土木工程概论辅导资料十二主题：第四章第三、四、五、六节“地基的应力和变形”，“土的抗剪强度和地基承载力”，“浅基础设计”和“边坡和挡土墙”辅导资料学习时间：2011年12月19日－12月25日内容：本周我们将学习有关地基与基础工程的相关内容。

一、学习要求1、理解地基的应力和变形；2、了解地基变形计算；3、理解土的抗剪强度和地基承载力；4、掌握浅基础设计；5、熟悉边坡稳定；6、掌握挡土墙类型；7、掌握三种土压力。

二、主要内容土基除满足变形要求外，还应满足强度要求。

地基的强度实质上是地基的抗剪强度。

（一）土的抗剪强度及测定方法土的抗剪强度就是某一受剪面上抵抗剪切破坏时的最大剪应力。

抗剪强度测定的室内方法：直接剪切试验、三轴剪切试验、无侧限抗压试验。

现场原位测试有：十字板剪切试验、大型直剪试验等。

根据室内试验时的排水条件不同分为：（1）快剪（不固结不排水剪）；（2）固结快剪（固结不排水剪）；（3）慢剪（固结排水剪）。

（二）地基的塑性荷载与极限荷载1、地基的变形阶段地基在垂直荷载作用下产生的变形，一般分为三个阶段：（1）压密阶段：压力与沉降（p－s曲线）之间基本成线性关系；（2）塑性变形阶段：出现塑性区（3）失稳阶段：塑性区贯通。

p－s曲线曲线中的a点所对应的荷载称为临塑荷载；b点所对应的荷载称为极限荷载。

2、地基的塑性荷载《建筑地基基础设计规范》规定以塑性荷载为基础计算地基承载力设计值。

3、地基的极限承载力地基的极限荷载又称地基的极限承载力。

（三）地基承载力的确定方法1、由《建筑地基基础设计规范》规定确定地基承载力方法的原则（1）对一级建筑物：采用载荷试验、理论计算及其他原位试验。

（2）对不作地基变形计算的二级建筑物：可按室内试验、标准贯入、轻便触探、野外鉴别或其他原位试验。

（3）对三级建筑物：根据临近建筑物的经验确定。

2、由现场载荷试验确定地基承载力标准值（1）试验设备和目的：（2）试验方法：（3）承载力基本值的确定：（4）地基承载力标准值k f 的确定：基本值的极差不能超过平均值的30％，取此平均值作为地基承载力标准值。

3、由《建筑地基基础设计规范》规定确定地基承载力设计值f（1）当基础宽度大于3m 或埋置深度大于0.5m 时，除岩石地基外，地基承载力设计值为（考虑了埋深的影响，比标准值要大）：()()5.030-+-+=d b f f d b k γηγη（2）不满足（1）中条件时，可按k f f 1.1=直接确定地基承载力设计值；（3）岩石地基承载力设计值可用岩基载荷试验方法直接确定；对微风化及中等风化的岩石地基承载力设计值，可用室内饱和单轴抗压强度试验确定：rk f f ψ=4、工程地质勘察报告包括拟建场地概况、勘探点平面布置图、工程地质剖面图、土的物理力学性质指标及工程地质评价等。

四、基础类型的划分一般埋深在5m 以内能用一般方法施工的基础，属于浅基础。

埋深在5m 以上，采用特殊方法施工的基础，属于深基础。

（五）基础设计的原则与步骤1、一般原则（需要重点理解）（1）基础本身具有足够的强度、刚度核稳定性；（2）地基也具有足够的强度核稳定性，不发生过大的沉降核不均匀沉降。

2、地基设计的规定（1）一级建筑物和部分二级建筑物，应作地基变形计算，要同时满足强度条件和变形条件。

地基的强度条件：轴心受压：f p ≤偏心受压：f p ≤max ；f p p ≤+2min max 地基的变形条件：[]s s ≤（2）部分二级建筑物，仍需作地基变形计算。

