特殊條件下的地基承載力特征值

尚志誠， 慶彥營

（1.河南德陽設計審查咨詢有限公司，鄭州 450000；2.河南省朝陽建筑設計有限公司，鄭州 450000）

0 引言

地基承載力設計的核心是上部結構通過基礎傳給地基的壓力最大值不應使地基處于塑性變形的狀態中，是保證工程結構安全的基本要求。

目前建筑工程中大量存在主樓同地下室連為一體或毗鄰的情況，并且有些項目地下水位較高，或者場地高差較大，相鄰建筑地基基礎的高差相互關系復雜。此類特殊條件對地基承載力的確定，特別是深度修正計算影響較大，如果工程設計時不綜合考慮相關影響，會給設計留下安全隱患。

針對特殊情況的地基承載力，很多學者做了相關研究，李艷嬌等[1]對回填土地基、主裙樓一體結構地基等承載力取值進行了研究，李治等[2]對主裙樓一體結構按基礎超載情況下的承載力確定進行了研究，其他人也有類似研究，都給出了一些設計方法。但目前的研究成果，對某些特殊情況下承載力的確定還不是很系統。

文中就沉降后澆帶、地下水位較高、相鄰基礎高差較大等特殊情況對承載力的影響進行了詳細對比研究，給出了相關建議，供廣大結構設計師參考。

1 沉降后澆帶的影響分析

1.1 工程概況

南陽某居住項目，地上26層，房屋高度79.6m，地下室為1層立體車庫。主樓為抗震墻結構，地下室為框架結構，主樓同地下室連為整體?？拐鹪O防烈度7度（0.10g）[3]，設計地震分組第1組，建筑場地類別為Ⅱ類。各層地基土的地質特征見表1，孔口高程在126.30～126.83m之間。

表1 地基土的地質特征

1.2 承載力計算分析

工程基礎設計先按方案1，采用整體筏形基礎，在主樓外地下車庫第一跨內設沉降后澆帶。地基基礎設計等級乙級，主樓基礎厚度1200mm，基底標高-7.55m，地下車庫基礎厚度600mm（柱下筏基局部加厚，設下柱墩），基底標高-6.95m，車庫頂板覆土1.5m。主樓的標準組合基底壓力平均值為463kPa，基底壓力最大值pkmax=537kPa。地基基礎剖面（方案1）見圖1。

圖1 地基基礎剖面（方案1）

GB 55003-2021《建筑與市政地基基礎通用規范》[4]及GB 50007-2011《建筑地基基礎設計規范》[5]對地基承載力特征值的深度修正和設計要求如下（各符號的含義見相應規范）：

地基基礎采用方案1，對主樓結構的地基承載力進行深度修正時，將地下車庫筏形基礎以上范圍內的荷載qk=67.3kN/m2，按基礎兩側的超載考慮，將超載折算成土層厚度作為基礎埋深，且同自室外地面標高算起的基礎埋深比較，取小值。工程的折算基礎埋深de=qk/γm=67.3/19.2=3.5m，自室外地面標高算起的基礎埋深d=7.25m，地基承載力進行深度修正時取3.5m?；壮至訛棰蹖蛹毶?，承載力特征值fak=170kPa?；A寬度及深度的修正系數ηb=2.0、ηd=3.0?；A底面以下土的重度γ=19.5kN/m3，基礎底面以上土的加權平均重度γm=19.2kN/m3。

修正后的地基承載力特征值：fa=459.8kPa。

滿足規范對地基承載力的要求。

由于沉降后澆帶在主樓完工兩個月且沉降穩定后澆灌，考慮沉降后澆帶的封閉時間較晚，還應對施工期間的地基承載力進行復核，基礎埋深自地下室室內地面標高算起d=1.20m?？紤]后澆帶封閉時主樓的樓面裝修尚未施工，應可扣除該部分荷載，主樓的標準組合基底壓力平均值pk=442kPa，基底壓力最大值pkmax＞=512.8kPa。

修正后的地基承載力特征值：fa=327.3kPa。

考慮沉降后澆帶影響時，施工期間不應將地下車庫筏形基礎以上范圍內的荷載按基礎兩側的超載考慮，此時不滿足規范對地基承載力的要求。

地基基礎采用圖2方案2時，主樓的基礎埋深加深2.25m，加高的空間作為結構空腔，基底持力層④層為含卵礫粗砂?？紤]沉降后澆帶對施工期間的地基承載力進行復核，基礎埋深自地下室室內地面標高算起d=3.45m?；A寬度及深度的修正系數ηb=3.0、ηd=4.4?；A底面以下土的重度γ=19.5kN/m3，基礎底面以上土的加權平均重度為γm=19.2kN/m3。修正后的地基承載力特征值為fa=624.7kPa?？紤]扣除后澆帶封閉時未施工的主樓的樓面裝修荷載，主樓的基底壓力平均值pk=447kPa，基底壓力最大值pkmax=521.8kPa。

