对地基承载力埋深修正的再讨论(精)

1 编者按 本刊陆续收到探讨地基承载力的埋深修正问题的来稿 从这些来稿来看 目前工程界对该问 题的认识比较混乱 有着各种各样的理解 编者通过与相关规范编织组专家以及一些一线设计人员的沟 通 从地基承载力深度修正的实质出发 总结出把握地基承载力深度修正的几个关键要素 以期对设计 有所帮助 对地基承载力埋深修正的再讨论 李 静 中国建筑设计研究院亚太建设信息研究院 建筑结构 编辑部 北京 1规范相关条文说明 建筑地基基础设计规范 简称规范 第 5 2 4 条指出 通过载荷试验或其它原位测试结果 经 验值等方法确定的地基承载力特征值 需要进行 深度修正 其条文说明中还有一段论述 目前 建筑工程大量存在着主裙楼一体的结构 对于主 体结构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两倍时 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 这两处要求虽然表述不一样 但其实质是一致 的 均与地基破坏机理相关 建筑结构 2007 年 第 11 期刊登的 CFG 桩复合地基在国美家园工程 中的应用 一文及 建筑结构 技术通讯 2007 年 第 11 期刊登的 基于整体剪切破坏分析的地基承 载力深度修正 一文 均从地基破坏机理出发 分析了地基承载力深度修正的实质 目前工程届对地基承载力深度修正的认识还十 分混乱 本文拟进一步对地基承载力深度修正的 实质进行总结 阐述其在常见的几种地基基础形 式中的应用 同时剖析几种工程界中流行的认识 希望对广大设计人员有所帮助 2地基承载力深度修正的实质与要点 2 1 深度修正的实质和要点 文 1 2 指出 进行地基承载力的深度 修正 就是为了考虑基础两侧基底标高以上的超 载 q 对基础两侧滑动土体向上滑动的抵抗作用 这个超载可以直观地理解为作用在滑动土体表面 的压重 见图 1 超载 q 可以是土自重 q rd 也 可以是裙房产生的连续均布压力 计算公式可参 考规范式 5 2 2 1 注意 活荷载应按 荷载规 范 第 4 1 2 条要求折减 因此 结合地基破坏机理 以及计算公式建 立的前提 总结出地基承载力深度修正的几个要 素分别如下 1 地基承载力的深度修正 其实都是 超载的压重作用 无论是用土的天然埋深 还是 将裙房等其他连续均匀压重折算为土厚进行地基 承载力的深度修正 其实质都是基础两侧超载对 抗滑动土体向上运动的体现 2 对超载连续 均匀性和满足一定分 布宽度的要求 地基承载力计算公式的建立是以 超载 q 为连续均布荷载 并作用在整个滑动体表 面为前提的 根据规范和文 2 的建议 超载的 分布宽度满足大于 2 4 B B 为基础宽度 的 要求即可进行地基承载力的深度修正 如果是天 然土层形成的超载 这个荷载基本上是连续均布 的 裙房等压重不一定能形成的连续均布的超载 具体分析见下文 3 取最小值的要求 地基的破坏一般 都发生在最薄弱部位 因此应取基础四周的埋深 或折算埋深 的最小值进行深度修正 理解了地基承载力深度修正的实质 就可以把 图 1 基础两侧基底标高以上的超载作用示意 2 地基承载力深度修正的问题转化为考虑基础四周 2 4 倍基础边长范围内 表示为图 2 中反斜线 超载的大小与分布问题 再抓住了上述 3 个要素 基本可以解决一般工程的深度修正取值问题 图 2 超载作用平面示意 2 2 设计中存在的错误认识及说明 1 条文说明中 基础底面以上范围内的荷载 是指主楼两侧裙房基础底面标高处的基底压力 基础底面以上范围内的荷载 指的是主楼 两侧在主楼基础底面标高处的基底压力 见图 1 由此错误认识产生的问题是 当裙房基础底 面标高在主楼基础底面标高之上时 如图 3 少 考虑了 H h 厚土形成的超载作用 这种情况用于 深度修正的计算埋深 d 相应于荷载效应标准组合 时 裙房上部结构传至基础顶面的平均竖向压力 和裙房基础自重折算成的土厚 d1 H h 图 3 裙房基底标高在主楼基底标高之上时计算埋 深 2 超载 是指基底压力 超出 埋深土层 自重应力的部分 从前面分析可知 超载 不是附加应力 3 用基底标高处实际反力确定基础的等效埋 深 根据规范公式 5 2 2 1 基础底面反力值 p 见图 1 与上部结构传至基础顶面的竖向力以 及基础自重和基础上的土重有关 