层，以保证地 基强度满足要求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。 此外还要使基础有足够的埋置深度，以保证基础的稳定 性，确保基础的安全。 考虑因素：（提问） 地基的工程地质、场地环境条件、水文地质条件、 当地的冻融条件、上部结构形式，以及保证持力层稳定 所需的最小埋深和施工技术条件、造价等因素。
2. 1 概述
2.1.1刚性基础
襟边: 作用:扩大基底面积，调整施工误差，支 立墩、台身模板的需要。
取值:基底面积要求、 基础厚度及施工方法 。最小值为20cm-30cm。基础较厚(超 过lm以上)时，可浇砌 成台阶形。
2.1.1刚性基础 刚性角:满足刚性基础要求时，自墩台身 边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大 夹角αmax。 每个台阶宽度ci与厚 度ti保αi<=αmax，属刚 性基础，不必对基础进 行弯曲拉应力和剪应力 的强度验算，可不设置 受力钢筋。

刚性基础与扩展基础

刚性基础与扩展基础
当不便于采用刚性基础或采用刚性基础不经济时 采用钢筋混凝土材料做成的基础，如柱下钢筋混 采用钢筋混凝土材料做成的基础 如柱下钢筋混 凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础）。 凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础）。
2011年5月6日 3
2.刚性基础与扩展基础
2.1.1 刚性基础构造要求
承 墙 重 钢 混 土 筋 凝 柱
2011年5月6日 27
2.刚性基础与扩展基础
2.3.1 按土的抗剪强度指标确定
图2.10
1 p = γbN γ sr d r ir g γ bγ + qN q sq d q iq g q bq + cN c sc d c ic g c bc 汉森 u 2
公式： 公式： ϕ N = (N −1) cotϕ N = 1.8 N tan 2 ϕ π tan ϕ 2 Nq = e tan ( 45° + ) c q γ c 2
2.3.2 按地基载荷试验确定
2011年5月6日
30
2.刚性基础与扩展基础
2.3.2 按地基载荷试验确定
p1 0 pu p 0 0.02b p1 pu p
2011年5月6日 26
2.刚性基础与扩展基础
2.3.1 按土的抗剪强度指标确定
魏锡克公式： 魏锡克公式：
1 pu = γbN γ + γ 0 dN q + cN c 2
Nq = e
π tan ϕ
tan 45 + 2
0
2
ϕ
Nc = cot ϕ (Nq − 1) Nr = 2( Nq + 1)tgϕ
2011年5月6日
无肋；（ ；（b （a）无肋；（b）有肋
10

第2章 刚性基础与扩展基础2

第2章 刚性基础与扩展基础2
1 19
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
【作业】图中柱基础荷载标准值，Fk=1100kN， Mk=140kN· m，若基础底面寸，l×b=3.6m×2.6m。 试根据图中资料验算基础底面是否满足地基承
载力要求。
1
20
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
I L=
1
21
持力层的验算：
内墙、内柱
1
外墙、外柱
d=(1.0+1.3)/2=1.15m
3
2.4.1 地基承载力验算
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
方形基础
a A≥
Fk f a - γG d
矩形基础
Fk bl A ≥ f a - γG d
（需先选定b或l，一般取l/ b＝1ห้องสมุดไป่ตู้0～2.0）
Fk 沿长度方向取lm计算，则： b 1 A ≥ f a - γG d
如果基底压力出现负值，即产生拉应力，此时基底 边缘最大压力pkmax的计算公式为
2( Fk +Gk ) pk max = 3ba
a-偏心荷载作用点至最大压应力Pkmax作用边缘的距离， a=（l/2）-e b-垂直于力矩作用方向的基础底边边长。
1
9
注意：
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
Fk Gk pk 205.3kPa f a （满足要求） A
偏心距
Mk 80 +13× 0.6 l ek = = = 0.11 m ≤ = 0.4m Fk +Gk 700+88.3 6
（满足要求）
1 15
基底最大压应力：
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础

