1、天然地基獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)簡介
由于獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算簡單、配筋量較少，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式，為此它在建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中得到了大量的推廣和應(yīng)用。所ν獨(dú)立結(jié)構(gòu)，尤其是高層建筑框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)柱柱下基礎(chǔ)，都可以看作是軸心受力，這種基礎(chǔ)在柱子傳來的軸向力作用下，使得基地土壓力的分布狀態(tài)與基礎(chǔ)擴(kuò)展部分的剛度息息相關(guān)。
當(dāng)增大擴(kuò)展部分的剛度時(shí)，在力的擴(kuò)散作用下，接近均勻分布。當(dāng)減小擴(kuò)展部分的剛度時(shí)，擴(kuò)展部分會(huì)出現(xiàn)撓曲現(xiàn)象，這時(shí)基地土壓力的分布將由土的特性來決定，在土比較堅(jiān)硬的情況下，基底壓力呈區(qū)線分布，當(dāng)土質(zhì)較軟時(shí)則正好相反。我們把這樣的壓力分布狀態(tài)稱為均勻分布，要強(qiáng)調(diào)的是后者是偏不安全的。在現(xiàn)實(shí)中，框架結(jié)構(gòu)各柱的受力是并不相同，因此在設(shè)計(jì)這種柱的柱下單獨(dú)基礎(chǔ)時(shí)，要保證各柱基基底的平均壓力基本一致，避免由于不均勻而造成沉降的現(xiàn)象。
獨(dú)立基礎(chǔ)的形式主要有現(xiàn)澆柱錐形基礎(chǔ)、預(yù)制柱杯形基礎(chǔ)、高杯口基礎(chǔ)。構(gòu)造的要求包括對墊層厚度、寬度和強(qiáng)度的要求，對底板尺寸和配筋的要求，對基礎(chǔ)與柱連接的要求。①基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的計(jì)算：在上部結(jié)構(gòu)承受的荷載不變的情況下，基礎(chǔ)底面面積由修正后的地基承載力特征值確定；基礎(chǔ)的高度由柱與基礎(chǔ)交接處基礎(chǔ)的受沖切承載力確定；基礎(chǔ)變階處的高度由基礎(chǔ)變階處的受沖切承載力確定；基礎(chǔ)底板的配筋由抗彎計(jì)算確定。②基礎(chǔ)高度的確定：選定基礎(chǔ)高度后，按沖切驗(yàn)算基礎(chǔ)高度，基本原則為：沖切錐體以外的地基凈反力所產(chǎn)生的沖切力不大于沖切面處混凝土的抗沖切能力進(jìn)行計(jì)算，直到選定的基礎(chǔ)高度符合驗(yàn)算要求。在進(jìn)行沖切驗(yàn)算時(shí)，當(dāng)基礎(chǔ)底面全部落在45°沖切破壞椎體底邊以內(nèi)時(shí)，則成為剛性基礎(chǔ)，無需進(jìn)行沖切驗(yàn)算。另外還要進(jìn)行抗彎矩驗(yàn)算，分為軸心和偏心兩種荷載作用情況。
2、天然地基獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟
建筑物是設(shè)置在土體上的，通常把地表以上的建筑物稱為上部結(jié)構(gòu)，在地表以下的結(jié)構(gòu)稱為基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)的荷載是通過基礎(chǔ)傳遞給下臥土層的，支撐基礎(chǔ)的土層稱為地基。凡是基礎(chǔ)直接砌置在δ經(jīng)加固的天然地基上時(shí)，這種地基稱為天然地基。設(shè)計(jì)步驟通常如下。
2.1建筑基礎(chǔ)所用的材料及基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式
通常根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的要求、荷載大小和性質(zhì)、工程地質(zhì)情況以及施工條件等確定。根據(jù)基礎(chǔ)所用材料的性能可分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)。剛性基礎(chǔ)通常是指由磚、塊石、ë石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基礎(chǔ)。當(dāng)剛性基礎(chǔ)尺寸不能同時(shí)滿足地基承載力和基礎(chǔ)埋深的要求，則改成柔性基礎(chǔ)，即鋼筋混凝土基礎(chǔ)。基礎(chǔ)根據(jù)在天然地基上的埋置深度分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)根據(jù)它的形狀和大小可分為下面幾種類型：獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、閥板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)及殼體基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)常見沉井基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)兩種。
2.2基礎(chǔ)的埋置深度按條件確定
2.2.1建筑物的用途及荷載大小和性質(zhì)
某些建筑物需要具備一定的使用功能或宜采用某種基礎(chǔ)形式，這些要求常成為其基礎(chǔ)埋深選擇的先決條件，例必須設(shè)置地下室或設(shè)備層的建筑物、半埋式結(jié)構(gòu)物，須建造帶封閉側(cè)墻的筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)的高層或重型建筑、帶有地下設(shè)施的建筑物或具有地下部分的設(shè)備基礎(chǔ)等等。