（3）其余的二级建筑物和三级建筑物，可不作变形计算。

3、基础设计的步骤（1）提出基础类型和地基处理的初步方案，并确定。

（2）确定基础的埋深和地基承载力。

（3）确定基础的底面尺寸，必要时进行下卧层强度验算。

（4）对于建筑物等级为一级和特殊情况的二级建筑物，需进行地基变形验算。

（5）对于建于斜坡上的建筑物，经常承受较大水平荷载的构筑物，需进行地基稳定性验算。

（6）确定基础的剖面尺寸，进行基础结构计算。

（7）绘制基础施工图，编制施工说明。

（六）浅基础设计（需要重点掌握）1、刚性基础包括砖基础、毛石基础、灰土基础、三合土基础、毛石混凝土基础、混凝土基础等。

弱点：抗拉、抗弯强度低。

tg来表示，α限制：台阶宽高比的允许值，限制基础悬臂长度。

宽高比用α称为允许刚性角。

适用：层数较少的民用建筑。

2、扩展基础指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。

优点：整体性好，抗弯强度大。

适用：基础面积大，必须浅埋。

分类：现浇基础和预制杯性基础。

3、柱下条形基础柱下条形基础：在整排柱下做一条钢筋混凝土地梁，将各柱联合起来。

位置：设在房屋的纵向。

十字交叉基础：在纵横方向均设置柱下条形基础。

4、筏板基础将基础底板连成一片，成为筏板基础。

适用：地基特别软弱、荷载较大、或有地下室。

根据是否在柱间设梁，分为梁板式筏板基础和无梁式筏板基础。

5、箱形基础基础由钢筋混凝土整体底板、顶板和钢筋混凝土纵横墙组成的箱形基础。

适用：地基特别软弱、荷载很大，高层建筑。

6、壳体基础包括：正圆锥体、M形组合壳、内球外锥组合壳等。

优点：主要承受轴向力。

缺点：胎模制作、放置钢筋、浇筑混凝土等工艺复杂。

（七）基础埋置深度在满足强度和变形要求的前提下，基础应尽量浅埋。

基础浅埋的深度（除岩石地基外）不宜小于0.5m，基础顶面应低于室外地面最小0.1m。

1、工程地质条件（1）上层地基的承载力大于下层土时，利用上层作为持力层；（2）承载力高的土层在地基土的下部时，上层土需经过地基处理。

2、地下水影响最好基础地面埋置在地下水面以上；如果在地下水面以下，应采取措施；当地下水有侵蚀作用时，基础采取防护措施。

3、相邻基础的影响（1）新基础不宜深于相邻建筑基础；（2）新基础深于相邻建筑基础时，两建筑要保持一定距离；（3）否则，应采取工程措施：分段施工、临时支撑、筑地下连续墙、加固原建筑基础。

4、地下沟管的影响（1）地下沟管穿过基础时，基础应预留孔洞；（2）地下沟管深于基础时，基础的局部应加深。

5、地基土冻胀和融陷的影响土中水分冻结后，使土体积增大的现象称为冻胀，冻土融化后产生的陈陷称为融陷。

后果：强度降低，压缩性增大。

分四类：（1）不冻胀土，对建筑物无危害；（2）弱冻胀土，对浅埋建筑一般无危害；（3）冻胀土：对浅埋基础的建筑物将产生裂缝；（4）墙冻胀土，对浅埋基础的建筑物将产生严重破坏。

（八）基础底面积的确定前提：基础埋置深度、地基承载力设计值、基础上的荷载。

1、轴心受压基础底面积h f NA γ-≥2、偏心受压基础底面积（1）柱下矩形偏压基础底面积f l e A N p gd 2.1610max ≤⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=l e A N p gd 0max 61f p p ≤+2min max（2）墙下条形基础偏压底面积f l e b N p gd 2.1610max ≤⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=l e b N p gd 0max 61f p p ≤+2min max3、基础软弱下卧层验算z cz z f p p ≤+当上层土与下卧软弱土层的压缩模量比值大于或等于3时，对条形或矩形基础可用压力扩散法求土中附加压力。

