魏公濤

0 引言

實(shí)際工程中存在一類構(gòu)筑物，特點(diǎn)為承受恒荷載小、風(fēng)荷載大、結(jié)構(gòu)高寬比大，諸如馬路邊吸隔聲屏障、落地式廣告牌等。由于風(fēng)荷載占比較大，導(dǎo)致基底主要荷載分量為沿風(fēng)荷載作用平面內(nèi)的彎矩，此時(shí)基礎(chǔ)容易發(fā)生整體傾覆失穩(wěn)或最大基底壓力超限，需采用較大基礎(chǔ)尺寸。而實(shí)際工程場地往往比較緊湊，比如道路邊，建筑物邊等，不允許基礎(chǔ)或基坑占用太多寬度，鑒于此，本文提出一種帶翼墻獨(dú)立基礎(chǔ)形式，可以明顯減小基礎(chǔ)平面尺寸，在工程中較為實(shí)用。

1 基礎(chǔ)形式及設(shè)計(jì)方法

1.1 基礎(chǔ)形式示意圖

設(shè)計(jì)理念為混凝土短柱兩側(cè)挑出翼墻，整體寬度同基礎(chǔ)，利用較寬的翼墻以增大基礎(chǔ)側(cè)土抗力?；A(chǔ)三維軸側(cè)圖見圖1（a），平面圖見圖1（b），立面圖見圖1（c）。

圖1（a） 基礎(chǔ)三維軸測圖

圖1（b） 基礎(chǔ)平面圖

圖1（c） 基礎(chǔ)立面圖

1.2 地基、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法

根據(jù)實(shí)際工況得到基礎(chǔ)受力計(jì)算模型見圖2，混凝土短柱頂承受彎矩、水平剪力、豎向軸力，基礎(chǔ)及回填土自重，基礎(chǔ)左側(cè)承受被動(dòng)土壓力，右側(cè)承受主動(dòng)土壓力，基底承受分布土壓力（由于上部結(jié)構(gòu)軸力一般較小，基底反力形狀一般為三角形）。

圖2 基礎(chǔ)受力示意圖

1.2.1 基礎(chǔ)右側(cè)主動(dòng)土壓力

基坑回填土內(nèi)摩擦角、粘聚力、重度（考慮浮力）分別記為φ、C、γ，則主動(dòng)土壓力合力及作用點(diǎn)距基底距離：

其中，HK為主動(dòng)土壓力系數(shù)，根據(jù)朗肯土壓力理論，K=tan45-φ/2。

1.2.2 基礎(chǔ)左側(cè)被動(dòng)土壓力

被動(dòng)土壓力合力及作用點(diǎn)距基底距離：

其中，K為主動(dòng)土壓力系數(shù)，根據(jù)朗肯土壓力理論，K=tan45+φ/2

1.2.3 基底荷載匯總

基礎(chǔ)底部承受軸力：F+G，其中F 為上部結(jié)構(gòu)傳遞軸力，G 為基礎(chǔ)及回填土自重。

基礎(chǔ)底部承受剪力：V+Ea-Ep，其中V 為上部結(jié)構(gòu)傳遞剪力，Ea 為右側(cè)主動(dòng)土壓力，Ep 為左側(cè)被動(dòng)土壓力。

基礎(chǔ)底部承受彎矩：M0+V×H+Ea×ha-Ep×hp，其中M0為上部結(jié)構(gòu)傳遞彎矩，H 為基礎(chǔ)+短柱高度，Ea 為主動(dòng)土壓力合力，ha 為主動(dòng)土壓力合力作用點(diǎn)距基底距離，Ep 為被動(dòng)土壓力合力，hp 為被動(dòng)土壓力合力作用點(diǎn)距基底距離。

1.2.4 地基承載力驗(yàn)算

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB/50330-2013），擋土墻抗傾覆安全系數(shù)為1.6，利用擋土墻概念，將基礎(chǔ)側(cè)土壓力的有利效應(yīng)除1.6 倍安全系數(shù)做折減。由于基底壓力分布一般為三角形，則地基驗(yàn)算公式如下：