基础工程课件2刚性基础与扩展基础

基础工程课件2刚性基础与扩展基础

刚性基础的分类
单桩基础
通过单根桩将建筑物的荷载传递到地下，适用于地质较好的地区。
扩底基础
在传统基础上增加底部扩底，增加承载能力，适用于地质较差的地区。
桩承基础
通过桩的承载能力来支撑建筑物，适用于来自土地基。什么是扩展基础？
扩展基础是指通过增加建筑物在地下的扩展部分，来增加基础的承载能力和 稳定性。它可以有效解决地质条件较差的地区基础工程问题。
扩展基础的分类和应用场景
桩筏基础
通过桩和承台的结合，承载建筑物的荷载，适 用于软土地区。
钻孔桩基础
在地下钻孔后注入浆液，形成钻孔桩支撑建筑 物，适用于软土和岩石地区。
墩台基础
通过墩柱和承台的结合来支撑建筑物，适用于 地基较差或河流、湖泊等水体区域。
扩展基础的优缺点
1 优点
提高基础工程的承载能力和稳定性。
基础工程材料的选择要考虑承载能力、耐久性、抗震性、施工便利等多个因 素，并遵循相关规范和标准。
基础施工质量控制与技巧
1 施工过程管理
2 工艺控制
加强施工过程的管理，确保每个环节的质 量。
掌握正确的施工工艺，确保施工质量。
实等。
3
模板安装
安装钢模板，用于浇筑混凝土。
钢筋绑扎
4
按照设计要求进行钢筋的绑扎工作。
5
混凝土浇筑
将混凝土倒入模板，保持施工质量。
养护和验收
6
进行混凝土的养护工作，并进行基础 的验收。
刚性基础与扩展基础的选择原 则
选择刚性基础还是扩展基础需要考虑建筑物的荷载、地质条件、施工工艺等 多个因素。综合评估后，选择最合适的基础类型。
基础工程的安全性能分析
人身安全
保障工人在基础施工过程中的人身安全。

第2章_刚性基础与扩展基础

第2章_刚性基础与扩展基础
2. 刚性基础与扩展（柔性）基础
2.刚性基础与扩展基础
内容提要
基础结构构造要求
基础埋置深度的选择
地基承载力的确定方法
浅基础的设计计算（地基承
载力与变形验算）
2018年8月1日 2
2.刚性基础与扩展基础
2.1 概

述
无筋扩展基础（或刚性基础）
抗拉（抗剪）性能差的材料砌筑而成，本质上由抗拉强度
的基础形式

柱下钢筋混凝土独立基础
建筑物中的柱、桥梁中的墩常用基础形式
2018年8月1日
11
2.刚性基础与扩展基础
2.1.2 钢筋混凝土扩展基础构造要求
图2.3
2018年8月1日
墙下钢筋混凝土扩展基础
12
（a）无肋；（b）有肋
2.刚性基础与扩展基础
2.1.2 钢筋混凝土扩展基础构造要求
锥形基础边缘高不宜<200mm，坡度i≤1:3；小于250mm时可 做成等厚板。阶梯形基础每阶高宜为300～500mm。 垫层厚度一般为100mm的C15混凝土。 底板受力钢筋最小直径不宜<10mm,间距不宜>200mm和 <100mm。有垫层时混凝土的净保护层厚不宜<40mm，无垫层 时不宜<70mm。纵向分布筋直径≮8mm，间距≯300mm。 混凝土强度等级不宜低于C20，一般选用C25以上。 当地基软弱或承受差异荷载时，为增强基础的整体性和抗 弯能力，可采用带肋基础。肋部纵向筋和箍筋按经验确定。
控制（推算见5页ppt），表现上通常由台阶的容许宽高比 或刚性角控制设计。
由素混凝土、砖、毛石、灰土和三合土等抗压性能好、而

钢筋混凝土扩展基础（或柔性基础）

2第二章刚性基础与扩展基础分析

2第二章刚性基础与扩展基础分析
2018年10月21日
10
2.刚性基础与扩展基础
2018年10月21日
图2.4 柱下钢筋混凝土单独基础 （a）台阶型；（b）锥台型；（c）杯口型
11
2.刚性基础与扩展基础
2.2 基础埋置深度的选择
持力层 直接支撑基础的土层