与基础两侧的 超载没有直接关系 因此 这样做是没有什么道 理的 4 将地基承载力的深度修正原理与地基承载 力的长期压密提高作用混为一谈 地基承载力与上部结构的承载力不同 其与 地基变形密切有关 在地基上部荷载的长期作用 下 地基变形沉降趋于稳定 因此可以适当提高 地基承载力 可见 地基承载力的压密提高机理 与超载的压重作用是不同的 5 当地基承载力按深层载荷试验确定时 还 进行深度修正 按深层载荷试验确定地基承载力特征值时 两侧的超载已经存在 所以规范规定不用进行深 度修正 6 用于地基承载力深度修正的超载折算厚度 不应该大于基础天然埋深 只要满足上述 3 个要素的超载 就应该可以用 于地基承载力的深度修正 不应该受到天然埋深 的限制 7 取基础两边的埋深 或折算埋深 的平均 或者加权平均来进行承载力的深度修正 从破坏模式来看 基础两边的压重不一样时 破坏的滑裂面自然在压重轻的一边先发生 规范 条文说明 基础两侧超载不等时 取小值 就是 这种概念的体现 在没有充分地论证之前 取小 值偏于安全 8 只考虑沿基础短边方向的修正 不考虑长 边方向 当结构四周的超载相差不多 且其长宽相差较 大时 破坏一般不会沿着长边发生 此时取短边 B 方向 进行考虑是可以的 但当结构的长宽比较 接近时 取四周的埋深 折算埋深 的最小值进 行深度修正是较安全的 3对裙楼边长小于 2 倍主楼边长时的考虑及建 议 如图 4 所示 裙楼边长小于 2 倍主楼边长 分 两种情况考虑 1 当裙楼处的折算深度大于天然埋深时 按 照规范要求 取天然埋深进行深度修正是没有问 题的 但作者认为 当裙楼可以形成较为连续均 布的超载时 可以适当考虑裙楼的压重作用 取 计算埋深处于裙楼折算埋深和天然埋深之间 因 为这方面没有 权威资料 因此具体取值应该慎重 或者参考 3 工程经验 2 当裙楼处的折算埋深不大于天然埋深时 规范没有明确说明 这个时候 取折算埋深 取 小值从小考虑应该是合理 且偏安全的 当然如 上所述 从压重机理来说也可以适当考虑天然埋 深的较大压重 同样应该慎重 图 4 裙楼边长小于 2 倍主楼边长的情况 4各种基础类型的计算埋深取值举例 4 1 条形或独立基础见图 5 a b 4 2 箱基或筏基等整体基础见图 5 c 4 3 独立基础 防水板见图 5 d 该基础防水板的基底反力的大小与其构造密 切相关 3 防水板下设置软垫层 起到确保防水 板不承担或承担最少量的地基反力时 软垫层下 的地基反力q可以考虑防水板自重 地下室地面 建筑做法重等 如果防水板下采用的是一般垫层 防水板与基础将共同承担上部结构传来的力 其 地基反力由分析计算得到 图 5 各种情况的计算埋深取值示意 图中d表示计算埋深 对于 6 8m 的柱距以及板厚加素混凝土垫层为 500mm 左右时 防水板的基底反力也不能形成均布 荷载 也就不能将基底平均压力 q 全额作为超载 对独立基础下的承载力进行深度修正 不少设计 人员将基底压力平均值折减后作为超载 即 1 me qd 式中 为折减系数 折减系数取多少取决于柱跨 板厚及土的性状 柱距越小 筏板越厚 地基土 越好 折减越少 但由于这方面的资料较少 承 载力修正的量值具有很大的经验性 相关讨论见 文 1 但折减系数不能取得太小 否则计算得到 得折算深度de小于裙房室内地面到基础底面的距 离d1 就没有意义了 计算埋深取室外埋深和折算埋深的小值 5带裙房的主楼的地基承载力深度修正举例 为了突出问题 仅对结构短边方向 基础两 边天然埋深一样 裙房边长大于主楼边长 2 倍 主楼基础为整体性较好的箱形或筏板基础的情况 进行说明 5 1 主裙楼一体 计算埋深取左右两边折算埋深的最小值 见图 6 a 5 2 主裙楼间设缝 之间填粗砂充实值地面的情 况 由于粗砂可以传递水平方向的受力 因此对主 楼地基承载力的深度修正可以参考主裙楼一体时 的情况 见图 6 b 4 5 3 裙房为独立基础 因为 裙房的独立基础不能形成连续均匀的分 布荷载 因此 不能考虑裙房荷载对超载的贡献 其计算埋深应为从裙房室内地面算起的天然埋深 见图 6 c 5 4 裙房为独立柱基础 防水板 如 4 3 的分析 防水板不能形成均布荷载 宜通过防水板下反力测试 积累一定实测资料后 按式 1 对其基底反力进行折减后作为超载 见 图 6 d 图 6 带裙房的主楼的地基承载力深度修正示意 图中 d 表示计算