最新建筑地基基础工程施工质量验收标准规范及强制性条文

'订购地址:www.ceooc.com第一章岩土工程勘察!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!量、未冻水含量、冻结温度、导热系数、冻胀量、融化压缩等项目的试验；对盐渍化多年冻土和泥炭化多年冻土，尚应分别测定易溶盐含量和有机质含量；!"工程需要时，可建立地温观测点，进行地温观测；#"当需查明与冻土融化有关的不良地质作用时，调查工作宜在二月至五月份进行；多年冻土上限深度的勘察时间宜在九、十月份。（五）多年冻土的岩土工程评价应符合下列要求：$"多年冻土的地基承载力，应区别保持冻结地基和容许融化地基，结合当地经验用载荷试验或其他原位测试方法综合确定，对次要建筑物可根据邻近工程经验确定；%"除次要工程外，建筑物宜避开饱冰冻土、含土冰层地段和冰椎、冰丘、热融湖、厚层地下冰，融区与多年冻土区之间的过渡带，宜选择坚硬岩层、少冰冻土和多冰冻土地段以及地下水位或冻土层上水位低的地段和地形平缓的高地。七、膨胀岩土含有大量亲水矿物，湿度变化时有较大体积变化，变形受约束时产生较大内应力的岩土，应判定为膨胀岩土。膨胀土的初判应符合《岩土工程勘察规范》（&’())%$—%))$）附录*（膨胀土初判方法）的规定；终判应在初判的基础上按本节七第（六）条（规范!"#"#条）进行。（一）膨胀岩土场地，按地形地貌条件可分为平坦场地和坡地场地。符合下列条件之一者应划为平坦场地；$"地形坡度小于(+，且同一建筑物范围内局部高差不超过$,；%"地形坡度大于(+且小于$-+，与坡肩水平距离大于$),的坡顶地带。不符合以上条件的应划为坡地场地。（二）膨胀岩土地区的工程地质测绘和调查应包括下列内容：$"查明膨胀岩土的岩性、地质年代、成因、产状、分布以及颜色、节理、裂缝等外观特征；%"划分地貌单元和场地类型，查明有无浅层滑坡、地裂、冲沟以及微地貌形态和植被情况；."调查地表水的排泄和积聚情况以及地下水类型、水位和变化规律；-"搜集当地降水量、蒸发量、气温、地温、干湿季节、干旱持续时间等气象资料，查明大气影响深度；("调查当地建筑经验。（三）膨胀岩土的勘察应遵守下列规定：—/$— 订购地址:www.ceooc.com第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"勘察点宜结合地貌单元和微地貌形态布置；其数量应比非膨胀岩土地区适当增加，其中采取试样的勘探点不应少于全部勘探点的!#$；$"勘探孔的深度，除应满足基础埋深和附加应力的影响深度外，尚应超过大气影响深度；控制性勘探孔不应小于%&，一般性勘探孔不应小于’&；("在大气影响深度内，每个控制性勘探孔均应采取!、"级土试样，取样间距不应大于!")&，在大气影响深度以下，取样间距可为!"’*$")&；一般性勘探孔从地表下!&开始至’&深度内，可取#级土试样，测定天然含水量。（四）膨胀岩土的室内试验，除应遵守《岩土工程勘察规范》（+,’))$!—$))!）第!!条的规定外，尚应测定下列指标：!"自由膨胀率；$"一定压力下的膨胀率；("收缩系数；-"膨胀力。（五）重要的和有特殊要求的工程场地，宜进行现场浸水载荷试验、剪切试验或旁压试验。对膨胀岩应进行粘土矿物成分、体膨胀量和无侧限抗压强度试验。对各向异性的膨胀岩土，应测定其不同方向的膨胀率、膨胀力和收缩系数。（六）对初判为膨胀土的地区，应计算土的膨胀变形量、收缩变形量和胀缩变形量，并划分胀缩等级。计算和划分方法应符合现行国家标准《膨胀土地区建筑技术规范》（+,.!!$—%/）的规定。有地区经验时，亦可根据地区经验分级。当拟建场地或其邻近有膨胀岩土损坏的工程时，应判定为膨胀岩土，并进行详细调查，分析膨胀岩土对工程的破坏机制，估计膨胀力的大小和胀缩等级。（七）膨胀岩土的岩土工程评价应符合下列规定：!"对建在膨胀岩土上的建筑物，其基础埋深、地基处理、桩基设计、总平面布置、建筑和结构措施、施工和维护，应符合现行国家标准《膨胀土地区建筑技术规范》（+,.!!$—%/）的规定；$"一级工程的地基承载力应采用浸水载荷试验方法确定；二级工程宜采用浸水载荷试验；三级工程可采用饱和状态下不固结不排水三轴剪切试验计算或根据已有经验确定；("对边坡及位于边坡上的工程，应进行稳定性验算；验算时应考虑坡体内含水量变化的影响；均质土可采用圆弧滑动法，有软弱夹层及层状膨胀岩土应按最不利的滑动面验算；具有胀缩裂缝和地裂缝的膨胀土边坡，应进行沿裂缝滑动的验算。八、盐渍岩土岩土中易溶盐含量大于)"(0，并具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性时，应判定为盐渍—1$— 订购地址:www.ceooc.com第一章岩土工程勘察!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!岩土。（一）盐渍岩土地区的调查工作，应包括下列内容：!"盐渍岩土的成因、分布和特点；#"含盐化学成分、含盐量及其在岩土中的分布；$"溶蚀洞穴发育程度和分布；%"搜集气象和水文资料；&"地下水的类型、埋藏条件、水质、水位及其季节变化；’"植物生长状况；("含石膏为主的盐渍岩石膏的水化深度，含芒硝较多的盐渍岩，在隧道通过地段的地温情况；)"调查当地工程经验。（二）盐渍岩土的勘探测试应符合下列规定：!"除应遵守本章第三节规定外，勘探点布置尚应满足查明盐渍岩土分布特征的要求；#"采用岩土试样宜在干旱季节进行，对用于测定含盐离子的扰动土取样，宜符合表!*%%的规定。表!*%%盐渍土扰动土试样取样要求勘察阶段深度范围（+）取土试样间距（+）取样孔占勘探孔总数的百分数（,）-&!"/!//初步勘察&.!/#"/&/0!/$"/.&"/#/-&/"&!//详细勘察&.!/!"/&/0!/#"/.$"/$/注：浅基取样深度到!/+即可。$"工程需要时，应测定有害毛细水上升的高度；%"应根据盐渍土的岩性特征，选用载荷试验等适宜的原位测试方法，对于溶陷性盐渍土尚应进行浸水载荷试验确定其溶陷性；&"对盐胀性盐渍土宜现场测定有效盐胀厚度和总盐胀量，当土中硫酸钠含量不超过!,时，可不考虑盐胀性；’"除进行常规室内试验外，尚应进行溶陷性试验和化学成分分析，必要时可对岩土的结构进行显微结构鉴定；—1$— 订购地址:www.ceooc.com第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"溶陷性指标的测定可按湿陷性土的湿陷试验方法进行。（三）盐渍岩土的岩土工程评价应包括下列内容：#"岩土中含盐类型、含盐量及主要含盐矿物对岩土工程特性的影响；$"岩土的溶陷性、盐胀性、腐蚀性和场地工程建设的适宜性；%"盐渍土地基的承载力宜采用载荷试验确定，当采用其他原位测试方法时，应与载荷试验结果进行对比；&"确定盐渍岩地基的承载力时，应考虑盐渍岩的水溶性影响；’"盐渍岩边坡的坡度宜比非盐渍岩的软质岩石边坡适当放缓，对软弱夹层、破碎带应部分或全部加以防护；("盐渍岩土对建筑材料的腐蚀性评价应按《岩土工程勘察规范》（)*’++$#—$++#）第#$章（水和土腐蚀性的评价）执行。九、风化岩和残积土岩石在风化营力作用下，其结构、成分和性质已产生不同程度的变异，应定名为风化岩。已完全风化成土而未经搬运的应定名为残积土。（一）风化岩和残积土的勘察应着重查明下列内容：#"母岩地质年代和岩石名称；$"按本章表#,-划分岩石的风化程度；%"岩脉和风化花岗岩中球状风化体（孤石）的分布；&"岩土的均匀性、破碎带和软弱夹层的分布；’"地下水赋存条件。（二）风化岩和残积土的勘探测试应符合下列要求：#"勘探点间距应取本章第三节规定的小值；$"应有一定数量的探井；%"宜在探井中或用双重管、三重管采取试样，每一风化带不应少于%组；&"宜采用原位测试与室内试验相结合，原位测试可采用圆锥动力触探、标准贯入试验、波速测试和载荷试验；’"室内试验除应按《岩土工程勘察规范》（)*’++$#—$++#）第##章（室内试验）的规定执行外，对相当于极软岩和极破碎的岩体，可按土工试验要求进行，对残积土，必要时应进行湿陷性和湿化试验。（三）对花岗岩残积土，应测定其中细粒土的天然含水量!.、塑限!/、液限!0。花岗岩类残积土的地基承载力和变形模量应采用载荷试验确定。有成熟地方经验时，对于地—1&— 订购地址:www.ceooc.com第一章岩土工程勘察!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!基基础设计等级为乙级、丙级的工程，可根据标准贯入试验等原位测试资料，结合当地经验综合确定。风化岩和残积土的评价应符合下列要求：!"对于厚层的强风化和全风化岩石，宜结合当地经验进一步划分为碎块状、散体状和土状；厚层残积土可进一步划分为硬塑残积土和可塑残积土，也可根据含砾或含砂量划分为粘性土、砂质粘性土和砾质粘性土；#"建在软硬互层或风化程度不同地基上的工程，应分析不均匀沉降对工程的影响；$"基坑开挖后应及时进行检验，对于易风化的岩类，应及时砌置基础或采取其他措施，防止风化发展；%"对岩脉和球状风化体（孤石），应分析评价其对地基（包括桩基）的影响，并提出相应的建议。十、污染土由于致污物质侵入改变了物理力学性状的土，应判定为污染土。污染土的定名可在原分类名称前冠以“污染”二字。（一）污染土场地包括可能受污染的拟建场地、受污染的拟建场地和受污染的已建场地三类。污染土场地的勘察和评价应包括下列内容：!"查明污染前后土的物理力学性质、矿物成分和化学成分等；#"查明污染源、污染物的化学成分、污染途径、污染史等；$"查明污染土对金属和混凝土的腐蚀性；%"查明污染土的空间分布，按照有关标准划分污染等级；&"查明地下水的分布、运动规律及其与污染作用的关系；’"提出污杂土的力学参数，评价污染土地基的工程特性；("提出污染土的处理意见。（二）污染土的勘探点和采取试样间距应适当加密。当有地下水时，应在勘探孔的不同深度采取水试样。污染土的承载力宜采用载荷试验和其他原位测试确定，并进行污染土与未污染土的对比试验。污染土的室内试验宜包括下列内容：!"根据土在污染后可能引起的性质改变，增加相应的物理力学性质试验项目；#"根据土与污染物相互作用特性，进行化学分析、矿物分析、物相分析，必要时做土的显微结构鉴定；$"进行污染物含量分析、水对混凝土和金属的腐蚀性分析；%"考虑土与污染物相互作用的时间效应，并作污染与未污染和不同污染程度的对比—)&— 订购地址:www.ceooc.com第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!试验。（三）对污染土的勘探测试，当污染物对人体有害或对机具仪器有腐蚀性时，应采取必要的防护措施。（四）污染土的岩土工程评价应满足下列要求：!"划分污染程度并进行分区；#"评价污染土的变化特征和发展趋势；$"判定污染土、水对金属和混凝土的腐蚀性；%"评价污染土作为拟建工程场地和地基的适宜性，提出防治污染和污染土处理的建议。第六节地下水一、地下水的勘察要求（一）岩土工程勘察应根据工程要求，通过搜集资料和勘察工作，掌握下列地区和场地的水文地质条件：!"地下水的类型和赋存状态；#"主要含水层的分布规律；$"区域性气候资料，如年降水量、蒸发量及其变化和对地下水位的影响；%"地下水的补给排泄条件、地表水与地下水的补排关系及其对地下水位的影响；&"勘察时的地下水位、历史最高地下水位、近$’&年最高地下水位、水位变化趋势和主要影响因素；("是否存在对地下水和地表水的污染源及其可能的污染程度。（二）对缺乏常年地下水位监测资料的地区，在高层建筑或重大工程的初步勘察时，宜设置长期观测孔，对有关层位的地下水进行长期观测。对高层建筑或重大工程，当水文地质条件对地基评价、基础抗浮和工程降水有重大影响时，宜进行专门的水文地质勘察。（三）专门的水文地质勘察应符合下列要求：!"查明含水层和隔水层的埋藏条件，地下水类型、流向、水位及其变化幅度，当场地有多层对工程有影响的地下水时，应分层量测地下水位，并查明互相之间的补给关系；#"查明场地地质条件对地下水赋存和渗流状态的影响；必要时应设置观测孔，或在不同深度处埋设孔隙水压力计，量测压力水头随深度的变化；—)(— 第一章岩土工程勘察!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"通过现场试验，测定地层渗透系数等水文地质参数。（四）水试样的采取和试验应符合下列规定：#"水试样应能代表天然条件下的水质情况；$"水试样的采取和试验项目应符合《岩土工程勘察规范》（%&’(($#—$((#）第#$章（水和土腐蚀性的评价）的规定；!"水试样应及时试验，清洁水放置时间不宜超过)$*，稍受污染的水不宜超过+,*，受污染的水不宜超过#$*。二、水文地质参数的测定水文地质参数的测定方法应符合《岩土工程勘察规范》（%&’(($#—$((#）附录-（水文地质参数测量方法）的规定。（一）地下水位的量测应符合下列规定：#"遇地下水时应量测水位；$"稳定水位应在初见水位后经一定的稳定时间后量测；!"对多层含水层的水位量测，应采取止水措施，将被测含水层与其他含水层隔开。（二）初见水位和稳定水位可在钻孔、探井或测压管内直接量测，稳定水位的观测间隔时间按地层的渗透性确定，对砂土和碎石土不得少于("’*，对粉土和粘性土不得少于,*，并宜在勘察结束后统一量测稳定水位。量测读数至厘米，精度不得低于.$/0。（三）测定地下水流向可用几何法，量测点不应少于呈三角形分布的!个测孔（井）。测点间距按岩土的渗透性、水力梯度和地形坡度确定，宜为’(1#((0。应同时量测各孔（井）内水位，确定地下水的流向。地下水流速的测定可采用指示剂法或充电法。（四）抽水试验应符合下列规定：#"抽水试验方法可按表#2+’选用；表#2+’抽水试验方法和应用范围试验方法应用范围钻孔或探井简易抽水粗略估算弱透水层的渗透系数不带观测孔抽水初步测定含水层的渗透性参数带观测孔抽水较准确测定含水层的各种参数$"抽水试验宜三次降深，最大降深应接近工程设计所需的地下水位降深的标高；!"水位量测应采用同一方法和仪器，读数对抽水孔为厘米，对观测孔为毫米；+"当涌水量与时间关系曲线和动水位与时间的关系曲线，在一定范围内波动，而没有持续上升和下降时，可认为已经稳定；—3)— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"抽水结束后应量测恢复水位。（五）渗水试验和注水试验可在试坑或钻孔中进行。对砂土和粉土，可采用试坑单环法；对粘性土可采用试坑双环法；试验深度较大时可采用钻孔法。压水试验应根据工程要求，结合工程地质测绘和钻探资料，确定试验孔位，按岩层的渗透特性划分试验段，按需要确定试验的起始压力、最大压力和压力级数，及时绘制压力与压入水量的关系曲线，计算试段的透水率，确定!#"曲线的类型。（六）孔隙水压力的测定应符合下列规定：$"测定方法可按《岩土工程勘察规范》（%&!’’($—(’’$）附录)（水文地质参数测定方法）之表)"’"(（孔隙水压力测定方法和适用条件）确定；("测试点应根据地质条件和分析需要布置；*"测压计的安装和埋设应符合有关安装技术规定；+"测试数据应及时分析整理，出现异常时应分析原因，并采取相应措施。三、地下水作用的评价岩土工程勘察应评价地下水的作用和影响，并提出预防措施的建议。（一）地下水力学作用的评价应包括下列内容：$"对基础、地下结构物和挡土墙，应考虑在最不利组合情况下，地下水对结构物的上浮作用，原则上应按设计水位计算浮力；对节理不发育的岩石和粘土且有地方经验或实测数据时，可根据经验确定；有渗流时，地下水的水头和作用宜通过渗流计算进行分析评价；("验算边坡稳定时，应考虑地下水及其动水压力对边坡稳定的不利影响；*"在地下水位下降的影响范围内，应考虑地面沉降及其对工程的影响；当地下水位回升时，应考虑可能引起的回弹和附加的浮托力；+"当墙背填土为粉砂、粉土或粘性土，验算支挡结构物的稳定时，应根据不同排水条件评价静水压力、动水压力对支挡结构物的作用；!"在有水头压差的粉细砂、粉土地层中，应评价产生潜蚀、流砂、涌土、管涌的可能性；,"在地下水位下开挖基坑或地下工程时，应根据岩土的渗透性、地下水补给条件，分析评价降水或隔水措施的可行性及其对基坑稳定和邻近工程的影响。（二）地下水的物理、化学作用的评价应包括下列内容：$"对地下水位以下的工程结构，应评价地下水对混凝土、金属材料的腐蚀性，评价方法按《岩土工程勘察规范》（%&!’’($—(’’$）第$(章（水和土腐蚀性的评价）执行；—.-— 第一章岩土工程勘察!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"对软质岩石、强风化岩石、残积土、湿陷性土、膨胀岩土和盐渍岩土，应评价地下水的聚集和散失所产生的软化、崩解、湿陷、胀缩和潜蚀等有害作用；#"在冻土地区，应评价地下水对土的冻胀和融蚀的影响。（三）对地下水采取降低水位措施时，应符合下列规定：$"施工中地下水位应保持在基坑底面以下%"&’$"&(；!"降水过程中应采取有效措施，防止土颗粒的流失；#"防止深层承压水引起的突涌，必要时应采取措施降低基坑下的承压水头。（四）当需要进行工程降水时，应根据含水层渗透性和降深要求，选用适当的降低水位方法。当几种方法有互补性时，亦可组合使用。第七节地震工程地质勘察方法一、地震工程地质勘察的目的、任务和特点（一）目的、任务地震工程地质工作的宗旨是直接为工程场地选择和工程抗震设计提供科学依据。为此，在工程的可行性论证和初步设计阶段，地震工程地质勘察工作总是不可缺少的内容。其主要任务应该包括：$"在对场地及其周围地质环境的基本特征进行全面调查的基础上有重点开展地震地质和历史地震地质背景、活断层及地震调查，确定活断层、发展断层、工程活断层及潜在震源和最大可信地震，同时为勘探和试验工作的布置提供依据。!"查明场地类型、地层结构空间分布规律及地下水埋藏条件等。#"为震害预测提供资料，包括场地液化、地表破裂变形、滑坡、震陷等。)"通过钻探和物探（包括波速测试和脉动测试）、面波波速测试、井下阻尼测试提供场地质结构、剪切波速、卓越周期以及求取场地加速度、速度、位移等震动参数。&"代表性试验样品现场采集，送交实验室进行土动力学试验。（二）地震工程地质勘查的特点$"区域地质背景调查，在收集前人资料基础上，突出地震地质物征研究，特别是活动构造及地震活动与活动构造关系的调查，为潜在震源确定和地震危险性分析提供背景资料。—**— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"以场地土类型、土层结构、土层厚度、成因、分布规律以及地下水埋深为重点，直接为地震反应及震害预测服务。#"现场钻探、井下波速测量、地脉动测试及室内土动力试验，直接为地震动反应分析计算和编制地震动参数图件提供数据。全部勘探、试验工作按地震工程地质单元，有针对性、有重点地布置工作量。$"所有的计算结果都与宏观地震工程地质调查有机结合，突出定性与定量相结合的原则。二、地震工程地质勘察基本内容和要求有关地震工程勘察内容和要求尚未形成系统的认识，根据我国地震工程地质实践和国外某些论述，就一些重大工程选址和抗震设计所提出的问题，提出以下内容作为场地地震工程地质勘察的基本要求。（一）前期资料收集和勘察工作设计在地震工程地质现场和勘察工作正式开展之前，各类必要的资料收集工作在地震工程地质工作中占有非常有重要地位。它不仅是全部工作的开端，而且是全部工作的基础，资料收集、整理和初步分析工作是地震工程勘察、研究的不可分割的组成部分。首先，地震工程地质工作是建立对场地及相关地区已有地质、地震大量研究基础之上进行的现场和室内试验研究，有明确的重点和针对性，与以往的地质地震研究工作具有连续性；再次，地震工程地质专门性勘察研究着眼于潜在震源确定，地震危险性分析、地震反应特点及震害预测，重点在于场地土类型、厚度、土层动力特性、构造活动性、特别是断层的活动性与地震危险性、地震重现发生率、重现期、地震工程地质单元的动力特征与地震反应的统一性，场地土平均波速、固有周期测定和一些动力参数的室内测试研究。基础地质地震资料收集和分析研究的内容主要有：%"区域地质构造背景。包括区域性断裂构造、圈层构造、不同大地构造单元交接带以及深部地球物理特征（重力场、磁场异常、梯度带、地幔隆起等）。!"活动构造：区域性活动断裂构造的规模、性质、地质年龄、活动方式、形变速率和幅度、地震活动断裂的关系，以及地震断层的判别和工程活断层的判定。#"地貌及第四纪地质以及古地震研究成果。$"为不同目的开展的水文地质和工程地质勘探、试验成果。&"历史地震资料及近来地震记录资料。’"区域地壳形变测量和形变监测资料。（二）现场勘察和试验工作—%((— 第一章岩土工程勘察!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"地震地质调查：在资料收集和初步分析的基础上，进行必要的现场补充性地质调查。其中包括：（!）通过典型地段第四纪地质剖面地层划分，结合区域地质钻孔剖面资料，建立场地地层层序、进行岩相和结构特性、地质对比分析，为地震工程地质单元划分提供基础资料。（#）地貌研究：为满足第四纪地质研需要，和断层活动性和古地震研究，对场地及相关地区开展专门性调查。（$）活断层研究：包括场地及相关区域（$%%&’半径）内的主要断裂活动性的鉴定、复查工作、对其规模、性质、活动方式、活动速率、活动年龄、活动周期与古地震关系，活断层的分段性及发震危险性估计等等。（(）古地震调查：结合活断层研究，对古地震地表形迹进行调查，并以开挖槽方式对古地震现象进行揭露和素描，并采集测定断层活动，古地震发生时代的地质年龄样品。（)）历史地震震害考证，在已有资料的基础上，对历史地震中进行烈度复核的地震地质考证。以上地表地震工程地质调查，多数情况下，以点、线方式进行，必要时进行局部地段的大比例尺填图工作。#"勘探、试验工作：（!）钻探：为进行场地地震工程地质分类和单元划分以及波速测量工作，有目的地布置一定数量钻孔（一般孔距%")&’，相当(个孔*&’#）。孔深除少数地层控制孔深达到!%%’以下，一般多为浅孔（)%+,%’以内）。（#）钻孔剪切波速测量和阻尼测试，应该根据地质条件复杂性、土层性质和特点，在地震工程地质单元划分的基础上部署试验工作。（$）场地地脉和面波波速测量：同属现场测试内容，为获取土层固有周期和地表面波的波长及相应资料，应严格把握施工地质条件和场地环境状况，以保证其效果。（(）原状土样采集：为进行室内动三轴试验测求阻尼比（!）、动弹性模量（-.）、动剪切模量（/.）。为获得土的物理和力学参数，也应补充采集适量的样品用于常规试验。（三）资料整理、图件编绘与报告编写详见《岩土工程勘察规范》（/0)%%#!—#%%!）第!(章。—!%!— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第二章基础工程设计第一节基础设计原则一、基础设计原则建筑物是通过基础将荷载传递到地基中去。建筑物的安全和正常使用，不仅取决于上部结构的安全储备，同时也要地基基础有一定的安全保证。无论地基或基础哪一方面出现问题，发生破坏，不仅是难以修复，影响使用，还会导致建筑物破坏甚至酿成灾害。又由于地基条件的复杂性，土的物理力学性质的特殊性，致使人们至今对它的认识还在探索和深入，因此，地基基础的设计在建筑物设计中占有举足轻重的地位。为取得安全经济的方案，必须掌握设计原则。在《建筑结构统一标准》中，规定结构设计应满足如下的功能要求：!"能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；#"在正常使用时具有良好的工作性能；$"在正常维护下具有足够的耐久性能；%"在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必须的整体稳定。基础作为建筑物的下部结构，应保证有足够的强度、刚度和耐久性。地基作为承重地层，虽不同于建筑结构，但它与基础、上部结构共同工作，因此上述四种功能，实质上可用下列两种要求表示：!"在长期荷载作用下，地基变形不致造成承重结构的损坏。这里包含着地基设计的两个原则；即强度和变形原则。在地基设计中，要保证承重结构物不致损坏，首先应保证地基有足够的强度，即有足够的承载力；同时还应考虑地基中不出现过大的变形和差异变形。地基土的变形具有长期的时间效应，与钢材、混凝土、砖石等材料相比，属大变形材料。有时尽管承载力已满足要求，但长时间的变形也将导致建筑物的损坏。这已从大量的地基事故分析中得到证实。—!&#— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""因此地基的变形值应当满足正常使用极限状态的容许变形值，确保建筑物的安全。!"在最不利荷载作用下，地基不出现失稳现象。对某些建筑物，除了强度、变形要求外，还有整体稳定的要求，应保证建筑物地基不发生滑动和倾覆。根据地基复杂程度、建筑物规模、功能特征以及地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用程度，建筑物分为三个设计等级，见表!#$。表!#$地基基础设计等级安全等级建筑类型重要的工业与民用建筑物%&层以上的高层建筑体型复杂，层数相差超过$&层的高低层连成一体建筑物大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等）甲级对地基变形有特殊要求的建筑物复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）对原有建筑影响较大的新建建筑物场地和地基条件复杂的一般建筑物位于复杂地质条件及软土地区的有二层及二层以上地下室的基坑工程乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建丙级筑物、次要的轻型建筑物根据建筑物安全等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，《建筑地基基础设计规范》规定，地基基础设计原则是：表!#!可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围地基主要地基承载力标准值*&!!’(,&!!’($&&!!’($%&!!’($*&!!’(!&&!!’(受力层的!’(（()’）+,&+$&&+$%&+$*&+!&&+%&&情况各土层坡度（-）!.!.!$&!$&!$&!$&砌体承重结构、框架结构（层数）!.!.!.!*!*!/吊车额定起重量（1）.2$&$&2$.$.2!&!&2%&%&2.&.&2$&&单层单跨排架厂房跨度（0）!$!!$,!!3!%&!%&!%&结构建吊车额定起重量（1）%2..2$&$&2$.$.2!&!&2%&%&2/.筑（*0多跨类型柱距）厂房跨度（0）!$!!$,!!3!%&!%&!%&烟囱高度（0）!%&!3&!.&!/.!%&构筑高度（0）!$.!!&!%&!%&!%&物水塔容积（0%）!.&.&2$&&$&&2!&&!&&2%&&%&&2.&&.&&2$&&&对各级建筑物地基均应进行承载力计算；设计等级为甲乙级建筑物和表!#!所列范—$&%— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!围以外的丙级建筑物尚应进行地基变形计算；对经常受水平荷载作用的高层建筑物和高耸结构，以及建造在斜坡上的建筑物，尚应验算其稳定性；基坑工程应进行稳定性验算；当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，应进行抗浮验算。最后要说明荷载的取值方法。地基基础设计同上部结构一样，是按承载能力极限状态的设计方法。考虑使用过程中在结构上可能出现的荷载，按正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，采用的设计值应按最不利条件组合。计算变形时采用标准值按长期效应组合，不考虑风荷载和地震作用。因为这些瞬时荷载对地基的稳定性影响较大，而对地基土的压缩变形和固结和影响很小。计算地基稳定时，荷载采用标准值。其中，土的天然容重按地质勘察试验结果采用，不乘分项系数。此外，规范还规定，甲级建筑物在施工期间和使用期间要进行沉降观测，并以实测资料作为建筑地基基础工程质量检查的依据之一。观测方法必须严格按规范要求进行。这项规定强调了地基基础设计工作的实践性，不仅对某个具体工程十分重要，而且将为推动地基基础学科的发展积累资料，并可验证地基和基础设计理论及计算方法的正确或不足，对完善和提高本学科的理论有积极作用。二、地基基础设计步骤在了解地基基础设计原则后，基础设计可概括为下列步骤。!"选择地基基础方案，确定基础类型（包括材料和平面布置方式）；#"确定基础埋置深度和地基承载力特征值；$"根据地基承载力特征值计算基础底面尺寸；%"根据需要进行变形验算；&"进行基础的结构设计（剖面设计）；’"绘制基础施工详图、提出施工说明。由于影响地基基础设计的因素较多，一般是先假设后计算，往往需要反复几次才能完成。设计者应尽量挖掘地基潜力，充分发挥基础材料性能，采用设计和施工方面的先进技术，以降低造价，提高劳动生产率。要强化经济观点，在设计和施工中注意节约尤为重要。第二节基础埋置深度的确定基础埋深的大小对建筑物的安全使用、稳定性、工期及造价影响很大，因此，合理选择和确定埋深十分重要。埋深受多种因素的制约，但就某项具体工程而言，往往由其中一两—!(%— 第二章基础工程设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!个因素起决定作用。能否抓住主要因素，取决于设计者的经验与分析判断能力。一般应按下列规定综合考虑，确定合理埋置深度。一、工程地质和水文地质条件地基通常由多层土组成。在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础应尽量浅埋。除岩层外，应尽量利用浅层土作持力层（所谓持力层就是直接承受由基础传来的荷载的地层）。考虑到地表一定深度内，由于气温变化、雨水侵蚀、动植物生长和活动的影响，建筑物外墙或外柱的基础埋深应大于!"#$。为保护基础不外露，基础顶面应低于室外地面至少%"#$，如图&’%。当有软弱下卧层时，持力层的厚度不宜太薄，一般应大于基础底宽的%()，其最小厚度应大于%*&$，否则基底压力不易扩散至下层土中基底进入老土层不小于%""$$。持力层在水平方向的土性还应均匀，若土的性状差异性太大，为防止不均匀沉降，同一建筑物可分段采取不同的埋深，如图&’&所示。高层建筑的基础还应进行稳定性验算；位于土质地基应满足稳定要求；位于岩质地基应满足抗滑要求。为便于施工，基础宜埋在地下水位以上，如必须埋在地下水位以下时，则应采取措施（如基坑排水、降水、截水等），以保证地基土施工时不受扰动。地下水对基础材料的侵蚀作用及防护措施也应充分考虑。如持力层为粘性土等隔水层，其下又存在着承压水，则埋深应按图&’+计算，即基底面下隔水层土的自重压力应大于承压水的水压力，以避免基坑开挖时持力层（隔图&’%基础的最小水层）被承压水冲坏，即埋置深度（单位：$$）!!,!-""（&’%）式中!———基底土重度，采用浮重度；!———坑底至含水层顶面的距离；!-———水的重度；""———承压水折合静水压力的水头高度，即图&’+中的虚线，不应理解为地下水位。二、作用在基础底面的荷载和性质荷载的大小和性质影响埋置深度。如果基础只受垂直作用，则可根据荷载大小经过—%"!— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!图!"!墙基础深度变化时的步级做法承载力的计算选择持力层并确定埋深；如果基础同时还承受水平荷载（如土墙、厂房柱基、烟囱、水塔等构筑物基础）作用，则应考虑加大埋深，以增强土层对基础的嵌固作用，保证构筑物的稳定性；若基础所受荷载虽然只是垂直方向，但数值较大，浅层地基土已不宜于作为持力层时，就应该考虑设置地下室，采用箱形基础或其他深基础方案。某些基础还承受上拔力作用（输电塔基础），也需要较大埋深以增加抗拔力。饱和松砂在振动荷载作用下将发生液化，故承受振动荷载的基础不能建造在这类土层上，地震区也不可将这类土层作为持力层。三、建筑物功能及基础类型建筑物的功能影响埋深的选择。如有地下室的建筑，埋深由地下室标高决定。工业建筑中的地下设施和设备基础，不能离建筑物基础太近，必要时应加大基础的埋深。基础类型也是影响埋深的一个主要因素。灰土基础和砖基础，由于基础材料刚性角较小，基础高度较大，若埋深较浅则有露齿（基础顶面高出地面）的可能，如图!"#。此时，埋深应适当加大，即由基础高度控制埋深，或改变基础类型。图!"$坑底不被承压水冲破的条件混凝土基础的刚性角比较大，故基础高度较小。根据经验，若基础宽度、埋深均较大，—’&%— 第二章基础工程设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!图!"#砖基础露齿可采用混凝土基础；若宽基浅埋时，需改用钢筋混凝土基础。四、相邻建筑物基础埋深为保证在施工期间相邻原有建筑物的安全和正常使用，基础埋深不宜深于相邻原有建筑基础。如不能满足这一要求，则两基础应保持一定净距，其值根据荷载大小和土质情况而定，一般取相邻两基础之底面高差的$%!倍（图!"&）。若不能满足，则需采取相应的施工措施，如分段施工、设置临时加固支撑、打板桩、地下连续墙等，或加固原有建筑物基础。图!"&不同埋深的相邻基础图!"’作用在基础上的冻胀力—$)(— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!五、地基土冻胀和融陷的影响地面下土温随大气温度而改变，当地层温度降至!"以下时，地下土层便因土中水冻结而形成冻土，此时土体积增大称为冻胀。当温度升高超过冰点后，冻土又融化，此时体积减小，产生沉积称为融陷。这种冻融现象随季节而变化，称这类土为季节性冻土。季节性冻土在我国分布很广，以东北、华北、西北地区为主，一般厚度均超过!#$%，最厚可达&%。若基础埋深小于冻结深（埋置于冻结深度内），基础底面和侧面均受冻胀力作用（图’()）。若基础埋深大于冻深，则仅侧面有冻胀力。冻结时，基础被上推；融化时，冻胀力消失，土中含水量增大，土处于饱和软化状态，使建筑物产生融陷（下沉）。无论上推或融陷都不均匀，最终均导致建筑物的开裂破坏。因此，建于冻胀地基上的建筑物，必须考虑冻胀的影响。（一）土的冻胀性大小，取决于当地的气温、土质、冻前土的含水量和地下水等因素。《建筑地基基础设计规范》（*+$!!!,—’!!’）根据冻胀量和对建筑物的危害程度，将地基土的冻胀性分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类。地基的冻胀性类别应根据冻土层的平均冻胀率的大小决定，地基土的冻胀性见表’(&。!冻胀土深度在无实测资料时，除山区外，可按建筑地基基础设计规范（*+$!!!,—’!!’）附录-“中国季节性冻土标准冻深线图”查取。（二）季节性冻土地基的设计冻深应按下式计算：!./!!·!01·!02·!03（’(’）式中!.———设计冻深。若当地有多年实测资料时，也可：!./"#("!，"#和"!分别为实测冻土层厚度和地表冻胀量；!!———标准冻深。系采用在地表平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于4!年实测最大冻深的平均值。当无实测资料时，按本规范附录-采用；———土的类别对冻深的影响系数，按表’(5；!01———土的冻胀性对冻深的影响系数，按表’($；!02———环境对冻深的影响系数，按表’()。!03—4!6— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""表!"#地基土的冻胀性分类冻结期间地下水位冻前天然含水量平均冻胀率冻胀土的名称距冻结面冻胀类别!（"）!（&）等级的最小距离#（$%）.+(’!!+"不冻胀!!+!碎（卵）石，砾、粗、中砂（粒!+(’+,!!#(*#弱冻胀径小于’(’)*%%颗粒含量大.+(’+!,!!+-于+*&），细砂（粒径小于!+(’#(*,!!1$冻胀’(’)*%%颗粒含量大于+’&）.’(*!.+-!’(*1,!!+!%强冻胀.+(’!!+"不冻胀!!+/!+(’+,!!#(*#弱冻胀.+(’+/,!!+0粉砂!+(’#(*,!!1$冻胀.+(’+0,!!!#!+(’1,!!+!%强冻胀!.!#不考虑!.+!&特强冻胀.+(*!!+"不冻胀!!+0!+(*+,!!#(*#弱冻胀.+(*+,!!#(*#弱冻胀+0,!!!!!+(*#(*,!!1$冻胀粉土.+(*!!,!!!1!+(*1,!!+!%强冻胀.+(*!1,!!#’!+(*!.#’不考虑!!+!&特强冻胀.!(’!!+"不冻胀!!!23!!!(’+,!!#(*#弱冻胀!23!,!.!(’!!23*!!(’#(*,!!1$冻胀粘性土!23*,!.!(’!!230!!(’1,!!+!%强冻胀!230,!.!(’!!23+*!!(’!.!3+*不考虑!.+!&特强冻胀2注：+(!2———塑限含水量（&）；!———在冻土层内冻前天然含水量的平均值；!(盐渍化冻土不在表列；#(塑性指数大于!!时，冻胀性降低一级；—+’0— 第一篇建筑地基基础工程施工概论""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!"粒径小于#"##$%%的颗粒含量大于&#’时，为不冻胀土；$"碎石类土当充填物大于全部质量的!#’时，其冻胀性按充填物土的类别判断；&"碎石土、砾砂、粗砂、中砂（粒径小于#"#($%%颗粒含量不大于)$’）、细砂（粒径小于#"#($%%颗粒含量不大于)#’）均按不冻胀考虑。表*+!土的类别对冻深的影响系数土的类别影响系数!!!!,-!土的类别影响系数!,-粘性土)"##!!!!中、粗、砾砂)".#细砂、粉砂、粉土)"*#!!!!碎石土)"!#表*+$土的冻胀性对冻深的影响系数冻胀性影响系数!!!!,/!冻胀性影响系数!,/不冻胀)"##!!!!强冻胀#"0$弱冻胀#"1$!!!!特强冻胀#"0#冻胀#"1#!!!!表*+&环境对冻深的影响系数周围环境影响系数!!!!,2!周围环境影响系数!,2村、镇、旷野)"##!!!!城市市区#"1#城市近郊#"1$!!!!注：环境影响系数一项，当城市市区人口为*#3$#万时，按城市近郊取值；当城市市区人口大于$#万小于或等于)##万时，按城市市区取值；当城市市区人口超过)##万时，按城市市区取值，$4%以内的郊区应按城市近郊取值。（三）当建筑基础底面允许有一定的冻土层厚度，可用下式计算基础的最小埋深：!%567"8+#%9:（*+.）式中#%9:———基础底面下允许残留冻土层的最大厚度，按建筑地基基础设计规范（;<$###(———*##*）附录有关内容查取。当有充分依据时，基底下允许残留冻土层厚度也可根据当地经验确定。—))#— 第二章基础工程设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!表!"#建筑基底下允许残留冻土层厚度!$%&（$）基底平均压力采（’(%）基暖)*++*+,*+-*+#*+)*!+*础情冻形胀况性式方形采暖—*.)/*.))+.*/+.+++.+-+.!*弱冻基础不采暖—*.#0*.0/*.)+*.)#+.*/+.+*胀土条形采暖—1!.-*1!.-*1!.-*1!.-*1!.-*1!.-*基础不采暖—!.!*!.-*1!.-*1!.-*1!.-*1!.-*方形采暖—*.2/*.#**.#-*.0+*.02—基础不采暖—*.--*.2**.2-*.2)*.#/—冻胀土条形采暖—+.--+.#)!.*,!.!2!.-*—基础不采暖—+.+-+.,-+.--+.#-+.)-—方形采暖—*./!*./#*.-+*.-2——强冻基础不采暖—*.,2*./**./,*./#——胀土条形采暖—*.#/*.00+.**+.+,——基础不采暖—*.-2*.22*.#-*.0/——方形采暖*.,**.,/*.,0*./+———特强基础不采暖*.!/*.!#*.,+*.,/———冻胀条形采暖*./,*.-!*.2+*.#*———土基础不采暖*.,,*./**./#*.-,———注：+.本表只计算法向冻胀力，如果基侧存在切向冻胀力，应采取防切向力措施。!.本表不适用于宽度小于*.2$的基础，矩形基础可取短边尺寸按方形基础计算。,.表中数据不适用于淤泥、淤泥质土和欠固结土。/.表中基底平均压力数值为永久荷载标准值乘以*.)，可以内插。（四）在冻胀、强冻胀、特强冻胀地基上，应采用下列防冻害措施：+.对在地下水位以上的基础，基础侧面应回填非冻胀性的中砂或粗砂，其厚度不应小于+*3$。对在地下水位以下的基础，可采用桩基础、自锚式基础（冻土层下有扩大板或扩底短桩）或采取其他有效措施。!.宜选择地势高、地下水位低、地表排水良好的建筑场地。对低洼场地，宜在建筑四周向外一倍冻深距离范围内，使室外地坪至少高出自然地面,**4-**$$。,.防止雨水、地表水、生产废水、生活污水浸入建筑地基，应设置排水设施。在山区—+++— 第一篇建筑地基基础工程施工概论""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""应设截水沟或在建筑物下设置暗沟，以排走地表水和潜水流。!"在强冻胀性和特强冻胀性地基上，其基础结构应设置钢筋混凝土圈梁和基础梁，并控制上部建筑的长高比，增强房屋的整体刚度。#"当独立基础联系梁下或桩基础承台下有冻土时，应在梁或承台下留有相当于该土层冻胀量的空隙，以防止因土的冻胀将梁或承台拱裂。$"外门斗、室外台阶和散水坡等部位宜与主体结构断开，散水坡分段不宜超过%"#&，坡度不宜小于’(，其下宜填入非冻胀性材料。)"对跨年度施工的建筑，入冬前应对地基采取相应的防护措施；按采暖设计的建筑物，当冬季不能正常采暖，也应对地基采取保温措施。第三节地基计算为保证建筑物的安全和正常使用，地基必须有足够的强度（即承载力）和整体稳定性，还要限制地基变形在容许范围内。据此，地基的计算包括承载力、变形和稳定三部分内容。一、承载力计算承载力计算应在持力层与软弱下卧层中分别进行。（一）持力层承载力计算作用在基础上的荷载有竖向力、水平力、弯矩，组合后可分为中心受压及偏心受压两种受力状态，故基础底面的压力应分别满足下列条件：%"轴心荷载作用时!*!"+（,-!）式中!*———相应于荷载效应标准组合后，基础底面处的平均压力值（*.+）；"+———修正后的地基承载力特征值（*.+）。,"偏心荷载作用时除应满足,-!式外，尚应满足!*&+/!%","+（,-#）式中!*&+/———相应于荷载效应标准组合后，基础底面边缘的最大压力值（*.+）。基础底面压力计算式如下：%"轴心荷载作用时—%%,— 第二章基础工程设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!##!!!"（$%&）$式中"!———相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值（!’）；#———基础自重和基础上的土重（!’），可近似取平均重度$(!’)*+计算；!$———基础底面面积（*$）。$,偏心荷载作用时"!##!%!!!*-."#（$%/）$&"!##!%!!!*01"%（$%2）$&式中%———相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值（!’·*）；&———基础底面的抵抗矩（*+）；!!*01———相应于荷载效应标准组合后，基础底面边缘最小压力值（!3-）。当偏心受压基础偏心距’较大时（’4()&），其!*01为负值，表示地基与基础脱离，应尽量避免。要充分利用地基承载力，对较小工程尚容许有较小的负值（负值区不得大于基底宽度的5)6），此时最大的边缘压应力!*-.按下式计算（图$%/）：（$"!##!）!*-."（$%7）+*+式中*———垂直于力矩作用方向的基底边长度（*）；+———合力作用点至基础底面最大压力边缘之距离（*）。（二）软弱下卧层承载力计算持力层有足够的强度，并不能表示整个地基强度有足够的安全保证。若在地基受力范围内存在有软弱下卧层（承载力设计值明显低于持力层）时，往往因其强度不足而导致破坏。因此必须验算下卧层承载力，使其满足下列条件：(图$%/偏心荷载(’4)&下基底压力计算图式(———力矩作用方向基础边长—55+— 第一篇建筑地基基础工程施工概论####################################################!!"!#!!"$!式中!!———相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值（%&$）；!#!———软弱下卧层顶面处土的自重压力值（%&$）；"$!———软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（%&$）。图’()扩散角法计算土中附加应力示意图附加压力#!，可按双层地基中附加压力分布理论计算。若为简单实用，也可采用应力扩散角的方法计算，即假定基底处的附加力#!按某一角度!（地基压力扩散角）向下传递和扩散，并假定均匀分布，如图’()。根据扩散前后总压力相等的条件，求得扩散面上的附加应力。