独立基础底板保护层规范

时间：2022-11-01 百科知识版权反馈

【摘要】：在确定基础底面尺寸时，首先应满足地基承载力要求，进行持力层土的承载力计算。需要注意，基础底面压力pk，max和pk，min相差过大则容易引起基础倾斜，因此，pk，max和pk，min相差不宜过于悬殊。后者，减小基础埋深可使基底到软弱下卧层的距离增加，使附加应力在软弱下卧层中的影响减小，从而减小基础沉降。

在确定基础底面尺寸时，首先应满足地基承载力要求，进行持力层土的承载力计算。如果地基受力层范围内存在着承载力明显低于持力层的下卧层，则还需要对软弱下卧层进行验算。其次，对部分建（构）筑物，仍需考虑地基变形的影响，验算建（构）筑物的变形特征值，并对基础底面尺寸作必要的调整。

一般墙、柱基础通常采用矩形基础或条形基础，按荷载对基础形心的偏心情况，上部结构作用下基础顶面的荷载可分为轴心荷载和偏心荷载。

1）轴心荷载作用

轴心荷载作用下（如图8-7），要求基底平均压力不超过持力层土的承载力特征值，即满足下式要求：

pk≤fa　　（8-9）

式中：fa——修正后的地基持力层承载力特征值；

pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值，按下式计算：

式中：A——基础底面面积；

Fk——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面处的竖向力；

Gk——基础自重和基础上土重，一般可近似取Gk=γGAd（其中γG为基础及回填土的平均重度，可取γG=20kN/m3，d为基础平均埋深），但在地下水位以下部分应扣除浮力。

将式（8-10）代入式（8-9）中，得到基础底面积的计算公式如下：

对于条形基础，可沿基础长度的方向取单位长度1m进行计算，荷载同样是单位长度上的荷载（kN/m），则由式（8-11）计算的A即为条形基础的宽度。

必须指出，在按式（8-11）计算A时，需要先确定地基承载力设计值fa。但fa值又与基础底面尺寸A有关，也即公式中的A与fa都是未知数，因此，可能要通过反复试算确定。计算时，可先对地基承载力只进行深度修正算出fa值；然后按计算所得的A，考虑是否需要进行宽度修正，使得A与fa间相互协调一致。

2）偏心荷载作用

偏心荷载作用下（如图8-8），除应符合式（8-9）的要求外，尚应符合下式要求：

pk，max≤1.2fa　　（8-12）

式中：pk，max——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘处的最大压力值。

对单向偏心矩形基础，当偏心距e≤l/6，基底的最大、最小压力可按下式计算：

若偏心距e>l/6时，基础底面与地基接触面会出现部分脱离区，则基底边缘的最大压力为

式中：Mk——相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的弯矩（kN·m）；

W——基础底面的抵抗矩（m3）；

e——偏心距（m），e=Mk/（Fk+Gk）；

l——力矩作用方向的矩形基础底面边长（m），一般为矩形基础底面的长边；

b——垂直于力矩作用方向的矩形基础底面边长（m）；

a——偏心荷载作用点至最大压力作用边缘的距离（m），a=l/2-e。

根据上述承载力的要求，对于偏心荷载作用下的基础底面尺寸常采用试算法确定。计算方法如下：

（1）先按轴心荷载作用，利用式（8-11）初步估算基础底面尺寸。

（2）根据偏心程度，将基础底面积扩大10％～40％，并以适当的比例确定矩形基础的长l和宽b，一般取l/b=1～2。

（3）计算偏心荷载作用下基底最大压力和基底最小压力，并使其满足式（8-9）和式（8-12）。如果不适合（太小或过大），可调整基础底面长度和宽度，再验算。如此反复一两次，便能定出合适的基础底面尺寸。

