地基與基礎土是由固相，液相，氣相組成的三相體系。

氣相——主要是空氣，水蒸氣，有時還有沼氣等。

固相——包括多種礦物成分組成土的骨架，骨架間的空隙為液相和氣相填滿，這些空隙是相互連通的形成多孔介質。

液相——主要是水(溶解有少量的可溶鹽類)。10.1土的工程性質一、土的組成與基本物理性能指標（一）土的組成

土中顆粒的大小、成分及三相組成之間的比例關系，反映土的不同性質，如干濕、輕重、松密和軟硬等。10.1土的工程性質一、土的組成與基本物理性能指標（二）土的基本物理性能指標三相簡圖水氣土粒VaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積一、土的組成與基本物理性能指標（二）土的基本物理性能指標1.土的密度ρ和重度γ土的密度:土單位體積的質量.土的重度:單位體積土的重力.一、土的組成與基本物理性能指標（二）土的基本物理性能指標2.土粒相對密度ds（土粒比重）

土粒質量與同體積4oC時水的質量之比.ρs：土粒密度（g/cm3)ρw：純水在4攝氏度時的密度一、土的組成與基本物理性能指標（二）土的基本物理性能指標3.土的含水量(烘干法)：

土中水的質量與土粒質量之比一、土的組成與基本物理性能指標（二）土的基本物理性能指標4.土的干密度ρd和干重度γd土的干密度:單位體積土顆粒的質量.土的干重度:單位體積土的重力.一、土的組成與基本物理性能指標（二）土的基本物理性能指標土的孔隙比：土中孔隙體積與土粒體積之比土的孔隙率：土中孔隙所占體積與總體積之比5.土的孔隙比e和孔隙率n6.土的飽和度：

土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比一、土的組成與基本物理性能指標（二）土的基本物理性能指標

土的飽和度是反映水填充土孔隙的程度，即反映土潮濕程度的物理性質指標.一、土的組成與基本物理性能指標（二）土的基本物理性能指標7.飽和土密度ρsat、飽和土重度γsat及浮重度γ’飽和土密度：土孔隙中充滿水時的單位體積質量飽和土重度：土孔隙中充滿水時的單位體積重力浮重度:單位體積土中，土粒所受的重力扣除浮力后的重度土的特征含水量-----土從某種狀態進入另外一種狀態的分界含水量。液性界限(WL)簡稱液限-----土從塑性狀態轉變為液性狀態時的含水量。塑性界限(WP)簡稱塑限------土從半固體狀態轉變為塑性狀態時的含水量。（二）土的基本物理性能指標8.土的液限和塑限塑性指數：液限和塑限的差值，即土處在可塑狀態的含水量變化范圍液性指數：粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數之比（二）土的基本物理性能指標8.土的液限和塑限液性指數IL狀態堅硬硬塑可塑軟塑流塑粘性土（細粒土）的狀態分類液性指數反映土的軟硬狀態（二）土的基本物理性能指標9.土的壓縮系數和壓縮摸量《建筑地基基礎設計規范》分類法土巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土二、巖土的工程分類10.1土的工程性質1）巖石根據巖石的堅硬程度分為：堅硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖。根據巖石的完整程度分為：完整、較完整、較破碎、破碎和極破碎。10.1土的工程性質2）碎石土土的名稱顆粒形狀粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全質量50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓礫角礫粒徑大于20mm的顆粒超過全質量50%粒徑大于2mm的顆粒超過全質量50%10.1土的工程性質3）砂土土的名稱粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全質量25-50%礫砂粗砂中砂細砂粉砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過全質量50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過全質量50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質量85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質量50%10.1土的工程性質4）粉土粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于全質量50%而塑性指數Ip≤10的土塑性指數Ip>10的土5）粘性土10<Ip≤17的土Ip>17的土粘土粉質粘土其中10.1土的工程性質（一）土中的自重應力定義：在修建建筑物以前，地基中由土體本身的有效重量而產生的應力。目的：確定土體的初始應力狀態三、土中應力(自重應力、附加應力）10.1土的工程性質成層地基均質地基豎直向：水平向：豎直向：水平向：容重：地下水位以上用天然容重γ