“规范”规定，仅当上层土与下卧软弱土层压缩模量之比等于或大于*时（即$+,-$+’"*），这种简化才可用于条形基础和矩形基础。计算公式如下：条形基础%（#%(##）#!.（’(,1）%"’&/$0!矩形基础’%（#%(##）#!.（’(,,）（%"’&/$0!）（’"’&/$0!）式中%———矩形基础和条形基础底边的宽度（2）；’———矩形基础底边的长度（2）；##———基础底面处土的自重压力（%&$）；—,,3— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!———基础底面至软弱下卧层顶面的距离（!）；!———地基压力扩散与垂直线的夹角（"），可按表#$%采用。对于条形基础仅考虑宽度方向的扩散，沿长度取&!为计算单元。前已指出，持力层必须有一定厚度压力方能扩散，故基底面至软弱下卧层顶面的厚度小于基底宽度的&’(（")*+#,#）时，!-*$。表#$%地基压力扩散角!%.&’%.#"-*+#,#"!*+,*#/0$#/$,&*$#,$&*#*$/*$注：&+%.&“为上层土压缩模量，%.#为下层土压缩模量。#+!)*+#,#时取!-*$，必要时，宜由试验确定；!1*+,#时!值不变。二、变形计算（一）地基变形特征地基在建筑物荷载作用下将产生压缩变形，引起建筑物沉降和不均匀沉降。但是，由于地基土的性质复杂，建筑物的结构类型、使用要求、荷载性质也不同，因此地基变形在建筑物上部结构中的反应不同。为研究地基变形对建筑物的破坏情况和对使用功能影响程度，《建筑地基基础设计规范》规定，用如下特征指标来描述地基变形，参见图#$2。&+沉降量———基础中心点的沉降值；#+沉降差———相邻两单独基础沉降之差；/+倾斜———独立基础倾斜方向两端点的沉降差与距离之比；(+局部倾斜———砌体承重结构沿纵墙03&*!内基础两点的沉降差与其距离之比。（二）地基容许变形建筑物的地基变形可能同时存在几种，但从大量的工程实测资料分析得出，由于建筑物结构特点和使用要求不同，对各种变形特征的反映不同。每一个具体建筑物的破坏或正常使用，都是由各种变形特征指标控制的。因此规范除规定了变形的特征指标外，还规定了相应于各类建筑物的控制变形指标及其容许变形值。设计时要满足地基变形值不超过其容许值的条件。地基变形值的计算方法目前还比较粗略，或近似简化。例如建筑物（包括基础）整体刚度的影响未能给予考虑，而这种影响有时又不容忽视。以后将论述的地基上的柔性基础和刚性基础，前者刚度甚小，在荷载作用下依地基变形而产生挠曲，沿梁长因受力不等而沉降不均；而后者刚性甚大，本身不易挠曲，在荷载作用下将强迫地基一起产生均匀沉—&&,— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!降。地基的变形与结构刚度的这种关系，在目前的变形计算中尚无法定量考虑。图!"#地基变形特征示意图至于容许变形值，则涉及的因素更多，诸如建筑物的使用要求、结构类型特点、对不均匀沉降的敏感性（引起附加应力的程度）及结构的安全贮备等等，很难用理论分析方法确定。通过对各类建筑物沉降观测资料的分析和综合，参考国内外规范、文献，《建筑地基基础设计规范》给出了目前常见的结构和建筑物的地基变形容许值，见表!"#。地基变形计算的目的是使拟设计的建筑物的控制变形值不超过地基变形容许值。每一个建筑物控制性的变形指标，必须结合地基条件和使用要求确定。如建在均匀地基上的单层排架（柱距小于$%），要求不致有较大的沉降差，应由受荷最大的柱基沉降量控制；对建在不均匀地基上的排架或框架结构，产生的沉降差易危及使用和安全；对于有桥式吊车的车间，为防止桥桁小车滑轨，吊车梁方向（纵向）和桥桁方向（横向）的倾斜成—&&$— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""为最不利的因素。又如，砌体承重结构，多因建筑地基不均匀、荷载差异较大、体型复杂等造成不均匀沉降，引起墙体过大挠曲、局部开裂。这种破坏开裂可以用局部倾斜控制。而高耸的构筑物（烟囱、水塔、高炉等）受水平荷载（风力）作用较大，施工的误差也会造成基础偏心，加之地基土的不均匀性和相邻建筑物的影响，将产生附加弯矩，导致构筑物倾斜。这种倾斜又影响建筑物的自身强度和地基土的压力，形成恶性循环，致使倾斜过量，妨碍使用和威胁安全；高层建筑的倾斜会给人们造成心理上的恐慌，根据人类感觉的敏感程度和倾斜后产生的附加弯矩的不利影响，必须限制其倾斜值，尤其是横向倾斜值。综上所述，“规范”规定对砌体承重结构由局部倾斜控制，在具体工程中，对于立面有高差、平面布置复杂、地基土层不均匀，或结构变化及荷载有差异等情况，计算局部倾斜的部位见图!"#$（!）、（"）、（#）、（$）。表!"%建筑物的地基变形容许值地基土类别变形特征中、低压缩性土高压缩性土砌体承重结构基础的局部倾斜$&$$!$&$$’工业与民用建筑相邻柱基的沉降差：（#）框架结构$&$$!#$&$$’#（!）砌体墙填充的边排柱$&$$$(#$&$$##（’）当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构$&$$)#$&$$)#单层排架结构（柱距为*+）柱基的沉降量（++）（#!$）!$$桥式吊车轨面的倾斜（按不调整轨道考虑）纵向$&$$,横向$&$$’多层和高层建筑基础的倾斜：%&!!,$&$$,!,-%.!*$$&$$’*$-%.!#$$$&$$!)%./#$$$&$$!体型简单的高层建筑基础的平均沉降量（++）!$$高耸结构基础的倾斜：%.!!$$&$$0!$-%.!)$$&$$*)$-%.!#$$$&$$)#$$-%.!#)$$&$$,#)$-1.!!$$$&$$’!$$-%.!!)$$&$$!高耸结构基础的沉降量（++）：%.!#$$,$$#$$-%.!!$$’$$!$$-%.!!)$!$$注：#&有括号者仅适用于中压缩性土；—##(— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!为相邻柱基的中心距（##）；"$为自室外地面算起的建筑物高度（#）。对框架和单层排架结构由相邻柱基沉降差控制；对多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜控制。同时指出，有时需要预估施工期间和使用期间地基变形值，如预留建筑有关部分之间的净空，考虑连接方法和施工顺序等。此时，对一般建筑物按最终沉降量为基准施工期间完成的沉降量可以认为砂土已基本完成，低压缩性粘土完成%&’()&’，中压缩性粘性土完成!&’(*&’，高压缩性土仅完成%’(!&’。还有些基础需要计算相对弯曲变形!（!+#$!，#为最大挠度，!为建筑物纵向长度），见图!,--。图!,-&计算局部倾斜部位示意图（%）立面有高差；（&）平面布置复杂；（’）土层软硬不均；（(）结构变化及荷载差异图中)、*两点间距取.(-&#，计算)、*两点的沉降差图!,--相对弯曲示意图三、稳定计算有些建筑物的独立基础，当承受较大的水平荷载时，有可能发生沿基底面的滑动、倾—--)— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""覆或与深层地基一起滑动。有些建筑物地基自身倾斜，更易发生整体滑动。因此“规范”规定，对经常受水平荷载作用的高层建筑物和高耸结构以及建在斜坡上的建筑物，尚应验算其地基的稳定性。稳定计算采用圆弧滑动面法，同土坡稳定计算。滑动稳定安全系数为最危险的滑动面上诸力对滑动中心产生的抗滑力矩与滑动力矩之比，其值不得小于!"#。!$抗滑力矩"%&滑动力矩"’!!"#（#(!#）图#(!#基底外缘至坡顶水平距离示意图建造在斜坡上的建筑物地基的稳定问题，尚不能通过理论计算全部解决，现仅对较小的基础，通过地基中附加应力的分析给出了保证其稳定的限定范围。较宽较大的基础的地基稳定问题，尚在研究探索中。位于稳定土坡坡顶上的建筑，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于)*时，其基础底面外边缘线至坡顶的水平距离可按下式计算，但不得小于#"+*（图#(!#）。条形基础%#!)"+$(（#(!)）,-.!矩形基础%#!#"+$(（#(!/）,-.!式中#——基础底面外边缘线至坡顶的水平距离（*）；$———垂直于坡顶边缘线的基础底面边长（*）；%———基础埋置深度（*）；———边坡坡角（0）。!应该指出，上式的应用条件是土坡自身是稳定的。一般土坡坡角小于/+0，坡高小于1"2*时可以诊断是稳定的。若3大于)*，#值不满足#(!#或#(!)式，可根据基底平均压力，按圆弧法进行土坡稳定计算，用以确定埋深和基础距坡顶边缘的距离。当边坡坡角大于/+0，坡高大于1*时，应进行坡体稳定计算。—!!4— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第四节无筋扩展基础一、无筋扩展基础特点与设计无筋扩展基础是最基本的形式，具有施工简单、便于就地取材等特点，适用于多层民用建筑和轻型厂房。无筋扩展基础用脆性材料砌筑而成，常用的基础类型剖面参见图!"#$。由于材料的抗压强度较高，抗拉、抗剪强度较低，因此稍有挠曲变形，基础内拉应力就会超过材料的抗拉强度，在基础的一边（条形基础）或一角（柱下独立基础）产生裂缝。裂缝发展很快，随后基底反力和基础内力重分布，其他部分也相继出现裂缝，直至贯通，基础破坏，见图!"#%。为弥补脆性材料这一弱点，保证基础正常工作，设计时采取了限定基础和每个台阶的相对高度（高度与相应宽度之比）的措施，使基础具有足够的刚度。这样，在荷载作用下，基础几乎就不会发生挠曲变形。无筋扩展基础设计步骤为：#&根据就地取材原则，考虑上部结构荷载和地基条件，确定基础形式和埋深；!&根据持力层承载力计算基础底面积，并确定其形状；$&根据容许台阶高宽比设计剖面形状及尺寸；%&验算基础顶面或两种材料接触面上的抗压强度；’&如有软弱下卧层，尚需做下卧层承载力验算；(&根据规定还需做地基的变形计算；)&绘制基础施工图。二、基础材料及施工方法刚性无筋扩展基础所用材料带有明显的地方性、区域性。最常使用的机制砖（不低于*+#,）和混凝土（-#’）；北方干燥地区也多用于灰土，即石灰（块状生石灰为宜，消化#.!天后使用）与塑性指数较低的粘性土配制而成（体积比$/)或!/0）；在南方则常采用三合土，即石灰、砂和骨料（碎砖、碎石、矿渣等）配制而成（体积比#/!/%或#/$/(）。施工方法如下：（!）条形基础（!1’’"）；（#）条形基础（!1%’"）；（$）方形基础—#!,— 第二章基础工程设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!图!"#$刚性基础剖面图图!"#!基础的典型破环形式（一）砖和毛石基础这两种基础均为砌筑成形。砖基础在地下水位以上用混合砂浆，地下水位以下用水泥砂浆（不低于%&）砌筑。在寒冷地区宜用高强度等级的水泥砂浆砌筑。毛石基础可用—#!#— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!白灰砂浆砌筑，一般成阶梯形（图!"#$）。因毛石形状不规整，为保证毛石基础的整体刚性，传力均匀，须满足基础台阶高宽比的允许值。砖基础习惯上采用“二一间隔法”砌成“大放脚”，即从基底开始，每砌二皮砖收#%&砖长，再砌一皮砖收#%&砖长，如此反复至与墙体（柱）相连（图!"#$），即可满足宽高比要求。实际上是将砖砌体作为整体考虑。如埋深较大，上述放脚剖面太大，底部也可以砌筑成宽台阶式，即与混凝土、灰土等基础形式相似，台阶宽高比仍需满足要求。基底可铺设垫层（灰土、三合土均可），一般不超过#’()厚，不计入基础总高。在南方，垫层厚度可达#*+!*()，此时垫层作为基础的一部分考虑。垫层宽度两侧各宽出基础*+#’()，垫层的作用主要是整平砌筑基础底面。砌筑前必须先铺底灰，用水将砖浇透，并保证砂浆饱满。（二）混凝土和毛石混凝土基础混凝土基础为现场浇筑成形。在混凝土中加入少量毛石（小于基础体积的$’,）即为毛石混凝土基础，毛石强度等级不低于-.!’，其长度不大于$’’))。在寒冷地区，混凝土和毛石强度等级相应提高至-.#’和-.$’以上。三层以上房屋若地基潮湿、地下水位较高不宜做灰土基础时，多采用这种材料，但应注意地下水质对混凝土的侵蚀作用。基础剖面为阶梯形和角锥形两种（图!"#$）。混凝土基础下可铺设低强度等级素混凝土垫层，尺寸同上。毛石混凝土基础的底层应先铺设#!’+#*’))的混凝土层，再铺设毛石。毛石插入混凝土约一半深度后，再灌混凝土，填空所有空隙，反复施工。（三）灰土和三合土基础这两种基础是在基槽内分层铺土夯实而成。每层虚铺厚度量!*()，夯实至#*()，（俗称一步）。三层及三层以下房屋可用二步，三层以上宜用三步。施工时应注意保持基坑干燥，控制灰土的含水量灰土含水量过大或过小均不易夯实，施工前应通过实验求得压实最佳含水量在最佳含水量下夯实达到最大密实度（粉质粘土#*+#*/*01%)$，粘土为$）。#&/*01%)如在水下施工，应排干基坑内积水。若地基过分软弱，底部灰土不易夯实，可先铺设薄砂层作为垫层。基础夯实后应及时回填，以避免雨水冲蚀。若遭雨水侵蚀，则应刮去软弱表层，重新铺设夯实。灰土强度受冻结影响不大。在"#*2以下的冻融试验表明，不饱和灰土解冻后强度仍可增加。有水供给时，龄期超过三个月，冻结强度无明显下降，故在寒冷地区也可使用，但应注意防止灰土早期受冻。灰土基础上皮距室内设计地面之距离应不小于&’’+—#!!— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!""##，视土质、冻深及灰土龄期而定。灰土基础在我国应用历史悠久，因其造价低廉（仅为砖石或混凝土基础的$%&’$%(）耐久性强而被广泛采用。灰土基础与砖墙衔接部分，要做砖放脚。三合土基础夯实至设计标高后，最后一遍夯打宜浇浓灰浆，待其表面略为风干后，再铺一层薄砂，最后整平夯实。因三合土强度低，仅限于低层（四层以下）房屋使用。三、基础底面形状及尺寸的确定（一）确定形状基础底面形状应与上部结构相适应。一般墙下基础用条形，柱下基础用方形或矩形，视柱截面形状而定（两者应取一致）。矩形边长比多为$’&，最大不超过(，应与柱截面边长比相同（或相近）。应尽量设计为中心受压状态，使荷载通过基底面积形心。有时，必须设计成偏心受压状态，如两相邻柱基或墙基间距较小，有吊车的工业厂房柱基等，此时基础应设计成单向偏心，且偏心位于底面长边方向，偏心距尽量小。其控制范围一般是：厂房柱基不大于边长!的$")，即#!!")。对低压缩土地基或个别特殊荷载组合时，可放宽至边长的$"*以内（#+!"*）。若条形基础带有壁柱时，应按,形截面偏心受压公式计算，其计算单元为以壁柱柱轴线为中心向两侧对称取相同长度的墙体，如图&-$.。图&-$.带壁柱基础的计算简图图&-$)偏心荷载作用基础计算简图若偏心距较大，可将基础中心线偏于墙体中心线，以使荷载产生的偏心距尽量少，甚至为零（&-$)）。注意基础挑出部分仍应满足宽高比要求。（二）确定尺寸基础底面形状确定后，即可根据承载力计算尺寸。此时综合考虑墙或柱截面尺寸，基础材料施工模数等条件。—$&(— 第一篇建筑地基基础工程施工概论####################################################!"柱下基础（!）中心受压（如图#$!%）底面积&按下式计算："’!!（#$!)）#($"!$式中"’———基础顶面相应于荷载效应标准组合时的垂直荷载（’*）；#(———修正后的地基承载力特征值（’+(）；"!———台阶上覆盖土的平均重度，可取为平均值#,’*-./；$———基础埋深（.）。（#）偏心受压基底面积用试算法确定。先按中心受压计算底面积，然后。视其偏心大小将其值增大（!,012,0），据此，初步确定平面尺寸（方法同上）。按实际荷载采用公式（#$%）计算基础边缘最大、最小压应力，最后采用公式（#$)）验算。不满足时重新选定!，再次验算，直至满足。值得提出的是，验算虽满足式（#$)），但余量太大，也应修改设计，以避免底面尺寸过大造成浪费。#"墙下条形基础（!）中心受压计算方法同柱基，仅计算单元为单位长（!.）墙体，故可直接求得墙基宽度%："’%!（#$!%）#($!$式中"’———线荷载（’*-.）；其他符号同前。（#）偏心受压计算方法仍同柱基，计算单元也为单位长墙体，故所求尺寸即为墙基宽度。需要注意外墙外柱埋深的取值，因室内外地坪标高可能不同，故计算埋深时应取室内外地坪标高平均值与基底标高之差，即如图#$!3所示之$值。四、基础剖面设计剖面设计包括形状和各部位尺寸的确定。无筋扩展基础无论是柱基还是墙基，其剖面都是相似的，荷载的偏心与否也不影响剖面设计，故前述的四种基础和荷载组合，只要完成基础底面设计，均可按下述方法确定剖面。根据刚性基础的特点，基础底宽和高度之比必须限制在一定范围内才能保证它的整体刚度，这个限制值通常用刚性角表示，如图#$!3（&）、（%）所示，刚性角不仅与材料特性—!#2— 第二章基础工程设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!图!"#$中心受压基础计算图式图!"#%外墙计算埋深图有关，而且与承受的压应力值有关，可根据表!"#&取值。图!"#’无筋扩展基础构造示意!—柱中纵向钢筋直径依上所述，根据承载力所计算出的基底高度还应满足下式要求（图!"#’）：—#!(— 第一篇建筑地基基础工程施工概论####################################################"""!!!!（#"’(）#$%&!"#或!!!（#"’)）$%&!式中"———基础底面宽度；"!———基础顶面的墙体宽度或柱脚宽度；!!———基础总高度；"#———基础台阶宽度；$%&!———基础（台阶）宽高比之容许值，查表#"’!；!———材料的刚性角（*）。柱下基础双向均应满足刚性要求，墙下基础只需横向满足要求。表#"’!无筋扩展基础台阶宽高比的容许值台阶宽高比的容许值基础材料质量要求#+"’!!’!!,#+"#!!#!!,#+"-!!混凝土基础.’/混凝土’0’1!!’0’1!!’0’1#/毛石混凝土基础.’/混凝土’0’1!!’0’1#/’0’1/!砖基础砖不低于23’!、砂浆不低于2/’0’1/!’0’1/!’0’1/!毛石基础砂浆不低于2/’0’1#/’0’1/!—体积比为-0(或#0)的灰土，其最小于密度：灰土基础粉土’/1/4567-’0’1#/’0’1/!—粉质粘土’/1!4567-粘土’81/4567-体积比为’0#089’0-0:（石灰0砂0三合土基础骨料），每层约虚铺##!77，夯至’0’1/!’0#1!!—’/!77注：’1#+为荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值（4;%）；#1阶梯形毛石基础的每阶伸出宽度不宜大于#!!77；-1当基础由不同材料叠合组成时，应对接触部分作抗压验算；81基础底面处的平均压力值超过-!!4;%的混凝土基础，尚应按下式进行抗剪验算。应该注意，基础平面和剖面的设计是互相联系的，必须同时满足各项要求，如有不满足之处即应修改设计，不可忽视。如根据承载力计算所得基底宽度或按刚性角要求确定的基础高度不满足基础埋深要求，则应改变基础类型，重新设计。采用无筋扩展基础的钢筋混凝土柱，其柱脚高度$’不得小于柱脚宽度"（图’#"’<），并不应小于-!!77且小于#!%（%为柱内的纵向受力钢筋的最大直径）。当柱内纵向—’#:— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""钢筋在柱脚内的竖向锚固长度不满足锚固要求时，可沿水平方向弯折，弯折后的水平锚固长度不应小于!"!也不应大于#"!。图#$#"例!图【例!】已知上部荷载"%&!’"%()*，基础埋深!&!+#*，墙厚,-.*，地质条件如图#$#"。【解】!+确定基础类型。因上部荷载较大，故采用三步灰土基础，其上用砖放脚与墙体相连。#+根据承载力计算基底宽度、先按#/%计算。"!’"$!&&!+,-（*）#/%$!!!0"$#"1!+#暂取$&!+0*$2,+"*，但!3"+4*故承载力需要深度修正。因#&#/%5"6!（"!$"+4），又据已知"6&!+!!-+#1!+"5"+#1!7+4故#/&!0"5!+!11（!+#8"+4）!+#&!0"5!+!1!-+01"+-&!4,+0%9/按修正后的设计值计算：!’"$!&!+#,*2,*!4,+0$#"1!+#故仍不需宽度修正，取$为!+0*可以。,+根据基底接触压力查材料允许宽高比。计入基础及覆盖土重，基底接触压力为：—!#-— 第一篇建筑地基基础工程施工概论""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""##$%"&%’#(&’#()!!!!#*+(&,-.$#()查表&/#%知，灰土允许宽高比为#0#(1。)(根据已知基础高度)123，求灰土挑台宽度。’)1%&3.4!!!*%（23）#(1#(11(设计砖放脚。以基础半宽计，需放脚的宽度为$%//%&3.4!5%/#+(1/*%!&#(1（23）&&放脚模数为$，故需)级砖台才可收缩基础挑台及墙体之间的宽度，放脚宽度)’$!&)（23）$(验算灰土挑台宽度，确定基础剖面。5%/#+(1/&)!&5(1236%&3.4。据此，设计基础剖面如例图&。5(因为持力层下面为软弱下卧层，故还应对该层进行承载力验算。根据公式(7!)7")27(7!(,"!8"（%/*）"!9"（%*/%(1）据已知，!8!%!9!#(##5(&’#(%"#+(1’（1(1）*"%!!#+(*,:;3$(1(7!$%"#(#’#+(*（$(1<%(1）!#+%,-.)27!#5(&’#(%"#+(1’1(1!##=,-.+>上#1%)7按扩散角理论计算，根据!!*(51?*+>下)%查表&/+得#!&*（,-!1(*3，$!#()3(-!%(1$）$（)/)27）#()［#*+(&/（#5(&’#(%"#+(1’%(&）］)7!!$"&·-@.A##()"&’1(*’@.A&*B#()［#*+(&/##=］&$(++!!!)(1$（,-.）#()")()=1(+=)7")27!)(1$"##=!#&*(1$,-.6(7!#+%,-.即淤泥顶面亦满足承载力要求。+(验算灰土基础顶面的强度。砖放脚与灰土接触面宽度$&!#()/&’%(&5!%(+$3—#&+— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""#"$"接触压力!"!$"为灰土面以上基础及覆盖土重，%"$"!#$%（&’#&$’()）%$’*+!