建筑基礎設計規范對比分析建筑基礎設計規范對比分析

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基礎設計工作是高層建筑設計工作的重要組成部分，其設計質量的高低對整個工程的安全、造價與工期均產生重要影響。一般高層建筑基礎造價約占總造價的1/3，工期約為2～3個月甚至更長。如何既滿足安全要求，又最大限度地節約成本，優質、經濟地完成高層建筑基礎設計，一直是設計單位值得認真思考的問題，也是房地產企業積極探索的一個課題。筆者通過對相關設計規范進行對比分析和實例計算，提出了關于高層建筑基礎設計的相關建議。

一、規范對比分析

《建筑樁基技術規范（JGJ94-94）》第5.2.11條明確，嵌巖樁單樁豎向極限承載力標準值，由樁周土總側阻力，嵌巖段總側阻力和總端阻力三部分組成，可按下式計算：

Quk=Qsk+Qrk+Qpk

Qsk=u∑1-nζsiqsikli

Qrk=uζsfrchr

Qpk=ζpfrcAp

式中Qsk、Qrk、Qpk——分別為土的總極限側阻力，嵌巖段總極限側阻力，總極限端阻力標準值；

ζsi——覆蓋層第i層土的側阻力發揮系數；當樁的長徑比不大（l/d<30），樁端置于新鮮或微風化硬質巖中且樁底無沉渣時，對于粘性土、粉土，取ζsi=0.8，對于砂類土及碎石類土，取ζsi=0.7；對于其他情況，ζsi=1；

qsik——樁周第i層土的極限側阻力標準值，根據成樁工藝按表5.2.8-1取值；

frc——巖石飽和單軸抗壓強度標準值，對于粘土質巖取天然濕度單軸抗壓強度標準值；

hr——樁身嵌巖（中等風化、微風化、新鮮基巖）深度，超過5d時，取hr=5d，當巖層表面傾斜時，以坡下方的嵌巖深度為準；

ζs、ζp——嵌巖段側阻力和端阻力修正系數，與嵌巖深度比hr/d有關，按表5.2.11采用。

《建筑樁基技術規范（JGJ94-94）》第5.2.2.1條明確：樁數不超過3根的樁基，基樁的豎向承載力設計值為：

R=Qsk/γs +Qpk/γp

式中Qsk、Qpk——分別為單樁總極限側阻力和總極限端阻力標準值；

γs、γp——分別為樁側阻抗力分項系數，樁端阻抗力分項系數；對大直徑灌注樁（清底干凈），γs =γp=1.65。

《建筑地基基礎設計規范（重慶市工程建設標準DBJ50-047-2006）》第8.3.5條明確：單樁承載力計算應符合下列要求：

1.軸心豎向力作用下：γ0Nk≤Ra

式中 γ0——結構重要性系數；

Ra——單樁豎向承載力特征值；

第8.3.7條明確：單樁豎向承載力特征值按下式計算：

Ra=Rsa+Rpa

式中 Ra——單樁豎向承載力特征值；

Rsa——樁側土總摩阻力特征值，按第8.3.9條取值；

Rpa——樁端承載力特征值，按第8.3.10條取值。

第8.3.8條明確：置于基巖的人工挖孔樁及穿越土層厚度小于10m的機械成孔端承樁、嵌巖樁均不考慮樁側正摩阻力。

第8.3.10條明確：樁端承載力特征值按下述原則計算：

嵌巖深度不小于1倍樁徑的嵌巖樁，嵌巖部分的承載力特征值按下式計算：Rpa=β?aAp；

式中 ?a——樁端地基承載力特征值；

β——考慮嵌固力影響后的承載力綜合系數，圓樁見表8.3.10-1

n=hr/d1234≥5

β1.1051.211.3151.421.525

注：1.若n不為整數時，β值可按線性插值法計算；

2.人工挖孔嵌巖樁，表中系數可提高20%。

《建筑地基基礎設計規范（重慶市工程建設標準DBJ50-047-2006）》第4.2.3 條明確：地基承載力特征值應根據地基極限承載力標準值按下式確定：

?ak=γf ?uk

式中 ?ak——地基承載力特征值（kpa）；

?uk——地基極限承載力標準值（kpa），由工程地質勘察報告提供；

γf——地基極限承載力分項系數，對土質地基取0.5，對巖質地基取0.33。

《工程地質勘察規范》（重慶市工程建設標準DBJ50-043-2005）第9.3.2條明確：當巖體完整、較完整、較破碎時，巖質地基極限承載力標準值可由巖石抗壓強度標準值乘以地基條件系數確定，完整時地基條件系數取1.60～1.20（堅硬巖與較硬巖取較小值），較完整時取1.20～0.85，較破碎時取0.85～0.55。

對比上述規范條文，我們不難發現：

《建筑樁基技術規范（JGJ94-94）》計算公式中承載力僅與天然濕度下的單軸抗壓強度、嵌巖深度和樁尺寸有關，而與巖體狀態無關，即只要樁尺寸、嵌巖深度及天然濕度下的巖石單軸抗壓強度相同，無論巖體是完整、較完整或較破碎其承載力均相同，這樣計算不夠嚴謹，且也與實際情況不符。又從《建筑樁基技術規范（JGJ94-94）》表5.2.11可以看出，嵌巖樁嵌入5倍樁徑的承載力比嵌入4倍樁徑的承載力還低，顯然也不合理。

另據黃求順教授經過多次試驗表明，當嵌巖深度為零時，采用《建筑樁基技術規范（JGJ94-94）》進行地基基礎設計時，按樁計算和按天然地基上的基礎計算，其承載力相差較大。