下卧层 持力层以下的各土层

持 力 层
选择基础埋置深度 也就是选择合适的地
2.2.3水文地质条件
遇水时，基底应尽量放在地下水位以上 基底低于潜水面时，要考虑基坑排水、支护和地 下水水质问题



若遇承压水时，应验算基坑的稳定性
桥墩基础应埋置在最大冲刷线下一定深度
2018年10月21日
17
2.刚性基础与扩展基础
2018年10月21日
图2.9 基坑下埋藏有承压含水层的情况
18
2.刚性基础与扩展基础
2.2.4地基冻融条件



冻胀机理 冻胀现象 影响冻胀的因素（土类、地下水位及气温） 冻融条件考虑
先按规范进行地基土冻胀性的划分（五类），后再 进行最小埋深dmin的计算
dmax zd hmax
式中 hmax— 基底下允许残留冻土层的最大厚度 zd — 设计冻深
1﹕1.50
1﹕1.50
—
灰土基础
1﹕1.25
1﹕1.50
—
三合土基础
2018年10月21日
1﹕1.50
1﹕1.20
—
5
2.刚性基础与扩展基础
2018年10月21日
图2.2 砖基础剖面图 （a）“两皮一收”砌法；（b）“二一间隔收”砌法
6
2.刚性基础与扩展基础

第2章刚性基础与扩展基础fuxi

第2章刚性基础与扩展基础fuxi

水文地质条件—插图 水文地质条件 插图
水文地质条件与基础埋深关系
当地冻结深度
地基土冻结的危害
冻胀基础上抬， 冻胀基础上抬，基础或墙体开裂 融陷，产生沉降， 融陷，产生沉降，不均匀沉降
地基冻胀性分类
不冻胀 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀
当地冻结深度
季节性冻土地基的设计冻深
Zd = Z0 ⋅ψ zs ⋅ψ zw ⋅ψ ze
工程地质条件—插图 工程地质条件 插图
工程地质条件与基础埋深关系
水文地质条件
正常的季节水位变化对基础影响不同， 正常的季节水位变化对基础影响不同，考虑施 工方便， 工方便，基础埋深不宜太多地低于基础施工期 的地下水水位 基础埋深低于地下水水位时应考虑地下水对基 础的侵蚀性 如持力层为粘土等隔水层而下存在承压水时， 如持力层为粘土等隔水层而下存在承压水时， 为避免在开挖基坑时隔水层被承压水冲破， 为避免在开挖基坑时隔水层被承压水冲破，坑 底隔水层自重必须大于水的承压力
荷载试验确定地基承载力 旁压试验确定地基承载力 螺旋板荷载试验确定地基承载力
根据地基规范承载力公式确定 当地经验参数法
根据土的抗剪强度指标计算
地基承载力采用极限承载力除以安全系数
pu ⋅ A K= fa ⋅ A
'
由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值， 由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值 fa ——由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值，kPa
第2章 刚性基础与扩展基础
概述 基础埋置深度的选择 地基承载力 刚性基础与扩展基础的设计计算 例题讲解
§2-1 概 述
刚性基础（无筋扩展基础） 刚性基础（无筋扩展基础）的构造要求
由砖、毛石、 由砖、毛石、素混凝土以及灰土等材料修建的基 础，称为无筋扩展基础，旧称刚性基础。这类材料抗 称为无筋扩展基础，旧称刚性基础。 压强度较大，但不能受拉力或弯矩。 压强度较大，但不能受拉力或弯矩。设计要求无筋扩 的比值有一定限度， 展基础外伸宽度 b' 与基础高度 h 的比值有一定限度， 以避免刚性材料被拉断： 以避免刚性材料被拉断：

