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巖土工程天然地基上的淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
導(dǎo)語(yǔ)：其基礎(chǔ)豎向尺寸與其平面尺寸相當(dāng)，側(cè)面摩擦力對(duì)基礎(chǔ)承載力的影響可忽略不計(jì)。淺基礎(chǔ)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為擴(kuò)展基礎(chǔ)、聯(lián)合基礎(chǔ)、柱下條形基礎(chǔ)、柱下交叉條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)和殼體基礎(chǔ)。
1概述
工程設(shè)計(jì)都是從選擇方案開(kāi)始的。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案有：天然地基或人工地基上的淺基礎(chǔ);深基礎(chǔ);深淺結(jié)合的基礎(chǔ)(如樁-筏、樁-箱基礎(chǔ)等)。上述每種方案中各有多種基礎(chǔ)類(lèi)型和做法，可根據(jù)實(shí)際情況加以選擇。
地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分�；A(chǔ)的型式和布置，要合理的配合上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足建筑物整體的要求，同時(shí)要做到便于施工、降低造價(jià)。天然地基上結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的淺基礎(chǔ)最為經(jīng)濟(jì)，如能滿(mǎn)足要求，宜優(yōu)先選用。
本章將討論天然地基上淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的各方面的問(wèn)題。這些問(wèn)題與土力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以及建筑施工課程關(guān)系密切。天然地基上淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的原則和方法，也適用于人工地基上的淺基礎(chǔ)，只是采用后一種方案時(shí)，尚需對(duì)所選的地基處理方法(見(jiàn)第9章)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并處理好人工地基與淺基礎(chǔ)的相互影響。
1.1.1淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的內(nèi)容
天然地基上淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，包括下述各項(xiàng)內(nèi)容：
1.選擇基礎(chǔ)的材料、類(lèi)型，進(jìn)行基礎(chǔ)平面布置。
2.選擇基礎(chǔ)的埋置深度。
3.確定地基承載力設(shè)計(jì)值。
4.確定基礎(chǔ)的底面尺寸。
5.必要時(shí)進(jìn)行地基變形與穩(wěn)定性驗(yàn)算。
6.進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(按基礎(chǔ)布置進(jìn)行內(nèi)力分析、截面計(jì)算和滿(mǎn)足構(gòu)造要求)。
7.繪制基礎(chǔ)施工圖，提出施工說(shuō)明。
基礎(chǔ)施工圖應(yīng)清楚表明基礎(chǔ)的布置、各部分的平面尺寸和剖面。注明設(shè)計(jì)地面或基礎(chǔ)底面的標(biāo)高。如果基礎(chǔ)的中線(xiàn)與建筑物的軸線(xiàn)不一致，應(yīng)加以標(biāo)明。如建筑物在地下有暖氣溝等設(shè)施，也應(yīng)標(biāo)示清楚。至于所用材料及其強(qiáng)度等級(jí)等方面的要求和規(guī)定，應(yīng)在施工說(shuō)明中提出。
上述淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)內(nèi)容是互相關(guān)聯(lián)的。設(shè)計(jì)時(shí)可按上列順序，首先選擇基礎(chǔ)材料、類(lèi)型和埋深，然后逐步進(jìn)行計(jì)算。如發(fā)現(xiàn)前面的選擇不妥，則須修改設(shè)計(jì)，直至各項(xiàng)計(jì)算均符合要求且各數(shù)據(jù)前后一致為止。
為了減輕不均勻沉降的危害，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的同時(shí)，尚需從整體上對(duì)建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取相應(yīng)的措施，并對(duì)施工提出具體要求。
1.1.2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法
基礎(chǔ)的上方為上部結(jié)構(gòu)的墻、柱，而基礎(chǔ)底面以下則為地基土體�；A(chǔ)承受上部結(jié)構(gòu)的作用并對(duì)地基表面施加壓力(基底壓力)，同時(shí)，地基表面對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生反力(地基反力)。兩者大小相等，方向相反。基礎(chǔ)所承受的上部荷載和地基反力應(yīng)滿(mǎn)足平衡條件。
地基土體在基底壓力作用下產(chǎn)生附加應(yīng)力和變形，而基礎(chǔ)在上部結(jié)構(gòu)和地基反力的作用下則產(chǎn)生內(nèi)力和位移，地基與基礎(chǔ)互相影響、互相制約。進(jìn)一步說(shuō)，地基與基礎(chǔ)之間，除了荷載的作用外，還與它們抵抗變形或位移的能力有著密切關(guān)系。而且，基礎(chǔ)及地基也與上部結(jié)構(gòu)的荷載和剛度有關(guān)。即：地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)都是互相影響、互相制約的。
它們?cè)瓉?lái)互相連接或接觸的部位，在各部分荷載、位移和剛度的綜合影響下，一般仍然保持連接或接觸，墻柱底端位移、該處基礎(chǔ)的變位和地基表面的沉降相一致，滿(mǎn)足變形協(xié)調(diào)條件。上述概念�？煞Q(chēng)為地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)的相互作用。