&#’,-./0&+$"&#’,!"!!#$&-123($$-12$’*+各项要求均可满足，此基础设计合理。【例#】设计某工业厂房柱基础。已知：柱截面尺寸)$$%&$$$00，上部荷载#-!#4$$-.，作用于基础上的弯矩’-!*$$-.50，剪力(-!)$-.，地质条件如例图#，埋深)!#0。【解】&’先按中心受压计算。##4$$#4$$#*"!!!!&&’640+2-5!)##$5#$%&’#&,+图#5#&例4图#，初拟基底尺寸,!)’*0，%!#’*0#’考虑偏心，*"增大&’4倍，*!&’4*"!&)’#)0（与柱截面相应）。此时基底面积为*!&+’#(0##7&)’#)0宽度%!#’*0340，埋深)!#07$’)0故只需深度修正。因+2!+2-""8!（$)5$’)），查表得"8!&’+&’+%$’*"&’#%&6’)4!$!!&+’,（-./0）#’$故+2!##$"&’+%&+’,（#9$’)）!#+$（-12）4’验算地基承载力。基础及回填土重$!#$%)’*%#’*%#!+(,’+（-.）—&#,— 第一篇建筑地基基础工程施工概论""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""图!"!!例!"#$图总竖向荷载!%"&!’((%)*+,)&!+*+,)（-.）计算至基底的弯矩为：#-&/((%$(0!&+((-.·1#-+((偏心距$&&&(,’($（1）取(,’#（1）2%3!+*+,)基底最大最小压应力为：145!!-%3)$%167&(#8)&’!+*+,))0(,’#!’+,/9&(#8)&（-:4）#),!*$,/#!’,*%145;#,!(&’#!-:4%167<(设计满足要求第五节扩展基础一、概述扩展基础系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础。钢筋混凝土基—#’(— 第二章基础工程设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!础具有较大的抗拉、抗弯能力，相对于无筋扩展基础具有一定的柔性。在多层砖混结构、单层或多层框架结构中常被采用。柱下基础多做成对称式，但对某些偏心荷载下的柱基，或两相邻柱过近时，也可做成不对称的，即偏心基础。基础剖面可做成台阶式或角锥形。基础施工可以现浇，也可预制。预制基础做成杯形，称杯口基础。墙下条形基础一般做成无肋的板，如图!"!#（!），若地基软弱或较不均匀，可加肋，如图!"!#（"），以调整不均匀沉降。图!"!#（一）扩展基础破坏模式扩展式基础所能承受的拉应力，是有限度的，如果超过基础截面所具有的抗拉能力则将破坏。试验说明，独立基础的破坏模式多呈弯曲与冲切两种形态。$%弯曲破坏：当地基净反力产生的弯曲内力超过了基础的抗弯强度时，则发生弯曲破坏。随荷载增加，底板出现双向弯曲，如图!"!&（!），沿柱边缘和沿基础中心线产生两组相互垂直的裂缝，自底板下向上扩展，但并未达到柱底，如图!"!&（"）。这表明最大弯矩在柱边截面和基础中心线截面上。!%冲切破坏：在柱荷载和地基反力作用下，基础发生从柱边沿&’#角到底板穿透冲切角锥体破坏（图!"!’）。其原因是破坏面上的主拉应力超过了混凝土的抗拉强度。（二）扩展基础的设计步骤为保证扩展式基础正常工作，除满足构造要求外，还必须在基础底面配置适量钢筋，并使基础有足够的有效高度，具体步骤如下：$%确定基底形状及尺寸（同无筋扩展基础）；!%根据规范规定的构造要求，初步确定剖面形状及尺寸；#%验算基础高度（包括变阶处）的冲切强度，如不满足需修改至验算满足为止；&%计算基础底板内力并配置钢筋；’%有软弱下卧层时需验算软弱下卧层的承载力；(%必要时需验算地基变形，不能满足要求时，重新调整基础尺寸；)%绘制施工图。—$#$— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!图!"!#弯曲破坏示意（$）底板各测点的垂直位移；（%）底板受弯破坏时的裂缝情况图!"!&冲切破坏示意二、扩展基础的构造要求（一）一般要求’(确定基底形状及尺寸（同无筋扩展基础）。!(基础下通常设置混凝土强度等级为)’*垫层，厚度不宜小于+*,,。-(混凝土强度等级不宜低于)!*。#(锥形基础的边缘高度不宜小于!**,,，阶梯形基础的每阶高度宜为-**.&**,,。&(底板受力钢筋直径不宜小于’*,,，间距不宜大于!**,,，也不宜小于’**,,。墙下钢筋混凝土条形基础纵向分布钢筋的直径不小于/,,，间距不大于-**,,，每延米分布钢筋的面积不小于受力钢筋面积的’0’*，当有垫层时钢筋保护层厚度不小于#*,,，无垫层时不小于+*,,。1(当钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于或等于—’-!— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!"#$时，底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的%"&倍，并均匀交叉布置（图!’!(!）。)"钢筋混凝土条形基础底板在"形及十字交接处，底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置，另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度的*#+处（图!’!($），在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置（图!’!(%）。,"钢筋混凝土柱和剪力墙纵向受力钢筋在基础内的锚固长度&-应根据钢筋在基础内的最小保护层厚度按现行《混凝土结构设计规范》（./#%%*%—!%%!）有关规定确定：有抗震设防要求时，纵向受力钢筋的最小锚固长度&-0应按下式计算：一、二级抗震等级：&-01*"*#&-三级抗震等级：&-01*"*#&-四级抗震等级：&-01&-&-为纵向受拉钢筋的锚固长度。图!’!(扩展基础底板受力钢筋布置示意图（二）现浇柱基础*"现浇柱的基础，其插筋的数目和直径应与柱内纵向受力筋相同，插筋的锚固及与柱的纵向受力筋的连接应按现行的《钢筋混凝土结构设计规范》（./#%%*%—!%%!）的规定。插筋的下端宜做成直钩放在基础底板钢筋网上。当柱为轴心受压和小偏心受压且基础高度大于等于*!%%$$和当柱为大偏心受压且基础高度大于等于*+%%$$时，可仅四角的插筋伸至基础底板钢筋网上，并在端部做成直弯钩（图!’!)（-），其余插筋锚固在基础顶面下&!或&-0（有抗震设防要求时）处。!"构造要求：角锥形基础如图!’!)（!），边坡坡度不大于*23，基础顶部留出平台，每边宽度从柱边起至少为#%$$，底部台阶高宽相等，其值大于基础高度的*4+，且不小于!%%$$。阶梯形基础每阶高度一般为3%%5#%%$$。基础总高’!3#%$$，用一阶。3#%6’!&%%$$用二阶，’7&%%$$用三阶，如图!’!)（$）。阶梯尺寸宜用整数，且高宽方向均用#%$$的倍数。（三）预制柱基础（杯形基础）*"普通杯口基础。—*33— 第一篇建筑地基基础工程施工概论""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""图!"!#现浇柱构造示意（单位：$$）（!）角锥形基础；（"）阶梯形基础断面为角锥形（图!"!%!）或阶梯形，柱壁内配筋见图!"!%（"）。柱子插入并嵌固在杯口内，其连接要求如下：（&）柱的插入深度可按表!"&&选用，并应满足锚固长度的要求（一般为!’倍纵向受力钢筋直径）和吊装时柱的稳定性。（!）杯基础底的厚度和杯壁厚度，可按表!"&!选用。图!"!%预制钢筋混凝土柱独立基础示意注：!!!!&—&)(— 第二章基础工程设计####################################################表!"##柱的插入深度!（#$$）矩形或工字形柱双肢柱!%&’’&’’!!%(’’(’’!!!#’’!)#’’（#"-*!"-）!.!*#+!!!’+,!且"(’’’+(!且"#’’’（#+&*#+(）!/注：#+!为柱截面长边尺寸；!.、!/分别为双肢柱全截面长边尺寸和短边尺寸；!+柱轴心受压或小偏心受压时，!#可适当减小，偏心距大于!!时，!#应适当加大。表!"#!基础的杯底厚度##和杯壁厚度$柱截面长边尺寸!（$$）杯底厚度#（#%%）杯壁厚度（$$$）&%&’’"#&’#&’*!’’&’’!!%(’’"!’’"!’’(’’!!%#’’’"!’’"-’’#’’’!!%#&’’"!&’"-&’#&’’!!%!’’’"-’’"0’’注：#+双肢柱的杯底厚度可适当加大；!+当有基础梁时，基础梁下的杯壁厚度应满足其支承宽度的要求；-+柱子插入杯口部分的表面，应尽量凿毛。柱子与杯口之间的空隙，应用比基础混凝土强度等级高一级的细石混凝土充填密实，当达到材料设计强度的1’’以上时，方能进行上部吊装。（-）杯壁配筋。当柱为轴心或小偏心受压且$"!!"’+2&，或大偏心受压且$"!!"’+1&时，杯内一般不配筋，当柱为轴心或小偏心受压且’+&!$"!!%’+2&时，杯壁内可按表!"#-配筋。其他情况按计算配筋。表!"#-杯壁配筋柱截面长边尺寸!（$$）!%#’’’#’’’!!%#&’’#&’’!!!!’’’钢筋直径!（$$）(*#’#’*#!#!*#2在工业厂房设计中，杯口基础使用广泛，除前述普通杯口形式外，还常用双杯口基础，如厂房伸缩缝处的双柱下，或考虑将来厂房扩建而预留杯口，均需用双杯口基础。其构造要求基本同普通杯口，剖面如图!"!,。!+高杯口基础。因生产工艺要求或车间场地地形、地质条件的变化，往往采用不同的基础埋深。有时个别柱基埋深很大，必须将杯口加高，以使预制柱尺寸型号统一，便于工厂加工。这种高杯口基础由杯口、短柱、基础组成（图!"-’）。它与普通杯口基础之区别是增加了短柱部—#-&— 第一篇建筑地基基础工程施工概论$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$图!"!#分，故又称为“短柱配筋杯口基础”。预制钢筋混凝土柱（包括双肢柱）与高杯口基础的连接（图!"$%），应符合表!"&&插入深度的规定。杯壁厚度符合表!"&’的规定且符合下列条件时，杯壁和短柱配筋，可按图!"$!的构造要求进行设计。图!"$%高杯口基础（&）起重机起重量小于或等于()*，轨顶标高小于或等于&’+，基本风压小于%,)-./的工业厂房，且基础短柱的高度不大于)+；表!"&’高杯口基础的杯壁厚度!!!!"（++）（!++）"（++）（!++）0%%1""2%%#!)%&%%%1""&’%%#$)%2%%1""&%%%#$%%!!!!!&’%%1""&0%%#’%%（!）起重机起重量大于()*，基本风压大于%,)-./，且符合下列表达式：#!$!%#&$&#&%（!"&#）式中#&———预制钢筋混凝土柱的弹性模量；$&———预制钢筋混凝土柱对其截面短轴的惯性矩；#!———短柱的钢筋混凝土弹性模量；$!———短柱对其截面短轴的惯性矩。$,当基础短柱的高度大于)+，并符合下列表达式：!!%!&"&,&（!"!%）—&$0— 第二章基础工程设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!式中!!———单位水平力作用在以高杯口基础顶面为固定端的柱顶时，柱顶的水平位移；!"———单位水平力作用在以短柱底面为固定端的柱顶时，柱顶的水平位移。#$高杯口基础短柱的纵向钢筋，除满足计算要求外，在非地震区及抗震设防烈度低于%度地区，且满足本条之!、"、&款的要求时，短柱四角纵向钢筋的直径不宜小于"’((，并延伸至基础底板的钢筋网上。短柱长边的纵向钢筋，当长边尺寸小于或等于!’’’((时，其钢筋直径不应小于!"((，间距不应大于&’’((；当长边尺寸大于!’’’((时，其钢筋直径不应小于!)((，间距不应大于&’’((，且每隔一米左右伸下一根并作!*’((的直钩支承在基础底部的钢筋网上，其余钢筋锚固至基础底板顶面下!"处（图"+&!）。短柱短边每隔&’’((应配置直径不小于!"((的纵向钢筋，且每边的配筋率不少于’$’*,短柱的截面面积。短柱中的箍筋直径不应小于-((，间距不应大于&’’((；当抗震设防烈度为-度和%度时，箍筋直径不应小于-((，间距不应大于!*’((。图"+&!（四）墙下条形基础墙下条基的构造除应满足上述一般要求外，横向（宽度方向）配置受力筋，若地基不均匀或纵向荷载不均匀，为抵抗差异沉降引起的弯矩，纵向也可以设置受力筋。基础高度一般约为宽度的!.-，其构造见图"+&"。三、扩展基础底面积计算底面积的计算同无筋扩展基础，应注意偏心荷载#、$，在上部荷载组合时往往算至—!&/— 第一篇建筑地基基础工程施工概论####################################################放脚顶面，计算底面积时应换算至基础底面的!、"。四、扩展基础强度计算扩展式基础的强度由基础高度和变阶高度控制，因此，强度计算即为上述各高度的验算。（一）柱下矩形基础!"抗冲计算。对矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力。图#$%#钢筋混凝土条形基础构造图受冲切承载力应按下列公式验算：!#!&"’!()$*%+&&（#$#!）%+,（-*.%/）0#（#$##）!#,’()#（#$#%）式中———受冲切承载力截面高度影响系数，当&不大于1&&++时，取!"&；当&大!()!()于等于#&&&++时，取&"2，其间按线性内插法取用；!()$*———混凝土轴心抗拉强度设计值；&&———基础冲切破坏锥体的有效高度；%+———冲切破坏锥体最不利一侧计算长度；%*———冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽；%/———冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内（图#$%%（%）、（*）），计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽加两倍基础有效高度；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽加两倍该处的基础有效高度。当冲切破坏锥体的底面在#方向落在基础底面以外，即%.#&&"#时（图#$%%（+）），%/,#；—!%1— 第二章基础工程设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!———扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面积净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；""———冲切验算时取用的部分基底面积（图#$%%（#）、（$）中的阴影面积"%&’()，或图#$%%（&）中的阴影面积"%&’）；)*———相应于荷载效应基本组合时作用在"*上的地基土净反力设计值。图#$%%计算阶形基础的受冲切承载力截面位置（#）柱与基础交接处；（$）基础变阶处’—冲切破坏锥体最不利一侧的斜截面；#—冲切破坏锥体的底面线#(抗弯计算。基础底板的配筋，应按抗弯计算确定；在轴心荷载或单向偏心荷载作用下底板受弯可按下列简化方法计算：（’）对于矩形基础，当台阶的宽高比小于或等于#()和偏心距小于或等于’*+基础宽度时，任意截面的弯矩可按下列公式计算（图#$%,）：’##-+!-’#!［（’#*.#,）(!/01.!$").（!/01$!）*］（#$#,）’##-+"-,2（*$#,）（#$.$,）(!/01.!/34$")（#$#)）式中+、+———任意截面!$!、"$"处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计!"值；#’———任意截面!$!至基底边缘最大反力处的距离；*、$———基础底面的边长；!/01、!/34———相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地基反力设计值；!———相应于荷载效应基本组合时在任意截面!$!处基础底面地基反力设计—’%5— 第一篇建筑地基基础工程施工概论""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""值；!———考虑荷载分项系数的基础自重及其上的土自重；当组合值由永久荷载控制时，!!"#$%!&，!&为基础及其上土的标准自重。（’）对于墙下条形基础任意截面的弯矩（图’($%），可取：图’($)矩形基础底板的计算示意图’($%墙下条形基础的计算示意"!#$!"*按式（’(’)）进行计算，其最大弯矩截面的位置，应符合下列规定：当墙体材料为混凝土时，取#"!%"；如为砖墙且放脚不大于"&)砖长时，取#"!%"+"&)砖长。$#当扩展基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时，尚应验算柱下扩展基础顶面的局部受压承载力。【例$】设计中心受压柱基础。地基条件及荷载情况如图’($,。柱截面为)-.*/)-.*。解：基础用0"%混凝土，123’$%级钢筋，选用阶梯形剖面，素混凝土垫层，#!).*。"#计算基底面积(&5--’’!!!)#%$%*)4&(!*"5-(’/"#5取+’"!+’!’#’*’!)#5)*’#验算基础高度—")-— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""假设截面如图!"#$，总高!%$&’(，柱边有效高度!&%)$’(，台阶高度!*%#)’(，变阶处有效高度!&*%#*’(。柱截面为正方形，"%#%+&’(，基础也为正方形。基底净反力&,&&$%%%%*$)-#./0’*’!+-,+混凝土抗拉强度(1%*&)&./0计算几何特征尺寸："2!!&%#2!!&%+&2!3)$%*)!’(%*-)!(#4%!（"2#2!!&）%!（+&2*)!）%#,+’(%#-,+(图!"#$例#图变阶处"*%#*%+&2!3!)%5&’(%&-5("*2!!&*%#*2!!&*%5&2!3#*%*)!’(%*-)!(#$*%!（"*2#*2!!&*）%!（*,&2$!）%+,+’(%+-,+()验算高度：柱边处!&!&-$(1#4)变截面处!&*%&-$(*#4*［’）（#2!!）］%*$)-#［+-,+"*-)!!］%+*,-*+./0)%$%*’!"（"2!!&&—*+*— 第一篇建筑地基基础工程施工概论"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""#$%#"!!!)#&%*+,!%&’##!!’(%$"选定!!)*&+,-#&%*+,，满足要求。")#［%%/（&0.!）（’0.!）］)#&*%(（"%$"/#%*..］)"#$%#"123#$#.#!#!#"#$%#"!!#!)#(+,!%&’##!!’"%$"选用!!#)(#+,，满足要求。(%配筋计算!级钢筋(4).#!523(.!/!截面)!/!)."%%（%#*&）（.%.0’）#.$!!.)（.%./!%"）（"%"0!%"）)#!617·,."’"%$")!/!#!6..+8!/!)))!%!!#!#,)#!%##+,!%9!!(4!%9’!%*&’.#!!!!,."/"截面)"/")."%%（%#/&#）（.%.0’）#.$!!.)（.%./!%9）（"%"0!%9）)&#%&$17·,."’"%$")"/"&#%&$..+8"/")))!%!!#!*(,)#!%*(+,!%9!!#(4!%9’!%(#’.#!!!!+8"/"-+，按+"/"配筋。受力筋不小于!$，间距不大于.!+,，选#.根##.:-!/!8.，双向通长配置。#$+,，+8)#(%*$+,【例"】设计偏心受压柱基础。已知条件同上例，除垂直荷载外，柱底作用剪力")"*17，()#$!123。【解】#%验算基底面积仍采用上例假设的底面，作用在基底面的荷载为：,),0.),0"（%#%.）/)$!!0.!’"%$"’#%$)96"17))"*’#%$)$#17·,,3;,1)196"$##,<=)>)>%#%.0"%$"#.’.%.’.%.&."&%$").!#%.">"*%&)（123）#**%&"#,3;-#%.().#&123（()#$!123）应改变设计。考虑偏心基础应设计成长方形，且边长比控制在(以内。初拟长方形底面%.。#).%$,，%.)#%$,，%#%.)*%!",—#".— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!"#’()./22(!!$%&-&/’3+3-3)&（45"）*+,)/2/*’1/+.12+.0虽然!!"#6/+2"，但超出量在允许范围内。图273(例)图22(72/0(&*#)2/0底面积可认为满足要求。2+验算基础高度。!"#.,,/’2+(基底净反力!$!$%&-3)&（45"）*+,)/2)+(因为偏心荷载!$!"#较中心荷载!$大，故基础高度也应加大。假设截面高度%&.*8!，%,&./8!，%,/&)*8!，%,/&)/8!，&/&’/&/3,8!，’92%,&),921./&2,2()6*2，冲切角锥体在底面积之外，据此*/,&2.,7),)+&7%,&7./&3’8!222，-2-!:$%&,+3’1/+.&,+(,2!;:<=&,+3)1/+.&,+0/2!.&/’2+(1,+(,2&/3*+2(4>./&/’2+(1,+0/2&//(+’34>./3*+2(%,!&&/0+’)8!?./8!,+0"（/’/9%,）,+01//,,（,+),9,+./）—/)3— 第一篇建筑地基基础工程施工概论""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""(#)*!!"!’’"!#,-./0,"./!#$#（%$"&!!"）!#$+""!!（"#*!&!#,"）截面高度满足要求。*#配筋计算。沿底板长向配筋，据经验，可按变阶处截面弯矩%设计。!1!&’/23&&’/235%!1!’,4（("!)"）（5(5&$"）&’直线分布，按比例求得&’/’"(,#,4672")5#(&"(,#-5%’（5#*1"#*）（5+"#4&"#*）’4,#*,68·/!1!,4%4,#*,5*9!1!’!!"#:’’"!#)./!#)!#)+!