而《建筑地基基礎設計規范（重慶市工程建設標準DBJ50-047-2006）》通過引入地基條件系數和地基承載力特征值概念避免了上述問題，使地基基礎設計更趨規范合理。

二、計算對比分析

在同一場地，在忽略樁側土層的側阻力情況下，假設基礎選用人工挖孔樁，嵌巖深度為2倍樁徑，樁基持力層基巖完整。現分別采用國標與地標進行計算對比如下：

1.采用《建筑樁基技術規范（JGJ94-94）》公式計算，嵌巖段總極限側阻力、總極限端阻力標準值為：

Qrk=uζsfrchr=1/2π×d×0.07×frc×2d=0.07frc×πd2

Qpk=ζpfrcAp=0.3×frc×1/4×π×d2=0.075 frc×πd2

根據《建筑樁基技術規范（JGJ94-94）》5.2.2.1條，樁數不超過3根的樁基，基樁的豎向承載力設計值為：

R=Qsk/γs+Qpk/γp=（0.07 frc×πd2+0.075 frc×πd2）/1.65=0.145frc×πd2

2.采用《建筑地基基礎設計規范（重慶市工程建設標準DBJ50-047-2006）》公式計算得：

地基條件系數取1.4，嵌巖部分的承載力特征值為：

Rpa=β?aAp=1.45×0.33×1.4×?rk×1/4×π×d2=0.17 ?rk×πd2；

根據8.3.5條軸心豎向力作用下單樁承載力設計值為：Nk≤Ra/γ0= Ra/1.0= Ra=0.17πd2〉R=0.145frc×πd2

由上述計算分析可知：按《建筑地基基礎設計規范》（重慶市工程建設標準DBJ50-047-2006）進行高層建筑基礎設計時地基極限承載力發揮的潛力更大些，從而使基礎設計計算更經濟。

三、工程實例

某住宅樓，三十二層，框架結構，總建筑面積3.2萬平方米，荷載25000KN/柱。

場地范圍內主要巖土層有全新統人工填土（Q4ml）、殘坡積層（Q4el+dl）粉質粘土，中侏羅統沙溪廟組（J2s）的砂巖（Ss）及泥巖（Ms）組成。

覆蓋層厚度（m）等效剪切波速（m/s）場地類別設計特征周期地段劃分

4.0～7.2109.80Ⅱ0.35一般地段

泥巖（Ms）是場地的主要巖性之一，且巖芯取樣完整，可作為挖孔樁基礎持力層。其相關技術指標如下表所示：指標數值

巖性自然重度

YekN/m3天然抗壓強度標準值

frk（MPa）飽和抗壓強度標準值

frk（MPa）巖土體凝聚力

C（kPa）巖土體內

摩擦角Φ彈性模量

（MPa）變形模量

（MPa）泊松比基底摩擦

系數μ

中風化泥巖25.210.847.0018030243320890.340.4

場地整體穩定性良好，無斷層、危巖、崩塌、滑坡、地下洞室等不良地質作用，適宜興建擬定建筑。

經采用JCCAD軟件計算，計算結果詳《某高層住宅挖孔樁基礎平面布置圖》及《某高層住宅挖孔樁基礎地標設計與國標設計比較明細表》。

由計算結果分析可知，本工程采用地標設計比采用國標設計挖孔樁的嵌巖深度及樁身箍筋、縱筋均有減小。經估算，采用地標設計比國標設計節約基礎工程直接費用近30萬元。

實例證明：采用《建筑地基基礎設計規范》（重慶市工程建設標準DBJ50-047

-2006）進行高層建筑基礎工程設計，在確保建筑工程安全的情況下，嵌巖樁的承載力得到了大幅度提高，建筑工程基礎造價得到很好的控制。既經濟又合理。

四、結束語

要做好高層建筑基礎工程設計工作，需要從以下方面入手：

1.重視工程地質勘查與評估工作

決定高層建筑基礎工程（甚至整個工程）安全性、經濟性和工期的核心環節是基礎選型與地基設計及其先行環節工程地質勘查與評估。基礎結構的詳細設計固然重要，但基礎的形式、基本尺度己在前一個環節中確定。故應充分重視工程地質勘查與評估工作，為基礎設計提供詳細、準確的場地地質資料。可要求地勘單位根據項目建設場地大小和具體平面布置，進行分區域或者分棟提交地基承載力標準值。

2.采用地方標準進行基礎設計

我國地域遼闊，地質條件復雜多樣，基巖上覆土層呈現區域性，國標為了適應各個區域的不同地質條件的需要，在編制時難免有些籠統與保守，因而缺乏針對性。故在進行高層建筑基礎設計時，宜結合項目場地工程地質條件的區域性和基礎選型的地區經驗，優先選用地方標準。

附圖：《某高層住宅挖孔樁基礎平面布置圖》

附表：《某高層住宅挖孔樁基礎地標設計與國標設計比較明細表》

參考文獻：

[1]《建筑樁基技術規范（JGJ94-94）》

[2]《建筑地基基礎設計規范》（重慶市工程建設標準DBJ50-047-2006）

[3]《建筑地基基礎設計規范GB50007—2002》

[4]《工程地質勘察規范》（重慶市工程建設標準DBJ50-043-2005）

[5]《地基及基礎》（華南理工、東南大學、浙江大學、湖南大學編，中國建筑工業出版社）

[6]《高層商業住宅樓設計與施工方法研究》（張烈明著，2004年湖南大學工程碩士學位論文）