作者：袁旭东 主编
出版社：化学工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
地基基础设计手算实例详解试读：
前言
近年来，随着我国经济建设的大规模展开，建筑行业也取得很大的进步。在各类建筑结构的数量不断增加、建筑给城市建设带来日新月异面貌的同时，也彰显了建筑新科技的迅速发展。地基基础作为建筑的重要组成部分，其工程具有技术复杂、难度大、工期长的特点。而建筑技术新领域、新材料和新工艺的不断发展，对从业人员也提出了更高的要求。因此，为了使广大从事地基基础设计的人员在从业过程中能够快速掌握地基基础的设计理论与具体设计计算方法，熟悉计算内容、步骤及构造要求，同时在解决工程中的实际技术问题时能够得心应手地加以应用，我们组织相关技术人员，以《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）、《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）等现行标准、规范为依据，并结合多年工程实际经验，编写了本书。
本书依据现行的标准、规范进行编写，共分为5章，主要讲述地基工程，场地、地基和基础抗震，地基基础工程施工手算实例详解，地基处理工程施工手算实例详解，基坑工程施工手算实例详解等内容。全书内容简明扼要、通俗易懂、深入浅出，计算实例类型全面，解题思路清晰易懂，紧密联系实际，全面而系统地介绍了地基基础的设计理论和计算方法。
本书由袁旭东主编，由张黎黎、于涛、何影、孙丽娜、赵慧、陶红梅、夏欣、齐丽娜、毛爽、朱琳、姚烈明、赵蕾、李香香、成育芳、刘鑫、刘艳君、白雅君共同参与编写完成。
由于编写时间仓促及编者的经验和学识有限，尽管编者尽心尽力，书中难免出现不足之处，恳请广大读者与专家批评指正。编者2016.11 地基工程1.1 基本规定1.1.1 地基基础设计等级及相关规定
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导致建筑物破坏或影响正常使用的程度，可把地基基础设计分为三个设计等级，设计时应根据具体情况按表1-1选用。表1-1 地基基础设计等级
依据建筑物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，地基基础设计应符合下列规定。
①所有建筑物的地基计算均应符合承载力计算的有关规定。
②设计等级为甲级、乙级的建筑物，都应按地基变形设计。
③在表1-2所列范围内，设计等级为丙级的建筑物可以不做变形验算；如有以下情况之一时，仍应做变形验算：
a.地基承载力特征值小于130kPa，并且体型复杂的建筑；
b.在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能导致地基产生过大的不均匀沉降时；表1-2 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（2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，应符合本章1.4节的有关要求。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。
c.当软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；
d.相邻建筑距离过近，可能会发生倾斜时；
e.地基内有厚度较大或者厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。
④对于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者边坡附近的建筑物及构筑物，尚应验算其稳定性。
⑤基坑工程应当进行稳定性验算。
⑥当地下水埋藏比较浅，建筑地下室或者地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。1.1.2 岩土工程勘察的相关规定
地基基础设计前，应进行岩土工程勘察，并应符合下列规定。（1）岩土工程勘察报告应提供的资料
①是否有影响建筑场地稳定性的不良地质条件及其危害程度。
②建筑物范围内的地层结构和其均匀性，以及各岩土层的物理力学性质。
