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摘要:合理的确定地基基础埋深,绝对不是简单的根据规范套用公式即可,需要根据地质情况,进行宽度与深度的修正,结合地基破坏机理,深刻理解规范公式含义,才能解决复杂地基基础埋深问题。
关键词:基础埋深 深宽修正 地基承载力
一、前言
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)第5.2.4条:当基础宽度大于3m,或埋置深度大于0.5m时,从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值,尚应按下式修正:
勘察报告中给出的地基承载力特征值fak是由载荷试验或者其他原位测试、公式计算,而将它用于地基基础设计时还有一个深、宽修正的问题。实际应用中,常常会遇到一些特殊情况,不能盲目的套用此公式,否则,会出现严重错误,下面就几种常见情况进行深入分析与探讨。
二、公式深宽修正的含义
首先在设计前,要理解规范公式的意义,地基承载力之所以需要修正,而不能直接采用地勘给出的测量值,是因为地基承载力不仅与地基的地质、地形、水文条件、地震烈度、当地的冻结深度,还与基础的大小、形状、刚度、埋深以及上部荷载情况息息相关,尤其是与基础底面土的性质有关,而与基础底面以上土的性质无关。这些因素叠加在一起,与土的性质共同考虑,才能得出一个更合理的地基承载力,并且,地基基础设计采用承载力极限状态下的标准组合,也就是荷载设计值,而原位试验或者浅层平板载荷实验、深层平板载荷试验都是标准条件或基本组合状态下的取值,两者对于计算某个地基基础时,也应进行深宽修正,从而消除影响。
公式中的埋深d是指地基承载力修正所需的数值,不完全等同于基础的实际埋深,规范中的d应理解成计算埋深。
一般来说,基础的宽度修正,主要是考虑到,对于有粘性的土质来说,地基承载力会随着ψk的增大有所提高,如果地基基础的宽度增大,地基承载力就会提高,所以,在计算承载力时应予以宽度的修正。但是,规范同时也指出,当基础宽度大于6m时,经修正后的公式算出的承载力过大,此时,还应考虑基础沉降方面的问题,公式计算的结果失真,所以,公式给出,此时基础宽度宜按6m计算,同时规范又规定,基础宽度小于3m时,砂土地基静载荷实验得出,承载力比计算值小了很多,故基础底部宽度小于3m时按3m考虑。
基础的深度修正,也是非常有必要的,因为地基承载力随着基础埋深的增加而增加,如果基础埋置更深,两侧的土体就会越多,基础受到的压力也就越大,使基础产生失稳的可能性也就越小,深度的修正,本质上是超载的压重作用,无论是天然地基,还是将裙房等其他连续均匀压重折算为土的厚度进行的地基承载力修正,本质都是基础四周的土体产生压重抵抗基础底部向四周滑动的土体。
当潜水存在时,应将基础地面尽量埋置在潜水位以上,若基础地面必须埋置在水位以下时,除应考虑施工时的基坑排水,坑壁维护等问题,还应考虑地下水对混凝土的腐蚀性、地下室防渗及基础底板的抗浮。
三、确定基础埋深d的几个常见问题
基础计算埋深d与回填土厚度挂钩时,对单独基础,条形基础和整体式基础只考虑基础顶面填土的影响。对独立柱+防水板基础,在未考虑防水板下软弱垫层对地基的正在离的影响,按独立基础或整体式基础考虑承载力的计算。对于考虑防水板下的软弱垫层时,其计算埋深应按软垫层下的实际地基反力标准值来确定基础的等效埋深,同时,还需要考虑防水板自重,地下室地面建筑做法,地下室地面荷载等荷载的折减。当采用单独基础和条形基础时,地下室周边基础与内部基础采用相同的基础计算埋深等。对于地下室如采用箱型基础或筏基时,基础埋置深度自室外地面标高算起,但是这是有条件的,只有当基础底面地基反力的平均值大于挖去的原有土重时,才能按此公式计算,当为超补偿基础时,仍应按建筑物重量的等效埋深确定埋置深度d。
当上层土的承载力高于下层土的承载力时,宜取上层土作为持力层,特别是当上层土是硬壳土时,基础宜浅埋,对于上层土为较软的地基土,要计算上层土厚度,来确定合理的基础埋深,基础深埋、开挖换填,或采用人工地基都是可以的。
当存在相邻建筑时,此时应格外注意,为了保证施工的空间和相邻建筑物的安全,首先应收集旧建筑物的基础数据,如基础形式、埋深、地基处理方式、沉降等情况。新建建筑物基础埋深不宜深于相邻原有建筑物的埋置深度。当埋深大于时,两基础之间应保持净距,其数值要根据原建筑的荷载、基础形式确定,一般大于基础净高差的2倍。如果还不能满足,则考虑采用钢板桩、分段施工、设临时支撑,地下连续墙等等的施工措施,以防止原有建筑物地基土侧向位移威胁新老建筑的安全。
关于高层建筑的基础埋深,抗震规范与高层混凝土设计规范都有明确的要求,但是两者没有统一,基础嵌固条件及地下室周围土体对基础埋深影响很大,两本规范都用“宜”来规定计算要求,说明都不是强制要求,应该在满足结构整体稳定的前提下,尽量浅埋,在高烈度地区,基础深埋对抗震更加有利,这也是必须要考虑的因素。对于主群楼连为一体的筏形基础,主楼地基承载力的深度修正,宜将基础底面以上范围内的荷载,按基础两侧的超载考虑,当超载宽度大于基础宽度2倍时,可将超载折算成土层厚度作为基础埋深,基础两侧超载不等时,取小值。
四、总结
其实,只要掌握了深宽修正的原理,在遇到具体问题时具体分析,就能得出正确的结论,从土力学的角度出发,地基破坏形式有整体剪切破坏,局部剪切破坏及冲剪破坏这三种形式,当基础周围有覆土或超载时,覆土或超载作用在基地平面处的压力在一定程度上阻止了基底土的侧向位移,修正后地基承载力能提高多少,关键看基础周围一定范围内在基底平面处土的竖向应力的大小,总竖向应力越大,承载力提高到越多。基础之前的房心土是没有竖向约束的,基础周围一定范围内在基底平面处土的竖向应力仅仅是周围房心土的自重应力,故基础埋深应从室内标高算起。