需要注意，基础底面压力pk，max和pk，min相差过大则容易引起基础倾斜，因此，pk，max和pk，min相差不宜过于悬殊。一般认为，在高、中压缩性地基土上的基础，或有吊车的厂房柱基础，偏心距e不宜大于l/6（相当于pk，min≥0）；对低压缩性地基土上的基础，当考虑短期作用的偏心荷载时，对偏心距的要求可以适当放宽，但也应控制在l/4以内；若上述条件不能满足时，则应调整基础底面尺寸，或者做成梯形底面形状的基础，使基础底面形心与荷载重心尽量重合。

软弱下卧层是指在持力层下，成层土地基受力层范围内，承载力显著低于持力层的高压缩性土层。若按前述持力层土的承载力计算得出基础底面所需的尺寸后还存在软弱下卧层，就必须对软弱下卧层进行承载力验算，要求传递到软弱下卧层顶面处的附加应力与自重应力之和不得超过软弱下卧层的承载力，即

pz+pcz≤faz　　（8-15）

式中：pz——相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值（kPa）；

pcz——软弱下卧层顶面处的自重压力值（kPa）；

faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。

根据弹性半空间理论，下卧层顶面土体的附加应力，在基础底面中心线下最大，向四周扩散呈非线性分布，如果考虑上下层土的性质不同，应力分布规律就更为复杂。《建筑地基基础设计规范》通过大量试验研究并参照双层地基中附加应力分布的理论解答，提出了按扩散角原理的简化的计算附加应力的方法（图8-9）。

图8-9　附加应力计算图

当持力层与软弱下卧层的压缩模量比值Es1/Es2≥3时，对矩形和条形基础，假设基底处的附加应力（p0=pk-pc）向下传递时按某一角度θ向外扩散，并均匀分布于较大面积的软弱下卧土层上，根据基底与软弱下卧层顶面处扩散面积上的附加应力相等的条件，可得附加应力的计算表达式：

矩形基础：

条形基础：

式中：pk——基底平均压力值（kPa）；

b——矩形基础底面的宽度（m）；

l——矩形基础底面的长度（m）；

d——基础埋深（m）（从天然底面算起）；

z——基础底面至软弱下卧层顶面的距离（m）；

γm——基础埋深范围内土的加权平均重度（kN/m3）（地下水位以下取浮重度）；

θ——地基压力扩散线与垂直线的夹角，可按表8-8采用。

表8-8　地基压力扩散角值

注：（1）Es1为上层土压缩模量；Es2为下层土压缩模量；

（2）z/b<0.25时取θ=0°，必要时，宜由试验确定；z/b>0.50时θ值不变。

由以上可知，如果要减小作用于软弱下卧层表面的附加应力，可以采取加大基底面积或减小基础埋深的措施。前一措施虽然可以有效减小附加应力，却可能使基础的沉降量增加，这是由于附加应力的影响深度会随基底面积的增加而加大，从而使软弱下卧层的沉降量明显增加。后者，减小基础埋深可使基底到软弱下卧层的距离增加，使附加应力在软弱下卧层中的影响减小，从而减小基础沉降。因此，当存在软弱下卧层时，基础宜浅埋，这样不仅使“硬壳层”充分发挥应力扩散作用，同时也减小了基础沉降。

【例8-1】　某柱截面尺寸为400mm×400mm，采用方形钢筋混凝土柱下独立基础，作用在基础顶面的轴心荷载标准值Fk=830kN，基础埋深为1.0m，基础下为黏性土，重度γm=18.2kN/m3，孔隙比e=0.7，液性指数IL=0.75，地基承载力特征值为220kPa，试确定基础底面尺寸。

【解】　（1）求地基承载力特征值（先不考虑对基础宽度的修正）

根据黏性土孔隙比e=0.7，液性指数为IL=0.75，查表7-3得ηd=1.6。则

fa=fak+ηdγm（d-0.5）=220+1.6×18.2×（1-0.5）=235kPa

（2）初步确定基础底面尺寸

基础底面为正方形，其边长 170-02