基础工程课件2刚性基础与扩展基础

基础工程课件2刚性基础与扩展基础

d—柱中纵向钢筋直径
3
2.刚性基础与扩展基础
2.1.1 刚性基础构造要求
砖基础
毛石基础
刚性角(宽高比)：
素混凝土基础
►
✓ 上述基础材料都要符合强 ►
度等级要求
►
bi tan
Hi
灰土基础
✓ 石灰和土（粘性土）按其 体积比3：7或2：8构成
三合土基础
✓ 由石灰：砂：碎砖（或碎
bi — 任一台阶宽度(m);
✓ 底板受力钢筋最小直径不宜<10mm,间距不宜>200mm和 <100mm。有垫层时混凝土的净保护层厚不宜<40mm，无垫层 时不宜<70mm。纵向分布筋直径≮8mm，间距≯300mm。
✓ 混凝土强度等级不宜低于C20。 ✓ 根据经验,初选时基础的高度一般大于或等于b/8。 ✓ 当地基软弱或承受差异荷载时，为增强基础的整体性和抗弯 能力，可采用带肋基础。肋部纵向筋和箍筋按经验确定。
►
地基土的成因与堆积年代
地基土的物理力学性质
地下水
γ →γ′
上部结构情况
冲（洪）积土 坡积土
23
2.刚性基础与扩展基础
2.3 地基承载力
确定地基承载力的常用方法：
Pcr、 P1/4、 Pu
按土的抗剪强度指标以理论公式计算 按现场载荷试验或其它原位试验确定 按有关规范提供的承载力或经验公式确定
Hi — 相应台阶高度(m);
tanα— 台阶宽高比的允许 值，参照下述规范表格经 验值选用
石）按1：2：4～1：3：6配成 4
2.刚性基础与扩展基础
刚性基础台阶宽高比允许值
基础材料
质量要求
混凝土基础
C15混凝土

2章 刚性基础与扩展基础(梁恒昌)

2章 刚性基础与扩展基础(梁恒昌)
L △H
L/ H=1~2
冷藏库、高温炉窑
1 ）建筑物结构条件与场地环境条件
基础类型
刚性基础，扩展基础

承受荷载性质及大小
承受上拔力的构筑物基础 高层建筑：地基承载力、变形、稳定性要求
在抗震设防区：大于6° 岩石地基除外，箱形、筏形基础≥建筑物高度 的1/15，桩箱或桩筏基础基础≥建筑物高度的 1/18～1/20。 位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满 足抗滑要求。
1 ）建筑物结构条件与场地环境条件
如果基础邻近有管道或沟、坑等设施时，基础底面 一般应低于这些设施的底面。
当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大 于原有建筑基础，如果大于就要保持一定水平间距。 否则要采取措施。
旧 L/ H=1~2
H
L
新
1 ）建筑物结构条件与场地环境条件
位于稳定土坡坡顶上的建筑，靠近土坡边缘的基 础与土坡边缘应有一断距离。
例
题
哈尔滨市某小区欲修建一住宅，采用柱下独立方形基础， 基底平均压力为130KPa,从冻结深度考虑基础的最小埋
深？（哈尔滨市区的标准冻深2.0m ）
00 设计地面
粉砂，w＝13%
-1.00
粉土，w＝21%
-2.50 CLY COE CAL 地下水位
季节性冻土地基的设计冻深 zd＝z0 ·ψzs ·ψzw ·ψze 季节性冻土的最小埋深 d min＝zd-h max
1. 根据设计冻深公式和最小埋深公式，分别计算在砂土层和 在粘土层中的最小埋深，然后作出比较。 2. 查哈尔滨市区的标准冻深2.0m。 3. 查表ψzs，对于粉砂，粉土，1.20 4. 查ψzw，地下水位距离冻结面的最小距离0.5m，粉砂冻 前含水量13％，弱冻胀ψzw＝0.95 。粉土冻前含水量21 ％，冻胀ψzw＝0.90。 5. 市区ψze＝0.9，由此得zd 6. 130KPa，方形，采暖，弱冻胀h max＝0.99m，冻胀 0.70m。 7. 粉砂层1.06m，粉土层1.25m