地下水位以下用浮容重γ’γ2γ3γ11.計算公式第一節土的工程性質2.分布規律自重應力分布線的斜率是容重；自重應力在等容重地基中隨深度呈直線分布；自重應力在成層地基中呈折線分布；在土層分界面處和地下水位處發生轉折。均質地基成層地基第一節土的工程性質（二）、基底壓力計算基底壓力：基礎底面傳遞給地基表面的壓力，也稱基底接觸壓力。基底壓力附加應力地基沉降變形基底反力基礎結構的外荷載上部結構的自重及各種荷載都是通過基礎傳到地基中的。上部結構基礎地基建筑物設計第一節土的工程性質exeyBLxyxyBLPP1.矩形面積中心荷載2.矩形面積偏心荷載第一節土的工程性質e<B/6:梯形e=B/6:三角形e>B/6:出現拉應力區xyBLeexyBLexyBLK3KPPP土不能承受拉應力基底壓力合力與總荷載相等壓力調整K=B/2-e矩形面積單向偏心荷載的幾種情況：第一節土的工程性質3．基底附加壓力建筑物建成后，作用于基底上的平均壓力減去基底處原先存在于土中的自重應力才是新增加的壓力，即基底附加壓力——基底下平均附加壓力；—基底處土的自重應力；

—基底標高以上土的加權平均重度，，其中地下水位以下取浮重；—從天然地面起算的基礎埋深。第一節土的工程性質一、按材料分類

基礎按其使用的材料可分為：磚基礎、三合土基礎、灰土基礎、混凝土基礎、毛石基礎、毛石混凝土基礎和鋼筋凝土基礎。(一）磚基礎磚基礎具有一定的抗壓強度，但抗拉強度和抗剪強度較低，抗凍性較差。磚基礎具有取材容易，價格便宜、施工簡便的特點。因此廣泛應用于六層及六層以下的民用建筑中。（二）三合土基礎三合土的強度與骨料有關，礦渣最好，因有水硬性，碎磚次之，碎石不易夯打結實，質量較差。一般用于地下水位較低，四層及四層以下的民用建筑中。第二節基礎的類型及適用范圍（三）灰土基礎灰土是用石灰和土料混合而成，石灰和土料按其體積比為3︰7或2︰8，經加入適量水拌勻，然后鋪入基槽內，灰土基礎適用于地下水較低、五層和五層以下的民用建筑及小型磚墻承重的單層工業廠房。（四）毛石基礎毛石基礎采用強度較高而未風化的毛石砌筑。材質密實，抗凍性好。

混凝土基礎的強度、耐久性和抗凍性都較好。當荷載較大時，常用混凝土基礎。（五）混凝土和毛石混凝土基礎第二節基礎的類型及適用范圍鋼筋混凝土基礎強度大，且具有良好的抗彎性能，多用于上部結構的荷載較大或地基軟弱時的建筑物中。（六）鋼筋混凝土基礎二、按構造分類（一）單獨基礎1．柱下單獨基礎

單獨基礎是柱基礎的主要類型，其截面形式見圖示。第二節基礎的類型及適用范圍

2．墻下單獨基礎

當建筑物傳給基礎的荷載不大，但基礎需要深埋或需要跨越某些障礙時，可采用墻下單獨基礎，見右圖。（二）條形基礎1．墻下條形基礎

條形基礎是墻基礎的主要類型，見右圖。第二節基礎的類型及適用范圍2．柱下鋼筋混凝土條形基礎

當地基軟弱而荷載較大，若采用柱下單獨基礎，基底面積必然很大而互相接近，為增加基礎的整體性并方便施工，可將同一排的柱基礎連通做成鋼筋混凝土條形基礎。（三）柱下十字形基礎