#,"+5"!!!!选"5"",;"-!，*’"4#,4./5<宽度方向配筋按"1"截面设计。&’/23&&’/=>5%"1"’,4（(5)$）（5("&+）")5#(&"5,#(5%’（"#41!#,）（5+5#4&!#,）’((#($68·/"1",4%((#($5*9"1"’’’-#!4./!#)!!#,!#)+!#4"+5"!!!!用钢量小，仅需按构造配筋","4;5!!（*5）。<’(./?*9"1"【例-】设计某混合结构墙下扩展基础。已知上部荷载-’"4!68@/，基础埋深!#4/，地基条件如图51*4，持力层承载力标准值#26’)!672。【解】因地基承载力较低，埋深较浅。选用钢筋混凝土条形基础，A5!混凝土，*号钢，#.’(B72。-"4!"#基础底宽，暂以$计，$!’’5#!-/#61#.)!15!+!#4淤泥质软粘土，，.’!#4/?!#-/，需修正。$C’!$D’"#"#2’#26&$D#（!.1!#-）’)!&"#"+"4+!#*’)$672"4!$!’5#5-/，取$’5#*/)$15!+!#4$55!5#确定基础高度。按经验取!’’’5(#-./，取!’*!./，!!’*!1*#-’445$#-./，做成锥形截面，用砖放脚，与墙体相连。$!#*(悬臂部分最大弯矩及剪力截面位于砖墙的边缘处，即+’$"&!#!$’1’55!#)"-/—",,— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""图!"#$例%图#’#(!"&$&&$’)$*+,，%&!"&&$’)$-().’%&/0)$%*123!)!%!()/!4’5$((’)0$((!4&(()&’)%$()/-’)%$-’)’-’(((-!6%&#!!*1，满足要求。’!’!#)配筋计算。截面同上，*&!"&&-$’)$-().’%�)!*123，!!*#0)!!+7&&&6)#%83().((’,().-()!$%-!’((((选用"’!9’#(（+!），分布筋用"$9!%(。7&$)/83第六节柱下条形基础设计与计算一、概述对于柱下单独基础由于承受的荷载较大或地基软弱，需增加基础底面积以满足地基承载力的要求时，或者为减小不均匀沉降，需要增加基础的整体刚度以减小对上部结构的影响时，选用柱下钢筋混凝土条形基础是适宜的经济的基础形式。一般情况下柱下条形基础带有肋梁以增强刚度，故基础截面呈倒:字形，其中包括挑出的翼板和肋梁，都具有良好的抗弯和抗剪能力。因此在基础设计中除确定基础埋置深度、基底尺寸与刚性基础相同外，还要根据抗冲切、抗剪强度验算以确定基础的高度；根据计算弯矩和剪力以确定基础配筋，更重要的是计算由柱脚的荷载引起的沿基础纵向内力大小与分布。图!"#.—’0%— 第一篇建筑地基基础工程施工概论""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""表示当条形基础截面相同，地基条件相同下，改变柱距，保持基底平均反力不变，竖向位移与反力变化趋势图。当柱距小至使两邻柱刚性角重叠时，变形与反力比较均匀，不计弯矩。当柱距增大，弯形与反力的不均匀分布愈加显著，甚至可能出现跨中反向挠曲引起与地基脱开的现象，反力向柱下集中（图!"#$%），前者可以按刚性基础计算，而后者弯矩的变化已不可忽视。图!"#$改变柱距对基础变形和反力的影响二、柱下条形基础设计计算原理（一）设计计算原理柱下条形基础内力计算由于结构与地基受力的复杂性，一般都作了适当简化，提出了不同的计算方法，但这些方法均应遵循两个基本条件，即静力平衡条件和变形协调条件。&’静力平衡条件作用在基础上的竖向荷载应与作用于基底的土反力相平衡：!!"(!#"（!"!)）!$(*（!"!+）式中!!"、!#"———分别表示荷载的合力和基底反力的合力（,-）；!$———外荷载与反力力矩和。上式忽略了地基与基础接触面的摩阻力的影响。在基础承受力矩作用时，由于地基是散体结构，不能传递弯矩。!’变形协调条件基础底面任一点"的挠度!"等于该点处地基竖向位移%"，即%"(&"（!"!.）式中"———基础与地基接触面上任一点，应该看做是连续的接触点，若假定仅在某些点上满足式（!"!.），那么只能是近似的简化计算。变形协调条件在实际工程中一般是能够满足的。也可能出现局部脱开现象，导致反—&/)— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""力重分布，变形重新调整，这种不完全协调的变形情况，在本章计算中不予考虑。变形协调条件很重要，这是由荷载作用下地基变形特点所决定的。即使作用在地基上压力是均布的，地基是均质的，但仍可能产生不均匀沉降，导致各点差异变形。可以说变形协调条件是结构和基础与地基相一作用分析中重要的组成部分。（二）结构和基础与地基相对刚度及影响基础内力计算着重在于求得基底反力的大小与分布，它与荷载大小与分布、基础与地基相对刚度、结构刚度的制约与调整作用、基础形状与埋深以及地基土的性状密切相关。也就是说，基底反力是结构、基础与地基相互作用在基础底接触面的反应，它的变化规律反映了相互作用机理。刚度系指结构或构件抵抗变形的能力，对柱下条形基础一般考虑抗弯和抗剪刚度。与一般结构分析不同，地基上基础梁产生的挠曲变形是基础与地基共同作用的结果，所以应用相对刚度的概念，它包括了基础与地基相对刚度及整个结构与地基相对刚度。通常所谓绝对刚性基础是指相对刚度很大，以致可忽略挠曲变形，基底在地基变形过程保持为一平面。表明基础对变形有强劲的制约能力。反之，柔性基础可忽略相对刚度，对变形无制约能力，变形仅与荷载作用下的地基性状有关。若考虑上部结构参与共同工作，相当于增加了基础的刚度，从而使相对刚度显著增加，而且随结构层筑高和结构类型不同而变化。应当注意，上部结构加强了整体结构刚度，减小挠曲变形，使基础弯矩减小，而上部结构由于发挥了制约变形的能力，将分担原基础承受的内力，导致附加应力的出现，若附加应力（一般在结构设计中是不予考虑的）超过结构所能承受的程度，将产生裂缝和破坏，从而部分地或整体地退出共同工作，丧失制约能力。所以在设计中一方面应该考虑结构刚度的贡献，另一方面又经注意到由此引起的附加应力结构带来的不利影响。三、柱下条形基础内力计算方法由于计算基础内力涉及上部结构，基础和地基性状及它们之间的相互作用，此外还有荷载的大小与分布，因此十分复杂，实际工程设计计算均根据不同情况与需要作了适当的简化，基本上可以分为三种类型。（一）简化计算方法有静力平衡法、倒梁法等。实际上简化为梁的计算。按规范，当梁高!!"#柱距时假定基底反力按线性分布，要求满足静力平衡条件，但忽略变形协调条件，所以是相当近似的。（二）地基上梁的计算方法：这类方法以基础与地基相互作用原理为基础进行内力计算，不考虑上部结构的影响，—!%$— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!一般来说计算结果偏于安全，应用也很广泛。具体计算方法很多，但基本上按两种途径。!"考虑不同的地基模型的地基上梁的解法，如文克尔线弹性计算模型、半空间弹性体计算模型、有限压缩层地基计算模型、弹塑性地基计算模型等，这些模型主要是模拟天然地基土在荷载作用下实际应力#应变关系比较正确地解决变形协调条件，得到接近于实际的反力分布和变形规律。$"在求解过程中，采用了数学解析法和数值计算法，后者尽管是近似计算，但广为应用，尤其在实际工程条件复杂的情况下更显露出优越性。如有限元法。这一类方法比较典型的有文克尔地基上梁的解法；有限压缩层地基上梁的链杆法；半空间弹性体地基上梁的级数解法以及地基上梁的有限差分法和有限元法等。未知基底反力将因基础与地基相对刚度、地基应力#应变性状等假定的不同而有不同变化规律。而且仅考虑基础的刚度。一般适用于地基较均匀、荷载相差不很大，可以忽视上部结构刚度的影响等较简单的结构体系。（三）考虑结构与地基相互作用的基础内力计算方法，可以分为两种途径：!"简化计算方法，将上部结构刚度的影响用等效刚度（或称折算刚度）的概念，引入地基上梁的计算法，具体途径可以将框架结构等效为有限刚度梁，叠加到基础梁上。还可以采用逐次逼近法，利用基础与地基相互作用静力平衡条件和变形协调条件。首无将柱脚嵌固，计算荷载作用下结构内力，然后利用柱脚内力时行地基上梁的分析，可得到柱脚位移，再进一步修正结构内力计算。经过逐次计算，直至满足变形协调条件下两次柱脚内力相近，小于允许误差为止。这些方法用起来自然很繁琐，但用微型计算机计算盯当方便。$"结构和基础与地基相互作用的有限元法。有限元法的优点在于：（!）考虑复杂的结构形式；（$）适用于不同地基分层和构造，非均质和各向异性；非线性应力#应变关系的分析，从而有可能考虑地基弹塑性变形引起的反力重分布和非协调变形条件；（%）有限元法可以模拟施工过程中和结构刚度形成的滞后影响；（&）有效地发挥计算机的作用。对于柱下条形基础已有各种相互作用有限元法计算程序可以应用。四、倒梁法倒梁法是柱下条形基础设计计算常用的简化计算方法。所谓“倒梁”。系指柱与基础梁的结点用梁下铰支座代替，基底反力视为作用于基础梁上的荷载，并初始假设为线性分—!&’— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""布，所以计算简图一般连续梁没有区别如图!"#$。求解基础梁内力常采用弯矩分配法或查《结构静力计算手册》的有关表格的查清法。这样计算的所得计算反力一般不等于原有的柱压力，因而不能满足静力平衡条件，应对反力进行调整，直至满足为止，因此也称为调整倒梁法。采用反力线性分布假定是有条件的，否则引起较大误差，首先是相邻柱荷载相差不能很大，一般限制在!$%以内，柱距应尽量等距且不宜过大，基础与地基相对刚度的变化将引起反力分布的调整，在倒梁法中被忽略了。由于不考虑变形，不能满足变形协调条件，计算结果不能给出明确的可靠度。经验表明，倒梁法较适用于基础梁高与距度比在&’#(&’)的范围内，地基均匀，无显著的差异变形。梁的内力计算可按以下方法：（一）按多跨连续梁计算法&*确定基底的反力对于上部结构基础刚度较大，地基土质较好又均匀时，可假定基底反力按直线分布。采用下式计算（取单位宽度!+&）：!#)!%"+,（!"!-）$$!式中!#———竖向荷载合力（./）；$———基础梁长度（0）；!%———各竖向荷载及其偏心距对基础中点力矩之和。!*基础梁内力分析请求得的基底反力作为外荷载，视柱脚处为倒置连续梁的支座，见图!"#$。用弯矩分配法或查表法求出弯矩、剪力。当计算结果不能满足支座处静力平衡条件时，由不平衡力进行反力调整，即将不平衡力均匀分布在支座两则各&’1的跨度范围内，形成一新的台阶形反力分布，再按弯矩分配法或查表法计算调整后的内力，再次计算结果叠加。若仍不满足平衡条件，重复上述步骤，直至所需精度为止。一般使支座反力与相应柱荷载的不平衡力不超过荷载的!$%。（二）经验弯矩系数法实际上，倒梁法由于没有考虑地基变形和柱间差异沉降对梁内力影响，不可避免地产生偏差，根据地基设计经验，对上部结构与基础的刚度较小而地基软弱时，可以用经验的弯矩计算系数以考虑因变形引起的附加弯矩，一般取支座弯矩为：&&!%支+(()&$（!"1$）&$&#跨中弯矩为：&&!%中+(()"$（!"1&）&$&)—&#-— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!图!"#$倒梁法计算简图式中!———基底均布反力（%&’）；"———相邻柱间计算跨度平均值（(）。五、交叉条形基础设计计算柱下交叉条形基础是适应柱网的平面布局，并能提高整体刚度的基础形式之一，随柱网的变化可以分为正交或非正交的交叉条形基础。通常由于柱下单独基础或条形基础不能满足下述要求时可选用交叉条形基础。（)）因柱网荷载大，需要适当增加基底面积；（!）由于荷载分布不均匀，基础双向受力较大或地基软弱，存在不均匀分布的压缩图，为防止不均匀沉降给上部结构带来过大的附加应力，需要适当增加柱网基础的整体刚度。柱下交叉条形基础一般可简化为地基梁计算内力，但当基础梁内扭矩已不可忽略时，或者为非下辜负梁系时，应按地基上交叉梁系的有限元法计算。地基计算模型可依实际工程加以选择。六、柱下条形基础构造柱下条形基础截面一般呈单倒*形成双倒*形+底板挑出部分称作翼板，翼板厚度不宜小于!$$((，厚度较大时，可按小于或等于),-的坡度做成变厚度板，然后进行斜截面抗剪强度验算以确定其厚度，并按抗弯验算确定翼板横向配筋。柱荷载较大的基础梁高度可按梁底压力取柱距的)+#.)+/，对建筑物次要部位或柱荷载较轻时取柱距)+/.)+0。在基础梁端需挑出时，其长度宜为第一跨距的$1!2倍。柱下条形基础所用混凝土等级一般采用3!$，配筋由计算确定。纵向主筋通常配双筋，最小配筋率为$1!4，梁底纵向受拉主筋应有!.#根通长配置，其面积不应少于于纵向钢筋总平面的)+-。且基础梁跨中截面上受矿井区内的配筋面积不宜大于受拉主筋面积。当梁高大于5$$((时，在梁的两侧沿高度每隔-$$.#$$((应各设置一根不小于!)$—)2$— 第二章基础工程设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!图!"#$现浇柱与条形基础梁交接处平面尺寸的构造筋，两端边跨的基础梁和底板宜适当增加受力钢筋面积，翼板下若可能出现脱开现象，应在翼板上部设置负钢筋。现浇柱与基础梁交接处的平面构造及预制柱与基础梁交接处的杯口构造详见图!"#$。第七节片筏基础一、概述片筏基础是地基上整体的连续的钢筋混凝土板式基础。又可分为柱下片筏基础和墙下片筏基础，或者为两种情况的组合。为了适当增加筏板整体刚度，在板上或板底设置连续肋梁，甚至在板上设置桁架或构成箱式筏基。片筏基础的选择应考虑下面四方面因素：（$）由于结构荷载大，为满足地基容许承载力，基础底面积扩大到接近整个建筑底面积；（!）由于荷载分布或地基性状不均匀，结构对地基差异变形较敏感，为减少不均匀沉降带来危害，条形或交叉条形基础的整体刚度已满足不了要求，而片筏基础为双向受力的大板或加肋板，增强了整体刚度；（%）对于柱下片筏基础，与箱形基础比较，尽管整体刚度差一些，但可获得更多，更大的地下使用空间，对城市开发地下服务设施，改善城市环境有利；（#）片筏基础施工浇筑混凝土量较大，但与箱基比较，省去大量支模，加快施工速度。柱下片筏基础设计计算可简化为地基上连续大板或板梁组合体系，由于筏基覆盖面积大，对地基局部变化，敏感程度有所降低。而整体刚度不如箱基，因此对上部结构的影响，和上部结构刚度的制约作用都不能忽视。所以片筏基础设计应重视结构与地基的相—$&$— 第一篇建筑地基基础工程施工概论####################################################互作用。片筏基础设计关键在于确定基底反力大小与分布。求解基础内力的计算，一般分为两类计算方法。!"简化计算方法当片筏基础较规则，柱距近于相等，相邻荷载差不超过#$%且地基均匀的情况下，可按简化计算方法计算，这类方法包括：将连续大板划分为若干板带，按反力线性分布的倒梁法；假设为绝对刚性板的刚性板法以及对肋板条件下采用倒楼盖法等；#"考虑上部结构或基础与地基相互作用的计算方法（!）考虑基础与地基相互作用的地基上梁解法；（#）考虑基础与地基相互作用的地基上弹性板解法，如文克尔地基上弹性板有限差分法，有限压缩层地基上弹性板有限元法，以及链杆法、级数法等；（&）考虑框架结构和筏基与地基相互作用的计算方法；!）简化为平面问题的框架一基础梁与地基相互作用的有限元法，简化为梁与弹性杆体系的逐次弹性杆法；简化为门式刚架的逐次逼近法；#）考虑空间框架结构一筏板体系与地基相互作用的有限元法。下面简介刚性板法和有限压缩层地基上板的有限元法。二、刚性板计算方法刚性板法是假定片筏基础的刚度与地基刚度比较，可以认为是绝对刚性的，基础承受荷载后基底产生位移，但仍保持为一平面；其次假定基底反力线性分布。判断是否属于刚性板可近似采用下式：!#!（!)"#）"#*-#%.!’(（!)+）(")($)($)!!（#)&#）",*(!)#$式中!’———相对刚度参数；、———基础板混凝土弹性模量（/012#）和泊松比；"*"*、———地基上变形模量（/012#）和泊松比；"-"-&、%、$——板的半长、半宽和高度（2）。满足上式可作为刚性处理。假定基底反力为线性分布。以板的形心作为直角坐标系的原点。"*"*,)"*,4’（(")）(353(+&4&5—!6#— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""式中!（"，#）———欲求点的基底反力（!"#）；!$———刚性板的总荷载（!$）；%———筏板总平面面积（%&）；&’、&(———荷载合力在"、#轴方向的偏心距（%）；’、’———对"、#轴的惯性矩（%)）。’(在已知反力分布后，求解板内力仍应划分为互相垂直的双向板带，板带宽度取柱间跨度*。两个边缘部分宽度为*+)。将整个宽度的计算弯矩&+,分配于中间部分，边缘各承担*+-弯矩，见图&.)&。三、地基上弹性板的有限元法片筏基础若形状复杂或有肋梁，板厚可能变化，仍采用简化计算方法难以求解或偏差太大，此时用有限元法较适宜，并可用计算机迅速求解。对片筏基础视具体情况用薄板有限元或考虑横向剪力厚板单元。对肋梁采用梁板组合单元。而地基可用任一适宜的地基模型，一般选择文克尔地基模型或有限压缩层地基模型，而不常用有限元模型，这是因为地基作为空间体，需用空间单元模拟计算，计算工作量很大，此处从略。四、片筏基础计算方法分析片筏基础设计计算方法很多，基于它们的假定条件不同，因此适用范围如何是实际工程应用十分关注的问题，其中特别应指出的是地基模型已逐步推广考虑地基由塑性变形而引起的反力重分布。非线性地基模型应用使计算更趋于合理。简化计算方法中如静力平衡法，级数法以及假定筏板为刚性的非线性地基的轮算法等也在一些地区采用。有一模型为&)层框架结构和片筏基础，平面图&.)&刚性板法柱网-%/-%，其基础中点弯矩计算表明：*0静力平衡法、级数法、轮算法与非线性地基有限元计算方法计算结果比较相差较大，主要原因是过高估计了基础和结构和结构的整体刚度，从而对地基差异变形估计过低，但随地基刚度增加偏差减少。&0有限压缩层地基的链杆法与不考虑上部结构刚度的非线性地基有限元法计算结果较接近。但在地基的(12*13"#时，才偏离较显著，主要是由于地基与线弹性假定之间偏离程度所决定。—*4,— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"倒梁法（刚性板法）是将筏板划分为柱下和跨中截条计算，就柱下截条而言，与考虑相互作用的非线性地基有限元法解比较接近。当地基软弱时，筏基整体弯矩有所增加，而倒梁法与地基无关，显示偏小的结果，此时可采用倒梁法的经验系数时，作为上限值，采用截条法忽略了截条间的剪力，所以是相当近似的。#"倒楼盖法原理与倒梁法相同。以假定的线性反力作用为荷载，通常用于具有肋梁的筏板，仅按弹性双向板或单向板计算跨中及支座弯矩。局限于筏板的局部变形。显然计算结果低于其他方法。故对框$筏体系用倒楼盖法计算结果偏小。%"文克尔地基上梁在大多数和范围内与有限元法接近。同样在软弱地基条件下，与有限元法相比偏低。&"考虑上部结构与不考虑上部结构刚度计算结果比较，整体弯矩前者偏小，反映了结构刚度的作用，两者差别不甚显著是由于采用的框架结构刚度偏低。上述分析并不能代替所有情况下的规律，但可以得到这些方法适用性和精度的初步认识。可以认为，在地基较均匀，荷载差别不大条件下，倒梁法和倒楼盖法可以作为简化方法用于实际工程，而有限元法方法更适于复杂条件下的框$筏体系非线性地基的分析。五、片筏基础结构构造等厚度片筏基础一般取’(()#((**厚，且板厚与计算区段的最小跨度比不宜小于+,’(，由抗冲切强和抗剪强度验算确定。有悬臂筏板，可做成坡度，但边端部不小于’((**，且伸长不宜大于’"(*。筏板配筋由计算确定，按双向配筋，并考虑下述原则：+"平板式筏基础，按柱上板带和跨中板带分别计算配筋，以柱上板带的正弯矩计算下筋，用跨中板带的负弯矩计算上筋，用柱上和跨中板带正弯矩形的平均值计算跨中板带的下筋。’"肋梁式片筏基础，在用四边嵌固双向板计算跨中和支座弯矩时，应适当予以折减。对肋梁取柱上板带宽度等于柱距，按-形梁计算，肋梁也应适当的挑出+,&)+,!柱距。配筋除满足上述计算要求，纵横向支座配筋尚应有("+%.配筋率连通，跨中钢筋按实际配筋率全部连通。筏板分布钢筋在板厚小于或等于’%(**时，取!/，间距’%(**，板厚大于’%(**时，取!+(，间距’((**。柱与肋梁或板交接处构造处理可参见柱下条形基础。—+%#— 第二章基础工程设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第八节箱形基础设计与计算一、概述箱形基础是由钢筋混凝土顶、底板和纵横向隔墙构成的形如箱子的基础结构。箱形基础由于整体性好，结构刚度大，对地基不均匀沉降有显著的调整和减小作用，因而适宜于在天然地基上作用为高层或重型建筑物的基础。箱形基础形成的室内空间可以作为人防地下室储藏库或服务性用房。箱形基础在我国高层建筑基础选型中上有相当的比例。除已述的原因外，还由于以下原因：!"箱形基础在具有较大的埋置深度时，受到周转土体的约束，又与上部结构形成刚度很大的整体，实践证明，对抗震十分有利。唐山地震后震害调查表明，具有箱基的建筑，即使修建在软土地基上，震害也较轻，没有发生破坏和倒塌现象。#"箱形基础施工时，需挖除相当深的一部分土方，使基底以下土卸荷，当再施加基础和结构荷载时，基底实际附加压力将因此减小，从而有效地减小了沉降，而且箱形基础本身体积虽然很大，但内部有相当大的空间，基础本身自重减少，更有利于减少基底附加压力，获得减小沉降的效果，或者获得增加建筑物层数的效益，故称为补偿式基础。箱形基础设计包括以下步骤：（!）箱形基础埋置深度的确定；（#）根据地基容许承载力确定基底最小尺寸；（$）地基沉降和整体倾斜验算；（%）抗倾覆和抗滑稳定性验算；（&）箱基内力（包括顶、底板和墙体等）计算和配筋；（’）箱基构造设计。二、箱形基础的埋置深度箱形基础的埋置深度除应满足一般基础埋置深度有关规定外，对于作为高层建筑或重型建筑物的基础，为防止整体倾斜，满足抗倾覆和抗滑稳定性要求，一定程度上依赖于箱基的埋置深度和周围土体的约束作用，同时考虑箱基使用功能的要求，如作为人防抗爆防辐射要求，设置设备层的要示求等，一般最小埋置深度在$"()&"(*，在地震区埋深不—!&&— 第一篇建筑地基基础工程施工概论####################################################宜小于高层建筑物总高度的!"!#，为确定合理的埋深应进行抗倾覆等稳定性验算。在上海、福建等软土地基上，一些对不均匀沉降敏感的框架结构采用了埋深$%&’的浅埋箱基，效果很好。