山区岩石地基上的基础设计

陈方亮

建发房地产集团有限公司

1 引言

在宁德的部分山区县市，丘陵密布，基岩埋藏较浅。在房屋建设中，岩石露头的情况偶有出现，尤其是设置地下室的高层建筑，挖掘岩石的施工难度极大，工期较长，因此个别工程的塔楼未设置地下室，采取基础浅埋的方式来处理，一般采用岩石地基上的扩展基础，辅以岩石锚杆或其他抗滑移措施。按照规范《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）5.1.3 条：“位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑稳定性要求”及8.2.7条，《高层建筑箱形和筏形基础技术规范》（JGJ 6—11）5.1.1 条：“高层建筑筏形与箱形基础的地基应进行承载力和变形计算，当基础埋深不符合本规范第5.2.3条的要求或地基土层不均匀时应进行基础的抗滑移和抗倾覆稳定性验算及地基的整体稳定性验算”，扩展基础的设计应满足整体抗倾覆、整体抗滑移、地基承载力、抗弯承载力、抗剪承载力、抗冲切承载力的要求，本文仅讨论基础的整体抗倾覆和抗滑移设计。

2 整体抗滑移、抗倾覆公式的探讨

2.1 整体抗滑移

现行《建筑地基基础设计规范》未给出建筑整体抗滑移的计算公式，而《高耸结构设计规范》（GB 50135—2006）第7.4.6条给出了基础抗滑稳定计算的公式，高层建筑可参考这一方法。

7.4.6 基础的抗滑稳定性应按下式计算

式中：

Ph——基底上部结构传至基础的水平力代表值（kN）；

N——上部结构传至基础的竖向力代表值（kN）；

μ——基础顶面对地基的摩擦系数，可按现行国家标注《建筑地基基础设计规范》（GB 50007）的规定采用《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）。

表1 土对挡土墙基底的摩擦系数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、砾砂碎石土软质岩硬质岩

2.2 整体抗倾覆

由于岩石上的高层建筑未设置地下室，且基础浅埋，基础刚度较弱，在这种情况下结构的整体倾覆计算十分重要，直接关系到整个结构安全度的控制。如果结构的整体倾覆不满足计算要求，在水平荷载的作用下，将会产生过大的P-Δ效应，造成地基转动变形，整个结构将发生倾覆破坏。

建筑整体抗倾覆计算实际上可转化为基础整体零应力区的计算，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）12.1.7条“在重力荷载与水平荷载标准值或重力荷载代表值与多遇水平地震标准值共同作用下，高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区”，条文说明：“满足本条规定时，高层建筑的抗倾覆能力具有足够的安全储备，不需再验算结构的整体倾覆”。计算示意图如图1。

图1 倾覆计算示意图

假定倾覆力矩计算作用面应为基础底面，倾覆力矩计算的作用力应为水平地震作用或水平风荷载标准值，由计算示意图可得倾覆力矩为MOV=G×EO，抗倾覆力矩为MR=G×B∕2，基础合力偏心距：

若要求不出现零应力区，即B-X=0，得MR=3MOV，抗倾覆力矩应为倾覆力矩的3倍以上即可保证基础底面不出现零应力区，满足抗倾覆要求。

3 工程实例 (按中震计算地震力)

宁德市某小区商住楼，地上32层，主楼下无地下室，小区地下室为辅建式，纯剪力墙结构，建筑安全等级二级，基本风压Wo=0.4kN∕m2，6 度抗震。由于平整场地后基岩出露，故墙下设置独立基础（按筏板计算），采用SATWE 和JCCAD 计算，基础持力层为中风化凝灰熔岩，地基承载力特征值为3.0MPa，基础厚度2m～2.5m不等，基础顶距地面仅20cm。平面布置详图2。

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图2 某商住楼基础平面布置图

3.1 抗滑移计算

（1）地基持力层为中风化凝灰熔岩，根据《建筑地基基础设计规范》（GB 5007—2011）表6.7.5-2查得μ=0.60[2]。

（2）根据计算文件总信息（SATWE），恒荷载N=34185T即341850kN，活荷载Q1=3955T即39550kN，重力荷载代表值：

基础自重：G=0kN（忽略，当安全储备）

（3）根据计算文件总信息（SATWE），风荷载引起的Y向总剪力：

根据计算文件（WZQ），地震引起的总剪力：

无地震作用组合时，总水平力组合值：

地震作用组合时，总水平力组合值：

二者取大值，无地震作用组合起控制作用，Ph=8386kN。

抗滑移满足要求。

3.2 抗倾覆计算

由于本工程基础宽度仅比主楼边界大出一点，近似偏安全的以建筑外墙边为抗倾覆计算点，即B=14.9m。

（1）根据计算文件总信息（SATWE），风荷载引起的Y向倾覆弯矩：

（2）根据计算文件（WZQ），地震引起的Y向倾覆弯矩：

（3）抗倾覆力矩：

分别是风荷载和地震引起的倾覆弯矩的7.69 倍、22.56 倍，未出现零应力区，满足要求。

3.3 构造措施

本工程基础浅埋，未设置地下室，整个基础的刚度较弱，虽然整个建筑的整体抗倾覆计算满足规范的要求，但是考虑到基础作为上部结构嵌固的条件不够理想,且建筑基底基本上与上部结构同宽,有必要采取一定的技术构造措施来加强基础的安全性和稳定性。本工程采用构造措施如下。

（1）故每个基础之间均设有刚度较大的拉梁相连,加大基础整体刚度，保证了基础之间的沉降和水平变形的协调统一。

（2）基础肥槽与筏板混凝土一同浇筑，使基础嵌于基岩内，基岩对基础侧面的约束力远大于建筑的水平滑移力，如图3所示。

图3 基础肥槽示意图

（3）在基础底下均布设置一定数量的岩石锚杆，加强基础与基岩的连接，作为基础抗倾覆工况的安全储备，如图2、图3所示。

3.4 其他

本工程比较特殊，持力层埋极浅，尚可通过肥槽来约束基础，对于基础底直接坐落于基岩面的工程，可采用其他方式加强基础与岩面的连接，以加大抗滑移安全储备，如在个别基础底增加抗滑移趾，其原理同肥槽，可通过抗滑移趾自身混凝土的抗剪切力来计算抗滑移趾的数量、宽度和高度，布置如图4、图5。

图4 抗滑移趾平面布置图

图5 抗滑移趾剖面示意图

4 结语

岩石上做扩展基础的经济效益是显而易见的，但是由于埋深不足，建筑整体抗滑移和抗倾覆计算的重要性尤为突出，特别是对于地震高烈度区和沿海风压较大的区域的高层建筑应高度重视，在满足计算的基础上也应采取构造措施加强基础的整体性，以尽可能满足作为上部嵌固端的条件。