第2章 刚性基础与扩展基础-1

第2章 刚性基础与扩展基础-1
； 若遇承压水时，应验算基坑的稳定性； 承压水 桥墩基础应埋置在最大冲刷线下一定深度。 桥墩基础应埋置在最大冲刷线下一定深度。 应埋置在最大冲刷线下一定深度
2.2 基础埋置深度的选择
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
地基冻融条件
冻结区土体积膨胀 土层解冻 冻胀 融陷 基础隆起 建筑物发生下陷
指基础底面至室外设计地面的距离。是基础设计重要一环， 指基础底面至室外设计地面的距离。是基础设计重要一环， 关系到地基基础方案的优劣，造价的高低，施工难易。 关系到地基基础方案的优劣，造价的高低，施工难易。
确定基础埋置深度的原则： 确定基础埋置深度的原则：
在保证安全可靠的前提下尽量浅埋，但不应浅于 在保证安全可靠的前提下尽量浅埋，但不应浅于0.5m； ； 基础顶面距设计地面的距离宜大于100mm。 。 基础顶面距设计地面的距离宜大于
d min = z d − hmax
式中: 基底下允许残留冻土层的最大厚度（查规范） 式中: hmax— 基底下允许残留冻土层的最大厚度（查规范） zd — 设计冻深
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
2.3 地基承载力
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
为荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值， Pk为荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值，kPa
2.1.1 刚性基础的构造要求
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
砌筑材料： 砌筑材料：
2.1.1 刚性基础的构造要求
第 2 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础 砖基础剖面图 两皮一收”砌法；（ ；（b 二一间隔收” （a）“两皮一收”砌法；（b）“二一间隔收”砌法

刚性基础与扩展基础

刚性基础与扩展基础

刚性基础与扩展基础2-1-1 刚性基础的构造要求工程实践中，常采用素混凝土、砖、毛石等材料修筑基础，上述材料的共同特点是具有较大的抗压强度，而抗弯、抗剪强度较低。

当基础在外力作用下，基础底面将承受地基的反力，工作条件象个倒置的两边外伸的悬臂，这种结构受力后，在靠近柱、墙边或断面高度突然变化的台阶边缘处容易产生弯曲破坏或剪切破坏，因此，设计时必须保证发生在基础的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值。

这种保证通常是对基础构造的限制来实现的，这种限制通常保证基础每个台阶的宽度与其高度之比都不超过相应的允许值。

每个台阶的宽度与其高度的比值为图2-1中所示α角的正切值，台阶宽度与其高度比值的允许值所对应的角度α称之为刚性角。

不同材料基础台阶的允许宽高比见表2-1，其值与基础材料及基底反力大小有关。

在这样的限制下，基础的高度相对都比较大，几乎不发生挠曲变形，这种由素混凝土、砖、毛石等材料砌筑、其高度由刚性角控制的基础称之为刚性基础，或称无筋扩展基础。

刚性基础除了有以上所述刚性角的限制之外，在砌筑材料方面也有一定要求。

1.砖和砂浆砖和砂浆砌筑基础所用砖和砂浆的强度等级，根据地基土的潮湿程度和地区的严寒程度而要求不同。

地面以下或防潮层以下的砖砌体，所用材料强度等级不得低于表2-2所规定的数值。

(a) (b)图2-1无筋扩展基础构造示意d—柱中纵向钢筋直径表2-1无筋扩展基础台阶宽高比的允许值基础材料质量要求台阶宽高比的允许值注：1、p k为荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值（kPa）；2、阶梯形毛石基础的每阶伸出宽度，不宜大于200mm；3、当基础由不同材料叠合组成时，应对接触部分作抗压验算；4、对混凝土基础当基础底面处的平均压力值超过300kPa时，沿应进行抗剪验算。

表2-2 基础用砖、石材及砂浆最低强度等级2.石料料石（经过加工，形状规则的块石）、毛石和大漂石有相当高的抗压强度和抗冻性，是基础的良好材料。

2章-2 刚性基础与扩展基础(梁恒昌)

2章-2 刚性基础与扩展基础(梁恒昌)