随高层建筑地下部分使用功能需求，使箱基埋深增加，如北京京成大厦埋深为($&)*#’，地下+层。三、箱形基础平面尺寸的确定箱形基础由于底面为整体连续的大板，尺寸大、埋深深，确定承载力设计值时应根据《建筑地基基础设计规范》，进行深、宽修正。基础平面尺寸除满足结构要求外，还应满足以下条件。在非地震区!!"（$(&&）!’,-!!)$"（$(&+）或要求!’./"#（$(&*）在地震区，按《建筑抗震设计规范》（01*##!!—$##!）确定荷载组合，并满足下述条件!2!"32（&(&4）!2，’,-!!)$"32（$(&5）"32!!36（$(&7）为满足上式要求，在确定基础尺寸时，应使结构竖向全部荷载重心与基底面形心尽量重合，偏心距不宜大于#)!#。$#!#)!（$(&8）%式中$——基础底面的抵抗矩（’&）；$）；"———基础底面面积（’#———竖向荷载合力对基底形心的偏心距（’）。包括了防止过大倾斜和抗倾覆稳定性的限制。当地下水位高于箱基基底标高时，将受到水的上浮作用，减少了实际工作于基底下地基的压力，浮力大小取决于地下水位。一般应以常年平均地下水位作为设计计算依据，并按下式计算。!(!9!"}（$(+#）!’,-(!9!!)$"或要求—!*4— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!!"#$!%!&（’$()）式中!%———基底承受的水浮力（*+,）。四、箱形基础内力计算箱基内力计算应包括箱基整体和局部内力计算。如顶、底板和外墙、内纵横墙内力计算。内力分布与大小只有通过对上部结构，箱基与地基的相互作用分析才能正确理解和计算。由于影响因素多，而且较为复杂。在设计计算中作了适当简化，这些简化均应符合相互作用机理，否则将引起很大的偏差。箱基内力计算关键在于求解未知基底反力大小与分布。在已知结构荷载大小和分布的情况下，确定基底反力的大小与分布是十分困难的。因为反力大小和分布与地基性质、基础与结构刚度、基础埋置深度、基础开关和大小，结构施工过程刚度变化、施工引起的基底土质扰动、降水影响、基坑开挖与支护的影响等，还有相邻建筑和堆载的影响。这些因素在相互作用过程中导致反力遵循一定的变化规律，并因偶然因素变得复杂化了。图’$(-示出几幢建筑物实测反力分布。总的规律是沿箱基纵向反力随荷载和基础和结整体刚度的增加，由近于均布发展为抛物线形进而形成马鞍线。边缘反力在边端一个开间左右范围内高出平均反力约’&./-&.。横向反力变化在边缘增加更为显著。软土地基根据实测均为马鞍形，边缘反力因塑性变形出现明显的重分布。对拔板桩等扰动很敏感。与筏基反力分布比较，箱基边端反力大得多。图’$(-箱形基础实测反力分布箱基在与地基相互作用中特点十分明显。由于箱基具有相当大的空间结构刚度，对基底返回和影响处于更为显著地位，根据数值分析表明十层左右的纯框架结构刚度的影响不及箱基刚度对地基挠曲变化影响大，筏板厚度为’!也不及顶、底板厚度叠架起来只有&01!厚的箱形基础刚度大。这是由于箱式结构形成的空间刚度所决定的。尤其是箱基内连成整体的形如鱼脊式的纵横隔墙发挥了重要作用。根据经验箱基设计对墙体水平截面积与基础总面积比不应小于)2)&，或平均每平方米基础底面积上墙不得小于(&&!!，以保证箱基整体的刚度。—)43— 第一篇建筑地基基础工程施工概论""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""基底反力分布的差异性随与结构、基础与地基相对刚度比而增加，对箱基而言，是否考虑上部结构刚度、对反力分布并无显著影响，但可分担部分在基础结构内产生的附加应力。（一）基底反力计算方法根据实测基底反力分布规律，结构设计实践，提出如下几种常用计算方法!"线性基底反力分布假定的静力平衡法。原理同片筏基础计算。#"分块基底反力系数法以平均反力为基础，按在基底位置不同，可能出现的反力差异，分别乘以反力系数，最终反力与荷载应满足静力平衡条件。$"实测基底反力系数法根据不同的地基条件，基础平面尺寸，长宽比等因素，利用实测反力结果，用数理统计规律得出反力分布曲线方程，以幂级数形式表示，并用最小二乘法得到反力曲级分布系数，该法将基础底面划分&’个区格，纵向(格，横向)格，各板反力图#%&&基底反力系数由图#%&&给出，并按!"#值和地基土性质分别取不同分块系数法表值，区格$基底反力为%$*&$!%（#%&#）!#式中!、#———基底长度与宽度（+）；!%———上部结构竖向荷载和箱形基础重量（,-）；&$———区格$反力系数值。由于实测数量和条件限制，目前仅限于用地上部结构与荷载比较匀称的框架结构，地基土较均匀，底板悬挑部分不易超过’"(+，不考虑相邻建筑物的(层至#)层建筑物的箱形基础。当存在偏心力矩时，按刚性基础反力分布计算方法，分别求出不均匀线性反力，与上述均布荷载作用下反力计算值叠架，这样做会导致边端反力偏大。因此要求偏心距不宜大于’"!’情况下可采用此种方法。由于该法来自实测统计规律，没有再作简化假定，因此可靠性较大，随实测数据积累，不仅提高了可靠度，而且适用条件和范围也进一步扩大。《高层建筑箱形基础设计与施工规程》给出了用该法计算的基底反力系数，详见附录。&"逐次逼近法或轮算法—!)(— 第二章基础工程设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!这一类方法近似假定基底为平面，并满足变形协调和静力平衡条件，通过改变基底反力与地基变形关系的非线性计算参数值，逐次逼近满足上述条件的反力值。逐次逼近法采用：#"!"!（"#$%）$"而轮算法和变形计算中采用$"%&’"!%&（"#$$）$&式中$(———基底平均沉降量；$"———"区格中点沉降量（将基底面划分为若干区格，"!)，"⋯）%&’"———调整后地基压缩模量；%&———调整前压缩模量。实际上采用了非线性地基变形参数，以近似考虑地基在满足变形协调条件下可能出现的塑性变形引起的反力重分布。以上方法较适合于编制程序，利用微机计算。（二）箱基内力计算根据工程实测结果表明，箱基底板钢筋应力在"&*&+%&*&,-.；远没有超过允许范围，所以混凝土仍然发挥重要作用。在上部结构力剪力墙体系尤为明显。产生这种情况不外以下诸原因：（)）箱基底力边端大，并随结构抽象度增加而有所增加，理应产生很大的跨中弯矩，使底板纵向内力增加，但由于上部结构刚度发挥作用，分担了部分的内力；（"）箱基本身整体刚度发挥了制约地基变形的作用，减小挠曲。使基底面趋于平缓，从而减小了内力；（%）上部结构参与相互作用，通过结构内轴向力重分布，发挥了起拱效应，使边端柱、墙轴力相对增加，中间轴力相对减小，力图减小整体挠曲，这种内力重分布改变实际作用于箱基的作用力，有效地减小了整体弯矩。箱基由于被纵横墙分割，底板局部内力占有相当比重，尤其箱基及结构整体刚度足够大（如剪力墙结构、框剪结构），以致可以忽略整体弯矩的影响。当隔墙间距较大时，局部内力计算应予以重视。一般计算方法采用弹性或考虑塑性的双向或单向板计算方法。基底净反力按均布或端部适当增加)*"+)*/倍。箱基墙体具有相当大的刚度，设计中应验算墙体的抗弯与抗剪强度。对内纵横墙以—)/0— 第一篇建筑地基基础工程施工概论""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""抗剪验算为主。对外墙，因受到墙侧土压力和水压力，以及爆炸超载等作用，应满足抗弯验算。!"箱基整体弯矩计算当上部结构为框架或框架一局部剪力墙体系时，应进行箱基整体弯矩计算，以确定受力配筋，常用的计算方法为：地基上梁或板计算方法，考虑上部结构刚度贡献的简化计算方法和有限元法。现重点介绍常用的折算刚度法（或称等效刚度法）。折算刚度法是将上部结构刚度（主要指抗刚度）的贡献，用一等代刚度梁代替。对框架结构沿弯曲方向的上部结构总折算刚度为#%&%&*!"&*’()(++!#"#$![!%"%$(!&*%&%&%·))]&*!$$!%(’()(**,#!"&*++$!!’$"’$&*!（*-./）$$!*(%’$&%*$&*!’$"’0$!)"%$(!&·*)（*-.1）*%%$&%’$&%*$*式中!’$"’$———$层结构折算刚度；!%"%$———$层结构梁的计算刚度；其中!%———上部结构梁柱弹性模量（234）；———$层梁的截面惯性矩（5.）；"%$*、&———上部结构弯曲方向的柱距和箱基弯曲方向总长（5）；"%$"’$%%$、%’$、%)$———分别为$梁线刚度%%$$，上柱线刚度%’$$，下柱线刚度*(’$"*$%*$$(*$其中"%$、"’$、"*$———梁、柱惯性矩；($———柱的高度，详见图*-./；!+"+———弯曲方向上与箱基连接的无洞口连续钢筋混凝土墙的混凝土弹性模量（234）与惯性矩（5.）；———弯曲方向与箱基相连的无洞口连续钢筋混凝土墙等代刚度的折减系数，见!表*-!/。#———结构层数。—!16— 第二章基础工程设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""表!"#$墙板等代刚度折减系数!!"#!%&$’()*#+#!#&#’#)!+!+,)++,’$+,$$+,&$+,&++,%$+,%++,!$+,!++,#’+,#&+,#!+,#+注：本表适用于总厚度为%+-’+./的连续无洞口钢筋混凝土墙板。图!"&$折算刚度法图!"&’不同刚度比基础分配的弯矩比箱基在相互作用分担的整体弯矩由下述方法确定：首先依已知箱基上荷载和基底反力大小与分布（反力计算接实测反力系数法），按静定梁分析，求出仅有箱基条件的弯矩大小与分布。然后假定计算是大弯矩由上部结构和箱基形成的无榫连接的双梁共同承受。总刚度为$0%01$2%2，那么箱基承担的整体弯矩由下式计算：—#’#— 第一篇建筑地基基础工程施工概论$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$#!"!!!"!（&’()）#!"!$#%"%式中!———计算的整体弯矩（*+·,）；#!"!———箱形基础刚度；#!———箱基混凝土弹性模量（-./）；"———箱基按简化为工字梁截面的惯性矩（,(）；!截面上、下翼缘宽度分别为箱基顶、底板全宽，腹板厚度为在计算弯曲方向的墙体厚度的总和；#%"%———上部结构总折算刚度。上述上部结构折算刚度是假定每层梁均为等挠度条件下推导的，是相当近似的。其规律见图&’(0。&1箱基纵墙截面剪力计算为简化计算，一般采用静力平衡法，假定将整个箱基作为在外荷载和基底反力作用下的静定梁，求得支座截面总剪力，支座设在横隔墙的位置，然后将总剪力分配到各道纵墙上，见图&’()。图&’()箱基纵墙截面剪力计算2’%(%&!$%&"$&($)（314120）&"’%#(%&式中$&———支座&截面的总剪力（5+）；’%———第%道纵墙的宽度（,）；#’%———各道纵墙宽度的总和（,）；(%&———第%道纵墙上在&支座处的柱作用于墙上的竖向荷载（*+）；"(%&———横向同一柱列中各柱作用于墙上的竖向荷载总和（*+）。这种分配剪力方法既考虑剪切刚度的影响，也照顾到承受荷载的差异，但没有考虑反力分布的影响。由于上式并没有考虑到箱基横向隔墙在受到剪切过程中分担作用，因此计算结果偏大，故可按下式予以修正。—20&— 第二章基础工程设计$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$左左）（%"&’）!"#!!!"#"$（%#$%%式中$———平均基底反力（()*）；、%———求!左底板局部面积，详见图%"&’所示的阴影面积（+%）。%#%"#第"道纵墙上#道横墙的剪力!上、!下分别以下式求之："#"#上）!"#!$（%#$%&#}（%",-）下）!"#!$（%%$%&%式中%#、%%、%&#、%&%———分别为图%"&.所示阴影面积。/0底板抗冲验算底板厚度一般通过抗冲切验算确定。’1("-02)·3*++-（%",#）式中’(———墙体对底板&,,刚性角以外的面积%-内的地基净反力总值（(4）；’1!$%-（%",%）其中$———基底单位面积上净反力（()*）；%———图%"&’中阴影面积；)3———混凝土抗拉设计强度（(5）；*+———距柱或墙边为+-%处的周长（+）；+-———冲切破坏锥体的有效高效高度（+）。箱基外墙计算参考有关地下墙体结构计算，这里不再赘述。五、箱形基础主要构造措施（#）为保证箱基具有足够的刚度和整体性，其高度一般在于箱基长度#6#.，且不宜小于/0-+，箱基外墙沿建筑物四周布置。内隔墙一般结构柱网或剪力纵横均匀布置，根据已有经验，每平方米基础面积上墙体部帐度不得小于&--++，或墙体总水平截面积不得小于基础图%"&.底板局面积（不计挑出部分）的#6#-，其中纵墙配置不得小于墙部面积示意（横向）图体总配置量的/6,。（%）箱基墙体厚度应按实际受力进行抗剪和抗弯验算。但一般情况下外墙不应小于%,-++，内墙不宜小于%--++。开洞应满足."-0&，.!#开口面积-墙面积，墙面积!柱距7箱形基础全高。采用双层配筋，不宜少于!#-8%--，并适当在顶、底如筋。（/）箱基混凝土标号不应低于9%-。—#2/— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!图!"#$冲切计算净反力作用面积示意图（#）箱基顶底板厚度应满足正截面抗弯强度和斜截面抗剪强度要求，且底板首先应满足抗冲切强度，计算方法与柱下基础抗冲切强度验算相同。（%）顶底板配筋按结构类型不同，分别考虑整体与局部弯曲计算配筋，注意配置部位，以充分发挥各截面钢筋的作用。对于剪力墙体系或框架"剪力墙（纵向）体系可权考虑局部弯曲计算配筋。但应分别保证纵横方向支座钢筋有&’(%)和&’()的配筋率贯通配置，而跨中钢筋按实际配筋率全部贯通。（*）当底层柱与箱形基础接触处局部承压强度不满足时，应增加墙体的局部承压面积，且墙边和柱边及柱角与八字角之间的净距不宜小于%&++。底层柱主筋伸入箱形基础的深度，应保证主筋直通到基底，对预制长柱，应设置杯口，按高杯口基础设计要求处理。（,）当箱形基础长度不超过#&+，或考虑高低层差异基底，可设置后浇施工缝，一般不宜小于-&&++，钢筋必须贯通，后浇时间应根据沉降分析确定。（-）箱基防水采用密实混凝土刚性防水，外围结构混凝土强度等级不应低于.(%，抗渗等级不应低于/*，必要时可采用架空隔水层方法或柔法防水方案。（$）箱基在施工、使用阶段均应验算抗浮稳定性，地下水对箱形基础的浮力，一般不考虑折减，抗浮安全系数!0宜取(’!。—(*#— 第三章地基基础抗震设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第三章地基基础抗震设计本章介绍了地基基础抗震设计中所涉及的基本知识与理论，如地震、地震烈度、地面运动最大加速度，设计反应谱，地震液化等，介绍地基基础抗震设计的主要内容和必备的基础资料、重点介绍了基础抗震的设计方法和措施，地基抗液化的处理方法等。还补充了地震小区划和液化小区划等概念。第一节地基基础抗震设计的基本概念一、地震我国是地震的多发国，历史上地震已给人类带来了许多灾难，已成为的最大的典型灾害，为了全方位地减轻地震灾害，保障人民生命财产的安全，地震工程学者首先要解决抗震设计的依据，即从工程角度来考察和描述地震现象，并针对某一地区或场地，对今后一定时期内或能遭遇地震破坏作出定性和定量的分析，一般称之为地震危险性分析和设计地震动参数确定。（一）地震机理、地震波、地震动震源是指地壳内部由于岩层开始发生断裂和错动，突然释出大量机械能的中心区域。这种能量以弹性波的形式传播至地面，即形成所谓地震。震源到地面的垂直距离称为震源深度。震源深度在!"#$以内的地震称为“浅源地震”。世界上绝大多数破坏性地震都属于浅源地震，其震源深度在%&’"#$，震源在地面的正投影位置称为震中。一般，震中区是地震破坏最严重的地区。场地与震中的距离为震中距。在某一次地震中，某场地地面振动强烈程度和破坏严重程度往往与震中距有直接关系（图()*）。—*!%— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!由于引起地震的岩层破裂不可能集中在一点或一个平面，而是形成由一系列裂缝组成的破碎带，整个破碎带内岩层的能量释放不可能同时达到新的平衡，因而在一次强烈的地震发生之后，岩层的变形总有一系列零星的调整，形成一次一次较小的地震。一般把前者称为主震，后者称为余震。（二）震级、烈度、地面运动最图!"#地震波传播示意图大加速度震级是地震本身强烈程度的衡量尺度，反映了一次地震所释放的能量的大小。目前通用的里氏震级由里希特（$%&’()*，+,-,）#.!/年定义的，里氏震级!012"（!"#）式中，"是指一种特达到的伍德"安特生（3445"675)*847）标准地震仪在震中距为#99:;处所测到的最大水平振幅（单幅，微米为单位）。根据地震台站实际测到的振幅值，经过仪器和震中距的校正，即可按上式定出该次地震的里氏震级。里氏震级!与地震释放能量#之间存在如下关系：12#0#,/!<##,=（!">）式中，#的单位为尔格（?*2）。震级相差一级，释放能量相差!#,@倍，同一地点的振幅相差#9倍。一般而言，>级以上的浅源地震，人才会有感觉，称为有感地震；/级以上的浅源地震就会造成地面不同程度的破坏，称为破坏性地震。烈度是指某一地点遭受某次地震影响的程度，系根据地震造成的地面破坏、建筑物破坏和人的感觉、反应等宏观现象来综合评定的。修正的麦卡里烈度表和中国地震烈度表（#..#）都按#>度划分。对于一次地震来说，震级只有一个，烈度则因地点的区别而有不同数字。在一次地震中，相同烈度地点的连线，称为等震级。一般而言，震级越高、震源越浅，震中距越小，烈度就越高。对于震中处的烈度$9与震级!的关系，里希特就浅地震的出过如下经验关系式：$90#,A>!">,@（!"!）我国学者也提出过关于浅源地震的类似关系式（!"B）和对照表（!"#）。—#@@— 第三章地基基础抗震设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!""（##$）$%（$&’）表$&(震中烈度与震级的关系震级#$’)*+,-,震中烈度(.#$’.)*+.,/.(%(((#国家技术监督局颁布的强制性标准《中国地震地面运动峰值加速度区划图》（#%%(）和《中国地震反应场地特征谱区划图》正式取代了烈度图，为了便于设计和研究，下面举例说明两者的差距和联系：$&#地面运动峰值加速度%0(1%0()1%0#1%0$1%0’1地震烈度!"#$%（三）地震小区划不少国家和我国不少城市已经开展了地震小区划工作；地震小区划就是将地震在小区域划分。地震小区划的目的是为了详细地指出一个不大的地区内对工程抗震有重要影响的因素是如何影响地震动的。这些因素如土壤的种类、分层情况、厚度、地下水位、局部地形地貌。小区划主要针对一个较小的区域。如一个市，如北京市，一个县，甚至一个工程场地，常用几万分之一的比例尺绘图。地震小区划更多考虑对工程抗震有影响的因素，如地震动、结构震害和地基破坏等。地震小区划主要有以下几种：烈度小区划、场地小区划、反应谱小区划、多指标小区划（如液化小区划），见表$&$。表$&$地震小区划主要代表主要观点主要优缺点考虑震源和传播特性给出一优点：简单、明确，易行烈度小区划默德韦杰夫个地区的烈度，再根据场地条件缺点：粗糙对烈度进行调整优点：反应的问题全面，合理，按场地条件进行小区划，小区充分考虑震害经验场地小区划日本、中国域因素对地震动的影响是通过缺点：没有考虑地震动的谱频场地类别来影响的特性反应谱小美国（麦圭以地震动的反应谱形状作为综合考虑多种因素区划尔）指标进行小区划地震液化中国地震以地震液化势大小进行地震综合考虑局部场地条件和土小区划等多局工程力学液化小区划，绘制液化势等直线壤条件指标小区划研究图—(*+— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!二、场地、地基与基础由于在动力荷载作用下场地、地基和基础的反应不一样，因此必须在工程意义上对三者予以界定。场地是指建设所直接占有并直接使用有限面积的土地，场地范围内及其邻近的地质环境都会直接影响着场地的稳定性。场地的概念是宏观的，它不仅代表着所划定的土地范围，还应涉及某种地质现象和工程地质问题所概括的地区。所以“场地”不能机械地理解为建筑占地面积，在地质条件复杂的地区，还应指包括该面积在内的某个地貌、地形和地质单元。地基是指承托建筑基础的这一部分很小的场地。建筑物的地基所面临的一有以下四方面问题：!强度和稳定性。当地基的抗剪强度不足以支承上部分结构自重及外荷载时，地基就会产生局部和整体剪切破坏；"变形。当地基在上部结构的荷重及外荷载作用下产生过大的变形时，会影响结构物的使用功能；当大于建筑物所能容许的不均匀沉降时，结构可能开裂；#渗漏。由于地下水在运动中会产生水量的损失，或因潜蚀和管涌而可能导致建筑物产生事故；$液化。在动力荷载作用下，会引起饱和松散粉细砂或部分土产生液化，使土体散失抗剪强度近似液体特性的现象，从而导致地基失稳和震陷。基础是指建筑物向地基传递荷载的下部结构。它具有承上启下的作用，它处于上部结构的荷载及地基反力的相互作用下，承受由此而产生的轴力、剪力和和弯矩。另外，基础底面的反力反过来又作为地基上的荷载，使地基土产生应力和变形。三、场地、地基、基础和震害任何建筑物都建筑在地基上，不论是天然地基还是人工地基，地震都是通过地基传至结构物而产生地震作用的。所以，考察结构物的地震反应离不开对地基影响的分析。另一方面，地震作用下地基本身的失效，如强度降低或过大的残余变形，又会导致结构的破坏或损坏。宏观震害资料表明，地基失效的主要表现形式为：地表断裂、滑坡、过大变形、砂土液化和软土震陷等。地基失效一旦出现即无法恢复原状，地基失效引起的结构破坏或损坏往往无法用提高设计要求来解决。所以，地基失效问题一般应通过场地选择来避免。选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况和工程地质、水文地质资料，作出综合评价，选择有利的地段，避开不利的地段，不在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。（一）地表断裂地表断裂又称地裂缝。地裂缝分构造地裂缝和重力地裂缝。构造地裂缝隙是地震中断层错动在地表形成痕迹，是极震区高烈度的标志。震级越高，断层破裂长度越长，错距—#"!— 第三章地基基础抗震设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!就越大，出露于地表的裂缝也就越长。构造断裂引起的地裂缝切割很深，可以从岩层深处的断层开始，直至地表，并不受地形地貌影响，沿着震源体错动方向，断续延伸数十甚至成百上千米。