為了增強基礎的整體剛度，減少不均勻沉降，可在柱網縱橫兩方向設置鋼筋混凝土條形基礎形成十字形基礎。第二節基礎的類型及適用范圍如地基很軟弱而荷載又很大，或建筑物常有地下室時，可采用由鋼筋混凝土做成整塊的片筏基礎（四）片筏基礎

（五）箱形基礎為了使基礎具有更大的剛度，大大減少建筑物的彎曲變形，可將基礎做成由頂板、底板及若干墻體組成的箱形基礎。第二節基礎的類型及適用范圍(1)選擇基礎的類型、材料，并進行平面布置；(2)選擇基礎的埋置深度；(3)確定地基的承載力；(4)根據地基承載力、作用于基礎上的荷載，計算確定基礎的底面尺寸，必要時進行地基軟下臥層強度驗算；(5)必要時進行地基變形和穩定性驗算；(6)基礎結構計算及構造設計；(7)繪制基礎施工圖。一、選擇基礎的類型根據建筑結構形式及地質條件，參照第二節內容選擇基礎的類型。天然地基上淺基礎設計的內容與步驟一般為：第三節淺基礎設計二、基礎埋置深度的選擇選擇基礎埋深時應考慮以下幾個方面的因素：（一）建筑物的用途，有無地下室、設備基礎和地下設施，基礎的型式和構造（二）基礎上的荷載大小和性質的影響（三）工程地質和水文地質條件（四）相鄰建筑物基礎埋深的影響（五）季節性凍土的影響第三節淺基礎設計三、地基承載力的確定在基礎設計中，當基礎的寬度大于3m或埋深大于0.5m時，從荷載試驗或其它原位測試、經驗值等方法確定的地基承載力特征值，尚應按下式修正。修正后的地基承載力特征值可按下式確定：

—修正后的地基承載力特征值(kPa)；

—地基承載力特征值(kPa)；（地基承載力特征值可由載荷試驗或其他原位測試、公式計算、并結合工程實踐經驗等方法綜合確定）第三節淺基礎設計

—分別為基礎寬度和埋深的地基承載力修正系數，按基底下土的類別查表10—11確定

—基底以下土的重度，地下水位以下取浮重度(kN／m3)；b—基礎底面寬度（m），當基寬小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；

—基礎底面以上土的加權平均重度(kN／m3)，地下水位以下取浮重度；d—基礎埋置深度(m)，一般自室外地面起算，在填方整平地區，可從填土地面標高起算，但填土在上部結構施工后完成時，應從天然地面起算。對于地下室如采用箱形基礎或筏基時，基礎埋置深度自室外地面標高起算，當采用獨立基礎或條形基礎時，應從室內地面標高起算。第三節淺基礎設計四、淺基礎設計（一）、地基基礎設計的一般要求1.地基基礎設計等級的確定：見表10-12；2.地基基礎設計的要求（1)所有建筑物的地基計算均應滿足承載力計算的有關規定；（2)設計等級為甲級、乙級的建筑物，均應按地基變形設計；（3)表10-13所列范圍內設計等級為丙級的建筑物可不作變形驗算，如有下列情況之一時，仍應作變形驗算：

1）地基承載力特征值小于130kPa，且體型復雜的建筑；

2）在基礎上及其附近有地面堆載或相鄰基礎荷載差異較大，可能引起地基產生過大的不均勻沉降時；第三節淺基礎設計3）軟弱地基上的建筑物存在偏心荷載時；

4)鄰建筑距離過近，可能發生傾斜時；

5)地基內有厚度較大或厚薄不均的填土,自重固結未完成時。（4）對經常受水平荷載作用的高層建筑、高聳結構和擋土墻等，以及建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物和構筑物，尚應驗算其穩定性；（5）基坑工程應進行穩定性驗算；（6）當地下水埋藏較淺，建筑地下室或地下構筑物存在上浮問題時，尚應進行抗浮驗算。第三節淺基礎設計（二）、基礎底面尺寸的確定