③地下水埋藏情况、类型以及水位变化幅度和规律，以及对建筑材料的腐蚀性。
④在抗震设防区应划分场地土类型与场地类别，并对饱和砂土及粉土进行液化判别。
⑤对于可供采用的地基基础设计方案进行论证分析，提出经济合理的设计方案建议；提供同设计要求相对应的地基承载力及变形计算参数，并且对设计与施工应注意的问题提出建议。
⑥当工程需要时，尚应提供下列资料：
a.深基坑开挖的边坡稳定计算及支护设计所需的岩土技术参数，论证其对周围已有建筑物及地下设施的影响；
b.基坑施工降水的有关技术参数和施工降水方法的建议；
c.提供用于计算地下水浮力的设计水位。（2）地基评价宜采用钻探取样、室内土工试验以及触探并结合其他原位测试方法进行 设计等级为甲级的建筑物应提供载荷试验指标、抗剪强度指标、变形参数指标以及触探资料；设计等级为乙级的建筑物应提供抗剪强度指标、变形参数指标以及触探资料；设计等级为丙级的建筑物应提供触探及必要的钻探与土工试验资料。（3）建筑物地基均应进行施工验槽 若地基条件与原勘察报告不符，则应进行施工勘察。1.1.3 荷载效应最不利组合与相应的抗力限值的相关规定
地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应符合下列规定。
①按地基承载力确定基础底面积及埋置深度或者按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应根据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或者单桩承载力特征值。
②计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应根据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计算挡土墙土压力、地基或者斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按照承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但是其分项系数均为1.0。
④在确定基础或桩台高度、支挡结构截面，计算基础或者支挡结构内力，以及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与相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，并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荷载效应标准组合。
⑤基础设计安全等级、结构设计使用年限及结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但是结构重要性系数γ不应小于1.0。0
正常使用极限状态下，荷载效应的标准组合值S应用下式表示：k
式中 S——按永久荷载标准值G计算的荷载效应值；Gkk
S ——按可变荷载标准值Q 计算的荷载效应值；nnQkk
ψ——可变荷载Q的组合值系数，按《建筑结构荷载规范》cnn（GB 50009—2012）的规定取值。
荷载效应的准永久组合值S应用下式表示：k
式中 ψ——准永久值系数，按《建筑结构荷载规范》（GB qn50009—2012）的规定取值。
承载能力极限状态下，由可变荷载效应控制的基本组合设计值S，应用下式表示：
式中 γ——永久荷载的分项系数，按《建筑结构荷载规范》G（GB 50009—2012）的规定取值；
γ——第n个可变荷载的分项系数，根据《建筑结构荷载规范》Qn（GB 50009—2012）的规定取值。
对于由永久荷载效应控制的基本组合，也可以采用简化规则，荷载效应基本组合的设计值S按下式确定：
式中 R——结构构件抗力的设计值，按照有关建筑结构设计规范的规定确定；
S——荷载效应的标准组合值。k1.2 地基岩土的分类及工程特性指标1.2.1 岩石的分类
岩石为颗粒间牢固连接、呈整体或者具有节理裂隙的天然地质体。岩石作为建筑物地基，除应确定其地质名称之外，尚应按表1-3、表1-4划分其坚硬程度与完整程度。