其中，f為修正的地基承載力特征值，p為基底最大反力。

關(guān)于零應(yīng)力區(qū)，本設(shè)計(jì)不做限制，主要考慮已按擋土墻設(shè)計(jì)概念引入抗傾覆安全系數(shù)1.6，且p滿足地基承載力，足使地基滿足承載要求的同時(shí)不發(fā)生整體傾覆。

1.2.5 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/50007-2011）進(jìn)行基礎(chǔ)抗彎、抗沖切、抗剪切驗(yàn)算，其中按本文公式（5）計(jì)算。

1.2.6 翼墻設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)底板頂面位置被動(dòng)土壓力：

其中，表示基礎(chǔ)高度。

翼墻根部單位高度彎矩、剪力分別為：

其中，L為單側(cè)翼墻寬度。

按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（2015 年版）》（GB/50010-2010）中受彎構(gòu)件對翼墻根部進(jìn)行抗彎、抗剪驗(yàn)算。

2 工程實(shí)例

將本設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于北京移動(dòng)公司某4.5m 高路邊聲屏障項(xiàng)目中，該項(xiàng)目原設(shè)計(jì)采用常規(guī)獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)平面尺寸為2.2m×1.5m，埋深為1.8m，由于開挖后發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)范圍內(nèi)有一根直徑200mm 污水管，需縮小基礎(chǔ)尺寸為1.7m×1.5m。原設(shè)計(jì)基底最大壓力為85.3kPa<=153kpa，零應(yīng)力區(qū)15%，基礎(chǔ)縮小后基底最大壓力178kPa>=153kpa，零應(yīng)力區(qū)59%，零應(yīng)力區(qū)過大，基底壓力超限，無法滿足設(shè)計(jì)要求。故設(shè)置厚度250mm翼墻，寬度同基礎(chǔ)，高度為基礎(chǔ)頂面至地面共1.4m，基礎(chǔ)剖面圖見圖3，施工完成照片見圖4。

圖3 聲屏障項(xiàng)目基礎(chǔ)剖面圖

圖4 基礎(chǔ)施工完成照片

本設(shè)計(jì)主要依靠基坑周圍回填土增加基礎(chǔ)抗側(cè)能力，故基坑周圍回填土壓實(shí)系數(shù)以及材料要求應(yīng)按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》換填墊層相關(guān)要求嚴(yán)格執(zhí)行，回填土為黏土，不應(yīng)含有生活垃圾、建筑垃圾以及有機(jī)質(zhì)、軟土等不易壓實(shí)成分，內(nèi)摩擦角、粘聚力按地勘報(bào)告以及工程經(jīng)驗(yàn)分別取10°、5kPa。

按本文提供的設(shè)計(jì)方法計(jì)算可得，為66.4kPa<=153kPa，零應(yīng)力區(qū)接近0，并驗(yàn)算翼墻抗彎、抗剪滿足規(guī)范要求，詳細(xì)計(jì)算過程不再贅述。需注意，由于管道側(cè)邊不能抗壓，在計(jì)算被動(dòng)土壓力過程中予以扣除。

本設(shè)計(jì)以十分簡便的手段有效地解決了開挖后遇障礙物導(dǎo)致基礎(chǔ)縮小帶來的地基、基礎(chǔ)承載力不足的問題，鋼筋和混凝土用量比原設(shè)計(jì)有所減少，在工程經(jīng)濟(jì)方面有一定優(yōu)勢。

3 結(jié)語

本文提出的帶翼墻獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法充分利用基礎(chǔ)周圍土的抗側(cè)能力，按抗傾覆和地基抗壓雙控制進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，可以減小基礎(chǔ)平面尺寸，并適當(dāng)減少鋼筋、混凝土用量，降低造價(jià)，特別適用于對基礎(chǔ)尺寸有一定限制的工程場地以及以水平荷載為主的結(jié)構(gòu)，有較好的實(shí)際工程意義。