地基承載力深度修正應(yīng)注意的問題

杜 鋒

(悉地國(guó)際設(shè)計(jì)顧問(深圳)有限公司上海分公司，上海 200235)

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市綜合體項(xiàng)目越來越多，很多項(xiàng)目基礎(chǔ)相互靠近且標(biāo)高關(guān)系復(fù)雜。主體結(jié)構(gòu)采用天然地基時(shí)，需要考慮的因素越來越多。

本文從天然地基承載力的原理出發(fā)，結(jié)合規(guī)范公式，對(duì)各種情況下的基礎(chǔ)埋置深度d的計(jì)算做了小結(jié)。根據(jù)作者對(duì)規(guī)范的理解和工程經(jīng)驗(yàn)，介紹深度修正中應(yīng)注意的問題，供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。

1 天然地基承載力的深度修正

1.1 天然地基承載力深度修正原理

地基承載力深度修正的基本概念，出自淺基礎(chǔ)下土體的破壞模式假定。太沙基(K.Terzaghi)等提出基礎(chǔ)下土體的三種主要剪切破壞模式，即整體剪切破壞、局部剪切破壞、刺入剪切破壞模式。一般來說，對(duì)于局部剪切破壞、刺入剪切破壞模式，仍然采用整體剪切破壞來解答，只不過考慮相應(yīng)的折減系數(shù)。整體剪切破壞的特征是:有一個(gè)輪廓分明的破壞圖式，包括一個(gè)從基礎(chǔ)一側(cè)到地面的連續(xù)滑動(dòng)面，見圖1。在大多數(shù)加荷過程中，在基礎(chǔ)兩側(cè)能夠記錄到鄰近土體有隆起的趨勢(shì)，當(dāng)然土體的最終失穩(wěn)只在基礎(chǔ)的一側(cè)發(fā)生［1］。

圖1 地基整體剪切破壞示意圖

地基承載力深度修正的基本原理:隨著上部荷載的增加，基底壓力增大，基礎(chǔ)底面以下出現(xiàn)連續(xù)的剪切滑動(dòng)面或塑性區(qū);而基礎(chǔ)底面以上的覆土，提供了限制滑動(dòng)面發(fā)展或塑性區(qū)土體側(cè)向擠出的阻力，從而提高了地基的承載力。

基礎(chǔ)底面兩側(cè)的覆土是地基承載力深度修正的充分條件，所有可以限制土體剪切滑動(dòng)面發(fā)展或?yàn)樗苄詤^(qū)內(nèi)土體側(cè)向擠出提供阻力的條件，都可以等效成基礎(chǔ)埋置深度d，對(duì)地基承載力進(jìn)行深度修正。

1.2 規(guī)范關(guān)于深度修正的規(guī)定［2］

GB 50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范第5.2.4條規(guī)定:當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3 m或埋置深度大于0.5 m時(shí)，從載荷試驗(yàn)或其他原位測(cè)試、經(jīng)驗(yàn)值等方法確定的地基承載力特征值，尚應(yīng)按下式修正:

其中，fa為修正后的地基承載力特征值;fak為地基承載力特征值，由勘探報(bào)告提供;b為基礎(chǔ)底面寬度;γm為基底以上土的平均重度，位于地下水位以下取有效重度;ηb，ηd為基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù);d為基礎(chǔ)埋置深度，宜自室外地面標(biāo)高算起。

在填方整平地區(qū)，可自填土標(biāo)高算起，但填土在上部結(jié)構(gòu)施工后完成時(shí)，應(yīng)從天然地面標(biāo)高算起。對(duì)于地下室，當(dāng)采用箱形基礎(chǔ)或筏基時(shí)，基礎(chǔ)埋置深度自室外地面標(biāo)高算起;當(dāng)采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)從室內(nèi)地面標(biāo)高算起。

5.2.4 條文說明:目前建筑工程中大量存在主裙樓一體的結(jié)構(gòu)，對(duì)于主體結(jié)構(gòu)的地基承載力的深度修正，宜將基礎(chǔ)底面以上范圍內(nèi)的荷載，按基礎(chǔ)兩側(cè)的超載考慮;當(dāng)超載寬度大于基礎(chǔ)寬度兩倍時(shí)，可將超載折算成土層厚度作為基礎(chǔ)埋深，基礎(chǔ)兩側(cè)超載不等時(shí)，取小值。

2 基礎(chǔ)埋置深度的計(jì)算

規(guī)范深度修正公式中，基礎(chǔ)埋深d因基礎(chǔ)本身結(jié)構(gòu)形式以及基礎(chǔ)周圍覆土厚度而不同。下面借鑒朱炳寅［3］圖例表達(dá)方式，對(duì)不同情況下基礎(chǔ)埋置深度計(jì)算予以分類講解。

2.1 無地下室基礎(chǔ)的埋置深度

無地下室天然淺基礎(chǔ)，基礎(chǔ)本身埋深不深，深度修正對(duì)地基承載力提高的貢獻(xiàn)不大，基礎(chǔ)埋置深度d如圖2所示。

圖2 基礎(chǔ)埋置深度計(jì)算示意圖（一）

2.2 有地下室基礎(chǔ)的埋置深度

獨(dú)立基礎(chǔ)或條基加防水板的地下室，防水板僅考慮承受水浮力。防水板較薄剛度差，沒有額外的承載力抵抗土體隆起的反力，基礎(chǔ)埋置深度d只能從室內(nèi)地面算起，見圖3。