岩石的坚硬程度应按照岩块的饱和单轴抗压强度f按表1-3分为rk坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩以及极软岩。当缺乏饱和单轴抗压强度资料或不能进行该项试验时，可在现场通过观察定性划分。表1-3 岩石的坚硬程度的划分
岩体完整程度应按表1-4划分为完整、较完整、较破碎、破碎以及极破碎。表1-4 岩体完整程度划分注：完整性指数为岩体纵波波速与岩块纵波波速之比的平方。选定岩体、岩块测定波速时应有代表性。
岩石按风化程度可分为未风化、微风化、中风化、强风化以及全风化。微风化岩石岩质新鲜，表面稍有风化迹象。中等风化岩石结构与构造层理清晰，岩体被节理、裂隙分割成块状（粒径为20～50cm），裂隙中填充少量风化物，锤击声脆，并且不易击碎，用镐难挖掘，岩心钻方可钻进。强风化岩石结构和构造层理不甚清晰，矿物成分已显著变化，岩体被节理、裂隙分割成为碎石状（粒径为2～20cm），碎石用手可折断，用镐可挖掘，手摇钻不易钻进。1.2.2 土的分类
土是自然地质历史的产物，它的成分、结构以及性质是千变万化的，工程性质也是千差万别的。为了能大致地判断土的基本性质、合理地选择研究内容与方法，以及便于科学技术交流，有必要对土的类型进行科学的划分。一般的，根据不同的工程目的、不同的工程领域和不同的研究内容、方法将具有共性的土划归为一类。这些共性对于其他领域而言即为个性，类别的划分突出了这些个性，有利于人们侧重深入研究这些个性。
目前，土的分类体系主要有两种：第一种体系按照土的粒径从粗到细的顺序，以大于某一粒径土颗粒的百分数含量超过某一界限来定名；第二种体系则按照两个土颗粒粒组相对含量的多少，以含量多的来定名。两个体系对于粗粒土都是根据粒度成分来分类的，而对于细粒则是根据土的Atterberg界限进行分类的。此外，还有一些其他分类方法。对于细粒土，第一种体系根据塑性指数分类，第二种体系则根据塑性图分类。
我国土的分类体系受到以上两种体系的影响，在不同工业领域形成了种类繁多、特点各异的分类体系标准。其中，影响较大的一个是以国家标准《土工试验方法标准》（GB/T 50123—1999）（2007版）为代表的分类体系，反映了我国对于美国ASTM分类方法的研究水平。另一个分类体系源自前苏联的土分类方法，通过我国几十年工程实践经验总结和科学研究，已有明显的发展。前者将土分为巨粒土、含巨粒的土、粗粒土（砾类土和砂类土）和细粒土四个大类，而后者则把土划分为碎石土、砂土、粉土以及黏性土四个大类。
在《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）中，土的定名标准见表1-5，土的种类划分标准见表1-6～表1-9。表1-5 土的定名标准表1-6 碎石土的分类注：分类时应根据粒组含量栏从上到下以最先符合者确定。表1-7 砂土的分类注：分类时应根据粒组含量栏从上到下以最先符合者确定。表1-8 粉土的分类表1-9 黏性土的分类注：塑性指数由相应于76g圆锥体沉入土样中深度为10mm时测定的液限计算得到。
碎石土和砂土的密实度可以由表1-10与表1-11得到。表1-10 碎石土的密实度注：1.本表适用于平均粒径小于等于50mm且最大粒径不超过100mm的卵石、碎石、圆砾、角砾。对于平均粒径大于100mm的碎石土，可按《建筑地基基础设计规范》（CB 50007—2011）附录B鉴别其密实度。2.表内N为经综合修正后的平均值。63.5表1-11 砂土的密实度
有机土的野外鉴别方法见表1-12。表1-12 有机土的野外鉴别方法
粉土为介于砂土和黏性土之间，塑性指数I≤10并且粒径大于p0.075mm的颗粒含量不超过全重50％的土。
红黏土为碳酸盐岩系的岩石经红土化作用形成的高塑性黏土，其液限通常大于50。红黏土经再搬运后仍保留其基本特征，其液限大于45的土为次生红黏土。
人工填土指的是由于人类活动而堆积的土，根据其物质组成和成因，可分为素填土、压实填土、杂填土以及冲填土。
素填土为由碎石土、砂土、粉土以及黏性土等组成的填土。经过压实或夯实的素填土为压实填土。杂填土为含有建筑垃圾、工业废料以及生活垃圾等杂物的填土。冲填土为由水力冲填泥砂形成的填土。
膨胀土为土中黏粒成分主要是由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀与失水收缩特性，其自由膨胀率大于等于40％的黏性土。