為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在工程設(shè)計(jì)中，通常把上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三者分離開(kāi)來(lái)，分別對(duì)三者進(jìn)行計(jì)算：視上部結(jié)構(gòu)底端為固定支座或固定鉸支座，不考慮荷載作用下各墻柱端部的相對(duì)位移，并按此進(jìn)行內(nèi)力分析;而對(duì)基礎(chǔ)與地基，則假定地基反力與基底壓力呈直線(xiàn)分布，分別計(jì)算基礎(chǔ)的內(nèi)力與地基的沉降。
這種傳統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法，可稱(chēng)為常規(guī)設(shè)計(jì)法。
在這些情況下，按常規(guī)設(shè)計(jì)法計(jì)算的結(jié)果，與進(jìn)行地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)相互作用分析的差別不大，可滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度的要求，并已經(jīng)過(guò)大量工程實(shí)踐的檢驗(yàn)。
基底壓力一般并非呈直線(xiàn)(或平面)分布，它與土的類(lèi)別性質(zhì)、基礎(chǔ)尺寸和剛度以及荷載大小等因素有關(guān)。在地基軟弱、基礎(chǔ)平面尺寸大、上部結(jié)構(gòu)的荷載分布不均等情況下，地基的沉降喝分力將受到基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的影響，而基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變位也將調(diào)整。
如按常規(guī)方法計(jì)算，墻柱底端的位移、基礎(chǔ)的撓曲和地基的沉降將各不相同，三者變形不協(xié)調(diào)，且不符合實(shí)際。而且，地基不均勻沉降所引起的上部結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力和基礎(chǔ)內(nèi)力變化，未能在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加以考慮，因而也不安全。只有進(jìn)行地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)的相互作用分析，才能合理進(jìn)行設(shè)計(jì)，做到既降低造價(jià)又能防止建筑物遭受損壞。
目前，這方面的研究工作已取得進(jìn)展，人們可以根據(jù)某些實(shí)測(cè)資料和借助電子計(jì)算機(jī)，進(jìn)行某些結(jié)構(gòu)類(lèi)型、基礎(chǔ)型式和地基條件的相互作用分析，并在工程實(shí)踐中運(yùn)用相互作用分析的成果或概念。
1.1.3對(duì)地基計(jì)算的要求
在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中，根據(jù)地基損壞造成建筑物破壞后果(為及人的性命、造成經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)影響及修復(fù)的可能性)的嚴(yán)重性，將建筑物分為三個(gè)安全等級(jí)。
根據(jù)建筑物的安全等級(jí)和其它情況，地基基礎(chǔ)計(jì)算應(yīng)按下列要求進(jìn)行：
1.各級(jí)建筑物的基礎(chǔ)底面積均應(yīng)按地基承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算。
2.一級(jí)建筑物及表7-16所列范圍以外的二級(jí)建筑物，應(yīng)進(jìn)行變形計(jì)算。
3.對(duì)經(jīng)常承受水平荷載作用的高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，以及建造在斜坡上的建筑物，尚應(yīng)驗(yàn)算其穩(wěn)定性。
1.1.4關(guān)于荷載取值的規(guī)定
按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，荷載分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載，荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值或設(shè)計(jì)值表達(dá)。荷載設(shè)計(jì)值等于其標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，作用在基礎(chǔ)上的各類(lèi)荷載及其取值方法，可按下列各項(xiàng)規(guī)定或做法選取。
1.上部結(jié)構(gòu)作用在基礎(chǔ)上的永久荷載，其分項(xiàng)系數(shù)為1.2，而可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)為1.4.當(dāng)采用某些結(jié)構(gòu)分析程序進(jìn)行電算時(shí)，可取永久荷載和可變荷載的綜合分項(xiàng)系數(shù)為1.25.
2.按地基承載力確定基礎(chǔ)面積及埋深時(shí)，傳至基礎(chǔ)頂面上的荷載應(yīng)按基本組合的設(shè)計(jì)值計(jì)算。
3.計(jì)算地基穩(wěn)定性(以及滑坡推力)和重力式擋土墻上土壓力時(shí)，荷載應(yīng)按基本組合，但荷載分項(xiàng)系數(shù)均為1.0.
4.計(jì)算基礎(chǔ)的最終沉降量時(shí)，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載應(yīng)按長(zhǎng)期效應(yīng)組合，且不計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用，荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值。
5.進(jìn)行基礎(chǔ)截面及配筋計(jì)算時(shí)，荷載均采用設(shè)計(jì)值。
6.設(shè)計(jì)鋼筋混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)時(shí)，土壓力應(yīng)按設(shè)計(jì)值計(jì)算，且所取分項(xiàng)系數(shù)不小于1.2.
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