1．中心荷載作用下的基礎基底壓力：應滿足的承載力條件：基底面積：條形基礎的寬度：第三節淺基礎設計

2．偏心荷載作用下的基礎

在偏心荷載作用下，基底壓力分布一般假定為直線分布基底壓力：應滿足的承載力條件：第三節淺基礎設計試算法確定基底尺寸的步驟：(1)先按中心荷載公式計算基底面積；(2)根據偏心荷載大小，將基底面積增加10％～40％，對矩形基礎可按增加后的面積初步選擇基礎底面長度和寬度，一般可取l/b≤3；

(3)按式偏心受壓承載力公式驗算地基承載力。在一般情況下，對中、高壓縮性土上的基礎，偏心矩不宜大于l/6；對于低壓縮性土或個別的特殊荷載組合，可適當放寬，但不宜大于l/4。第三節淺基礎設計（三）、軟弱下臥層的承載力驗算如果地基變形計算深度范圍內有軟弱下臥層(壓縮性高、承載力低的土層)時，尚應驗算軟弱下臥層的承載力：式中：矩形基礎：條形基礎：

Pz—相應于荷載效應標準組合時，軟弱下臥層頂面處的附加壓力值(kPa)；

Pcz—軟弱下臥層頂面處土的自重應力壓力值(kPa)；

faz—軟弱下臥層頂面處經深度修正后的地基承載力特征值(kPa).第三節淺基礎設計（四）、地基變形驗算對于甲、乙級建筑物及表10-13所列范圍外的建筑物，在基礎底面尺寸初步決定后，尚應進行地基變形驗算。如果變形條件不能滿足時，則需調整基礎底面尺寸或采取其他措施。△-地基變形計算特征值，計算方法見《建筑地基基礎設計規范》；［△

］-地基變形容許值，見《建筑地基基礎設計規范》。第三節淺基礎設計地基變形按特征不同可分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜。

(1)沉降量——指基礎中心點的沉降量；

(2)沉降差——指相鄰兩單獨基礎沉降量之差；

(3)傾斜——指單獨基礎傾斜方向兩端點的沉降差與其距離之比值；

(4)局部傾斜——指砌體承重結構沿縱向m之內基礎兩點的沉降差與其距離之比值。第三節淺基礎設計（五）、基礎剖面尺寸的確定bi—剛性基礎任一臺階的寬度；

hi—相應的臺階高度；［bi/hi

］—剛性基礎的臺階寬高比的允許值，可按表10-15

選用。剛性基礎剖面尺寸的確定，可通過規定材料強度或質量、限制臺階寬高比和控制建筑物層數來滿足結構的強度條件，而無需進行內力分析和截面強度計算，其臺階寬高比應滿足：第三節淺基礎設計第四節樁基礎設計當地基淺層土質不良，采用淺基礎無法滿足結構物對地基強度、變形、穩定性的要求時，可利用深部較為堅實的土層或巖層作為持力層，采用深基礎方案。樁基礎是常用的一種深基礎，它不僅可以作為結構物的基礎，還可用作軟弱地基的加固和地下支擋結構物。使用樁基礎的條件：（1）不允許地基有過大沉降和不均勻沉降的高層建筑或其他重要的建筑物；（2）重型工業廠房和荷載過大的建筑物，如倉庫、料倉等；（3）對精密或大型設備基礎，需要減小基礎振幅、減弱基礎振動對結構的不利影響，或應控制基礎沉降和沉降速率時；（4）地震區，以樁基作為結構抗震措施的建筑物；（5）軟弱地基或某些特殊土上的各類永久性建筑物。例如上海金茂大廈，其主樓高420.5m，共88層，群房5層，地下3層，是一座集貿易、游樂、賓館、金融、辦公于一體的多功能大廈。金茂大廈基礎為樁基。其中主樓樁基為Φ914.4mm的鋼管樁，壁厚20mm，設計樁長65mm，樁尖標高-78.50mm，主樓樁基總數429根；群房樁基為Φ609.6mm的鋼管樁，壁厚14mm，設計樁長33mm，樁尖標高-43.0mm，群房樁基總數640根。

