天然地基设计中的常见问题解析
2015-07-09
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核心提示：本文列举了在天然地基设计中经常会出现的问题，并通过对问题的分析，查找出了问题出现的原因，同时提出了解决这些问题的建议和对策。
1地基承载力修正时的参数取值问题
1.1存在的问题及原因分析
根据《建筑地基基础设计规范》GB50007（以下简称《规范》）规定：地基承载力特征值可由载荷试验或其它原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合确定。当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：
fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）
在地基基础设计时，往往由于设计人员对以上公式理解不足，造成出现以下问题：⑴ηb和ηd取值不当，未取用基础底面土层的数值；⑵γ取值不当，未取用基础底面以下持力层层的数值；⑶γm取值不当，未取用基础底面以上土的加权平均重度（位于地下水位以下的土层取有效重度）。
1.2解决对策
⑴应正确理解公式各参数含义，并正确选用之。
⑵应区分行业、地方规范与国标《规范》的区别，准确应用相关公式。
2对基础埋深理解的问题
2.1存在的问题及原因分析
混淆基础埋深要求和对地基承载力修正的基础计算埋深的关系。基础埋深的含义和作用如下：⑴基础埋深的目的是为了地基稳定和变形要求；⑵基础具有一定埋深后，地下室前后墙体的被动土压力和侧墙的摩擦力对基础的摆动有一定的限制作用；⑶可以减少上部结构的地震反应，对抗震有利；⑷设置地下室，即基础具有一定埋深可降低地基的附加应力，从而减少地基沉降。
而基础计算埋深的含义为：⑴其考察的是基础的自重应力状态对地基承载力的影响程度；⑵其与基坑开挖前的自重应力状态有关，其最大埋深应不大于基坑开挖前基础的实际埋深。
2.2解决对策
⑴应根据建筑物的高度、体型、结构形式、地基条件和抗震设防烈度等因素，综合确定基础埋深。
⑵应区分不同情况确定基础埋深。对天然地基。在满足地基稳定的前提下应尽量浅埋，一般情况下，宜≥H/15（H为建筑高度，指室外地面到主体结构顶面的高度），最小埋深宜≥0.5m；对桩基础，宜≥H/（18～20），不包括桩长；对岩石地基，可不考虑埋深要求，但应验算倾覆，必要时应采取可靠地锚固措施。
⑶新建房屋的基础埋深应不大于原有建筑或相邻基础的埋深，否则应采取有效的结构措施。
⑷可根据地区实际情况，并有可靠经验时，基础埋深可适当放宽。
3房屋高度计算错误问题
3.1存在的问题及原因分析
房屋高度是确定基础埋深的主要指标，地基基础设计时出现的相关问题是由于“主要屋面”和“室外屋面”的确定不当而引起的。
3.2解决对策
⑴对屋顶层面积与其下层面积相比有突出者，当房屋面积小于其下层面积的50%时，可作为屋顶局部突出考虑，房屋高度的计算范围不包含局部突出的楼层。
⑵对屋顶层面积与下层面积相比缓变者，当屋面面积小于其下缓前标准楼层面积的50%时，可作为屋顶局部突出考虑。房屋高度的计算范围内不包含局部突出的楼层。
⑶对砌体结构，当坡屋面的阁楼面积小于顶层楼面面积时，可根据阁楼层面积占顶层面积的比例确定房屋的高度。当阁楼面积/顶层面积≤0.5，且阁楼层最低处高度≤1.8时，阁楼不作为一层计算，高度也不计入总高度。而将此阁楼作为房屋的局部突出按《抗震规范》进行抗震验算。
4地基承载力验算时，基础计算埋深的常见问题
4.1存在的问题及原因分析
⑴将基础的计算埋深d与回填土厚度挂钩，对独立基础、条形基础，只考虑基础顶面填土的影响。
⑵对超补偿的整体式基础（地下室层数较多，埋深很大或地上楼层较少），没有考虑基础底面的实际压力情况，按基础埋深进行地基承载力验算。
⑶对欠补偿的整体式基础（地下室层数不多，埋深不大或地上楼层较多），只考虑基础底面的实际压力情况，没有按基础的实际埋深进行地基承载力验算。
⑷对独立柱基加防水板基础，未考虑防水板下软垫层对地基承载力的影响，按独立基础或整体式基础进行地基承载力验算。
⑸对为消除高层建筑与其裙房的过大的沉降差异，主楼采用整体式基础（减少主楼沉降），裙房采用独立基础（或条形基础）加防水板基础（加大裙房沉降）时，未考虑裙房基础对主楼边缘基础下的地基承载力影响。
⑹采用独立基础和条形基础时，地下室周边基础与内部基础采用相同的基础计算埋深。
4.2解决对策
地基承载力修正是采用的基础埋深与基础实际埋深不完全一致：
