地基承载力修正计算过程中埋置深度取值的探讨

宋战旺 刘献科

(河南省煤田地质局物探测量队，河南郑州 450009)

0 引言

地基承载力是地基承受基底以上荷载的能力，是建筑地基评价的首要和基本任务，能否正确评价地基承载力关乎建筑工程的使用安全与投资效益。目前综合体建筑项目越来越多，综合体内不同分部的荷载差异悬殊，相互影响密切，使不同分部的基础地基承载力的深度修正过程变得较为复杂，需要综合考虑的因素越来越多。为了解决这方面的困扰，作者从天然地基承载力的原理出发，紧密结合规范，逐条分析，总结出了不同情况下的基础埋置深度的取值方法，方便地勘设计人员参考。

1 天然地基承载力深度修正机理

在土力学专业教程中，针对地基的极限承载力的研究过程中，往往把地基土当成一理想弹塑性体。地基在竖直荷载下表现为三种剪切破坏模式，第一种是密实砂土、坚硬粘土的整体剪切破坏，第二种是压缩性大的松砂和软粘土的局部剪切破坏，第三种是压缩性大的松砂和软粘土冲切破坏模式。在大多数加荷过程中，土体的最终失稳往往只在基础的一侧发生。

地基极限承载力理论分析方法较多，本文以普朗德尔地基极限承载力理论为基础，简要说明了天然地基承载力深度修正机理。

假定一条形荷载板(不考虑长度)底面光滑，不考虑摩擦力影响，把板放置于土的表面上(不考虑土体质量)，当土体在荷载作用下处于塑性极限平衡状态时，地基内出现连续的滑裂面。滑裂土体可以分成五个对称的区域，即基底正下方的Ⅰ区、基础边缘两侧过渡区的Ⅱ区和基础外侧的Ⅲ区，且Ⅱ区和Ⅲ区分别对称分布，如图1所示。其中在I区的大主应力δ1是垂直于地面的。

图1 普朗德尔极限承载力理论的地基滑裂线网

Ⅰ区称为朗肯主动区，滑裂线与水平面成45°+/2角;Ⅲ区称为朗肯被动区，滑裂线与水平面成45°－/2角，大主应力δ1是水平向的;Ⅱ区为过渡区，其内有两组滑裂线，一组为连结Ⅰ，Ⅲ区的对数螺线，另一组则是以A和B为起点的射线。

依上所述情况，普朗德尔得出极限承载力的理论解，即:

其中，Nc，Nq为承载力系数，是与土的内摩擦角函数;c为土的粘聚力;q为基底水平面以上的土重用均布超载rd。其中，Nq=e(πtan)tan2(45°+ /2)，Nc=cot(Nq－1)。

综上所述，可以确定地基极限承载力的大小分别由两组作用提供，一组是地基土自身剪切力作用提供，另一组是由基底水平面以上超载的反力作用提供。

2 天然地基承载力的深度修正时深度取值探讨

依据GB 50007—2011建筑地基基础设计规范(以下简称基础规范)第5.2.4条及该条文说明对基础埋置深度的规定(具体条文参见基础规范)，依次对不同情况下基础埋置深度取值进行探讨。

为了方便探讨和理解，对文中的符号规定如下:d1为地下室室内地面至基础底的实际埋深;d2为从室外地面至基础底的实际埋深;de为基础两侧基底水平面以上超载的折算土层厚度;d为实际修正深度。

1)一般情况下，自室外地面标高算起。其中室外地面标高应以基础宽度两倍范围内最低标高为准，这可与规范5.2.4条条文规定相呼应。

2)在填方整平地区，一种情况是填土在主楼结构施工前完成的，修正深度可自填土地面标高算起;另一种情况是填土在主楼上部结构施工后完成的，应从天然地面标高算起，这是因为在基础承受全部荷载时，只要基础两侧有土体(填土)作用，无论填土堆载时间长短，均可反作用于地基土向上的滑动力。