（一）按荷載的傳遞方式分類1.端承型樁

在豎向極限荷載作用下，如果樁頂荷載全部或主要由樁端阻力承擔，這種樁稱為端承型樁。根據樁端阻力分擔荷載的比例，又可分為端承樁和摩擦端承樁兩種。一、樁的類型2.摩擦型樁在豎向極限荷載作用下，如果樁頂荷載全部或主要由樁側阻力承擔，這種樁稱為摩擦型樁。根據樁側阻力分擔荷載的比例，又可分為摩擦樁和端承摩擦樁兩種。摩擦樁：樁頂極限荷載全部由樁側阻力承擔，樁端阻力忽略不計。樁的長徑比很大，樁頂荷載只通過樁身壓縮產生的樁側阻力傳遞給樁周土；樁端下無較堅實的土層；樁底殘留虛土或沉渣的灌注樁等均可視為摩擦樁。端承摩擦樁：樁頂極限荷載由樁側阻力和樁端阻力共同承擔，但樁側阻力分擔的荷載較大。樁的長徑比較大，樁端土為中等強度土層（中密砂土、可塑粘性土、粉土等）可視為端承摩擦樁。（二）、按施工方法分類1.預制樁預制樁是指在樁體進入地基之前在預制廠或現場制作的樁。

預制樁的沉樁方法有錘擊法、振動法、射水法及壓樁法等。（1)錘擊法錘擊法是軟土地區沉樁最常用的一種方法。利用樁錘的沖擊能量克服土對樁的阻力而使樁沉到預定深度。（2)振動法振動法主要設備是振動器，由內裝偏心塊旋轉時產生垂直振動力，使樁沉入土中。

（3)射水法射水樁是錘擊法或振動法的一種輔助方法，利用依附于樁側或樁端的射水管噴出高壓水流，沖松樁尖附近的土層，以減小樁下沉時的阻力，于是樁便在振動或錘擊下沉入土中。

（4)壓樁法壓樁是利用靜壓作用把樁壓入土中。此法一般適用于均質的軟土地基，在砂土及其他堅硬土層中，由于壓樁阻力過大而不宜采用：壓樁法可以減少打樁對地基土和鄰近建筑物的振動影響，最適宜在人口稠密區使用。灌注樁是在現場地基中鉆（挖）樁孔，然后向孔內放置鋼筋籠再灌注混凝土而成的樁。常見的有沉管灌注樁、鉆孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、爆擴樁。2.灌注樁優點：（1）適用于各種土層；（2）樁長可隨持力層起伏而改變，無需截樁；（3）按使用期樁身內力大小配筋或不配筋，用鋼量較省；（4）采用大直徑鉆孔樁或挖孔樁，可獲得較高的承載力。（1）沉管灌注樁沉管灌注樁一般存在縮徑、斷樁、夾泥、混凝土離析和強度偏低等質量問題。(2)鉆孔灌注樁鉆孔灌注樁是指用鉆機成孔，然后清除孔底殘渣，放入鋼筋籠，最后灌注混凝土而成的樁。(3)人工挖孔灌注樁挖孔灌注樁的優點是可直接觀察地層情況，孔底清除干凈，施工設備簡單，無噪音、振動或泥濘污染，無擠土作用，場區內各樁可同時施工。適用于無水或滲水量較小的地層。缺點：可能存在塌方、缺氧、有害氣體、觸電等危險，易造成安全事故。（三）、按承臺位置分類

