地基基础的基本设计原则

基础是连接上部结构与地基之间承上启下的过渡结构，是建筑物的一部分。地基是指建筑物下面支承基础的土体或岩体，上部结构荷载通过基础传给地基。地基有天然地基和人工地基两类；基础根据埋置深度的相对不同，分为浅基础和深基础。

浅基础埋深一般不超过5m，且只需排水、挖槽等普通施工即可建造。浅基础常见的结构形式有无筋扩展基础、独立基础、条形基础、筏板基础、箱形基础等。深基础埋深较大，以下部坚实的岩层或土层作为持力层，一般施工工艺较复杂，施工条件较困难，要采用特殊的施工方法和机具。常见的深基础的形式有桩基础、墩基础、地下连续墙、沉井基础等。

地基基础设计是建筑物（构筑物）设计的至关重要的部分。由于地基基础是地下隐蔽工程，不确定因素较多，且一旦发生事故难以补救，是工程师们普遍认为最难驾驭的问题。为了更好地规范国家基础设施建设，我国制定了相应的设计规范，经过几次大的修改、完善，现行的与地基基础设计相关的规范有《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）、《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）等。

本章将主要以《建筑地基基础设计规范》为依据。

天然地基上浅基础施工方便，造价较低，宜优先采用。浅基础设计的一般步骤为：

（1）充分掌握场地的地质勘查资料。

（2）选择基础的类型，进行基础平面布置。

（3）确定基础的埋置深度。

（4）确定地基承载力特征值。

（5）确定基础的底面尺寸。

（6）进行必要的地基稳定性与变形验算。

（7）进行基础的结构设计与配筋计算。

（8）绘制基础施工图，并附相应施工说明。

上述浅基础设计的各项内容是相互关联、相互制约的，很难一次设计周全，如发现前面选择的内容不妥，则需修改优化，直至全部的设计内容满足要求。

地基基础设计采用的是以概率论为基础的极限状态的设计方法，以可靠指标度量构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计。

整个结构或结构构件超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，这一特定状态称为该功能的极限状态。对于结构或构件的极限状态，规范规定有明确的标志或限值，极限状态应包括承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。

（1）承载能力极限状态：对应于结构或构件达到最大承载能力、发生疲劳破坏、出现不适于继续承载的大变形或结构局部破坏而导致连续倒塌。例如：地基丧失承载能力而失稳破坏（整体剪切破坏）。

作用效应由可变作用控制时，其基本组合的设计值应按下式确定：

式中：γG——永久作用的分项系数。当永久荷载对结构不利时取1.2；当永久荷载对结构有利时取1.0。

γQi——第i个可变作用的分项系数，一般取1.4。

ψci——第i个可变作用的组合值系数，按现行《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）的规定取值。

作用效应由永久作用控制时，其基本组合的设计值可采用简化规则，按下式确定：

Sd=1.35Sk　　（8-2）

式中：Sk——标准组合的作用效应设计值。

（2）正常使用极限状态：对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，例如，发生影响建筑物正常使用的地基沉降。

正常使用极限状态下，标准组合的作用效应设计值应按下式确定：

式中：SGk——永久作用效应的标准值。

SQik——第i个可变作用效应的标准值。

准永久组合的作用效应设计值，应按下式确定：

式中：ψqi——第i个可变作用的准永久值系数，按现行《建筑结构荷载规范》的规定取值。

根据建筑物的规模、功能要求、地基复杂程度以及由地基问题可能造成建筑物破坏的程度与后果，《建筑地基基础设计规范》将地基基础设计划分为3个设计等级。设计时应综合具体情况，按表8-1选用。

表8-1　地基基础设计等级

为了确保建筑物的安全性与耐久性，依据建筑物的安全等级以及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计和计算应该满足下列基本规定：

（1）所有建筑物均应满足地基承载力计算及相关要求，以保证地基足够的安全性。

（2）对设计等级为甲级、乙级的建筑物均应进行地基变形验算。应控制地基的变形不超过建筑物地基变形的允许值，以免影响建筑物的正常使用或引起基础及上部结构的局部损坏。

（3）对经常受水平荷载作用的高层与高耸结构、挡土墙等，以及建筑在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，应进行稳定性验算。基坑工程也应进行稳定性验算。

（4）对地下水位较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，还应进行抗浮验算。

（5）对于设计等级为丙级的建筑物，当满足表8-2所列范围可不做地基变形验算。如出现下列情况之一时，仍应做地基变形验算：①地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；②在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；③软弱地基上大建筑物存在偏心荷载时；④相邻建筑距离较近，可能发生倾斜时；⑤地基内有厚薄不均或厚度较大的填土，其自重固结未完成时。

表8-2　可不做地基变形验算的丙级建筑物范围

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（二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软弱地基的有关要求；

（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。

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按下列规定取用：

（1）按地基承载力确定基础底面面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的作用效应应按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按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、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0。

（4）在确定基础或桩台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、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和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，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下荷载效应的标准组合。

（5）基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数不应小于1.0。