特殊条件下的地基承载力特征值

尚志诚， 庆彦营

（1.河南德阳设计审查咨询有限公司，郑州 450000；2.河南省朝阳建筑设计有限公司，郑州 450000）

0 引言

地基承载力设计的核心是上部结构通过基础传给地基的压力最大值不应使地基处于塑性变形的状态中，是保证工程结构安全的基本要求。

目前建筑工程中大量存在主楼同地下室连为一体或毗邻的情况，并且有些项目地下水位较高，或者场地高差较大，相邻建筑地基基础的高差相互关系复杂。此类特殊条件对地基承载力的确定，特别是深度修正计算影响较大，如果工程设计时不综合考虑相关影响，会给设计留下安全隐患。

针对特殊情况的地基承载力，很多学者做了相关研究，李艳娇等[1]对回填土地基、主裙楼一体结构地基等承载力取值进行了研究，李治等[2]对主裙楼一体结构按基础超载情况下的承载力确定进行了研究，其他人也有类似研究，都给出了一些设计方法。但目前的研究成果，对某些特殊情况下承载力的确定还不是很系统。

文中就沉降后浇带、地下水位较高、相邻基础高差较大等特殊情况对承载力的影响进行了详细对比研究，给出了相关建议，供广大结构设计师参考。

1 沉降后浇带的影响分析

1.1 工程概况

南阳某居住项目，地上26层，房屋高度79.6m，地下室为1层立体车库。主楼为抗震墙结构，地下室为框架结构，主楼同地下室连为整体。抗震设防烈度7度（0.10g）[3]，设计地震分组第1组，建筑场地类别为Ⅱ类。各层地基土的地质特征见表1，孔口高程在126.30～126.83m之间。

表1 地基土的地质特征

1.2 承载力计算分析

工程基础设计先按方案1，采用整体筏形基础，在主楼外地下车库第一跨内设沉降后浇带。地基基础设计等级乙级，主楼基础厚度1200mm，基底标高-7.55m，地下车库基础厚度600mm（柱下筏基局部加厚，设下柱墩），基底标高-6.95m，车库顶板覆土1.5m。主楼的标准组合基底压力平均值为463kPa，基底压力最大值pkmax=537kPa。地基基础剖面（方案1）见图1。

图1 地基基础剖面（方案1）

GB 55003-2021《建筑与市政地基基础通用规范》[4]及GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》[5]对地基承载力特征值的深度修正和设计要求如下（各符号的含义见相应规范）：

地基基础采用方案1，对主楼结构的地基承载力进行深度修正时，将地下车库筏形基础以上范围内的荷载qk=67.3kN/m2，按基础两侧的超载考虑，将超载折算成土层厚度作为基础埋深，且同自室外地面标高算起的基础埋深比较，取小值。工程的折算基础埋深de=qk/γm=67.3/19.2=3.5m，自室外地面标高算起的基础埋深d=7.25m，地基承载力进行深度修正时取3.5m。基底持力层为③层细砂，承载力特征值fak=170kPa。基础宽度及深度的修正系数ηb=2.0、ηd=3.0。基础底面以下土的重度γ=19.5kN/m3，基础底面以上土的加权平均重度γm=19.2kN/m3。

修正后的地基承载力特征值：fa=459.8kPa。

满足规范对地基承载力的要求。

由于沉降后浇带在主楼完工两个月且沉降稳定后浇灌，考虑沉降后浇带的封闭时间较晚，还应对施工期间的地基承载力进行复核，基础埋深自地下室室内地面标高算起d=1.20m。考虑后浇带封闭时主楼的楼面装修尚未施工，应可扣除该部分荷载，主楼的标准组合基底压力平均值pk=442kPa，基底压力最大值pkmax＞=512.8kPa。

修正后的地基承载力特征值：fa=327.3kPa。

考虑沉降后浇带影响时，施工期间不应将地下车库筏形基础以上范围内的荷载按基础两侧的超载考虑，此时不满足规范对地基承载力的要求。

地基基础采用图2方案2时，主楼的基础埋深加深2.25m，加高的空间作为结构空腔，基底持力层④层为含卵砾粗砂。考虑沉降后浇带对施工期间的地基承载力进行复核，基础埋深自地下室室内地面标高算起d=3.45m。基础宽度及深度的修正系数ηb=3.0、ηd=4.4。基础底面以下土的重度γ=19.5kN/m3，基础底面以上土的加权平均重度为γm=19.2kN/m3。修正后的地基承载力特征值为fa=624.7kPa。考虑扣除后浇带封闭时未施工的主楼的楼面装修荷载，主楼的基底压力平均值pk=447kPa，基底压力最大值pkmax=521.8kPa。

