基础工程

基础工程思维导图。基础工程一般与土力学一起学习，二者密不可分，互相影响，都是土木工程学习中的关键部分。

基础工程

浅基础

浅基础类型

独立基础/扩展式基础

基础截面

梯形、锥形

杯形【预制柱】

砌体柱

无筋扩展基础

墙下

独基+混凝土过梁/砖拱

特殊：联合基础

矩形联合基础

荷载差异小、地基均匀

整体性能好，可变截面设置

梯形联合基础

荷载大/偏心荷载

连梁式联合基础

大沉降

增大基础高度=增大抗冲切面积

条形基础

刚性基础

抗压强度好，但其他不行

钢筋混凝土【扩展式】

一般选择无肋板式

带肋——增加基础的整体性和抗弯能力

交梁基础/十字交叉

xy方向都有刚度，可调整不均匀沉降

筏板基础

上部荷载大，地基软弱，地下防渗

平板式

梁板式

箱形基础

用料多、工期长、造价高、施工技术复杂

基础选型原则

1、砖混结构

刚性基础

2、框架结构

3、框架或剪力墙结构

浅基础设计的三项重要技术指标

经济性

施工可行性

技术合理性

基础的设计

基础埋置深度

浅基础应尽量埋浅

地基承载力确定

基础平面尺寸确定

中心受力

fa

偏心受力

1.2fa

矩形联合基础

下卧层验算

软弱下卧层顶面附加压力+土的自重压力<修正后的地基承载力特征值

深宽修正

宽度满足刚性角要求

地基沉降验算

减少不均匀沉降损害的措施

建筑措施

沉降缝

结构措施

施工措施

地基、基础与上部结构共同工作的概念

地基变形对上部结构会有影响

地基变形特征

沉降量

沉降差

框架，单层排架结构

倾斜

多层，高层，高耸结构

局部倾斜

砌体结构

地基稳定性计算

圆弧滑动面法

有浮力时做抗浮稳定性验算

坡顶上的建筑验算

深基础

深基础类型

桩箱复合基础

沉井基础

旧房改造

地下连续墙

应用广泛

桩与桩基础的类型

桩的作用

分类

摩擦型桩

桩周阻力承压

分类

摩擦桩

端承摩擦桩

设置

深厚软弱土层

长径比大【一般大于10】

桩端无坚硬土层

端承型桩

桩端阻力承压

分类

端承桩

摩擦端承桩

设置

长径比：l/d<10

桩端位于密实砂层、碎石类土层、中等风化、微风化岩层中的桩

桩基设计规定

桩基构造规定

单桩

单桩荷载传递特性

传递上部结构的垂直荷载和水平荷载

抵抗上拔力和倾覆力

轴力分布规律：由上而下曲线减少【考虑摩擦力抵消作用】

单柱轴向承载力的确定方法

桩身结构的承载力

施工起吊与运输

强度设计

沉桩施工

结构强度

长期荷载作用

材料强度

单桩轴向承载力设计值R

土对桩的支撑力

单桩竖向承载力特征值Ra

按静载荷试验确定单桩承载力

试验

不少于总数1%和3根

时间

预制桩

砂土中

7天

在黏土中

一般不少于15天

饱和黏土

不少于25天

灌注桩

达到设计强度后

加载方式

每级加1/8-1/10【不少于8级】

稳定判断/终止加载

单桩极限承载力确定

陡降段起点

据原位测试参数判断

静力触探

标准贯入度

据岩石饱和单轴抗压强度

经验法

群桩

群桩效应

不考虑群桩效应的情况

端承桩/桩数少于3的非端承桩，群桩的竖向承载力为各单桩承载力之和

桩距较大时，可视为各单桩的水平承载力之和

群桩承载力

Q=(F+G)/n

承台效应

摩擦型群桩

桩间土相对位移，对承台产生竖向抗力，分担荷载

摩擦型群桩间距较小时，群桩效应显著，破坏时接近实体基础破坏形式

桩身混凝土强度计算

沉降计算

甲级地基

体形复杂、荷载不均匀、桩端以下有软弱土层的乙级建筑

摩擦型桩

桩基础设计

设计原则

计算

极限状态设计法

可靠度

可靠指标

分项系数表达的极限状态设计表达式

状态

承载能力极限状态

正常使用极限状态

步骤

确定桩端持力层及桩长

确定桩型和单桩承载力

选择布桩方式及桩距

设计承台

桩的负摩擦力

场合

土自身沉降

施工环境变化

计算桩侧摩擦阻力

一般摩擦桩

中性点以上的侧负摩擦力不计入承载力

端承桩

中性点以上的侧负摩擦力不计入承载力

计入负摩擦力引起的下拉荷载影响

地基处理

地基处理目的

节约耕地，满足各类生产生活设施用地的需求，需要利用软弱地基

软弱地基

软土、杂填土、冲填土

复合地基

地基存在的问题

地基承载力或稳定性问题

沉降、水平位移及不均匀沉降问题

渗透问题

液化问题

特殊土的不良地质问题

地基处理方法

换填法

换土垫层法、开挖置换法

使用：淤泥、湿陷性、膨胀性土、素填、杂填土、季节性冻土、暗沟、暗塘等浅层地基的处理

垫层类型

砂垫层（碎石、砂砾）——中、小型建筑工程的滨、塘、沟等局部处理；软弱土和水下黄土处理（不适用于湿陷性黄土、膨胀土地基）

素土垫层——中小型工程，大面积回填，湿陷性黄土

灰土垫层——中小型工程，膨胀土，尤其湿陷性黄土

粉煤灰垫层——厂房、机场、港区路域和堆场等大、中小型大面积填筑

干渣垫层——中小型建筑工程。尤其适用于地坪、堆场等大面积地基处理和场地平整；铁路、道路路基处理

计算

垫层厚度

经验法

1.0-1.5m

不小于0.5m，不大于3m

由换填深度下软土层地基承载力决定

垫层宽度

侧向挤压时，每侧增加不少于300mm