土质不均匀，承载力低，荷载大，柱网分布 不均，采用条基面积超过建筑物投影面积 柱下筏板基础 50%时
全剪力墙10层 以上住宅结构 地基土层较好，荷载分布均匀 当上述条件不能满足时 墙下钢筋混凝土条基 墙下筏板基础或箱基
高层框架、剪力墙结 可采用天然地基时 构（有地下室）
筏板基础或箱形基础
2.4 基础埋置深度的选择
扩展基础 柔性基础 补偿式基础
§2.3 浅基础的类型
扩展基础(刚性基础)
指基础底部扩展部分不超过基础材料刚性角的天
然地基上的独立基础和墙下条形基础。(图) 特点：结构简单，主要承受压应力，一般用抗压 性能好，而抗拉、抗剪强度较差的混凝土、毛石 、砖、三合土等建造，即无筋扩展基础。 适用条件:适用于地基持力层土质较好，无沟、 塘、井、坑，下卧层无淤泥或淤泥质软弱土层， 可用于6层及6层以下的民用建筑和砖墙承重的轻 型厂房；但是三合土地基不宜用于超过4层的民 用建筑。
§2.3 浅基础的类型
a）独立基础 (图)
配制于柱下或塔式、筒式整个结构物之下的无筋或 配筋的单个基础。 特点：常采用砖石、混凝土或钢筋混凝土做材料。 长、宽、埋深可自由调整。 可用于工业与民用建筑柱基础、桥梁墩台、古建筑 、烟囱、水塔、高炉等大块实体基础，基础常做成 圆形、环型或方形。
§2.3 浅基础的类型
(接上页)
(5)按地基承载力(包括持力层和软弱下卧层)确 定基础底面尺寸; (6)进行必要的地基稳定性和变形验算.使地基 的稳定性得到充分保证， 并使地基的沉降不致引 起结构损坏、建筑倾斜与开裂， 或影响其正常使 用和外观; (7)进行基础的结构设计.按基础结构布置进行 结构的内力分析、强度计算，并满足构造设计要 求，以保证基础具有足够的强度、刚度和耐久性 ; (8)绘制基础施工图，并提出必要的技术说明。 如需要编制预算书。(教材P.37)
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4 ）地基土冻融条件

