第2章 浅基础
2.1 概述
地基基础设计方案通常有天然地基或人工地基上浅基础、深基础和深浅结合的基础(如桩-筏基础、桩-箱基础)。天然地基上浅基础由于埋深不大,用料较省,又无需复杂的施工设备,故基础工程工期短、造价低。当建筑场地土质较好时,应优先选用天然地基上浅基础方案。如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基的承载力和变形要求时,应当选用经济可行的地基处理方案,即采用人工地基方案;如果地基处理不经济或无条件时,可采用深基础方案。
本章主要讨论天然地基上浅基础的设计原理和计算方法,这些设计原理和方法也适用于人工地基上的浅基础,只是采用后一种方案时,还需对所选的地基处理方法(见第6章)进行设计,并处理好人工地基与浅基础的相互影响。
2.1.1 浅基础设计的内容
在仔细研究分析相关岩土工程勘察资料及上部结构相关设计资料和设计要求,并进行现场了解和调整的基础上,天然地基上浅基础的设计内容一般包括以下7个方面。
(1)选择基础的材料、类型,进行基础平面布置。
(2)选择地基持力层并初步确定基础的埋置深度。
(3)确定地基承载力特征值。
(4)确定基础的底面尺寸,若存在软弱下卧层,还应验算软弱下卧层的承载力。
(5)必要时进行地基变形与稳定性验算。
(6)进行基础结构设计,以保证基础具有足够的强度、刚度和耐久性。
(7)绘制基础施工图,提出必要的施工说明。
上述浅基础设计的各项内容是互相关联、相互制约的。基础设计时可按上述顺序逐项进行设计与计算,如果在以上计算过程中有不满足要求的情况,应调整基础底面尺寸或基础埋深甚至上部结构设计,直至满足要求为止。如果地基软弱,为了减轻不均匀沉降的危害,在进行基础设计的同时,还需从整体上对建筑设计和结构设计采取相应的措施,并对施工提出具体要求。
2.1.2 地基基础设计原则
1.地基基础设计等级
《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011,以下简称《地基规范》),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,将地基基础设计分为3个设计等级,见表2.1。
表2.1 地基基础设计等级
2.地基基础设计原则
根据建筑物的地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度,地基基础设计应按下列要求进行。
(1)所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定。
(2)设计等级为甲级、乙级的建筑物,均应按地基变形设计(即应验算地基变形)。
(3)表2.2所列范围内的丙级建筑物可不作变形验算,如有下列情况之一时,仍应作变形验算。
1)地基承载力特征值小于130kPa,且体型复杂的建筑。
2)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大,可能引起地基产生过大的不均匀沉降时。
3)软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时。
4)相邻建筑距离过近,可能发生倾斜时。
5)地基内有厚度较大或厚薄不均的填土,其自重固结未完成时。
(4)对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等,以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物,还应验算其稳定性。
(5)基坑工程应进行稳定性验算。
(6)当地下水埋藏较浅,建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时,还应进行抗浮验算。
表2.2 可不做地基变形验算、设计等级为丙级的建筑物范围
注 1.地基主要受力层系指条形基础底面下深度为3b(b为基础底面宽度),独立基础下为1.5b,且厚度均不小于5m的范围(二层以下一般的民用建筑除外)。
2.地基主要受力层中如有承载力特征值小于130kPa的土层时,表中砌体承重结构的设计应符合《建筑地基基础设计规范》第7章的有关要求。
3.表中砌体承重结构和框架结构均指民用建筑,对于工业建筑可按厂房高度、荷载情况折合成与其相当的民用建筑层数。
4.表中吊车额定起重量、烟囱高度和水塔容积的数值系指最大值。
3.关于荷载取值的规定
在地基基础设计中,所采用的荷载效应与相应的抗力限值应按下列规定采用。
(1)按地基承载力确定基础底面积及埋深时,传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值。
(2)计算地基变形时,传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合,不应计入风荷载和地震作用;相应的限值应为地基变形允许值。
(3)计算挡土墙、地基或斜坡稳定以及基础抗浮稳定时,荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合,但其分项系数均为1.0。
(4)在确定基础高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时,上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力,应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合采用相应的分项系数。
当需要验算基础裂缝宽度时,应按正常使用极限状态下荷载效应标准组合。
(5)由永久荷载效应控制的基本组合值可取标准组合值的1.35倍。