图2 地基基础剖面（方案2）

经对比分析表明，沉降后浇带的设置对地基承载力的深度修正影响较大，需单独进行验算，以保证施工期间地基基础的安全性。

2 抗浮设防水位的影响分析

2.1 工程概况

郑州某大厦项目，地上11层，地下2层，房屋高度50.25m。主楼结构类型为框架-抗震墙结构，地下车库为框架结构，主楼同地下室连为整体。抗震设防烈度7度（0.15g），设计地震分组第二组，建筑场地类别为Ⅲ类。

地貌单元区域上属黄河冲积泛滥平原，场地地形相对平坦，地貌形态单一，各层地基土的地质特征见表2，孔口高程在86.70～87.30m之间。受城市建设和周边施工降水的影响，勘察稳定水位在自然地面下11.6～12.6m（高程74.67～75.51m），近3～5年最高水位高程约为83.5m，地下水的补给主要为大气降水，水位年变幅约2.0m。抗浮设防水位高程（历史最高水位）85.0m。

表2 地基土的地质特征

工程主楼与地下车库采用整体筏形基础，主楼基础厚度1100mm，地下车库基础厚度600mm（柱下筏基局部加厚，设上柱墩）。主楼与地下车库的基础底面平齐，基底标高-11.45m，绝对高程78.16m，采用天然地基，地下车库设抗浮锚杆。车库顶板覆土1.5m。主楼的基底压力标准组合平均值pk=236kPa，基底压力最大值pkmax=325kPa。地基基础剖面见图3。

图3 地基基础剖面

2.2 承载力计算分析

当地下水位低于基础底面，对主楼结构的地基承载力进行深度修正时，将地下车库筏形基础以上范围内的荷载qk=73.2kN/m2，按基础两侧的超载考虑，工程的折算基础埋深de=3.79，自室外地面标高算起的基础埋深d=11.15m，地基承载力深度修正时取3.79m。基底持力层为③层细砂，fak=150kPa。基础宽度及深度的修正系数ηb=2.0、ηd=3.0。基础底面以下土的重度γ=19.6kN/m3，基础底面以上土的加权平均重度γm=19.3kN/m3。

修正后的地基承载力特征值：fa=458.1kPa。

满足规范对地基承载力的要求。

由于抗浮设防水位高于基础底面，还应对丰水期的地基承载力进行复核。筏形基础以上范围内的荷载（上部荷载qk）、水浮力Fw、通过基础传给地基的压力（基底压力pk）。上部荷载、水浮力、基底压力的相互关系，见图4。

图4 上部荷载、水浮力、基底压力相互关系

丰水期地下水浮力Fw=68.4kN/m2，地下车库通过基础传给地基的压力（基底压力）pk=73.2-68.4=4.8kPa，主楼通过基础传给地基的压力（基底压力）pk=236-68.4=167.6kPa，基底压力最大值pkmax=325-68.4=256.6kPa。将地下车库通过基础传给地基的压力（基底压力），折算成土层厚度作为基础埋深de=4.8/9.6=0.5m。基础底面以下土的浮重度γ=9.6kN/m3。

修正后的地基承载力特征值：fa=207.6kPa。

由于水的浮力作用，将使土的承载力大为降低，对于无粘性土，影响更为显著[6]。工程丰水期主楼及地下车库的基底压力均减小了68.4kPa，地下车库通过基础传给地基的压力（基底压力）仅有4.8kPa。主楼地基承载力计算用的基础埋置深度减少了3.29m，丰水期修正后的地基承载力特征值与枯水期相比减少了207.6kPa，不能满足规范对地基承载力的要求。需调整基础的平面尺寸和布置，使基底平面形心与结构竖向永久荷载尽量重心重合，减小基底压力、减小偏心距e值。

