對獨立基礎加防水板地基承載力修正分析

劉正偉 馮 鑫

(1．騰遠設計事務所有限公司，山東青島 266000; 2．青島民用建筑設計院有限公司，山東青島 266000)

隨著生活質量的提高，私家車的數量越來越多，停車問題對很多居住小區來說已經提到日程上來。現在很多新開發的小區通過地下車庫來解決這一問題。地下車庫一般采用框架結構，車庫頂板上預留1．5 m以上綠化覆土，車庫底板一般在地下5 m左右。現實情況地下設計水位一般很高，常規做法是車庫的基礎形式采用獨立基礎加防水板。按照GB 50007-2011建筑地基基礎設計規范基礎深度修正規定:對于地下室，當采用獨立基礎或條形基礎時，應從室內地面標高算起。對于采用獨立基礎加防水板這種基礎形式，已經不符合規范界定的范圍，該按多少進行深度修正更合適。

首先，基礎承載力多數是由載荷試驗的淺層平板載荷試驗得出，根據半無限空間彈性理論，試驗標高處的試坑寬度或直徑不應小于承壓板寬度或直徑的三倍。承壓板的面積一般采用0．25 m2～0．5 m2，因為承壓板尺寸與沉降量的關系:一般認為當基底壓力相同，承壓板寬度很小時，寬度的大小與沉降量的增加成反比，當承壓板的寬度超過一定值后，寬度的增加與沉降量的增加成正比，當寬度再增加時，沉降量即趨于定值，不再隨寬度的增加而增加。分級加載，采用沉降相對穩定法(常規慢速法)，直到達到試驗結束條件:

1)承壓板周圍的土明顯地側向擠出，周邊巖土出現明顯的隆起或徑向裂縫持續發展;

2)沉降S急劇增大，荷載—沉降(P—S)曲線出現陡降段，本級荷載的沉降量大于前級荷載沉降量的5倍;

3)某級荷載下，24 h內沉降速度不能達到穩定標準;

4)總沉降量與承壓板直徑或寬度之比超過0．06。

滿足前三種情況之一時，其相對應的前一級荷載為極限荷載。

確定地基土承載力特征值:

a．當P—S曲線上有明顯的直線段時，一般采用直線段的終點對應的荷載值為比例界限，取該比例界限所對應的荷載值為承載力特征值。b．當P—S曲線上無明顯的直線段時，可用下述方法確定比例界限:

在某一荷載下，其沉降量超過前一級荷載下沉量的兩倍所對應的荷載為比例界限。

繪制lg P—lg S曲線，曲線上轉折點所對應的荷載為比例界限。

當極限荷載小于對應比例界限的荷載值的兩倍時，取極限荷載值的一半作為承載力特征值。

當不能用比例界限和極限載荷確定時，承壓板面積為0．25 m2～0．50 m2，可取 s/b=0．01 ～0．015 對應的荷載為地基土承載力特征值，但此值不應大于最大加載量的1/2。

從測得土的承載力特征值試驗方法上可以看出，試驗是在半無限空間理論下進行的，不是基礎土真實應力狀態，所以規范提出了對承載力特征值的寬度和深度修正，更接近土的實際應力狀態，滿足實際工程要求。

其次，地基承載力特征值不是采用土的臨塑荷載作為地基承載力。因為土在臨塑荷載作用下，地基處于尚壓密狀態，并剛剛開始出現塑性區。實際上，建筑地基中發生少量局部剪切破壞，只要塑性變形區的范圍控制在一定限度，并不影響建筑物的安全。當土的壓力超過臨塑荷載后，隨著荷載的增加，地基中的塑性區將發展為連續貫通的滑動面，地基喪失整體穩定而破壞，地基達到極限荷載。地基極限荷載的一般計算公式:

其中，PU為地基極限荷載;r為基礎底面以下地基土的天然重度;c為基礎底面以下地基土的粘聚力;q為基礎的旁側荷載;Nr，Nc，Nq均為地基土承載力系數，與土的內摩擦角有關。

從公式中可以看出，土的極限承載力與荷載的面積、土的重度、土的粘聚力、土的內摩擦角及受力范圍的外約束有關。

《建筑地基基礎設計規范》所采用地基承載力特征值是容許地基土有一定的塑性區開展，此一定塑性區一般規定為其最大深度不大于基礎寬度的1/4，即:

其中，fv為塑性區開展深度為1/4基礎寬度時的壓力;r為基礎地面下土的重度;rm為基礎地面以上土的加權平均重度;d為埋置深度;b為基礎寬度;ck為基底下一倍基礎寬度的深度范圍內土的粘聚力;Mb，Md，Mc均為承載力系數，與基底下一倍基礎寬度的深度范圍內土的內摩擦角有關。

承載力試驗只能測出在試驗承壓板面積下半無限空間土的極限承載力，無法模擬基礎實際應力狀態和基礎地面外覆土對土承載力的影響，因此規范提出對基礎深度和寬度的修正。

現在做的車庫一般存在地下水的影響，基礎采用獨立基礎加防水板結構形式，當地下水位很高時，防水板要抵抗地下水的浮力，厚度一般在300 mm以上，剛度也很大。勘察給出的地基承載力特征值是按照淺層平板載荷試驗得出，是半無限空間彈性理論得出，與實際土的受力狀態不符。當獨立基礎下土受力時，基礎周邊防水板對基礎土有嵌固作用，阻礙了土剪切面發展，從極限承載力公式上看，相當于增加了qNq這一項，此時對基礎的深度修正還按照地下室地面計算，其修正后的結果偏小，故應考慮防水板對地基土嵌固作用。從微觀分析，防水板的作用是增加土側壓力(σ2σ3)，所以能提高土的抗剪承載力。從工程實際出發，在水浮力作用下，防水板和獨立基礎可以滿足工程抗浮要求。同理，防水板也可以對基礎的土提供嵌固作用力，嵌固作用力的大小可以取防水板抗浮力的大小，故可以把防水板所提供這一部分力疊加到按照地下室地面修正后的地基承載力特征值上。

以平度萬科城2期項目為例，車庫的抗浮水位為50．4 m，車庫頂面覆土1．5 m，車庫底板底標高為46．5 m，防水板厚400 mm，防水板頂標高同基礎頂標高。經計算車庫整體抗浮滿足要求。局部凈水頭壓力為:按地下室地面進行地基寬度和深度修正后的地基承載力為180 kPa，進行獨立基礎計算時地基承載力特征值可以取:180+29=209 kPa。

綜上所述:采用獨立基礎加防水板這種結構形式。對地基承載力特征值可以取按規范修正后的數值加防水板抵抗凈水頭壓力值。對于獨立基礎加防水板這種結構形式，未弄清的問題是:防水板的剛度遠大于土的剛度，對土的約束作用可以考慮車庫上部覆土多少，在工程中可以取車庫結構自重的百分多少更為合適，希望今后有一個具體的量化數值，使此種結構體系在實際工程應用中達到最優化設計。

［1］GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范［S］．

［2］陳希哲．土力學地基基礎［M］．北京:清華大學出版社，2011．

［3］《工程地質手冊》編委會．工程地質手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，1992．