矩形基础：()()θθztg l ztg b lbp p z 220++=条形基础：()θztg b bp p z 20+=（九）刚性基础设计（需要重点掌握）设计成轴心受压基础。

基础的设计应符合台阶宽高比允许值或刚性角要求：αtg h b h b =⎥⎦⎤⎢⎣⎡≤2222设计步骤：先决定基底面积；再确定基础高度。

（十）墙下钢筋混凝土条形基础1、基础宽度按第四部分的公式计算。

2、基础底板高度由抗剪强度确定：007.0lh f V c ≤3、基础底板配筋0max9.0h f M A y s =底板受力钢筋沿宽度方向布置，沿墙长度方向设分布筋，放在受力筋上面。

（十一）柱下钢筋混凝土独立基础1、基础宽度按第四部分的公式计算。

2、基础底板高度由抗冲切强度确定。

当沿柱周边的基础高度不够时，底板将发生冲切破坏，形成45°斜裂面的角锥体。

26.0A f F t l ≤3、基础底板配筋平行长度方向的受力钢筋面积为：09.0h f M A y I sI =； 平行宽度方向的受力钢筋面积为：09.0h f M A y II sII =； 底板受力钢筋沿宽度方向布置，沿墙长度方向设分布筋，放在受力筋上面。

4、构造要求（1）现浇独立基础锥形基础边缘高度不宜小于200mm ；锥形基础的顶部为安装模板需每边放大20～50mm ；阶基础的每阶高度宜为300～600mm 。

为与柱连接，基础内预留插筋，并配置箍筋。

（2）预制柱基础①柱的插入深度h1；②基础的杯底厚度a1和杯壁厚度t ；③杯壁配筋；（十二）减少不均匀沉降的一般措施（需要重点掌握）1、地基沉降产生的墙身裂缝对于砖砌体结构，地基沉降时，很容易在墙体上产生斜裂缝或踏步式裂缝，特别是窗洞的四角部位。

裂缝的位置与方向同地基沉降情况有关。

墙面产生裂缝的原因是多方面的，要区别由于稳定变形及材料收缩变形以及砌体强度不足而引起的裂缝。

2、建筑措施（1）房屋体形力求简单（2）设置沉降缝部位：①平面的转折处；②高度和荷载差异较大处；③地基土压缩性有显著差异性；④结构和基础类型不同处；⑤分期建造房屋交界处；⑥房屋长高比过大时。

沉降缝构造要求：范围；宽度等。

沉降缝作法：①悬挑式；②跨越式；③平行式。

（3）保持相邻建筑物基础间的净距原因：基底压力相互叠加产生附加沉降。

相邻房屋中产生影响的称为影响建筑物，受到影响的称为被影响建筑物。

（4）控制建筑物标高根据预估的沉降量，提高室内地面和地下设施的标高。

3、结构措施（1）加强上部结构的刚度①控制房屋的长高比②设置圈梁（2）减少基底附加压力（3）加强基础刚度加强基础平面的整体性，设置必要的条基予以拉接，或加设钢筋混凝土地梁。

采用不同类型基础，提高刚度。

4、施工措施（1）施工房屋的次序；（2）对基础的保护，不受扰动；（3）减少房屋周围的地面荷载。

（十三）边坡稳定引起边坡滑动的主要原因：（1）土中剪应力增加（边坡堆载、建筑物基底压力、振动等作用下）；（2）土的抗剪强度降低（大气变化，水的侵入等）。

1、边坡的开挖边坡开挖的坡度应符合坡度允许值。

必须在坡顶或山腰大量弃土时，则应进行坡体稳定性计算。

2、坡顶上的建筑位置避免基底压力扩散而对稳定边坡产生不利影响。

（1）当基底宽度m b 3≤时，基础底向外边缘至坡顶的水平距离a 应符合要求，并不小于2.5m 。

条形基础：βtg db a -≥5.3矩形基础：βtg db a -≥5.2式中：β为坡角；d 为基础埋深；b 为基础底宽。

（2）当a 不符合以上要求时，应进行坡体稳定计算，或设置挡土结构。