⑴当为超补偿基础（基础底面以上建筑的总重量小于挖去的土重）时，基础的计算埋深小于基础的设计埋深。
⑵当为欠补偿基础（基础底面以上建筑的总重量大于挖去的土重）时，基础的计算埋深赢取基础的实际埋深。
⑶单位独立基础加防水板基础时，应根据防水板底面的反力取折算深度。
⑷任何情况下，均可根据基础底面的实际反力确定折算的基础埋深。
5地基承载力验算时，上部结构的柱（墙）底内力取值不正确
5.1存在的问题及原因分析
⑴对规范在地基承载力验算时对上部结构荷载取值要求理解有误。
⑵过于保守而取用柱底最大内力。
⑶地震区建筑结构，基础设计未采取相应的结构措施时，不考虑地震对基础的影响。
5.2解决对策
⑴根据《规范》规定，地基承载力验算时，上部结构的柱底内力取用相应于荷载效应标准组合时的数值；上部结构的竖向荷载算至基础顶面；上部结构对基础的弯矩算至基础底面；基础及以上填土重量取标准值。
⑵除按《抗震规范》要求可以不考虑地震作用对地基影响的建筑外，其它建筑结构的基础均应分别进行地基的非抗震验算和地震作用验算。
⑶基础中的结构构件设计与地基设计有本质差别，采用的是结构构件的一般设计原则，对于不同构件、不同计算部位和不同计算要求，采用相应的荷载代表值。
⑷基础设计时，荷载代表值可按下列原则换算：①荷载特征值=荷载标准值；②荷载设计值=1.3荷载特征值（荷载标准值）；③荷载特征值（荷载标准值）=0.77荷载设计值；④当为可变荷载效应控制的组合时，上述系数分别可取1.25和0.8；⑤当建筑物各楼层的均布活荷载标准值很大时，应根据实际情况确定换算系数；⑥当基础设计需考虑地震作用组合，并采用非抗震的计算公式时，可取荷载设计值=0.8地震作用效应设计值；⑦当需要进行地基抗震验算时，可直接采用相应公式p≤faE和pmax≤1.2faE进行验算。
6采用独立柱基加防水板基础时，地基承载力调整计算错误
6.1存在的问题及原因分析
⑴将独立柱基加防水板基础等同于一般独立基础，基础的计算埋深错误。
⑵将独立柱基加防水板基础等同于一般筏板基础，基础的计算埋深错误。
⑶未能正确理解基础的计算埋深与基础实际埋深的关系，导致基础的计算埋深取值出现偏差。
6.2解决对策
⑴正确理解防水板的作用和防水板下软垫层对地基承载力的影响，合理取用基础的计算埋深。
⑵正确理解独立基础加防水板基础中，基础的计算埋深与实际埋深的关系，并将其与整体式基础加以区分。
7地下室采用独立基础或条形基础时，挡土墙基础与中间独立基础采用相同的地基承载力特征值的问题
7.1存在的问题及原因分析
⑴地下室挡土墙两侧不同高度的填土对基础下地基承载力的有利影响各不相同，简单按较小填土厚度计算，过于保守。
⑵挡土墙内外侧不同高度的回填土对基础下地基承载力的影响与建筑物建成后的地面堆土不同，当填土厚度不大于基础的实际埋深时，填土对地基承载力提高有利，当填土厚度大于基础实际埋深时，超出基础设计埋深的部分转化为基础的地面堆载，对基础承载不利。
7.2解决对策
合理确定两侧不同填土的挡土墙基础的计算埋深，并核算基础上部不同填土厚度对地基基础的影响。
8忽略地基沉降问题
8.1存在的问题及原因分析
⑴地基的承载力与上部结构的承载力概念不同，而地基的承载力特征值与地基的变形性能密不可分——这在地基基础设计中常不能被透彻理解。
⑵地基基础设计中出现强度重于变形的错误设计理念。
⑶混淆了地基设计与基础设计。
8.2解决对策
⑴应明确地基承载力与地基变形的不可分割性，地基设计的根本问题是低级的变形问题；低级的承载力特征值本质是一种变形控制要求，满足的是正常使用极限状态的要求，即在发挥正常使用功能时所能提供的抗力设计值。
⑵和上部结构设计不同，在地基设计中，变形控制是根本性问题。
9建造在斜坡上的建筑物未采取有效的结构措施
9.1存在的问题及原因分析
坡地上的建筑物受场地约束条件的限制，一般不具备双向均匀对称的条件，在地震作用或风作用等水平荷载作用下，建筑物将产生扭转，属于抗震不规则结构。而在这种情况下未采取有效措施。
9.2解决对策
⑴尽量避免在坡地上建造建筑物。
⑵抗震设防区域，尤其是高烈度区，当未采取有效的结构处理措施时，不得在坡上建造高层建筑。
⑶应通过场地的局部平整，是建筑物坐落在四周同一标高的场地上，房屋临近坡顶的一侧，设置永久性支挡结构。
参考文献：
[1]滕延京，黄熙龄等.建筑地基基础设计规范GB50007-2011.中国建筑工业出版社，2011.
[2]朱炳炎等.地基基础设计方法及实例..中国建筑工业出版社，2012.
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