圖2 地基基礎剖面（方案2）

經對比分析表明，沉降后澆帶的設置對地基承載力的深度修正影響較大，需單獨進行驗算，以保證施工期間地基基礎的安全性。

2 抗浮設防水位的影響分析

2.1 工程概況

鄭州某大廈項目，地上11層，地下2層，房屋高度50.25m。主樓結構類型為框架-抗震墻結構，地下車庫為框架結構，主樓同地下室連為整體?？拐鹪O防烈度7度（0.15g），設計地震分組第二組，建筑場地類別為Ⅲ類。

地貌單元區域上屬黃河沖積泛濫平原，場地地形相對平坦，地貌形態單一，各層地基土的地質特征見表2，孔口高程在86.70～87.30m之間。受城市建設和周邊施工降水的影響，勘察穩定水位在自然地面下11.6～12.6m（高程74.67～75.51m），近3～5年最高水位高程約為83.5m，地下水的補給主要為大氣降水，水位年變幅約2.0m?？垢≡O防水位高程（歷史最高水位）85.0m。

表2 地基土的地質特征

工程主樓與地下車庫采用整體筏形基礎，主樓基礎厚度1100mm，地下車庫基礎厚度600mm（柱下筏基局部加厚，設上柱墩）。主樓與地下車庫的基礎底面平齊，基底標高-11.45m，絕對高程78.16m，采用天然地基，地下車庫設抗浮錨桿。車庫頂板覆土1.5m。主樓的基底壓力標準組合平均值pk=236kPa，基底壓力最大值pkmax=325kPa。地基基礎剖面見圖3。

圖3 地基基礎剖面

2.2 承載力計算分析

當地下水位低于基礎底面，對主樓結構的地基承載力進行深度修正時，將地下車庫筏形基礎以上范圍內的荷載qk=73.2kN/m2，按基礎兩側的超載考慮，工程的折算基礎埋深de=3.79，自室外地面標高算起的基礎埋深d=11.15m，地基承載力深度修正時取3.79m?；壮至訛棰蹖蛹毶?，fak=150kPa?；A寬度及深度的修正系數ηb=2.0、ηd=3.0?；A底面以下土的重度γ=19.6kN/m3，基礎底面以上土的加權平均重度γm=19.3kN/m3。

修正后的地基承載力特征值：fa=458.1kPa。

滿足規范對地基承載力的要求。

由于抗浮設防水位高于基礎底面，還應對豐水期的地基承載力進行復核。筏形基礎以上范圍內的荷載（上部荷載qk）、水浮力Fw、通過基礎傳給地基的壓力（基底壓力pk）。上部荷載、水浮力、基底壓力的相互關系，見圖4。

圖4 上部荷載、水浮力、基底壓力相互關系

豐水期地下水浮力Fw=68.4kN/m2，地下車庫通過基礎傳給地基的壓力（基底壓力）pk=73.2-68.4=4.8kPa，主樓通過基礎傳給地基的壓力（基底壓力）pk=236-68.4=167.6kPa，基底壓力最大值pkmax=325-68.4=256.6kPa。將地下車庫通過基礎傳給地基的壓力（基底壓力），折算成土層厚度作為基礎埋深de=4.8/9.6=0.5m?；A底面以下土的浮重度γ=9.6kN/m3。

修正后的地基承載力特征值：fa=207.6kPa。

由于水的浮力作用，將使土的承載力大為降低，對于無粘性土，影響更為顯著[6]。工程豐水期主樓及地下車庫的基底壓力均減小了68.4kPa，地下車庫通過基礎傳給地基的壓力（基底壓力）僅有4.8kPa。主樓地基承載力計算用的基礎埋置深度減少了3.29m，豐水期修正后的地基承載力特征值與枯水期相比減少了207.6kPa，不能滿足規范對地基承載力的要求。需調整基礎的平面尺寸和布置，使基底平面形心與結構豎向永久荷載盡量重心重合，減小基底壓力、減小偏心距e值。