何谓冻胀、融沉？
4 ）地基土冻融条件

冻胀和融沉的危害
防冻害措施（参见《建筑地基基础 设计规范》GB50007-2002， 5.1.9条）

地基土的冻胀性分类
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)附录G.0.1根据 冻土层的平均冻胀率的大小，结合土质、冻前天然含水率 及冻结期间地下水位距冻结面的最小距离对地基土的冻胀 性进行了分类
适用条件：
地基持力层土质较好、无沟、塘、井、坑，下 卧层无淤泥或淤泥质软弱土层，可用于6层及6 层以下的民用建筑和砖墙承重的轻型厂房；但 三合土地基不宜用于超过4层的民用建筑。
刚性基础
F
b2 arctg max H0
b2
α max b0
H0
P
§2.3 浅基础的类型和基础材料
灰土基础： • 石灰和粘性土混合而成。 最大刚性角：1：1.25，1：1.50 • 特点：地下水较低、5层及5层以下的民 用建筑和小型砖墙承重的轻型工业厂房。
三合土基础： • 石灰：砂：碎砖（或碎石）按体积比1： 2：4 或1：3：6配成夯实而成。 最大刚性角：1：1.50，1：2.00 • 特点：常用于地下水位较低的4层及4层 以下建筑物。
h1< 2m 基底 在好土 h1=2m~4m 综合比较 h1>4 m 桩基 或处理
只有低层 尽量浅埋 房屋可用, 但是如h1 否则处理 太小就为 II
2 ）工程地质条件
当地基土在平面上分布不均或上部 荷载分布不均时，可采用不同的基础 埋深来调整不均匀沉降。
3 ）水文地质条件
当有地下水存在时，应尽量将基础建造在地下水位之上。
3.5＜η≤6
Ⅱ
Ⅲ
弱冻胀
冻胀
6＜η≤12
η ＞12
Ⅳ
Ⅴ
强冻胀
特强冻胀
第2章 刚性基础与扩展基础
了解：刚性基础、扩展基础的特点和适用 范围，
地基承载力的确定方法及要求，扩展基础的破坏 形式，地基变形特征及减少不均匀沉降的措施 （建筑、结构及施工措施）。
熟悉：刚性基础类型、特点（砖、混凝土基础
构造要求），扩展基础构造、基础埋深原则和考 虑条件，地基基础的承载力、变形验算和稳定性 验算。
＞1.0 ≤1.0 ＞1.0 ≤1.0 ＞1.0 ≤1.0 不考虑 ＞1.5 ≤1.5 ＞1.5 ≤1.5 ＞1.5 ≤1.5 ＞1.5 ≤1.5 不考虑
η ≤1
1＜η≤3.5 3.5＜η≤6 6＜η≤12 η ＞12 η ≤1
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅰ
不冻胀
弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 不冻胀
1＜η≤3.5
第二章 天然地基上浅基础的设计
复习题1 .下面哪种情况使用承载能力极限状态下荷载效应的基本组合？ A.按承载力计算设计基础底宽； B.计算地基沉降； C.扩展基础的冲切验算；D.软弱下卧层的承载力验算。 复习题2 .下面哪几种情况使用正常使用极限状态状态下荷载效应的标准
组合？
A.按承载力计算设计基础底宽；B.计算地基沉降； C.扩展基础的冲切验算；D.软弱下卧层的承载力验算。
例
题
哈尔滨市某小区欲修建一住宅，采用柱下独立方形基础， 基底平均压力为130KPa,从冻结深度考虑基础的最小埋
深？（哈尔滨市区的标准冻深2.0m ）
00 设计地面
粉砂，w＝13%
-1.00
粉土，w＝21%
-2.50 CLY COE CAL 地下水位
季节性冻土地基的设计冻深 zd＝z0 ·ψzs ·ψzw ·ψze 季节性冻土的最小埋深 d min＝zd-h max
刚性基础类型 按砌筑材料分类 砖基础 灰土基础 三合土基础 毛石基础 混凝土或毛石混凝土基础
砖基础: • 用砖砌筑的刚性基础。 砖≥MU10,砂浆M5,最大刚性角1：1.50 • 特点：具有就地取材、造价低、施工简 便等优点。6层以下民用厂房和墙承重的 厂房。在干燥和温暖的地区广泛应用。
平均冻胀率 η(%)
η ≤1
1＜η≤3.5
3.5＜η≤6 6＜η≤12
η ＞12
冻胀 等级 冻胀 类别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
不冻胀
弱冻胀
冻胀
强冻胀 特强冻胀

季节性冻土基础的最小埋置深度
室内地面
Z0
Zd
dmin
hmax
zd＝z0 · ψzs · ψzw · ψze
d min＝zd-h max
季节性冻土地基的设计冻深 季节性冻土的最小埋深
L △H
L/ H=1~2
冷藏库、高温炉窑
1 ）建筑物结构条件与场地环境条件
基础类型
刚性基础，扩展基础

承受荷载性质及大小
承受上拔力的构筑物基础 高层建筑：地基承载力、变形、稳定性要求
在抗震设防区：大于6° 岩石地基除外，箱形、筏形基础≥建筑物高度 的1/15，桩箱或桩筏基础基础≥建筑物高度的 1/18～1/20。 位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满 足抗滑要求。
0.86
0.74 2.50 1.95—Biblioteka — — —冻胀 土
条形 基础
表G.0.1 地基土的冻胀性分类（续）
冻前天然含水量冻结期间地下水 平均冻胀率 土的名称 位距冻结面的最 η(%) w(%) 小距离h (m)
w
冻胀 等级
冻胀类别
w ≤ 14 粉砂 14 ＜w ≤ 19 19 ＜w ≤ 23 W＞23 w≤19 19＜w≤22 粉土 22＜w≤26 26＜w≤30 w＞30
土的冻胀性对冻深的影响系数
环境对冻深的影响系数
影响系数ψze 1.00 0.95 周围环境 城市市区 影响系数ψze 0.90
注：环境影响系数一项，当城市市区人口为20～50万时，按城市近郊取值；当城市市 区人口大于50万小于或等于100万时，按城市市区取值；当城市市区人口超过100 万时，按城市市区取值，5km以内的郊区应按城市近郊取值。
习题讨论
某建筑场地表以下土层依次为： (1)中砂，厚2.0m，孔隙比e＝0.650，土粒相对密度ds ＝2.65，潜水面在地表下1m处； (2)粘土隔水层厚2.0m，饱和重度为19kN／m3； (3)粗砂，含承压水，承压水位高出地表2.0m(取γw＝ 9.80kN／m3)。 问：基坑开挖深达 1m 时，坑底有无隆起开裂的危险 ? 若基础埋深d＝1.5m，施工时除将中砂层内地下水面降 到坑底外，还须设法将粗砂层中的承压水位至少降低 几米才行? ds e sat w 1 e
复习题3. 对于由永久荷载控制的基本组合，荷载效应的基本组合设计值
可以如下计算：
浅基础设计的目标：
给出不同类型基础的结构设计及施工图
基础尺寸
基础高度 和配筋
第二章 天然地基上浅基础的 设计
§2.3 浅基础的类型和基础材料
§2.4 基础埋置深度 §2.5 地基承载力
§2.6 刚性基础设计计算
§2.7 扩展基础设计计算