重力地裂缝隙是在地震动作用下，由于地貌重力影响或地表土质软硬不匀而形成的地面浅部开裂。重力地裂缝的规模不一定直接反映地震动强烈程度。这种地裂缝在地震区分布很广，在道路、河岸、堤坝或古河道等处均可发现。（二）滑坡滑坡是山区和丘陵地区的震害特殊性点，地震时滑坡的发生与如下因素有关：震前的地貌形态、特征、边坡稳定性，岩石风化剥落程度，是否有雨水冲刷及渗入裂隙面情况，是否有老滑坡体，易于滑到的软岩夹层的分布情况等。滑坡现象还可出现在人工边坡的开挖面、平原地区的河岸以及土坝的迎水面等处。地震时发生的大滑坡可能切断分路；冲毁房层和桥梁；堵塞河流；严重的还会导致上游水位上涨，淹没大片土地，危及城镇。（三）砂土液化!"#$年日本新泻地震中出现了饱和砂土经受地震动以后发生液化而引起震害的曲型事例，旗地多结构物体本身并未损坏而发生整体倾倒。!"%!年美国圣费尔南多地震中，一些低层大面积建筑物由于地基土液化而发生折断和拉开等形式的损坏。砂土液化最常见的表现是地表出现“砂沸”，俗称“喷水冒砂”。地震动使排列较松散的土颗粒产生变密趋势，从而在土体内部产生超静孔隙水压力。抬高压力的孔隙水导找通道冲出地面，并将土颗粒事业带了出业，在喷冒孔周围形成圆锥形沉积物，类似小型火山口。砂沸现象造成对农田的破坏和地面可能的不均匀沉降。液化引起的灾难性的场地破坏，由完全液化土层上面的完整土层组成的长达几十米甚至更广阔的土体可以每小时几十千米的速度沿着斜面下滑。!"#$年美国阿拉斯加地震中，海岸的水下流滑带走了许多港口设施，并引起海岸涌浪，造成沿海地带的次生灾害。!"&’年我国甘肃地震触发了惊人的连续流滑，部分饱和的湿陷性黄土由于土中被包围岩体压力的上升而导致流动，长宽达!(#)*如瀑布顺谷而下，挟走山村，堵塞河道，摧毁了数以百计的城镇，约&’万人丧生。四、震陷问题软土震陷在地震中时有发生，但研究得不多。在这时，软土主要是指水下沉积的饱和粘性土，含水量高，孔隙水压力升高，土体的刚度和强度急剧降低，在动静剪应力作用下产生塑性流动，导致建筑物过大和不均匀的沉陷。对于工程结构，特别是超静定结构来说，不均匀沉陷引起的次生应力可导致结构破坏甚至倒塌，砂土液化过程的不均匀沉降和过量沉降的问题。—!#"— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第二节地基基础抗震的基础资料一、场地地震工程地质条件通过地震基本要素、地震特性、地震动反应及地震灾害效应以及场地地震工程地质条件等分析，我们可以看出，场地地震工程地质特性分布具有规律性。它是以场地或地区地震工程地质条件和分布规律为基础，以地震波的输入，对传播途径介质的滤波、吸收、放大作用，在地表层地震波产生的地震动反应和破坏效应为基本内容，以地震动基本参数为指标进行的地震工程地质单元划分和分区。地震工程地质单元分区的理论基础是在不同场地地质条件下一次地震会出现的不同的地震地质效应，不同地质环境背景所构的场地地震工程地质特性（包括特殊的静力学和动力学性质），在地震作用下会呈现出不同的地震动反应和灾害效应。场地地震工程地质的单元，在一定程度上可以定性地、宏观地反映地震反应模式和基本特征。从而为进行场地地震工程地质勘察和评价奠定了基础。为更全面、更系统地、更有效地对场地地震工程地质条件、特征、性质作出科学评价提供了保证。场地地震工程地质单元划分和分区并不完全同于地震小区划，地震工程地质单元划分和分区是从地质环境入手，对地震反应与工程地质条件、岩土特性的相关性和空间分布规律性充分研究。在此基础上评价场地地震反应特性和震害效应，在某种程度上，地震工程地质内容更广泛，更富针对性。二、岩土条件（一）地基刚度影响!"软土地基对周期震动有选择性的放大作用。可见在!类基础上烟囱的震害比砖平房震害严重，且随震中距离增加衰减缓慢，砖平房震害衰减很快。实测资料清楚地反映出，二者自振动周期相差甚大，砖烟囱自振周期约为!#$%，砖平房则为&"!#&"$%。另方面，地震波在传播路径中短周期成分被吸收得快，主要周期了随震中距增加，软土层对适当周期的地震动有较大的放大作用。因此，在!类地基上自振周期较长的砖烟囱容易与长周期分量产生显著的共振作用。从而加重破坏效应。$"随震中距的增加，基岩层的幅值虽会递减，但主要周期加长，在!类地基上会受到选择放大，所以烟囱的受损仍然会较高。国外对不同刚度地基土的地震记录所作的反应谱分析后发现，随着地基土变软，反应谱最大峰值便向长周期方向移动。—!’&— 第三章地基基础抗震设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"地基土刚度对地震动频谱特性的影响，反映在对反应谱形状的改变方面在软土地基上的反应谱形状比较宽缓，长周期成分的谱值较高，且无明显的高峰值；硬地基则相反，多半出现#$%个高峰值，谱值随长周期的增加而衰减很快。（二）土层厚度的影响在场地划分中不仅要考虑土层的强度，而且对影响地震动的土层厚度给予充分的注意。它对具较厚松散地层的地震动反应异常显著，所以再次予以强调。早自#&%!年日本关东大地震时就发现，冲积层厚度对震害有明显的影响。#&’(年’月%&日加拉斯加地震（’"!级）震害表明，位于震中约)’*+处的四座#,$#%层建筑倒塌，结构遭严重破坏的原因，主要是土层厚度起到了决定性作用，调查结果示于图!-%其结构破坏程度是指任一地区遭受结构破坏的建筑物数量与总数之比，其中)$&层建筑在土层厚度不大于#,,+时，破坏程度最高；当土层厚度超过#),+时，#.层以上建筑物破坏程度最高，且比)$&层建筑破坏高/倍左右，显而易见，土层厚度对建筑破坏作用影响之强烈。如以公式（!-)）计算，便进一步发现，土层愈厚，具有长自振周期的结构就愈易遭受破坏。!+234"!01（!-)）#4$其中，!0为破坏势指数，!+23为最大基底剪力，"为建筑物基本周期，5为建筑物重量，$为设计侧力系数。理论计算还表明，土层厚度对地震动频谱特性有影响，但多数研究结果认为，土层厚度对地面运动最大加速度无多大影响。另外，土层厚度改变了反应谱形状。随土层厚度增大，长周期的频谱成分越显著，则反应谱曲线模从标向右移动。总之，土层厚度与其松软性（或刚度）似乎具有相同的作用，它们对地震长周期部分选择性放大。因此，具有较长自振周期的柔性结构若处于地基土又松、又软、又厚的土层上，则震害必然加重。（三）软弱夹层的影响软弱土层作为地基，总的说来对结构抗震是不利的。但是，如果软弱土层以夹层形式存在其影响表现为降低地面峰值加速度，当斜率达#6#%时，地震峰值加速依然低于水平状态下基岩面相应的数值。此外，地层结构对震害影响可能以地基失稳表现出来，出现地表滑移、震陷或其他形式的不连续变形。（四）地表地形条件的影响多次地震都出现过因地形条件导致震害加重的现象。对地震动反应最敏感的地形则为弧突出丘，高度显赫的人工堤坝、渠道或距堤边坡等四周或侧向临空地形。我国自#&(,年通海地震后就开始注意到地形影响的研究，#&(.年永善、大关地震，#&(’年唐山地—#(#— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!图!"#不同刚度地基上的地震反应谱分析震、龙陵地震等在地形方面的震害反应都比较显著。美国$%&$旧金山地震时，’()*+,(大坝附近的强震记录得到加速高达$-#./，超过从前预测的数值，在比较研究了震级相当、震源特性类似的震中加速度后认为，地震动记录出现如此显著的放大效应可能与台站周围局部地形有关，并且从此开始了地形地貌对地震动影响的理论和实验研究工作。前苏联、日本等其他国家了民开展了方面研究工作（图!"!、图!"0）。—$&#— 第三章地基基础抗震设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!图!"!倾斜基岩端面（五）其他条件的影响主要强调以下两点：（#）地震工程地质地层结构类型划分；（$）地层结构对震动影响分析。（六）场地分类我国将场地分为四类：第!类场地为稳定基岩，第"类为一般土壤，如砂砾石、坚硬土等，第#类为松软件包土壤，如松散砂土、软粘土等，第$类为异常松软土壤，如新近沉积的软土和淤泥等。分类指标有承载力、纵波速度、卓越周期等。在设计规范中对不同场地采用不同的反应谱为我国有首创。对于不同类别的场地，在进行结构的地震反应计算时，应采用不同的设计反应谱（在建筑抗震设计规范中表示为不同的地震影响系数曲线）或不同的基底运动，以较准确地反映场地与结构的耦合作用；当然，将结构与地基视作一个整体进行时程分析，可能得到更接近实际的结果。图!"%倾斜基岩对地表加速度的影响表!"%场地分频场地覆盖土层厚度!（&）场地土类型’’!(!!(!())(!(*’!+*’坚硬场地土!中硬场地土!"中软场地土!"#软弱场地土!"#$—#,!— 第一篇建筑地基基础工程施工概论""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""表!"#有利、不利和危险地段的划分类别地质，地形，地貌有利稳定基岩，坚硬土，开阔，平坦，密实，均匀的中硬土等软弱土，液化土，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边不利缘，平面分布上成因，岩性，状态明显不均匀的土层（如古河道，疏松的断层破碎带，暗埋的塘沟谷和半填半挖地基等）地震时可能发生滑坡，崩塌，地陷，地裂，泥石流等及发震断裂带上可能发生地表位危险错的部位表!"$场地土类型按土类划分土的类型剪切波速（%&’）岩土名称和性状坚硬土(#))稳定的岩石，密实的碎石土中密、稍密的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，!,(+)),-.的粘性土和粉中硬土#))*+#)土稍密的砾、粗、中砂，除松散外的细、粉砂，!,12+)),-.，的粘性土和粉中软土+#)*/0)土，!,(/!),3.的填土软弱土1/0)淤泥和淤泥质土，松散的砂，新近沉积的粘性土和粉土，!,1/!),-.的填土表!"4地基土静承载力的标准值，5,!!!场地土类别优越周期（’）场地土类别优越周期（’）!!!!类场地土1)6!"类场地土)60#*)6$#!!!#类场地土)6!*)60#$类场地土()6$#+)世纪4)年代中期以后，我国和其他国家又获得一批强震记录，同时关于自由地面运动的计算分析工作也得到发展和普及。根据实测的基岩运动记录和土壤动力参数，用电子计算查算出了很多地面运动及其加速度反应谱。通过近/)年的研究，对下列几点有了进一步的认识：（/）不论土软硬（有时用承载力来表示），而且土层的厚度对地面运动都有影响；（+）表层/)*/#%范围内土的动力性质（液化土层或极软的淤泥土例外），对地表运动并无决定性作用；（!）剪切波速是比较合适的分类指标；（0）震级和震中距对反应谱的形状有影响。表!"4的规定分界值，除了依据我国的经验之处，还参考了日本，美国等国的规范。多层土的软硬是根据地表/#%范围内各层土的波速按厚度加权平均值来决定的，这种做法实际上是承认了表层/#%较硬土的下部土相应也较硬。这个问题仍未得到解决。一般来说，土层的刚度随深度增加，表层较硬的—/40— 第三章地基基础抗震设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!场地，其深层也较硬的可能性较大，故在大多数情况下，上述规定尚可接受。图!"#关于反应谱的修改场地分类确定之后，相应每一类场地给出一条设计反应谱，如图!"#所示。通常称这类反应谱为设计反应谱，它与某一场地某一地震时的实际反应谱有很大差别。确定设计反应谱大致经过下列步骤：首先将取得地震加速度记录的台站的土层勘测资料进行场地分类，把第一类场地实测地震反应谱绘在一起。有时某一类场地的反应谱太少或太离散，则根据典型的基岩上的实测震记录，对特定的场地（土层剖面）计算地表的地面运动和反应谱。这种假定剪切波竖向向上传播而求得的反应谱有时也作为原始资料利用。其次。对每一类场地的各条反应谱求一条平均的、光滑的反应谱，这种平均并非代数和平均，实际是一处直观判断的平均；同时为使用方便，一般都给出反应谱的表达式。我国规范给出的反应谱在短周期部分取为平均，因为实测地震反应谱在这一段内变化无规律可循。为了定性地考虑震级和震中距的影响，将我国建筑抗震设计规范的反应谱改成图!"$所示的形式，把近震和远震的反应谱区分开来。这样，在实际设计中除了要考虑土层的刚度以外，还要分析未来的地震是属于远震还是属于近震。近震和远震的确定方法，见《建筑抗震设计规范（%&#’’((—)’’(）》。对近震区，!、"、#、$类场地的反应谱分别采用图!"#中的*，&，+，,，曲线，对远震区，!、"、#、$类场地的反应谱分别采用图!"$的&，+，,，-曲线。图中纵坐标!为地震影响系数。!./0与地震烈度有关，如表!"1所示。表!"1地震影响系数!场地土类别场地覆盖土层厚度（.）剪切波速’’2))21123’43’坚硬4#’’!中硬#’’2)5’!!""中等中软)5’2($’!""#软弱6($’!"#$应指出，这里所谈到的土层的刚度对地面运动的影响，都是针对自由地面而言的，也—(5#— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!就是针对建筑物或构筑物未建立之前的环境来讨论的。如果构筑物的体积、重量及刚度较大且半埋于土中，例如土坝、核电站等，则构筑物的存在将影响地面运动的特征，所谓土结构相互作用就是研究这种影响的。第三节地基基础抗震设计的主要问题地震现场表现出来的地基震害形式主要有沉降，包括均匀沉降和不均匀沉降、滑坡、地裂缝和隆起等。这些震害有的可从地面直接观察到，有的则需从建筑物的倾斜、裂缝等来判断。从土动力学的观点分析，地基震害的原因可以归纳为：砂性土震动液化，粘性土震动软化。上部结构所受的各种荷载，包括地震荷载都要由地基来承担。地震的强度不同，地震作用下地基的受力性能也不同，设计的任务则是保证在地震过程中和地震停止后，地基在强度和变形方面能满足使用要求。一、场地的地震液化问题砂土受到震动将要变得密实，也就是体积减少。如果饱和砂土突然的体积减少，来不及排出的孔隙水承受压力，导致有效应力减小。当有效应力接近零时，土体就液化了。影响土壤液化的因素有内因和外因。砂的粗细、密度、级配，特别是细颗粒含量，生成年代等属于内因、外内有静应力状态，包含地下水位、埋深、地形的影响，动应力状态，包括应力幅值大小、变化规律、作用次数和排水条件等。砂土愈密实，平均粒径愈大，级配愈好，粘土颗粒含量愈多，愈不容易液化。从抗震设计角度考虑应注意，有些级配不好的砂砾石也可能液化了。对于这种砂砾石不能只考虑它的平均粒径。粘土颗粒或直径小于!"##$%%的细颗粒会使土的粘聚力提高，即使有效应力丧失也不会液化。但对粘土颗粒含量甚少的粉土、轻亚粘土等，在地震时也可能液化；不只是纯砂才能液化，砂性土，或砂土类土在一定条件下均可能液化。地震发生之前土体所受的静应力对液化与否有重要作用。土体所受覆盖压力愈大，初始剪应力愈大，愈不容易液化。因此，从设计角度考虑，当砂性土埋深和地下水位超过一定数值，例如地下水位为&%，土壤埋深达’!%，是否液化或液化后果对一般建筑物的影响已可不必研究了。地震剪应力是不规则的，事先很难准确估计土体所受的地震应力。目前通用的办法是根据未来地震可能的等级估计等效的均匀循环剪应力的幅值和次数。动应力愈大，作用的次数（或时间）愈多，就愈容易液化。—)#(— 第三章地基基础抗震设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!排水条件对于液化的形成有重要作用。只有在不排水或排水很慢的条件下土中才会在地震时产生孔隙水压力。目前绝大多数试验研究的是在不排水条件进行的，应用这些结果时应考虑这一点。例如夹在砾石中薄砂层就不一定会液化。在室内用一个土体试件研究液化与现场的实际情况有很大差别。土体内某一点的液化经过发展才能波及到一个土层，某一土层的液化还不一定导致上部结构的破坏。因此，在设计中不要把土的液化与结构物破坏等同起来。虽然砂土地基的震害大多灵敏都是由液化引起的，但不是任一土层的液化都会导致严重的后果。影响液化的因素很多，且这些因素既不容易测定，也不容易控制。因此，在抗震设计中，对判别一个场地能否液化，液化后会使上部结构有何损害，应采取某种措施减轻液化的后果等一系列重要问题，目前主要还是靠以经验和判断来解决，而经验与判断是以土动力学的知识为基础的。二、场地地震液化判别经过!"多年的研究现关于自由场地的液化判别方法大体可概括为以下四种：!#$$%简化分析法，"经验公式法，#概率与统计方法，$土层反应分析法。#$$%法简单明了，广泛使用，但确定%比较粗略；经验法，概率法都是基于震害调查，参数单一，公式简明，但不能考虑到各种条件、因素等的影响，各种不确定性很难定准，适于描述过去多数事件的统计规律，不适于预测将来单个事件的行为；土层反应分析方法考虑的因素可以较多，计算较为严密，但关键是材料参数和荷载参数选用得要适当，合理，这也有一定的难度。几种液化判别法的预测液化的精度不同，即方法的可靠度不一样，适用条件也不一样，而且各种方法都存在一些不足之处。综合以上所述可知，液化判别方法目前仍然是依靠经验与判断。下面介绍两种基于经验判别方法：（一）《建筑抗震设计规范》（&’(""))—*"")）中的方法分两步判别，第一步为初步判别；第二为用标准贯入试验判别。凡经初步判别为不液化或不考虑液化影响的场地，可不进行标准贯入试验判别工作。饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）的液化判别和地基处理，+度时，一般情况下可不进行判别和处理，但对液化沉陷敏感的乙类建筑可按,度的要求进行判别和处理，,-.度时，乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别和处理。存在饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）的地基，除+度设防外，应进行液化判别；存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别，地基的液化等级，结合具体情况采取相应的措施。饱和的砂土或粉土（不含黄土），当符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可不—),,— 第一篇建筑地基基础工程施工概论$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$考虑液化影响：!"地质年代为第四级晚更新世（!#）及其以前时，$、%度时可判为不液化。&"粉土的粘粒（粒径小于’"’’()的颗粒）含量百分率，$度、%度和*度分别不小于!’，!#和!+时，可判别不液化土。注：用于液化判别的粘粒含量系采用六偏磷酸钠作分散剂测定，采用其他方法时应按有关规定换算。#"天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响：",-"’."/0&"1-"’."/0#（#0+）",."1-!"("’.&"/02"(式中"1———地下水位深度（)），宜按设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期内年最高水位采用；",———上覆盖液化土层厚度（)），计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；"/———基础埋置深度（)），不超过&)时应采用&)；"’———液化土特征深度（)），可按表#0*采用。表#0*液化土特征深度（)）!!!饱和土类别$度%度*度饱和土类别$度%度*度!!!粉土+$%砂土$%*2"当初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面下!()深度范围内的液化；当采用桩基或埋深大于()的深基础时，尚应判别!(3&’)范围内土的液化。当饱和土标准贯入锤击数（未经杆长修正）小于液化判别标准贯入锤击数临界值时，应判为液化土。当有成熟经验时，尚可采用其他判别方法。在地面下!()深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：#456#［’’"*.’"!（"70"1）］"#8!4（"7#!()）（#0$）在地面下!(3&’)范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：#456#［’&"20’"!"7］"#8!4（!()9"7#&’)）（#0%）式中#45———液化判别标准贯入锤击数临界值；#’———液化判别标准贯入锤击数基准值，应按表#0!’采用；"7———饱和土标准贯入点深度（)）；———粘粒含量百分率，当小于#或为砂土时，应采用#。!4—!$%— 第三章地基基础抗震设计$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$表!"#$标准贯入锤击数基准值!!!设计地震分组%度&度’度设计地震分组%度&度’度!!!第一组（(&）#$（#!）#(第二，三组（&#$）#)（#*）#&注：括号内数值用于设计基本地震加速度为$+#*,和$+!$,的地区。*+对存在液化土层的地基，应探明各液化土层的深度和厚度，按下式计算每个钻孔的液化指数，并按表!"##综合划分地基的液化等级：#%$!"-."(#")($)$（!"’）$.#%&’$式中!"-———液化指数；#———在判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数；%$、%&’$———分别为$点标准贯入锤击数的实测值和临界值，当实测值大于临界值时应取临界值的数值；($———$点所代表的土层厚度（/），可采用与该标准贯入试验点相邻的上，下两标准贯入试验点深度差的一半，但上界不高于地下水位深度，下界不深于液化深度；———$土层单位土层厚度的层位影响权函数值（单位为/")$#）。若判别深度为#*/，当该层中点深度不大于*/时应采用#$/，等于*/时应采用零值，*0#$/时应按线性内插法取值；若判别深度为)$/，当该层中点深度不大于*/时应采用#$/，等于)$/时应采用零值，*0)$/时应按线性内插法取值。表!"##液化等级!!!液化等级轻微中等严重液化等级轻微中等严重判别深度为判别深度为$1!"-#**1!"-##*!!!!!"-2#*!$1!"-#((1!"-##&!"-2#&#*时的液化指数)$时的液化指数（二）美国3445教授推荐的判别式。3445用来建立判别式的全部资料均绘于图!"