湿陷性土为浸水后产生附加沉降，其湿陷系数大于等于0.015的黏性土。1.2.3 土的工程特性指标
1.2.3.1 土的物理指标（1）土的物理性质指标 土的物理性质指标反映土的工程性质的特征，具有十分重要的实用价值。
①密度ρ和容重γ。土的密度ρ为单位体积土的质量，容重γ是单位体积土的重力。
②土粒相对密度。土粒相对密度（单位体积土粒的质量）与4℃时纯水密度之比，称为土粒相对密度，或称为土粒比重。
③含水量w。土的含水量表示土中含水的数量，是土体中水的质量与固体矿物质量的比值，用百分数表示。
④孔隙比e。土的孔隙比是土中孔隙体积与固体颗粒的体积之比值。
⑤孔隙度（孔隙率）n。土的孔隙度表示土中孔隙大小的程度，是土中孔隙占总体积的百分比。
⑥饱和度S。土的饱和度为水在孔隙中充满的程度。r
⑦干密度ρ与干容重γ。土的干密度为单位体积的土，把水分烘dd干后的质量。土的干容重为单位体积的土，将水分烘干之后的重力，3也就是γ=ρg=9.8ρ≈10ρ（kN/m）。dddd
⑧饱和密度ρ与饱和容重γ。土的饱和密度为孔隙中全部充满satsat水时，单位体积的质量。土的饱和容重为孔隙中全部充满水时，单位3体积的重力，也就是γ=ρg=9.8ρ≈10ρ（kN/m）。satsatsatsat
⑨有效密度ρ'与有效容重γ'。土的有效密度（浮密度）指地下水位以下土体受水的浮力作用时单位体积的质量。土的有效容重（浮重度）是地下水位以下，土体单位体积的重力，即γ'=ρ'g=9.8ρ'≈310ρ'（kN/m）。
常见土的物理性质指标可以参见表1-13。表1-13 常见土的物理性质指标
在以上土的9个物理指标当中，土的密度（容重）、土粒相对密度以及土的含水量称为土的三项基本物理指标。土的孔隙比与孔隙度反映土的松密程度，土的含水量与土的饱和度反映土中含水程度。这9个物理指标是相互关联的，若ρ、d和w由实验室测定后，则其余6s个物理性指标可以通过三相草图求得（如图1-1所示）。图1-1 土的三相草图（2）黏性土的塑性 黏性土随着含水量的不断增加，土的状态变化为固态—半固态—可塑状态—液体状态，相应的地基承载力相差很大。黏性土最主要的物理特征并非孔隙比及相对密度，而是土粒与土中水相互作用产生的稠度。
黏性土的稠度反映土粒之间的黏结强度随着含水量高低而变化的性质，各种不同状态之间的分界含水量具有重要的意义。
①液限ω（％）。黏性土呈液态与塑态之间的分界含水量称之为L液限w，一般借助锥式液限仪或碟式液限仪进行测定。L
②塑限ω（％）。黏性土呈塑态与半固态之间的分界含水量称P为塑限w，一般可借助滚搓法与液、塑限联合测定法进行测定。P
③缩限ω（％）。黏性土呈半固态和固态之间的分界含水量叫S作缩限w，可用收缩皿法测定。S
④塑性指数。黏性土与粉土的液限和塑限的差值去掉百分数后的值为塑性指数。
塑性指数表示细颗粒土体处于可塑状态下含水量变化的最大区间。一种土的I越大，表明该土能吸附结合水多，但是仍处于可塑状P态，亦即该土黏粒含量高或矿物成分吸水能力强。工程上通常用它作为黏性土与粉土定名的标准。
⑤液性指数I。黏性土的液性指数（相对稠度）是天然含水量与L塑限的差值和液限与塑限差值之比，反映土的软硬程度，在工程上为确定黏性土承载力的重要指标。
可以通过黏性土的液性指数确定其存在状态（表1-14）。当用静力触探探头阻力或者标准贯入试验锤击数判定黏性土的状态时，可按照当地经验确定。表1-14 黏性土的状态
1.2.3.2 土的强度指标
在各类建筑工程设计中，为确保建筑物的安全可靠，要求建筑地基必须同时满足变形条件和强度条件，以便确保在上部荷载作用下地基的稳定性，不发生地基剪切或者滑动破坏。
土的抗剪强度与诸多因素有关，库仑经过试验认为：①当土体中任何一个面上的剪应力等于土体的抗剪强度时土体就会破坏；②土体中任何一个面上的抗剪强度τ均可表述成作用于该面上的法向应力σf的函数。
试验证明，在法向应力变化范围不大时，抗剪强度和法向应力的关系近似于直线关系。所以，土的抗剪强度τ和法向应力σ的关系可f用下式表示：
式中 τ——土的抗剪强度，kPa；f
σ——剪切破坏面上的法向总应力，kPa；
c——土的黏聚力（对于无黏性土c=0），kPa；
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]