若基础底面需埋在地下水位之下时，应采取保护地基土 不受扰动措施，还应考虑可能出现的施工与设计问题， 以及地下水浮托力引起基础底板的内力变化。
如果持力层下埋藏有承压含水层时，选择基础埋深必须 考虑承压水的作用，控制基坑开挖深度。小于坑底土的 总覆盖压力。

u /σ<0.7
濒临河、湖等水体修建的建筑物基础，基础埋深须大于 最大冲刷深度。
当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长b≤3m，由 基础底面外缘到坡顶边缘的水平距离a≥2.5m时，基 础埋深d应符合下式要求：
a
b
条形基础λ取3.5；矩形和圆形基础λ取2.5
d tan
2 ）工程地质条件
I II III IV
好土
在满足其 他要求下 尽量浅埋
软土
(很深)
h1
好土 软土
h1 软土 好土
1 ）建筑物结构条件与场地环境条件
如果基础邻近有管道或沟、坑等设施时，基础底面 一般应低于这些设施的底面。
当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大 于原有建筑基础，如果大于就要保持一定水平间距。 否则要采取措施。
旧 L/ H=1~2
H
L
新
1 ）建筑物结构条件与场地环境条件
位于稳定土坡坡顶上的建筑，靠近土坡边缘的基 础与土坡边缘应有一断距离。
冻深影响系数
土的类别对冻深的影响系数
土的类别 粘性土 细砂、粉砂、粉土 冻胀性 不冻胀 弱冻胀 冻胀 周围环境 村、镇、旷野 城市近郊 影响系数ψzs 1.00 1.20 影响系数ψzw 1.00 0.95 0.90 土的类别 中、粗、砾砂 碎石土 冻胀性 强冻胀 特强冻胀 影响系数ψzs 1.30 1.40 影响系数ψzw 0.85 0.80
F §2.3 浅基础的类型和基础材料
F G 持力层
b2
§2.4 基础埋置深度
H0
d
b0
§2.5 地基承载力 F G
pk
k
k
A
fa
下卧层
Fk Gk A fa
§2.3 浅基础的类型和基础材料
刚性基础（无筋扩展基础）：(图)
特点：
结构简单，主要承受压应力，一般用抗压性能 好，而抗拉、抗剪强度较差的混凝土、毛石、 砖、三合土等建造。
§2.3 浅基础的类型和基础材料
扩展基础：
基础材料由钢筋混凝土构成 能承受一定弯曲变形
特点：
较强的抗剪、抗弯能力。
适用条件：
竖向荷载较大、受水平力和弯矩 地基承载力不高 基础需要“宽基浅埋”的情况
扩展基础的构造要求(《规范》GB50007-2002) •基础高度：锥台型≥200mm、阶梯型300～500mm •垫层：厚度100mm,C10 •混凝土强度等级:C20,满足耐久性 •钢筋要求：钢筋尺寸和间距、保护层厚度、布置、