(，除了美国的资料以外，还收集了日本、中国、南美等国的资料，几乎全世界的大地震资料都尽可能地收集到了。3445采用地震剪应力比!6"，和修正标准贯入击数%#作为判别液化两个变量。!为地震产生的平均剪应力，用下式估算：*/78!.$+(*#,#5（!"#$）+式中，*/79为地表最大水平加速度；+为重力加速度；#5为折减系数，地表为#+$，地下—#%’— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"#处为"$%，中间直线内插；!，!分别为砂的容量和埋深。"!为修正标准贯入击数，即将不同深度处测得的标准贯入击数，按下列经验关系修正到竖向有效压力为!&’(&时的击数。"2""!)"*#+，#,)!-!$./01（3-!!）"2!采用#’"24和"!作为变量建立液化判别式有很多优点，这是经过!"年的探索才得到的。首先，这两个变量概括了主要的影响因素，诸如：砂层的深度，地下水位，初始静应力，地震的大小，砂的密度等；其次#’"24叫做应力比，室内试验表明，#和"24的绝对值变化，但比值#’"24不变时土的抗液化性能不变，导致土壤液化的最小应力比#’"24称为液化应力比。由液化现场的#’"24的下降，即时液化应力比，如图3-5中的曲线；这样应将现场研究与试验研究联系起来了。将不同深度测得的"值修正为"!之后，所有的数据可以放在同一张图上，不仅表达方便，而且增加了可供比较的数据。图3-6地下水位和上覆土层厚度临界线（7）砂土；（8）轻亚粘土根据图3-5资料得出相应于震级约5$/的分界线之后，参照室内模拟试验结果，9::;又考虑了震级的影响。他采用的室内试验结果如表3-!.所示。由此可见，不同的震级相应于不同的循环次数，不同循环次数达到液化需求不同的液化应力比。以$)5$/时的应力为标准（!$""），求得其他震级时的液化应力比的比值，将图3-5的分界线的纵坐标乘以相应的比值，便得到其他震级时的分界线，见图3-<。—!<"— 第三章地基基础抗震设计""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""图!"#!$#%&时应力比与修正击数关系图!"’不同震级时应力比与修正标贯击数的关系上面所介绍的两判别方法，只针对某一土层、某一深度是否液化而进行判别。至于液化区如何扩展，土层液化对上部结构有何影响等则未曾考虑。表!"()室内模拟结果!!!震级有代表性的循环次数应力比震级有代表性的循环次数应力比!!!!!!!’(*))+-%’.+&(%!)#(*)(&(%-+!*,(-(%(!!&(*,)/!(%&液化后果的估计，即液化危害分析是工程上非常需要的。如前所述，液化并不一定导致严重的上部结构破坏。因此，就需有一套方法能够判别哪些能液化情况可以不作处理，—(’(— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!哪些能液化必须采取有效的防御措施。这方面的工作，目前处于起步阶段，尚未经地震考验，有待加强这方面的工作。三、软土震陷一般地说，软弱粘土地基的震害为数不多，而且也不严重。在!"#$年海城地震以前的多次大地震中，软弱粘土上的地基震害大多在设计或施工上具有特殊原因，例如由于勘察上的疏忽将房屋建在古河道的边沿上，震前已经出现裂缝、沉陷，地震只是起了扩大的作用。因此曾经流行过一种看法：地震时软弱粘土的主要作用是改变地面运动的特征（例如过滤高频地震波，放大运动的幅值），而不会产生地基失效；震后虽然会产生一些沉陷，但一般不会影响正常使用。!"#$年海城地震和!"#%年唐山地震，营口、天津等地沿海的软粘土受到较强震的作用。部分软土地基上的厂房和住宅由于不均匀震陷引起裂缝和倾斜，有的已无法正常使用。震害表明，有一部分软弱粘土，而不是所有的软粘土会产生地基失效。因而，要查明哪一类软弱粘土在较强地震下会产生大的震陷，同时提出评价地震的方法。软粘土在模拟地震作用循环荷载下所产生的应变如图&’"所示。图&’"循环荷载和变形（一）软粘土的低周疲劳强度在地震荷载下土的破坏可用低周疲劳加以解释，像对待混凝土、金属材料一样。在土工程中经常允许的最大应变!(来定义破坏，此时低周疲劳强度可表示为"#)*作用下产生应变!(所需的往返次数。+,,-证明土存在这种持久极限。下面介绍他们工作中的一个例子：在静水压力下固结的三个试件，随受不同大小的脉动应力，其数值分别为静力不排水抗剪强度（#).）的!/0，0/1和0/%，频率为234。在这种情况下，土体所受的剪应力将循环地改变方向，这种应力状态使土的低周疲劳强度降低。在一定的范围之内，频率和波形对疲劳强度的影响不很明显。循环荷载也会导致软土中的孔隙水压力升高，但不容易测定。—!12— 第三章地基基础抗震设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（二）软粘土的震陷上面所谈到的强度到给定循环次数时产生规定的应变所需的脉动应力与静应力组合。在实际工程中，常常希望预测地震引起的沉陷（简称震陷），也就是已知地震应力和静应力的条件，求土地产生的永久变形。!""对软土的震陷进行了研究，给出了残余应变的经验表达式：!’"%#"("%#"()!#$%&()()*（+’%(）%&$(式中，!#为残余应变；!为应力循环次数；")为循环动应力幅值；"%、"(、$+为试验参数，与土性有关。工程力学所地基组参照!""的结果，通过研究，提出了两个应变势经验公式：’,%’,%%.,%!’"#"é")!ù%#"()%+()-%$")%%%&!#$êê"+%&úú*和!#$[]*（+’%+）ë$û"+$/+式中，%$为初始有效固结压力比；$+、$/、"+为试验参数，与土性有关。根据海城地震和唐山地震经验和室内试验测试结果可知，只有一种软弱粘土才会产生大的震陷。初步查明，对于孔隙比大于%，含水量大于液限的淤泥质土会产生大的震陷，设计是应加以注意。图+’%&循环荷载作用下的应力应变关系及应变势发展通过室内试验求得软土的残余变形表达式之后，要估算建筑物的震陷还需要有一个计算方法，由残余应变无法简单的通过求和或积分求得震陷，目前比较实用的方法是“软化模型法”。这个方法假定，震陷主要是因为地震的作用使土变软，静变形模量减小了，因而，在同样的静荷载下沉陷增加了。至于地震荷载的加入使外荷发生变化则是次要的影响，可以忽视不计。根据这种概念，计算建筑物震陷的步骤可归纳如下：%0取有代表性的土样，进行静力试验，测定土的力学参数，如邓肯’张模型中的参数；(0用有限元法计算地震前的应力和节点位移。计算时要考虑土的非线性，还要用精确的或近似等效的方法考虑上部结构的存在对基础上的应力位移的影响；—%1+— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"通过测波速的室内动力试验，确定剪切模量，阻尼比以及它们随剪应变的变化；#"用动力有限元程序，计算地基中的地震应力，此时也要考虑土的非线性；$"取一组有代表性的土样，进行震陷实验，确定试验常数；%"根据&、#步算出的第一单元的动、静应力，算出每一单元的残余应变，由残余应变可估计软化后的每一单元的模量；’"用软化后的模量和静力有限元程序计算各节点的位移；("根据’步计算的节点位移，减去)步计算节点位移，就是待求的震陷。第四节地基基础抗震设计与措施一、液化危害分析方法对经过判别确定为地震时可能液化的土层，从工程的需要看最要紧的是预估液化土可能带来的危害，并根据危害性的严重程度采取措施。液化危害程度因液化层的密度、层位、层厚、是否滑动（侧向扩展）及建筑物对不均匀沉降的耐受性而定。一般液化层土质越松，土层越厚，层位越浅，地震强度越高，则液化危害越大。目前，对没有侧向扩展危险的液化层，建筑抗震设计规范用液化指数来衡量，并由液化指数!"*由式（!+,）求算。可以看出，液化层越松、越厚、越浅则液化指数越大，液化危害也越大。上式未能考虑结构类型与地面滑动等影响，主要反映水平场地的地面破坏情况。但由于一般浅基础建筑的地基失效与液化不均匀沉降与地表破坏密切有关，因此液化指数通常也能反映浅基础房屋的液化危害。由液化指数与震害的对比可知，-.*值越大则地面喷冒与房屋的破坏一般也越大，二者相关。二、地震液化小区划地震液化小区划是根据某一特定地区的地震工程地质条件和岩土条件，依据自由场地的液化判别方法和有关规范进行液化判别，将发生液化和不发生液化的地方在平面图中区分出来，同时将液化区发生液化地方的液化势计算出来，将液化势相同的点连接在一起，这样变形成液化势的等值线图，这样该地区的液化可能性及液化危害性便一目了然。三、场地液化的防治措施为保证承受场地液化危险性的建筑物的安全和适用，可以从结构和地基两方面来采—)(#— 第三章地基基础抗震设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!取措施。我国建筑抗震设计规范提出的抗液化措施的原则要求如表!"#!所示。同时，应避免将未经处理的可液化土层作为天然地基持力层。表中要求的全部消除、液化沉陷的措施包括：!采用桩基或沉井、全补偿筏板基础、箱形基础等深基础。采用桩基时，桩端伸人液化深度以下稳定土层的长度应按计算确定，且对碎石土、砾石、粗砂、中砂，坚硬粘性土不应小于$%&’，对其他非岩石土不应小于(’。采用深基础时，基础底面埋人液化深度以下稳定土层中的深度不应小于$%&’。"液化土层全部加密或全部挖除。加密处理方法主要有振冲、挤密砂桩、强夯等。加密处理或换土处理以后土层的实测标准贯人击数应大于规范规定的临界值。部分消除液化沉陷的措施，指挖除或加密部分液化土层。处理深度不浅于基底以下加&’或加基础宽度，基液化指数应小于)。液化土层处理方法从原理上来分，除了换土、挤密以外，还有胶结和设置排水系统。胶结法包括使用添加剂的深层搅拌和高压喷射注浆。设置排水通道往往与挤密结合起来做材料，可以用碎砾石或砂。各种液化情形的处理方法的具体做法见表!"#)。表!"#&中所谓的基础与上部结构处理，一般可综合使用下列措施：!选择合理的基础埋深，尽量保留地表非液化土层持力层；"调整基础底面积，以减小基底压力和荷载偏心；#选用刚度和整体性较好的基础形式，如十字交叉条形基础、筏板基础、箱形基础等；$增加上部结构的刚度、整体性和对称均匀性；%合理设置沉降缝，室外管线采用柔性接头等。表!"#!抗液化措施地基的液化等级建筑抗震设防类别轻微中等严重全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷，或全部消除液化沉乙类部分消除液化沉陷且对对基础和上部结构处理陷基础和上部结构处理全部消除液化沉基础和上部结构处理，基础和上部结构处理，陷，或部分消除液化丙类亦可不采取措施或更高要求的措施沉陷且对基础和上部结构处理基础和上部结构丁类可不采取措施可不采取措施处理，或其他经济的措施—#*&— 第一篇建筑地基基础工程施工概论!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!表!"#$几种典型条件下液化处理方法案例处理措施宜按表!"#!选用地基抗液化措施；尚可计入上部结构重力荷载对液化危土层平坦且均匀害的影响，根据液化震陷量的估计适当调整抗液化措施。不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层#%采用桩基时，桩端伸入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖部分），应按计算确定，且对碎石土、砾石，粗砂，中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于&%’，对其他非岩石土尚不宜小于#%’。(%采用深基础时，基础底面应埋入液化深度以下的稳定土层中，其深度不应小于&%’。全部消除地基液!%采用加密法（如振冲，振动加密，挤密碎石桩，强夯等）加固时，应处理至化沉陷的措施液化深度下界；振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准贯入锤击数临界值。$%用非液化土替换全部液化土层。’%采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的#)(且不小于基础宽度的#)’#%处理深度应使处理后的地基液化指数减小，当判别深度为#’*时，其值不宜大于$，当判别深度为(&*时，其值不宜大于’；对独立基础和条形基础，部分消除地基液尚不应小于基础底面下液化土特征深度和基础宽度的较大值。化沉陷的措施(%采用振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准贯入锤击数临界值。基础边缘以外的处理宽度，应符合新规范的要求#%选择合适的基础埋置深度。(%调整基础底面积，减小基础偏心。减轻液化影响的!%加强基础的整体性和刚度，如采用箱基，筏基或钢筋混凝土交叉条形基基础和上部结构处础，加设基础圈梁等。理$%减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等。’%管道穿过建筑处应预留足够尺寸或采用柔性接头等液化等级为中等液化和严重液化的古河道，现代河滨，海滨，当有液化侧向古河道，河滨，海扩展或滑流可能时，在距常时水线约#&&*以内不宜修建永久性建筑，否则应滨进行抗滑动验算，采取防土体滑动措施或结构抗裂措施。注：常时水线宜按设计基准期内年平均最高水位采用，也可按近期年最高水位采用软弱粘性土层与应结合具体情况综合考虑，采用桩基，地基加固处理等措施，也可根据软土湿陷性黄土震陷量的估计，采取相应措施—#,+— 第三章地基基础抗震设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!表!"#$地基液化等级和对应的抗液化措施抗液化措施液化等级液化指数场地震害特点建筑物的震害乙丙丁无喷水冒部分消除基础和上现象，局部有液化沉降或可不采取!%$小部结构处理零星喷砂冒对基础和上措施或不处理水砂部结构处理全部消除液化沉降或基础和上较大，有不中等喷砂部分消除液部结构处理可不采取"$&#$均匀沉降或冒水化沉降，且对或采用更高措施开裂基础和上部要求和措施结构处理严重，有些消除液化地形变化可能产生#’沉降或部分大，剧烈的喷&!’()的不消除液化#%#$消除液化沉经济措施砂冒水，有地均匀沉降，有沉降降且结构进裂缝些建筑物严行处理重倾斜注：#*甲类建筑———特殊要求的建筑，如遇到地震破坏会导致严重后果的建筑等，必须经国家规定的批准权限批准；乙类建筑———国家重点抗震城市的生命线工程的建筑；丙类建筑———甲、乙、丁类以外的建筑；丁类建筑———次要的建筑，如遇地震破坏不易造成人员伤亡和较大经济损失的建筑等。+*消除液化沉陷措施指液化土加固或桩基，部分消除液化沉陷的措施指加固部分深度的液化土，但加固深度小于液化深度。表!"#,中的部分消除液化沉降的措施是指可以允许保留一部分厚度的液化层不加固。主要考虑的理由是：$残留液化层对中、短周期的结构可能有减震效果；%在目前的技术条件下对加固#’)以下的液化土层并满足-*.度烈度区抗液化的要求，不一定都很有把握，如改用他法则常常遇到困难。而允许残留部分软弱土则可省钱省力省时，况且这一原则在黄土地基规范（允许残留湿陷量不超过!’()的黄土层）及地基基础设计规范（允许残留一定厚度的冻胀土）中已早有体现，限制的条件是残留土层可能引起的不均匀沉降应控制在可接受的程度以内。对于有土体滑动危险的液化场地，显然首先应着眼于场地土体稳定性的研究，不能仅着眼于个别建筑物的安全考虑表!"#$的重点应放在量大面广的丙类建筑上。对中等以下液化危害的场地要尽量—#-/— 第一篇建筑地基基础工程施工概论####################################################先考虑由结构构造上采取措施，而不是首先考虑液化地基的加固。液化指数!"#!$%者约占全部液化事例的&%’以上。如果对这种情况不采取地基加固措施，而采用上部结构和基础方面的结构构造措施，将可取得可观的经济效益，而所冒风险并不大，因为：!这类情况中实际上包含了所有误判为液化的情况在内。"海城、唐山地震中相当多建筑未经抗震设防和抗液化措施，在震后有的虽因液化受到不同程度的震害，但多数经加固后仍在使用。可以设想在今后对液化指数较小（轻微至中等液化危害）的情况进行合理设计，即使不处理地基，液化危害亦将较海城、唐山地震的危害为轻。四、地基基础抗震构造措施地基震害多半来自液化土、软土、不均匀地基等情况下产生的沉降、倾斜或水平位移。液化后的土也可以说是瞬间变软的土，很多软土地基上或湿陷性黄土上减少不均匀沉降影响的结构构造措施大半都可以用来防止地基震害。下面结合地基震害的特点对常用的构造措施作简要阐述。（一）控制荷载的对称与均匀性，控制建筑物的长高比在()*以内，采用筒支结构，吊车轨道的标高与轨距宜设计成可调的等措施在抗震害方面仍是有效的。（二）对工业厂房宜在屋架下弦预留净空，对民用房屋则预先提高设计地坪标高以防震陷。应该根据震陷计算结果预留必要的高度。在缺乏震陷计算依据时，下列数值可以作为粗估时参考：+度、,度震陷性软土$%)(%-.或净沉降的$/(%轻微液化场地"&-.；中等液化场地$%)(%-.；严重液化场地宜大于(%-.。（三）采用筏基、箱基等整体性好的基础形式。在这方面有不少成功实例。如天津医院筏基下*0&处就是(0*.厚的液化层（粉土），震后室外喷水冒砂但房屋完好，仅有轻微倾斜（图*1$$2）。营口饭店筏基的持力层即为30(厚的可液化砂层，震后仅沉降缝处有错位（图*1$$4）。初步分析认出为筏基的宽度大于液化层厚度，为后者的*倍以上，且液化层的标贯值与液化临界标贯相比不宜相差太多。以防附加应力不足以抑制液化或基础外侧的液化区对地基中部的太多削弱。筏基还具有较好的抗地裂缝能力，唐山地震时，天津5%&所锅炉房位于海河古河道旁，地基土产生液化侧向扩展，沿河道出现数十条地裂缝，筏基亦被拉裂，室内出现喷水冒砂孔，但尽管如此，在筏基附近地裂缝有绕行现象或在筏基处中断。另一例为天津北塘糖业烟酒公司汽车地泵罩棚，为1(.深的钢筋混凝土槽，位于孟家河故河道旁，地震时地裂缝穿越泵房，但基础与结构无损。此二例说明虽未经抗裂设计，小型筏基有可能避免拉裂或使裂缝绕行。（四）适当选择基础埋深。对宽度不大的柱基或条基，不宜将基础直接置于液化层上，宜利用上覆非液化土层并尽量浅埋。液化层面距基底的距离宜超过基础宽度。震害表明—$++— 第三章地基基础抗震设计!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!图!"##筏基抗液化示例以液化层为持力层者比以液化层为下卧层的基础的震害要重。例如，以烈度相近的新泻与天津相较，前者以液化层为持力层，建筑震陷达到$%&’%()者很多。而天津市液化区的建筑物震陷比新泻的小很多，大多在*%&!%()以内，其原因之一是天津市的液化层距基底约在*&+()以下，某些直接支承在液化层上的农村房屋或粮囤产生了$%&’%()的液化沉降也证明这一点。（五）在墩、柱间设置抗水平力的构件，如刚性地坪、水平支撑等，以防止水平位移或相互间的移位，或将水平力传递到相邻基础上。美、日、法等国的抗震规范中要求在柱子间设拉梁，并按承受#,#%的柱子轴向力设计。我国铁路工程抗震经验证明，中、小型桥梁如果河床在设置防止桥台、桥墩基础下被冲刷的片石铺砌，则桥台向河心滑移就可避免或大大减轻。这种满河床铺砌虽然厚度仅数十厘米并由片石砌成，但平面内刚度大，足可防止地震时桥台的滑移。房屋中地坪的抗水力作用，国内外均有实例。例如，柱子常在距地面#)左右处剪裂，说明地坪起着水平力的支承点的作用，从而可以设计抗拉或抗压的地坪以减小震害。加厚的地坪是震后为了加强柱间支撑的下节点而设，这样的设计可使柱间支撑传来的剪力大部分由地坪承受。（六）增加房屋刚度和抗拉能力，按抗震规范的要求设置圈梁。圈梁的作用有二：作为抗震后不均匀沉降的构件，增加墙体的抗拉能力，其次，地震时墙体外闪，圈梁与构造柱共同防止墙裂和坍墙。圈梁的造价不高，但提高房屋抗震能力方面成效卓然。例如，天津石化总厂十几栋+&-层住宅，基础下#)左右即为*&!)厚的可液化粉土，唐山地震后场地喷冒严重，房屋产生了*%&!%()的震陷与明显倾斜。最大小平位移#$()但因每层有圈梁、墙角有水平拉筋、整体性好，除一栋通天断裂，放弃使用外，其余经修复后继续使用。（七）对液化地基上的已有建筑可在其周围设置加筋室外地坪或覆盖重物（堆土），以防止地基土在液化隆起，防止基础旁喷冒，降低土中液化势。地坪应与基础拉结，其宽度一般不小于-)，或经过地震反应分析确定。由于地坪的保护可使喷冒发生在地坪范围以—#/.— 第一篇建筑地基基础工程施工概论""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""外，从而减少了对建筑物的威胁。如果不设地坪而代之以一定厚度的土台或较厚的混凝土板，则覆盖所形成的地面荷载（土或板的自重），可降低土中的液化势并将高孔压区向远处推移，使液化的危险减少，其效果比单纯的没有压重的地坪要好。但不论设地坪或设压重都应在地面与它们之间设一层砂砾层，以利地震时孔隙水排出。这种方法的成效已由震害经验证明。一般有地震覆盖的路面，其液化喷冒情况常比裸露地面轻；建在高出地面!"#$%"!&土台上的村庄没有出现液化喷冒，而土台周围的平地却液化严重：海城地震时，辽河大桥两岸喷冒严重，地下’&深度处即为液化粉砂，旁边有反压护道的#&高路堤却震害经微，因为反压护道的重量改善了路堤地基的应力状态和液化势的分布。采用覆盖地坪或压重法减轻液化危害时应经过专门的分析计算。图()%’唐山地震时液化场地的液化层与非液化层关系五、上覆非液化层对抑制喷冒的影响在分析液化危险时，有一个因素是目前我国抗震规范未考虑，即液化层的上覆非液化层厚度!%与液化层厚度!’之比对液化喷冒的影响。震害经验表明，当!%"!’之比超过某一限值时，液化土层即使真的液化，但也不会喷冒，从而其危害性大大降低。显然，这一因素对确定是否要加固地基，或仅采取结构构造措施是很重要的。根据对唐山地震时#*个不喷冒事例的分析指出当!%!(&，液化层厚度!’+’&时，这种事例占全部不喷冒事例的,(-，亦即此时不喷冒的可能性很小。根据对%!.个液化场地得出（图()%’）：对!度区，当/%0!"#!’时，无喷冒；对"度区，当!%0(!’时，无喷冒；#度区的事例较少，尚难归纳。新泻地震的经验是当!%0(&，或!’+’&但!%+!’则不会产生喷冒。%122年罗马尼亚3456789:地震的基础上，建议了图()%(所示的区分液化喷冒与不产生液化冒喷的分界线。图中曲线所对应的地面最大加速度分别为’!!;<=、(!!;<=及*!!$#!!;<=。如果场地!%与!’的值落在分界线的左侧则有喷冒，如落在其右侧则不大可—%1!—'