帶裙樓高層建筑天然地基承載力修正淺析

孫永勝

(山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東臨沂 276000)

0 引言

近年隨著城市建設(shè)的發(fā)展，建筑工程多為整體車庫(kù)開挖，高層建筑周邊多為車庫(kù)，如何準(zhǔn)確判定高層建筑的天然地基承載力，成為擺在技術(shù)人員面前的一道難題。在滿足結(jié)構(gòu)安全性的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用天然地基。然而，在工程實(shí)踐中，很多技術(shù)人員在拿捏不準(zhǔn)的情況下偏向安全設(shè)計(jì)，盲目選用地基處理或樁基礎(chǔ)，造成了工程浪費(fèi)。文中擬從天然地基承載力特征值的確定和深寬修正的本質(zhì)入手，結(jié)合工程實(shí)例，以提高技術(shù)人員準(zhǔn)確應(yīng)用規(guī)范的水平，在保障結(jié)構(gòu)安全的前提下節(jié)約工程造價(jià)。

1 天然地基承載力的確定和修正的本質(zhì)

1.1 天然地基承載力的確定

在巖土工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，地基承載力的確定是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。規(guī)范中指出:“地基承載力特征值可由載荷試驗(yàn)或其他原位測(cè)試、公式計(jì)算，并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定”［1］。由于全國(guó)地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，新版規(guī)范取消了地基承載力表，給了技術(shù)人員更大的自由度，提倡通過(guò)工程實(shí)踐得出地區(qū)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。山東省出臺(tái)了地方標(biāo)準(zhǔn)，給出了本地區(qū)的“地基巖土的承載力特征值”表，可供其他省份參考［2］。高大釗等討論了地基承載力地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)、地基承載力的安全度、地基承載力特征值及其應(yīng)用、不固結(jié)不排水剪指標(biāo)的應(yīng)用等8個(gè)有關(guān)地基承載力的問(wèn)題，對(duì)如何理解和執(zhí)行規(guī)范提出了意見［3］。

1.2 承載力修正的本質(zhì)

無(wú)論是理論公式還是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，地基承載力均與基礎(chǔ)的寬度和深度有著緊密關(guān)系，其變化規(guī)律是極為復(fù)雜的，受到各種因素的制約，截止到目前尚未被人們所完全知曉。李靜指出:地基承載力的深度修正，就是為了考慮基礎(chǔ)兩側(cè)基底標(biāo)高以上的超載對(duì)基礎(chǔ)兩側(cè)滑動(dòng)土體向上滑動(dòng)的抵抗作用，超載的分布寬度應(yīng)滿足大于(2～4)B，總結(jié)了地基承載力深度修正的3要素，指出了設(shè)計(jì)中存在的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)及說(shuō)明［4］。于海峰、韓云山等根據(jù)太沙基或朗肯承載力理論，給出了不同情況下承載力深度修正的埋深取值，并建議采取各種手段包括計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)理論分析提出一套較為合理的深寬修正系數(shù)［5，6］。

2 工程概況及地質(zhì)條件

2.1 工程概況

某帶裙樓高層住宅樓工程位于臨沂市河?xùn)|區(qū)，地上22層，層高3 m，地下2層，框剪結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約7.8 m，設(shè)計(jì)基底壓力Pk=450 kPa。住宅樓2倍寬度為2層地下車庫(kù)，獨(dú)立基礎(chǔ)+防水板。場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)地震分組第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.20g。

2.2 地質(zhì)條件

根據(jù)勘察單位提供的資料，地下水位埋深2 m，地質(zhì)條件及其他物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 地層及其他物理力學(xué)參數(shù)表

3 地基承載力修正計(jì)算

3.1 帶裙房高層建筑承載力修正分類

為了突出問(wèn)題，作出如下假設(shè):考慮主樓短邊方向，裙樓邊長(zhǎng)大于主樓邊長(zhǎng)兩倍，兩側(cè)裙樓埋深一樣，主樓基礎(chǔ)為整體性較好的筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)。

1)主裙樓一體的筏板基礎(chǔ)。

其計(jì)算埋深可將裙樓的超載折算成土層厚度。

2)主裙樓間設(shè)縫，粗砂充實(shí)至地面，筏板基礎(chǔ)。

粗砂可以傳遞水平方向受力，主樓地基的承載力修正可參照情況1)。

3)裙樓為獨(dú)立基礎(chǔ)。獨(dú)立基礎(chǔ)不能形成連續(xù)均勻的分布荷載，不能考慮裙房荷載的貢獻(xiàn)。其計(jì)算埋深應(yīng)為從裙房室內(nèi)地面算起的天然埋深。

4)裙房為獨(dú)立柱基礎(chǔ)+防水板。柱距較小、防水板較厚、土質(zhì)也較好時(shí)，可考慮防水底板的作用，應(yīng)通過(guò)防水底板下反力測(cè)試，積累一定實(shí)測(cè)資料后進(jìn)行，參照情況1)對(duì)基底反力折減后作為超載;對(duì)于無(wú)反力測(cè)試依據(jù)的情況，參照情況3)。

3.2 承載力計(jì)算實(shí)例

本高層住宅樓基礎(chǔ)埋深位于第⑤層粗砂層，勘察單位根據(jù)標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)規(guī)范查表 G.0.3－2 取插值［6］，得出天然地基承載力特征值fak=300 kPa，需要依據(jù)規(guī)范5.2.4條 fa=fak+ηbγ(b－3)+ηdγm(d－0.5)進(jìn)行承載力修正［1］。其中，承載力修正系數(shù)，ηb=3.0，ηd=4.1，b=6.0 m，γ=9 kN/m3，γm=11.75 kN/m3。

本工程理論上應(yīng)按防水底板的地基反力，計(jì)算出折算深度后，用于深度修正。但由于這方面的資料較少，具有很大的經(jīng)驗(yàn)性，且無(wú)法準(zhǔn)確取得防水底板的地基反力。因此，本工程采用地下車庫(kù)室內(nèi)地面算至主樓筏板底:d=1.5 m。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出，修正后的地基承載力特征值fa=432.7 kPa＜Pk，無(wú)法滿足承載力要求，建議采用樁基礎(chǔ)。

3.3 天然地基承載力的再確定

因該小區(qū)有十余棟住宅樓，全部采用樁基礎(chǔ)造價(jià)高、工期長(zhǎng)，又重新對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了專項(xiàng)論證，一致得出如下結(jié)論:因標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果差異性較大，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或地方標(biāo)準(zhǔn)查表確定承載力具有很大的局限性，建議增加淺層平板載荷試驗(yàn)。平板載荷試驗(yàn)結(jié)果:第⑤層粗砂層fak=330 kPa，修正后 fa=462.7 kPa＞Pk，滿足承載力要求，22層住宅樓可以采用天然地基。

4 結(jié)語(yǔ)

1)天然地基承載力的確定是一個(gè)綜合的復(fù)雜性問(wèn)題，在實(shí)踐中應(yīng)采用多方法綜合確定，不能僅憑某一種原位測(cè)試就盲目否認(rèn)天然地基，載荷試驗(yàn)仍是確定fak最直接的方法。2)對(duì)于帶裙房的高層建筑，由于地基基礎(chǔ)的復(fù)雜性，其基底以上的相鄰超載千差萬(wàn)別，承載力是否修正、如何修正等問(wèn)題，在規(guī)范中是不能直接找出答案的。3)在工程實(shí)際應(yīng)用相對(duì)缺乏的情況下，通過(guò)本實(shí)例的計(jì)算分析，為從業(yè)人員在類似項(xiàng)目中的承載力修正提供了可靠依據(jù)。