3 相邻基础高差的影响分析

3.1 工程概况

郑州某住宅区，项目用地南北长约548m、东西宽约185m，地上26栋多层住宅，主楼之间局部设地下室。该项目地貌单元属山前丘岗，原为林地。场地高程变化大，整体北高南地，场地高程在202.55～241.3m，最大相对高差约38.75m。场地地下水位埋藏较深（超过100m深）。

该项目楼栋较多，各建筑间的地基基础关系复杂。现仅对5#楼及毗邻地下车库进行分析，其地基土的地质特征见表3。

表3 5#楼及毗邻地下车库的地基土地质特征

5#楼与毗邻的地下车库，基础埋置深度差别较大，地基基础的相互关系复杂见图5。5#楼地上4层（顶层设坡屋顶），无地下室，房屋高度14.45m，结构类型为异形柱框架-剪力墙结构，采用天然地基筏形基础，基础厚度500mm。毗邻地下车库为地下1层，框架结构，与5#楼相近但不相连，采用独立基础加防水板、或天然地基筏形基础。可以较好的利用原有地形，减少土方的挖填平衡，减轻对自然的影响，保护生态环境。

图5 地基基础剖面（单位：mm）

3.2 承载力计算分析

由图5可知，5#楼基础底面与地下车库的地面高差3.8m，与地下车库的基础水平距离仅1.7m。5#楼地基承载力计算时，除了对基底持力层进行验算，还应对车库的地面标高处进行地基承载力的验算。5#楼与车库基底持力层均为②层粉土，fak=150kPa（黏粒含量pc≥10%），基底压力平均值pk=104.4kPa。基础宽度及深度修正系数ηb=0.3、ηd=1.5。基础底面以下土的重度γ=18.0kN/m3，基础底面以上土的加权平均重度γm=18.0kN/m3。

5#楼基础底面的修正后地基承载力特征值：

满足规范对地基承载力的要求。

对车库地面标高下0.5m（标高-5.900）处进行地基承载力的验算。依据GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》第5.2.7条：pz+pcz≤faz。基础底面至地下车库地面标高下0.5m的距离z=4.3m。地基压力扩散线与垂直线的夹角θ取0°，pz+pcz=181.8kPa。

当地下车库采用独立基础加防水板时，faz=150kPa＜pz+pcz=181.8kPa。不满足规范对地基承载力的要求。

当地下车库采用筏形基础时，将地下车库筏形基础以上范围内的荷载qk=62.3kN/m2，按超载折算成基础埋深de=3.46m，自室外地面标高算起的基础埋深d=5.6m，地基承载力进行深度修正时取3.46m。faz=229.9kPa＞pz+pcz=181.8kPa，faz仅进行深度修正。满足规范对地基承载力的要求。

工程与地下车库毗邻，该筏形基础底面与毗邻地下车库的基础底面相差4.3m，基础埋置深度差别较大。地基承载力的确定，考虑地下车库对工程的影响，当地下车库采用独立基础加防水板时，不满足规范对地基承载力的要求；当地下车库采用筏形基础时，按超载折算成基础埋深，可以满足规范对地基承载力的要求。

4 结语

文中通过结合项目的分析研究，得出如下结论：

（1）当主楼与地下车库采用整体筏形基础，且在主楼外地下车库设沉降后浇带时，应考虑沉降后浇带未封闭时的施工工况，基础埋深应从地下室的室内地面标高算起，进行地基承载力的计算分析。由于后浇带封闭时主楼的楼面装修尚未施工，应可扣除该部分荷载。

（2）当抗浮设防水位高于基础底面，还应充分考虑水浮力的影响，对丰水期的地基承载力进行复核。由于地下水的浮托作用，主楼及地下车库的基底压力减小，主楼地基承载力计算用的基础埋置深度减少，基底平面形心与结构竖向永久荷载重心在准永久组合下的偏心距e，丰水期与枯水期相比较e值增大。

（3）当主楼与地下车库毗邻，且地下车库的地面标高低于主楼基础底面，基础的埋置深度差别较大时。除了对基础底面的地基进行承载力计算外，还应对地下车库的地面标高处进行地基承载力的验算。当地下车库采用筏形基础时，可将筏形基础以上范围内的荷载按超载折算成基础埋深。