圖3 基礎(chǔ)埋置深度計(jì)算示意圖（二）

箱形、筏形基礎(chǔ)，整體剛度大、承載能力強(qiáng)，基礎(chǔ)底板能很好的約束下方地基土。一般情況下，基礎(chǔ)埋置深度d自室外地面算起，見圖4。因?yàn)榛A(chǔ)深埋，深度修正對(duì)地基承載力提高幅度大。

圖4 基礎(chǔ)埋置深度計(jì)算示意圖（三）

2.3 等效土層厚度

如果基礎(chǔ)旁邊2b范圍內(nèi)有采用整體筏板基礎(chǔ)的裙樓地下室、地下車庫(kù)。這時(shí)可以考慮整體筏板對(duì)地基土的約束作用，將筏板平均基底壓力Pe換算成等效土層厚度de=Pe/γm。圖5為帶裙樓的主樓基礎(chǔ)埋置深度計(jì)算示意圖，de1和de2為兩側(cè)裙樓基底壓力折算成的等效土層厚度。裙樓不為整體式筏板基礎(chǔ)時(shí)，不可等效成土層厚度。

圖5 帶裙樓的主樓基礎(chǔ)埋置深度計(jì)算示意圖

3 深度修正應(yīng)注意的問題

當(dāng)基礎(chǔ)兩側(cè)2b范圍土層厚度不同或者等效土層厚度不同時(shí)，應(yīng)以較淺的埋深計(jì)算深度修正?；A(chǔ)兩側(cè)覆土或等效土層厚度施加的時(shí)間也很關(guān)鍵，約束先于基礎(chǔ)荷載施加才可以考慮地基承載力的提高。采用深層平板載荷試驗(yàn)提供深部地基土層承載力特征值時(shí)，由試驗(yàn)給出的承載力特征值已反映地面超載的影響，不應(yīng)再進(jìn)行地基承載力深度修正［4］。

另外在實(shí)際工作中還遇到以下問題。

3.1 獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板基礎(chǔ)的深度修正問題

獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板或者條形基礎(chǔ)加防水板基礎(chǔ)與整體筏板不同。前者基底反力并不均勻，防水板沒有額外的能力約束獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)兩側(cè)土體隆起;計(jì)算地基埋置深度時(shí)只能從室內(nèi)地面(即防水板頂面)算起。整體筏板剛度大承載能力強(qiáng)，可以看作一個(gè)整體大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋置深度僅考慮室外地面的高度。

3.2 地下水位較高時(shí)應(yīng)注意的問題

如果地下水位較高，裙樓地下室本身存在抗浮問題，需要設(shè)置抗拔樁或錨桿抵抗水浮力。一般抗拔樁僅按抵抗水浮力的影響設(shè)置，沒有富裕的能力限制主樓地基側(cè)向隆起破壞的趨勢(shì)，主樓地基承載力不建議予以深度修正。這與普通天然基礎(chǔ)驗(yàn)算基礎(chǔ)底面積時(shí)可忽略地下水的影響的工程經(jīng)驗(yàn)不同。

3.3 基礎(chǔ)附近有基坑開挖時(shí)應(yīng)注意的問題

大型城市綜合體項(xiàng)目中，開發(fā)商為了控制成本，減小投資風(fēng)險(xiǎn)，一般先施工可出售的住宅、商業(yè)、辦公樓，后建獨(dú)立地下車庫(kù)、帶地下室裙樓等配套工程。主樓采用天然地基時(shí)應(yīng)考慮兩種工況:第一種工況:地庫(kù)、裙樓完全建好，地基承載力可考慮等效埋置深度de予以修正;第二種工況:主樓旁地庫(kù)、裙樓基礎(chǔ)開挖階段，地基承載力不能考慮等效埋置深度de予以深度修正。

在地庫(kù)、裙樓基坑開挖階段，應(yīng)根據(jù)未做深度修正的承載力限制主樓允許施工的層數(shù)。有些工程，主樓與裙樓施工間隔周期很長(zhǎng)，裙樓施工前主樓已完工;主樓地基承載力特征值不建議考慮等效埋深de予以提高;否則應(yīng)在裙樓施工階段采用圍護(hù)樁或地下連續(xù)墻對(duì)主樓地基予以保護(hù)，限制主樓地基的側(cè)向位移［1］。

4 結(jié)語

地基承載力深度修正的原理是基礎(chǔ)底面以上兩側(cè)的超載限制地基土的破壞變形，從而提高地基承載力。規(guī)范公式中，基礎(chǔ)埋深計(jì)算因基礎(chǔ)本身結(jié)構(gòu)形式以及基礎(chǔ)周圍覆土高度而不同。獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板和整體筏板基礎(chǔ)的埋置深度計(jì)算有區(qū)別。采用整體筏板基礎(chǔ)的裙樓結(jié)構(gòu)，基底反力基本均勻，可以折算成土層厚度，地基承載力深度修正時(shí)予以考慮。地下水位較高時(shí)，由抗浮控制的帶地下室結(jié)構(gòu)，沒有額外的能力約束基礎(chǔ)下土體向上隆起，因此不能對(duì)周邊基礎(chǔ)的天然地基承載力予以深度修正。周邊基坑開挖，會(huì)破壞深度修正的條件;主樓周邊存在基坑開挖時(shí)，應(yīng)在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中予以考慮。

［1］楊 軍，彭芝平.地基承載力深度修正條件的結(jié)構(gòu)補(bǔ)償［J］.建筑科學(xué)，2003，19(1):37-40.

［2］GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］朱炳寅，婁 宇，楊 琦.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法及實(shí)例分析［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007:49-50.

［4］于海峰.基于整體剪切破壞分析的地基承載力深度修正［J］.建筑技術(shù)通訊，2007(11):5-6.