深圳市建筑设计研究总院有限公司 广东深圳 518000
摘要:在建筑结构设计中,主要由上部结构和基础两个部分组成,其中基础作用于地基上,两者之间相互协调和相互作用。为了能让基础稳妥的“扎根”于地基上,修正地基承载力时对基础埋深的确定是非常重要的一环,对结构基础设计的合理性以及工程造价成本都较为重要。基于此,本文主要探讨在地基承载力特征值修正时如何确定基础埋深,以供参考。
关键词:地基承载力;修正;基础埋深;
引言:地基承载力指的是地基承受基底以上荷载的能力,在建筑工程建设中,能否正确评估地基承载力,与建筑工程项目的安全性和效益性有着密切的联系。目前,高层主楼带多层裙房或地下室的建筑越来越常见,此类建筑主、裙房及纯地下室之间存在较大的荷载差异,这使得不同部分基础地基承载力深度修正变得越来越复杂。因此,在工程设计时,需要在全面掌握工程资料的基础上,立足于地基承载力的原理,并严格按照有关规范要求,确定基础埋深值,获取合理的地基承载力修正值,从而提升结构基础设计的安全性、合理性及经济性。
1、地基承载力深度修正的机理
地基承载力深度修正,源于考虑基础底面标高以上的基础两侧的超载对其两侧土体向上滑动的有利抵抗作用。由于分析地基承载力理论方法较多,本文主要选取普朗德尔地基极限承载力理论,以此对地基承载力深度修正机理进行分析。
2、地基承载力修正时基础埋深的取值
对于地基承载力修正时基础埋深的取值考虑,可简单分为一般情况和特殊情况下的取值,具体分析如下:
2.1 一般情况下基础埋深取值
根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011),如果基础宽度>3m或者基础埋深>0.5m,则对于地基承载力特征值的确定,需要从荷载试验、原位测试、经验值等方面进行考虑,修正公式为:
。
根据地基规范规定,基础埋深d一般需要从室外地面标高开始计算,对于填方整地区域,则是从填土的地面标高开始计算,而对于填土上部施工完成后,应从天然地面标高开始计算。另外,对于带地下室结构,如果基础类型为筏板基础,则埋深取值可从室外地面标高开始计算;如果基础类型为独立基础或条形基础,则基础埋深从室内地面标高开始计算。
2.2 特殊情况下基础埋深取值
在实际的工程建设中,随着社会的发展和技术的提升,出现了许多与地基规范中关于基础埋深修正规定范围以外的特殊情况。具体可按以下几种情况区分:
(1)基础两侧埋深不一致。在这样的情况下,地基滑动破坏情况容易发生,且破坏面会先到达基础埋深较浅的一侧。针对这样的情况,为了保证建筑工程的安全性,对于基础埋深修正时的取值范围应当选择较小的值。
(2)地基存在填方。当地基存在填方的情况下,基础埋深的取值需要充分考虑填方的时间,如果在基础施工刚完成后就进行上部填方施工,此时的基底土层承载力值还未达到设计标准要求,通过填方施工使填土产生超载力,可对基础带来有利影响;如果是在上部结构施工完成后填土方,但基础两侧的回填土对地基修正并没有有利影响,则需要按照天然地面进行基础埋深的取值。
(3)主裙楼一体。在主裙楼一体的情况下,需要充分考虑其不同的基础类
型对折算深度的影响,具体分类及计算可以参考《建筑结构》编辑部李静所写的“对地基承载力埋深修正的再讨论”一文。
其实,如朱总(朱炳寅)在其所著的书中所言“对于所有各类带地下室(底面有软垫层的地下室除外)基础的计算埋置深度,均可按基底标高处实际底反力标准值qk来确定基础的等效埋深 de,de=qk/γm,需同时满足条件de≤d1”(d1指基础底至室外地面的高度),只要能确定实际基底反力,即可较为靠谱的计算出折算深度,进而得到合理的地基承载力修正值。
3、案例分析
位于深圳市光明区的某项目,包含两栋塔楼A和B,其中A座为框筒结构,高约150m;B座为剪力墙结构,高约80m,带3层地下室(塔楼范围外1~2跨为纯地下室),室内外高差0.2m,地下室顶板覆土最薄处0.5m,地下3层结构板面标高为-12.15m,抗浮设计水位-2.04m(以上标高均为相对标高,塔楼首层室内标高为±0.000m)。地勘资料揭露场地地质单元层从上至下为:素填土、淤泥质细沙、含砂粉质黏土、粗砂、砂质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩。2栋塔楼均采用桩基础;纯地下室范围,由于地下室底板所处标高已经到达砂质黏性土层(fak=200kPa),故采用筏板基础。以下通过假定塔楼投影范围内底板不同基础类型(分别按“桩基+筏板”和“桩基+防水板”进行分析)),对纯地下室筏板基础进行地基承载力修正时应考虑的基础埋深进行分析:
(1)当塔楼为桩基+筏板,纯地库为筏板时
此时,主楼与地下室的基础为连为一体的筏板基础,用于深度修正的基础埋
深可取室外地面标高算起:
底板厚度取500mm,则基础埋深为:d=-0.2+12.15+0.5=12.45m,
基础底面以下土的加权平均重度: γm=5=9.48kN/m³
深度修正系数取1.6,宽度修正系数不考虑,带入《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)式5.2.4 ,得:fa= 200+1.6x9.48x(12.45-0.5)=381kPa。
(2)当塔楼为桩基+防水板,纯地库为筏板时
由于塔楼内防水板厚度同筏板取500mm,且柱跨5m较小,板下土质也较好,纯地下室范围仅1~2跨,有足够理由可以考虑防水板及塔楼作用。理论上应按防水板的地基反力推算出折算深度用于地基承载力修正,但由于缺乏该方面的资料依据,故考虑取纯地下室基础底面以上所有楼层结构自重以及地下室顶板上覆土重F,与土的重度相比,算得折算深度,即:d=F/γ
经测算,
,则,折算深度
修正后地基承载力:fa=200+1.6x18x(1.4-0.5)=226kPa。
对比以上两种塔楼底板基础类型可以看出,基础埋深的计算对于多层地下室的地基承载力的取值影响很大,而基础类型对于基础埋深的取值有直接影响。
结语:综上所述,在考虑地基承载力修正时,需要明确承载力深度修正的机理,结合工程地质勘察资料,合理选择基础类型,合理考虑基础埋深,从而保证结构基础设计的安全性、合理性与经济性。
参考文献:
[1]朱炳寅,建筑结构设计问答及分析[M].北京:中国建筑工业出版社,2017
[2]朱炳寅,娄宇,杨琦,建筑地基基础设计方法及实例分析[M].北京:中国建筑工业出版社,2013
[3]孙永胜.带裙楼高层建筑天然地基承载力修正浅析[J].山西建筑,2020,46(03):84-85.
[4]李静.对地基承载力埋深修正问题的讨论[J].建筑结构,2008,38( 1) : 10009-10010.