3)基础规范规定，对于地下室，当采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起。这与基础规范第5.2.4条条文说明相矛盾，因为在主裙楼一体的结构的情况下(包括主楼基础外有整体地下车库的情况)，主楼周边的多层—低层附属物或地下车库的基底平均压力可能显著小于基底处的土体自重应力，即超载折算土层厚度de有可能小于d2，而地基规范要求主楼修正的埋置深度取de，此时地下室的修正深度大于主楼修正深度，显而易见是不合理的，因此建议在纯地下室进行深度修正时，其埋置深度d的取值应选取d2和de的较小值。

4)基础规范规定，对于地下室，当天然地基采用独立基础或条形基础时，修正深度d应从室内地面标高算起，即取d=d1。这是因为地基承载力深度修正的原理是基底两侧水平面以上的超载反作用于土体向上的滑动力，使地基土体保持在极限平衡范围内。当两侧超载不同时，地基土破坏时将在超载较小的一侧发生。

5)基础规范第5.2.4条条文说明规定:对于主裙楼一体的结构，对于主体结构的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。

根据本人理解，建议主裙楼一体的结构，裙房进行修正的埋置深度d的取值可按3)，4)进行。

主楼进行深度修正的埋置深度d可分别按照以下几种情况取值:

第一种情况，主裙楼均为筏基或箱基时:

a.当主楼周边超载宽度均大于主楼宽度2倍时，d值取周边裙房的de值的最小值。

b.当主楼周边至少有一侧超载宽度不大于主楼基础宽度的2倍时，主楼d值宜取该侧自室外地面标高算至基础底的实际埋深d2与其余方向裙房折算土层厚度de相比较的小值。

第二种情况，主楼为筏基或箱基，周边裙房为独基或条基时:

a.当裙房无地下室时，修正的埋置深度d取值按本文中1)进行。

b.当裙房有地下室时，可以结合本文4)，主楼深度修正的埋置深度d宜从地下室室内地面标高算至主楼基础底，即取d=d1。

6)基础规范规定，岩石在强风化和全风化状态时，其承载力的确定及修正可比照其风化后形成的对应土的类别、名称和性状取值，中等风化～未风化状态下的岩石地基承载力不修正。这是因为中等风化～未风化状态下的岩石与土的物理特性截然不同，岩石地基的承载能力主要由岩石的抗压强度和岩体的完整程度两因素确定，其破坏特征主要为局压破坏，所以规范规定岩石地基的承载载力特征值为岩石的饱和单轴抗压强度乘以各种不利因素所确定的折减系数之积。

7)存在的几个注意事项:

a.在主裙楼一体的建筑中，裙楼基础与主楼基础刚性相连，且外跨不大时，此时主楼的荷载可被裙楼基础分担一部分，使裙房基底压力大于自身所提供的压力，计算裙房地基承载力时必须考虑。

b.有资料建议考虑防水板对地基的约束作用，本人认为这是不安全的，因为部分基底反力转移到由防水板承担，但相对基础的作用来说是微不足道的，加上防水板的配筋和厚度远小于基础的配筋和厚度，其抗弯抗剪抗切作用不足，往往增大了相邻柱子承受的水平荷载，降低了整体结构的安全系数。建议在地基深度修正时不考虑防水板的作用。

c.主裙楼一体时，由于荷载差异悬殊，沉降差异明显，为了平衡这种沉降，往往先施工主楼，待主楼结构完工后再施工裙房，采用这种施工顺序时不能用裙房荷载的折算土层厚度进行深度修正。有时主楼与周边地下室同时开挖土方，直到主楼结构完工后再施工地下室部分，此时主楼地基承载力修正深度应以基底至周边地下室基坑内地面的厚度为准，但这样降低了主楼天然地基的承载能力，是不科学的。建议设计方在设计时充分考虑各种施工顺序对地基承载力的影响，给施工方提供合理的施工顺序建议。

3 结语

地基深度修正是基础设计过程中必不可少的步骤，其深度取值更是关键的一步，但实际过程往往情况比较复杂。建议在经验不足或资料不详细时，地勘设计单位宜从安全的角度出发，采用保守方案，避免没根据地冒进，杜绝安全事故的发生。随着建筑市场的发展，也会出现新的地基深度修正问题，希望更多的地勘设计人员认真分析总结，得出正确的埋置深度取值，实现安全经济合理的建筑设计。