樁基礎按承臺位置可以分為高承臺樁基和低承臺樁基。高承臺樁基的承臺底面位于地面或沖刷線以上，而低承臺樁基的承臺底面位于地面或沖刷線以下。低承臺樁基多用于工業與民用建筑中，高承臺樁基多用于橋梁及港口工程。單樁豎向承載力特征值是指樁按正常使用極限狀態計算時所采用的單樁承載力值，也就是樁在發揮正常使用功能時所允許采用的單樁抗力設計值。按單樁承載力特征值設計應取荷載效應的標準組合，而按單樁承載力設計值設計應取荷載效應的基本組合。二、單樁豎向承載力特征值1.按材料強度確定單樁承載力樁身混凝土強度應滿足樁的承載力設計要求。計算中應按樁的類型和成樁工藝的不同將混凝土的軸心抗壓強度設計值乘以工作條件系數，樁身強度應符合下式要求：fc—混凝土軸心抗壓強度設計值；按現行《混凝土結構設計規范》取值；Q—相應于荷載效應基本組合時的單樁豎向力設計值；Ap—樁身橫截面積；ψc—工作條件系數，預制樁取0.75，灌注樁取0.6～0.7.

2.按土的支承力確定靜載試驗是評價單樁承載力最為直觀、最為可靠的方法。對于設計等級為甲、乙級建筑，必須通過靜載試驗確定單樁承載力。且在同一條件下的試樁根數，不宜少于總數的1%，并不應少于3根。當樁端持力層為密實砂卵石或其他承載力類似的土層時，單樁承載力很高的大直徑端承樁，可采用深層平板荷載試驗確定樁端土的承載力。對預制樁及直徑的灌注樁，單樁豎向極限承載力標準值可按下式計算:——單樁總極限側阻力標準值，kN；——單樁總極限端阻力標準值，kN；——樁側第i層土的極限側阻力標準值，kpa，按當地經驗值取用，如無經驗數值，可根據成樁方法與工藝按表取值；——樁端極限端阻力標準值，kPa，按當地經驗值取用，如無經驗數值，可根據成樁方法與工藝按表取值。三、樁基礎的設計

(1)選擇樁型與幾何尺寸，初步選擇承臺底面的標高；

(2)確定單樁承載力；

(3)確定樁數及其在平面上的布置。

(4)樁基中各單樁受力驗算；必要時進行群樁地基的承載力和沉降驗算；

(5)單樁的設計；

(6)承臺的設計；

(7)繪制樁基礎施工圖。（一）、樁基礎的設計步驟樁型的選擇主要應考慮上部結構荷載大小及性質、工程地質條件、施工條件、經濟等因素，決定采用預制樁還是灌注樁。（二）、選擇樁型、樁長及承臺底面標高

確定樁長的關鍵在于選擇樁端持力層，因為樁端持力層對樁的承載力和沉降有重要的影響。樁端進入持力層的深度，一般根據工程地質條件確定。對粘性土和粉土不宜小于2～3倍樁徑；對砂土不宜小于1.5倍樁徑；對碎石土不宜小于1倍樁徑，樁端以下堅實土層的厚度，一般不宜小于5倍樁徑，以保證可靠的支承力和地基的穩定性。《規范》規定：嵌巖灌注樁嵌入中等風化或微風化巖體的最小深度不宜小于0.5m，同時要求樁端以下3倍樁徑范圍內無軟弱夾層、斷裂帶、洞隙分布。承臺底面標高的選擇，應考慮上部建筑物的使用要求，承臺的預估高度以及季節性凍土的影響等諸因素。（三）、確定樁數及布樁

1.確定樁數軸心豎向力作用下偏心豎向力作用下

2.樁的間距樁的間距是指樁之間的中心距離。如樁距太小，對打入樁將影響樁的質量，對預制樁有可能因擠土作用而傾斜，對沉管灌注莊則因擠土作用造成斷樁或其他事故，對摩擦樁將妨礙摩擦力的充分發揮，所以樁距不能太卜。同樣樁距也不能太大，雖然增大樁距有利于單樁承載力的正常發揮，便于施工和保證施工質量，但卻增大承臺面積和配筋從而增加承臺費用。樁的間距為什么既不能太大，也不能太小？樁的最小中心距離見表10-16、10-17。3．布樁

根據樁的多少，可將樁布置成方形、三角形、梅花形；在條