λ于土質(zhì)地基上的高層建筑由于豎向荷載大，又要承受風(fēng)力和地震力等水平荷載，其基礎(chǔ)埋深應(yīng)隨建筑高度適當(dāng)增大，才能滿足穩(wěn)定性要求。λ于巖石地基上的高層建筑常須依靠基礎(chǔ)側(cè)面土體承擔(dān)水平荷載，其基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿足抗滑要求。輸電塔等受有上拔力的基礎(chǔ)，應(yīng)有較大的埋深以提供所需的抗拔力。煙囪、水塔和筒體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)埋深也應(yīng)滿足抗傾覆穩(wěn)定性的要求。確定冷藏庫或高溫¯窯一類建筑物基礎(chǔ)的埋深時(shí)，應(yīng)考慮熱傳導(dǎo)引起地基土的低溫（凍脹）或高溫（干縮）效應(yīng)。
2.2.2工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件
選擇基礎(chǔ)埋深時(shí)應(yīng)注意地下水的埋藏條件和動(dòng)態(tài)。對底面低于潛水面的基礎(chǔ)，除應(yīng)考慮基坑排水、坑壁Χ護(hù)以及保護(hù)基土不受擾動(dòng)等措施外，還應(yīng)考慮可能出現(xiàn)的其他施工與設(shè)計(jì)問題，例如出現(xiàn)涌土、流砂現(xiàn)象的可能性，地下水對基礎(chǔ)材料的化學(xué)腐蝕作用，地下室防滲，輕型結(jié)構(gòu)物由于地下水頂托而上浮的可能性，地下水浮托力引起基礎(chǔ)底板的內(nèi)力變化等。
2.2.3相鄰建筑物的基礎(chǔ)埋深
對靠近原有建筑物基礎(chǔ)修建的新基礎(chǔ)，其埋深不宜超過原有基礎(chǔ)的底面，否則新、舊基礎(chǔ)間應(yīng)保留一定的凈距，其值依原有基礎(chǔ)荷載和地基土質(zhì)而定且不宜小于該相鄰基礎(chǔ)底面高差的1～2倍，不能滿足上述要求時(shí)，應(yīng)采取適宜措施以保證鄰近原有建筑物的安全。
2.2.4地基土凍脹和融陷的影響
季節(jié)性凍土是冬季凍結(jié)、天暖解凍的土層，在我國分布很廣。細(xì)粒土（粉砂、粉土和粘性土）凍結(jié)前的含水量如果較高、而且冰結(jié)期間的地下水λ低于凍結(jié)深度不足1.5～2m，則有可能發(fā)生凍脹。λ于凍脹區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)受到的凍脹力如大于基底以上的荷重，基礎(chǔ)就有被抬起的可能，土層解凍融陷，建筑物就隨之下沉。地基土的凍脹與融陷一般是不均勻的，容易導(dǎo)致建筑物開裂損壞。
2.3地基土的承載力驗(yàn)算
建筑物確定了基礎(chǔ)類型和基礎(chǔ)深度后，對于已知基礎(chǔ)底面尺寸，可以進(jìn)行地基礎(chǔ)持力層承載力驗(yàn)算。若地基受力層范Χ內(nèi)存在有承載力低于持力層的土層，這種土層稱為軟弱下臥層，這樣還必須對軟弱下臥層的承載力進(jìn)行驗(yàn)算。若基礎(chǔ)底面尺寸不知道，可以根據(jù)外荷載和地基承載力進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，對于軸心荷載作用，可假定基礎(chǔ)底面形狀為正方形；對于偏心荷載，可假定基礎(chǔ)底面形狀為長方形，并根據(jù)偏心距的大小給出長邊和短邊的合適比例后，再進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.4驗(yàn)算基礎(chǔ)沉降
在軟土地基上建造房屋，在強(qiáng)度和變形兩個(gè)條件中，變形條件顯得比較重要。地基在荷載和其他因素的作用下，要發(fā)生變形（均勻沉降或不均勻沉降），變形過大時(shí)可能Σ害到建筑物結(jié)構(gòu)的安全，或影響建筑物的正常使用。為防止建筑物不致因地基變形或不均勻沉降造成建筑物的開裂與損壞，或保證正常使用，必須對地基的變形特別是不均勻沉降加以控制。對于較為次要的建筑物以及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的建筑物，按地基承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)，已滿足地基變形的要求，可不進(jìn)行地基沉降計(jì)算。
2.5地基穩(wěn)定驗(yàn)算
某些建筑物的獨(dú)立基礎(chǔ)，當(dāng)承受較大的水平荷載和偏心荷載時(shí)，有可能發(fā)生沿基底面的滑動(dòng)、傾覆或與深層土層的一起滑動(dòng)。如建于1914年的加拿大特郎斯康谷倉，因不了解基礎(chǔ)下有厚達(dá)16m的軟粘土層，迅速加載，超過了地基的極限承載力，使建筑物失去穩(wěn)定，地基發(fā)生整體滑動(dòng)破壞。如果地基土層本身傾斜，則更易發(fā)生整體滑動(dòng)破壞。因此對經(jīng)常受水平荷載作用的高層建筑物和高聳結(jié)構(gòu)以及建在斜坡上的建筑物，尚應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性的驗(yàn)算。
3、結(jié)語
綜上所述，獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極其復(fù)雜且細(xì)致的工作。為了找到最合理有利的方案，必須綜合考慮這些相互聯(lián)系著的因素，才能保證設(shè)計(jì)結(jié)果質(zhì)量上乘。
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