山區巖石地基上的基礎設計

陳方亮

建發房地產集團有限公司

1 引言

在寧德的部分山區縣市，丘陵密布，基巖埋藏較淺。在房屋建設中，巖石露頭的情況偶有出現，尤其是設置地下室的高層建筑，挖掘巖石的施工難度極大，工期較長，因此個別工程的塔樓未設置地下室，采取基礎淺埋的方式來處理，一般采用巖石地基上的擴展基礎，輔以巖石錨桿或其他抗滑移措施。按照規范《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）5.1.3 條：“位于巖石地基上的高層建筑，其基礎埋深應滿足抗滑穩定性要求”及8.2.7條，《高層建筑箱形和筏形基礎技術規范》（JGJ 6—11）5.1.1 條：“高層建筑筏形與箱形基礎的地基應進行承載力和變形計算，當基礎埋深不符合本規范第5.2.3條的要求或地基土層不均勻時應進行基礎的抗滑移和抗傾覆穩定性驗算及地基的整體穩定性驗算”，擴展基礎的設計應滿足整體抗傾覆、整體抗滑移、地基承載力、抗彎承載力、抗剪承載力、抗沖切承載力的要求，本文僅討論基礎的整體抗傾覆和抗滑移設計。

2 整體抗滑移、抗傾覆公式的探討

2.1 整體抗滑移

現行《建筑地基基礎設計規范》未給出建筑整體抗滑移的計算公式，而《高聳結構設計規范》（GB 50135—2006）第7.4.6條給出了基礎抗滑穩定計算的公式，高層建筑可參考這一方法。

7.4.6 基礎的抗滑穩定性應按下式計算

式中：

Ph——基底上部結構傳至基礎的水平力代表值（kN）；

N——上部結構傳至基礎的豎向力代表值（kN）；

μ——基礎頂面對地基的摩擦系數，可按現行國家標注《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007）的規定采用《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）。

表1 土對擋土墻基底的摩擦系數μ

0.30～0.40 0.40～0.50 0.40～0.60 0.40～0.60 0.65～0.75粉土中砂、粗砂、礫砂碎石土軟質巖硬質巖

2.2 整體抗傾覆

由于巖石上的高層建筑未設置地下室，且基礎淺埋，基礎剛度較弱，在這種情況下結構的整體傾覆計算十分重要，直接關系到整個結構安全度的控制。如果結構的整體傾覆不滿足計算要求，在水平荷載的作用下，將會產生過大的P-Δ效應，造成地基轉動變形，整個結構將發生傾覆破壞。

建筑整體抗傾覆計算實際上可轉化為基礎整體零應力區的計算，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3—2010）12.1.7條“在重力荷載與水平荷載標準值或重力荷載代表值與多遇水平地震標準值共同作用下，高寬比大于4的高層建筑，基礎底面不宜出現零應力區”，條文說明：“滿足本條規定時，高層建筑的抗傾覆能力具有足夠的安全儲備，不需再驗算結構的整體傾覆”。計算示意圖如圖1。

圖1 傾覆計算示意圖

假定傾覆力矩計算作用面應為基礎底面，傾覆力矩計算的作用力應為水平地震作用或水平風荷載標準值，由計算示意圖可得傾覆力矩為MOV=G×EO，抗傾覆力矩為MR=G×B∕2，基礎合力偏心距：

若要求不出現零應力區，即B-X=0，得MR=3MOV，抗傾覆力矩應為傾覆力矩的3倍以上即可保證基礎底面不出現零應力區，滿足抗傾覆要求。

3 工程實例 (按中震計算地震力)

寧德市某小區商住樓，地上32層，主樓下無地下室，小區地下室為輔建式，純剪力墻結構，建筑安全等級二級，基本風壓Wo=0.4kN∕m2，6 度抗震。由于平整場地后基巖出露，故墻下設置獨立基礎（按筏板計算），采用SATWE 和JCCAD 計算，基礎持力層為中風化凝灰熔巖，地基承載力特征值為3.0MPa，基礎厚度2m～2.5m不等，基礎頂距地面僅20cm。平面布置詳圖2。

在實踐中要提高重視程度，從教學基礎設施入手，對教學中需要的教學設備進行不斷的完善和補充，使得基礎設備得到極大的更新，為學生學習活動的展開提供必要的物質基礎。比如說引進新時期的信息技術，創新聽力教學模式，在實踐中為教師充分利用網絡資源打下堅實基礎，實現課堂教學多樣化，提高學生的“聽”能力。

圖2 某商住樓基礎平面布置圖

3.1 抗滑移計算

（1）地基持力層為中風化凝灰熔巖，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 5007—2011）表6.7.5-2查得μ=0.60[2]。

（2）根據計算文件總信息（SATWE），恒荷載N=34185T即341850kN，活荷載Q1=3955T即39550kN，重力荷載代表值：

基礎自重：G=0kN（忽略，當安全儲備）

（3）根據計算文件總信息（SATWE），風荷載引起的Y向總剪力：

根據計算文件（WZQ），地震引起的總剪力：

無地震作用組合時，總水平力組合值：

地震作用組合時，總水平力組合值：

二者取大值，無地震作用組合起控制作用，Ph=8386kN。

抗滑移滿足要求。

3.2 抗傾覆計算

由于本工程基礎寬度僅比主樓邊界大出一點，近似偏安全的以建筑外墻邊為抗傾覆計算點，即B=14.9m。

（1）根據計算文件總信息（SATWE），風荷載引起的Y向傾覆彎矩：

（2）根據計算文件（WZQ），地震引起的Y向傾覆彎矩：

（3）抗傾覆力矩：

分別是風荷載和地震引起的傾覆彎矩的7.69 倍、22.56 倍，未出現零應力區，滿足要求。

3.3 構造措施

本工程基礎淺埋，未設置地下室，整個基礎的剛度較弱，雖然整個建筑的整體抗傾覆計算滿足規范的要求，但是考慮到基礎作為上部結構嵌固的條件不夠理想,且建筑基底基本上與上部結構同寬,有必要采取一定的技術構造措施來加強基礎的安全性和穩定性。本工程采用構造措施如下。

（1）故每個基礎之間均設有剛度較大的拉梁相連,加大基礎整體剛度，保證了基礎之間的沉降和水平變形的協調統一。

（2）基礎肥槽與筏板混凝土一同澆筑，使基礎嵌于基巖內，基巖對基礎側面的約束力遠大于建筑的水平滑移力，如圖3所示。

圖3 基礎肥槽示意圖

（3）在基礎底下均布設置一定數量的巖石錨桿，加強基礎與基巖的連接，作為基礎抗傾覆工況的安全儲備，如圖2、圖3所示。

3.4 其他

本工程比較特殊，持力層埋極淺，尚可通過肥槽來約束基礎，對于基礎底直接坐落于基巖面的工程，可采用其他方式加強基礎與巖面的連接，以加大抗滑移安全儲備，如在個別基礎底增加抗滑移趾，其原理同肥槽，可通過抗滑移趾自身混凝土的抗剪切力來計算抗滑移趾的數量、寬度和高度，布置如圖4、圖5。

圖4 抗滑移趾平面布置圖

圖5 抗滑移趾剖面示意圖

4 結語

巖石上做擴展基礎的經濟效益是顯而易見的，但是由于埋深不足，建筑整體抗滑移和抗傾覆計算的重要性尤為突出，特別是對于地震高烈度區和沿海風壓較大的區域的高層建筑應高度重視，在滿足計算的基礎上也應采取構造措施加強基礎的整體性，以盡可能滿足作為上部嵌固端的條件。