[摘要]基础作为建筑物地面以下的承重结构,承受建筑物上部结构传下来的荷载,并把上部荷载连同其自重一起传给地基,起着相当重要的作用。基础计算如出现错误,轻则对建筑单体带来一定的安全隐患,重则会使建筑在适用期间出现不同程度的裂缝破坏,甚至是倒塌。而基础埋置深度作为基础计算的重要参数之一,下面我将对基础埋置深度进行简要分析。
[关键词] 基础、埋置深度、冻深
[引言]
所谓建筑物基础的埋置深度一般指的是基础底面到室外设计地面的距离,简称基础埋深。对于有地下室的建筑,当采用独立基础时,基础埋深为基底至地下室地面的距离;当采用箱型基础或筏板基础时,基础埋置深度应自室外地面标高算起。由此可见,基础形式、结构形式等条件的不同,都有可能造成基础埋置深度的不同,甚至区别很大。
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011(以下称基础规范)规定:在满足地基稳定和变形的前提下,当上层地基的承载力大于下层土时,宜利用上层土作为持力层,除岩石地基外,基础埋深不宜小于0.5m,当然基础埋置深度的确定其实由多种因素共同决定,根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011(以下称基础规范)中第5节的规定,我们知道影响建筑物基础埋深主要有五个因素,即:
1.建筑物的用途,有无地下室、设备基础和地下设施,基础的形式和构造;
2.作用在地基上的荷载大小和性质;
3.工程地质和水文地质条件;
4.相邻建筑物的基础埋深;
5.地基土冻胀和融陷的影响;
下面我将就此五大影响因素来谈谈建筑物基础的埋置深度。
(一)我们在计算基础前,首先会根据建筑物的功能性、结构形式、地基承载力、以及水文地质条件等来确定基础的结构方案,即:采取何种基础形式并确定基础埋深。下面举例说明:某30层住宅楼,建筑高度90.6m,地下室与地下停车库相连,场地条件为圆砾,地基承载力特征值为450kPa,地下水位埋深3.5m。根据《基础规范》第5.1.3条和5.1.4条的要求,高层建筑基础的埋置深度应满足地基承载力、变形、和稳定性要求;在抗震设防地区,除岩石地基外,天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15,桩箱或桩筏基础的埋置深度(不计桩长)不宜小于建筑物高度的1/18。该住宅楼地上30层,建筑高度90.6m,根据规范,基础埋深不小于6.1m,建筑功能要求设一层地下室,基础埋深较深,宜从室外地面算起,基础应选择箱形或筏形基础。
(二)通常情况下,对于多层建筑,我们在确定基础埋深的时候,是根据工程地质情况、场地冻土深度(关于冻土深度的影响我会在后面单独重点分析)、基础形式等共同确定,即:基础埋深应同时满足冻深、持力层埋深、以及基础最小高度的要求。例如:某多层办公楼,5层框架结构,地基承载力特征值为fak=150kPa,持力层为粉土层(埋深0.6~0.8m),标准冻深为0.8m。根据现场条件,该办公楼基础采用独立基础,承载力较小,基础按3台考虑,每台300mm,基础高度为900mm,基础顶至室外设计地面≥100mm,同时满足基础埋深不小于冻深的要求,所以对于本建筑,我认为基础埋深定在1000mm较为合理。
( 三)对于有些建筑,如果持力层埋深较深时,通长有两种解决方案,一种是地基处理方案,如换填垫层法对整片场地进行处理,此方法可减小基础埋深,基础埋深可仅按第(二)条进行考虑。另一种方法是结构处理方案:增加基础埋置深度,将基础底直接降至持力层,如果超深较大,则需要做深基础,进行处理。
(四)随着我国城镇化进程的加快,建设土地越来越紧张,新旧建筑物距离均比较近,尤其是新建建筑的基础埋深大于既有建筑时,新建建筑物会对原有建筑物产生影响,甚至会危及既有建筑物的安全或正常使用。在此种情况下,新建建筑在设计时必须充分考虑到既有建筑的基础埋深与新建建筑的埋深差距,根据基础退台的要求留够足够的安全距离,如果无法满足安全距离,则需要采取有效的支护措施,对既有建筑地基进行加固。
(五)对于某些建筑物,尤其是高耸的灯塔、广告牌等构筑物的基础,主要考虑其稳定性的要求。因为高耸结构为受风荷载敏感结构,自重又比较轻,所以,基础更重要的是作为上部结构的配重进行抗倾覆,通常来说,增大基础截面宽度,可以增大抗倾覆弯矩的力臂,能够更有效的增大抗倾覆弯矩,但是,基础截面过大,势必会对周边环境影响的范围也更大,在场地条件的限制下,只能是在基础宽度增大到一定值后,再增加基础高度从而达到增加基础重量的目的。基础埋深相应增加。
(六)地基土冻胀和融陷的影响是我们确定基础埋深的重要因素之一,尤其是在季节性冻土地区。根据《基础规范》第5.1.7条可知标准冻深是在标准条件下取得的:地下水位与冻结锋面之间的距离大于2m,不冻胀粘性土,地表平坦、裸露,城市之外的空旷场地中,不少于十年最大冻深的平均值。由于拟建物场地各不相同,不可能达到标准条件,所以标准冻深不直接用于设计中,而是需要乘以冻深影响系数后,使冻深更接近实际场地情况,而规范中给出的场地冻结深度的计算公式,就是考虑了实际场地的场地土类别、冻胀性及环境影响因素。但是对于季节性冻土地区,基础并非一定要置于冻深以下,合理的浅埋在保证建筑安全方面已经是可以实现的。虽然我国冻土学界从20世纪70年代就开始做了大量的研究实践工作,取得了一定的成效,并将浅埋方法编入规范,但目前在实际应用中,实施基础浅埋的工程比例并不大。除客观原因以外,主要还是因为设计者对冻土区基础浅埋不放心,同时随着经济的发展,人们对基础浅埋带来的经济效益与房屋建筑的安全性、耐久性相比,更加重视后者。我本人作为一名从业十年的结构设计师,对于基础埋深的设置也是偏向于基础设在冻深以下,但是个人认为,对于某些建筑物还是可以放宽的。比如说当持力层为不冻胀土层时,对于一些单层建筑和围墙等非结构构件而言,是可以进行适当浅埋的。《基础规范》第5.1.8条给出了深厚季节性冻土地区的最小基础埋置深度的计算公式:。
此公式仅适用于不冻胀、弱冻胀、冻胀土层。而对于强冻胀和特强冻胀土层,基础底仍需降至场地冻结深度以下。
从规范的角度上来看,季节性冻土地区的基础浅埋在地质条件较好的前提下是完全可以实现的,但是,由于大部分设计师的种种顾虑,而使得基础浅埋的实例非常少,而工程实践经验的缺乏又更导致设计师不敢放心采用。目前进农村一些私人建筑会使用基础浅埋,但由于此类建筑在其他措施上,并未按正规设计要求采取抗震措施,所以在进过十多年后,房屋大多会出现不同程度的裂缝等破坏现象,所以无法作为浅埋基础的实例参考依据。
结束语
基础的埋置深度对基础的计算有很大的影响,根据《基础规范》中基础承载力的计算公式中Gk(基础自重和基础上的土中)和fa(修正后的地基承载力特征值)均与基础埋置深度有关,正确的设置基础埋置深度,不仅给建筑本身带来可靠的安全保障,同时还能够节省成本,为建设方带来一定得经济效益。