杜 鋒
(悉地國(guó)際設(shè)計(jì)顧問(wèn)(深圳)有限公司上海分公司,上海 200235)
隨著城市化進(jìn)程的加快,城市綜合體項(xiàng)目越來(lái)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(lái)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(wèn)題,供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。
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(lái)說(shuō),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(lái)解答,只不過(guò)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(jiàn)圖1。在大多數(shù)加荷過(guò)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。
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(shuō)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。
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?chē)餐梁穸榷煌?。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(lèi)講解。
無(wú)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)
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(méi)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(jiàn)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(jiàn)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)
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(chē)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
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(wèn)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(méi)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。
如果地下水位較高,裙樓地下室本身存在抗浮問(wèn)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(méi)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。
大型城市綜合體項(xiàng)目中,開(kāi)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(chē)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(kāi)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(kāi)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]。
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?chē)餐粮叨榷煌?。?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(méi)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(kāi)挖,會(huì)破壞深度修正的條件;主樓周邊存在基坑開(kāi)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.