3 相鄰基礎高差的影響分析

3.1 工程概況

鄭州某住宅區，項目用地南北長約548m、東西寬約185m，地上26棟多層住宅，主樓之間局部設地下室。該項目地貌單元屬山前丘崗，原為林地。場地高程變化大，整體北高南地，場地高程在202.55～241.3m，最大相對高差約38.75m。場地地下水位埋藏較深（超過100m深）。

該項目樓棟較多，各建筑間的地基基礎關系復雜?，F僅對5#樓及毗鄰地下車庫進行分析，其地基土的地質特征見表3。

表3 5#樓及毗鄰地下車庫的地基土地質特征

5#樓與毗鄰的地下車庫，基礎埋置深度差別較大，地基基礎的相互關系復雜見圖5。5#樓地上4層（頂層設坡屋頂），無地下室，房屋高度14.45m，結構類型為異形柱框架-剪力墻結構，采用天然地基筏形基礎，基礎厚度500mm。毗鄰地下車庫為地下1層，框架結構，與5#樓相近但不相連，采用獨立基礎加防水板、或天然地基筏形基礎?？梢暂^好的利用原有地形，減少土方的挖填平衡，減輕對自然的影響，保護生態環境。

圖5 地基基礎剖面（單位：mm）

3.2 承載力計算分析

由圖5可知，5#樓基礎底面與地下車庫的地面高差3.8m，與地下車庫的基礎水平距離僅1.7m。5#樓地基承載力計算時，除了對基底持力層進行驗算，還應對車庫的地面標高處進行地基承載力的驗算。5#樓與車庫基底持力層均為②層粉土，fak=150kPa（黏粒含量pc≥10%），基底壓力平均值pk=104.4kPa?；A寬度及深度修正系數ηb=0.3、ηd=1.5?；A底面以下土的重度γ=18.0kN/m3，基礎底面以上土的加權平均重度γm=18.0kN/m3。

5#樓基礎底面的修正后地基承載力特征值：

滿足規范對地基承載力的要求。

對車庫地面標高下0.5m（標高-5.900）處進行地基承載力的驗算。依據GB 50007-2011《建筑地基基礎設計規范》第5.2.7條：pz+pcz≤faz?；A底面至地下車庫地面標高下0.5m的距離z=4.3m。地基壓力擴散線與垂直線的夾角θ取0°，pz+pcz=181.8kPa。

當地下車庫采用獨立基礎加防水板時，faz=150kPa＜pz+pcz=181.8kPa。不滿足規范對地基承載力的要求。

當地下車庫采用筏形基礎時，將地下車庫筏形基礎以上范圍內的荷載qk=62.3kN/m2，按超載折算成基礎埋深de=3.46m，自室外地面標高算起的基礎埋深d=5.6m，地基承載力進行深度修正時取3.46m。faz=229.9kPa＞pz+pcz=181.8kPa，faz僅進行深度修正。滿足規范對地基承載力的要求。

工程與地下車庫毗鄰，該筏形基礎底面與毗鄰地下車庫的基礎底面相差4.3m，基礎埋置深度差別較大。地基承載力的確定，考慮地下車庫對工程的影響，當地下車庫采用獨立基礎加防水板時，不滿足規范對地基承載力的要求；當地下車庫采用筏形基礎時，按超載折算成基礎埋深，可以滿足規范對地基承載力的要求。

4 結語

文中通過結合項目的分析研究，得出如下結論：

（1）當主樓與地下車庫采用整體筏形基礎，且在主樓外地下車庫設沉降后澆帶時，應考慮沉降后澆帶未封閉時的施工工況，基礎埋深應從地下室的室內地面標高算起，進行地基承載力的計算分析。由于后澆帶封閉時主樓的樓面裝修尚未施工，應可扣除該部分荷載。

（2）當抗浮設防水位高于基礎底面，還應充分考慮水浮力的影響，對豐水期的地基承載力進行復核。由于地下水的浮托作用，主樓及地下車庫的基底壓力減小，主樓地基承載力計算用的基礎埋置深度減少，基底平面形心與結構豎向永久荷載重心在準永久組合下的偏心距e，豐水期與枯水期相比較e值增大。

（3）當主樓與地下車庫毗鄰，且地下車庫的地面標高低于主樓基礎底面，基礎的埋置深度差別較大時。除了對基礎底面的地基進行承載力計算外，還應對地下車庫的地面標高處進行地基承載力的驗算。當地下車庫采用筏形基礎時，可將筏形基礎以上范圍內的荷載按超載折算成基礎埋深。