设计原则：垫层的底面宽度应以满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出

加固机理

1、提高浅层地基承载力——通过扩散作用使传到垫层下的软弱土层应力减少；

2、减小沉降量——换填材料代替上部软弱土层，可减小这部分的沉降量、垫层扩散作用，使得下卧土层的压力减小，这相应减小下卧土层的沉降量；

3、加速软弱土层的排水固结——不透水基础直接与软弱土层相接触时，在荷载作用下，软弱地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基底下软弱土不易固结，产生较大的孔隙水压力，从而导致地基土强度降低，产生塑性破坏的危险。

4、防治冻胀——垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，可防治冻胀。

5、消除膨胀土的胀缩作用

排水预压（固结）法

加载预压

砂井有加速固结的作用

控制堆载速度——防止因加载速率过快而导致土体结构的破坏

真空预压

加快速度的办法

减小井径比

加大砂井直径

增加砂井数量【减少间距】

使用：淤泥、冲填等饱和黏土的地基处理

强夯法（夯实法、深层加固法）

10-60t的锤从6-40m的高空落下

强冲击波和动应力——地基压缩和振密——提高地基土的强度并降低压缩性

噪声振动大，不宜在市区使用

可以在陆上、不深的水下施工

承载力提高2-5倍、压缩性降低50%-90%

可改善地基土抵抗液化的能力和消除湿陷性

适用情况

适用处理碎石、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。

适用于高饱和度的粉土、软塑-流塑的黏性土等，地基上对变形要求不严的工程。

可提高地基土的强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。

还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。

加固机理

动力密实

动力固结

动力置换

间歇时间

两遍夯击之间的间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间

当缺少实测资料时，可根据地基土的渗透性确定：

渗透性较差的黏性土地基，间隔时间不应少于3～4周；

渗透性好的地基可连续夯击

压实法

1）碾压法——地下水位以上的填土压实

碾压夯实法

常用于：加固地基、修路、筑堤坝等浅层压实地基的处理方法

分层夯实法最大粒径不大于400mm

2）振动压实法——振实非黏性土或黏粒含量少，透水性较好的松散填土地基

3）重锤夯实法——杂填土、粘性土、砂性土、湿陷性黄土和碎石土砂土粗粒土于低饱和度细粒土的分层填土等地基

深层挤密法

横向挤密作用——压缩性减小、抗剪强度高

分类

挤密桩法

振动水冲法

砂石桩法

适用范围:

用于挤密处理松散砂土、粉土、粉质黏土、素填土、杂填土、可液化地基

饱和黏土地基，如对变形控制不严格，可采用砂石桩置换处理。

对大型的、重要的或场地地层复杂的工程、处理不排水抗剪强度≥20kPa的饱和黏性土和饱和黄土地基

加固原理

在松散砂土中的作用

（1）挤密作用；（2）振密作用

在软黏土中的作用

（1）置换作用；（2）排水作用

旋喷法/水泥土搅拌法

水泥浆与土体充分搅拌均匀

加固饱和粘性土地基

适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基

当地基土的天然含水量<30%（黄土含水量<25%）、>70%或地下水的pH值<4时不宜采用干法。

更多用于基坑支护：防止地下水渗流中。

水泥土加固体的形状有：柱状、壁状、格栅状或块状等

分类

深层搅拌法（简称湿法）

粉体喷搅法（简称干法）

加固机理

1）水泥土硬化机理（微观机理）

2）复合地基加固机理（宏观机理）

化学加固法

化学溶剂+胶结剂灌入土中——土胶结合

常用化学浆剂

水泥

硅酸钠

丙烯酸铵

以纸浆为主的浆液

施工方法

高压灌注法

旋喷搅拌法

电渗硅化法

复合地基

指天然地基在地基处理过程中，部分土体增强/被置换/在天然地基中设置加筋材料

复合地基的分类

（1）根据地基中增强体的方向

水平向增强复合地基

竖直向增强复合地基

（2）根据复合地基工作机理可作下述分类；

刚性桩复合地基

半刚性桩复合地基

柔性桩复合地基

粘结材料桩复合地基

散体材料桩复合地基

加固区（人工地基）=基体（天然地基土体/被改良的天然地基土体）+增强体

非均质、各向异性

作用机理

桩体作用 垫层作用 加速固结作用 挤密作用 加筋作用

面积置换率

基本方法：桩体的横截面积(Ap)/该桩体所承担的复合地基面积(Ae)之比=复合地基面积置换率(m)

m=Ap/Ae

复合地基面积置换率分别为：

等边三角形布桩：de=1.05s

正方形布桩：de=1.13s

矩形布桩：

s：等边三角形布桩和正方形布桩时的桩间距，s1和s2为长方形布桩时的行间距和列间距。

土应力比

=柱顶竖向应力/柱间竖向应力

影响因素很多

承载力pA

地基=土+桩

沉降=加固区沉降+下卧层土体压缩量

地基处理方案选择

地基处理原则

其他特殊地基

土岩组合地基

水平方向和竖直方向都有不均匀性

岩溶【喀斯特】

土洞