建筑地基基础设计规范

建筑地基基础设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 惠州培训网 www.qs100.net 建筑地基基础设计规范 本规范是根据建设部建标,1997,108 号文的要求，由中国建筑科学研究院会同有关的设计、勘察、施工、研究和教学单位对《建筑地基基础设计规范》GBJ7—89 进行修订而成。 修订过程中，开展了专题研究，调查总结了近年来国内地基基础工程的工程实践经验，采纳了该领域新的科研成果，并以各种方式在全国范围内广泛征求了有关设计、勘察、施工、科研。教学单位的意见，经反复讨论、修改和试设计，最后经审查定稿。 本次修订后共有 10 章 22 个附录。主要修订内容是:明确了地基基础设计中承载力极限状态和正常使用极限状态的使用范围和计算方法;强调按变形控制设计的原则，满足建筑物使用功能的要求;细化岩石分类和地基土的冻胀分类;增加有限压缩层地基变形和回弹变形计算方法;增加岩石边坡支护设计方法;增加复合地基设计方法;增加高层建筑筏形基础设计方法;增加桩基础沉降计算方法;增加基坑工程设计方法;增加地基基础检测与监测内容。取消了壳体基础设计的规定。 本规范将来可能需要进行局部修订，有关局部修订的信息和条文内容将刊登在《工程建设 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化》杂志上。 本规范以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。 本规范的具体解释由中国建筑科学研究院地基基础研究所负责。在执行过程中，请各单位结合工程实践，认真总结经验，并将意见和建议寄交北京市北三环东路30号中国建筑科学研究院国家标准《建筑地基基础设计规范》管理组(邮编:100013，E-mail:tyjcabr@sina.com.cn)。 本规范的主编单位:中国建筑科学研究院 参编单位:北京市勘察设计研究院，建设部综合勘察设计研究院，北京市建筑设计研究院，建设部建筑设计院，上海建筑设计研究院，广西建筑综合设计研究院，云南省设计院，辽宁省建筑设计研究院，中南建筑设计院，湖北省建筑科学研究院，福建省建筑科学研究院，陕西省建筑科学研究院，甘肃省建 惠州培训网 www.qs100.net 筑科学研究院，广州市建筑科学研究院，四川省建筑科学研究院，黑龙江省寒地建研院，天津大学，同济大学，浙江大学，重庆建筑大学，太原理工大学，广东省基础工程公司。 主要起草人:黄熙龄 膝延京 王铁宏(以下按姓氏笔画排列) 王公山 王惠昌 白晓红 汪国烈 吴学敏 杨 敏 周光孔 周经文 林立岩 罗宇生 陈如桂 钟 亮 顾晓鲁 顾宝和 侯光瑜 袁炳麟 袁内镇 唐杰康 黄求顺 龚一鸣 裴 捷 潘凯云 潘秋元 1 总 则 1.0.1 为了在地基基础设计中贯彻执行国、家的技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境，制定本规范。 1.0.2 地基基础设计，必须坚持因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源的原则;根据岩土工程勘察资料，综合考虑结构类型、材料情况与施工条件等因素，精心设计。 1.0.3 本规范适用于工业与民用建筑(包括构筑物)的地基基础设计。对于湿陷性黄土、多年冻土 、膨胀土以及在地震和机械振动荷载作用下的地基基础设计，尚应符合现行有关标准、规范的规定。 1.0.4采用本规范设计时，荷载取值应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009 的规定;基础的计算尚应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010 和《砌体结构设计规范》GB 50003 的规定。当基础处于侵蚀性环境或受温度影响时，尚应符合国家现行的有关强制性规范的规定，采取相应的防护措施。 2 术语和符号 惠州培训网 www.qs100.net 2.1 术语 2.1.1 地基 subgrade，foundation，soils 为支承基础的土体或岩体。 2.1.2 基础 foundation 将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。 2.1.3 地基承载力特征值 characteristic value of subgrade bearing capacity 指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比 例界限值。 2.1.4 重力密度(重度) gravity densiyy，unit weight 单位体积岩土所承受的重力，为岩土的密度与重力加速度的乘积。 2.1.5 岩体结构面 rock discontinuity structral plane 岩体内开裂的和易开裂的面。如层面、节理、断层、片理等。又称不连续构造面。 2.1.6 标准冻深 standard frost penetration 在地面平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于10年的实测最大冻深的平均值。 2.1.7 地基变形允许值 allowable subsoil deformation 为保证建筑物正常使用而确定的变形控制值。 2.1.8 土岩组合地基 soil-rock composite subgrade 在建筑地基(或被沉降缝分隔区段的建筑地基)的主要受力层范围内，有下卧基岩表面坡度较大的 地基;或石芽密布并有出露的地基;或大块孤石或个别石芽出露的地基。 2.1.9 地基处理 ground treatment 指为提高地基土的承载力，改善其变形性质或渗透性质而采取的人工方法。 惠州培训网 www.qs100.net 2.1.10 复合地基 cmoposite subgrade，compoiste foundation 部分土体被增强或被置换，而形成的由地基土和增强体共同承担荷载的人工地基。 2.1.11 扩展基础 spread foundation 将上部结构传来的荷载，通过向侧边扩展成一定底面积，使作用在基底的压应力等于或小于地基土的允许承载力，而基础内部的应力应同时满足材料本身的强度要求，这种起到压力扩散作用的基础称为扩展基础。 2.1.12 无筋扩展基础 non-reinforced spread foundation 惠州培训网 www.qs100.net 由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的，且不需配置钢筋的墙下条形基础 或柱下独立基础。 2.1.13 桩基础 pile foundation 由设置于岩土中的桩和联接于桩顶端的承台组成的基础。 2.1.14 支挡结构 retaing structure 使岩土边坡保持稳定、控制位移而建造的结构物。 2.2 主要符号 A——基础底面面积; a——压缩系数; b——基础底面宽度(最小边长);或力矩作用方向的基础底面边长; c——粘聚力; d——基础埋置深度，桩身直径; Ea——主动土压力; Es——土的压缩模量; e——孔隙比; F——基础顶面竖向力; fa——修正后的地基承载力特征值; fak——地基承载力特征值; frk——岩石饱和单轴抗压强度标准值; G——恒载; H0——基础高度; Hf——自基础底面算起的建筑物高度; 惠州培训网 www.qs100.net Hg——自室外地面算起的建筑物高度; L——房屋长度或沉降缝分隔的单元长度; l——基础底面长度; M——作用于基础底面的力矩或截面的弯矩; p——基础底面处平均压力; p0——基础底面处平均附加压力; Qk——相应于荷载效应标准组合时，桩基中单桩所受竖向力; qpk——桩端土的承载力特征值; qsa——桩周土的摩擦力特征值; Ra——单桩竖向承载力特征值; s——沉降量; u——周边长度; ω ——土的含水量; ωL——液限; ωp——塑限; zo——标准冻深; zn——地基沉降计算深度; α ——平均附加应力系数; β ——边坡对水平面的坡角; γ ——土的重力密度，简称土的重度; δ ——填土与挡土墙墙背的摩擦角; δr——填土与稳定岩石坡面间的摩擦角; 惠州培训网 www.qs100.net θ ——地基的压力扩散角; μ ——土与挡土墙基底间的摩擦系数; υ ——泊松比; φ ——内摩擦角; ηb——基础宽度的承载力修正系数; ηd——基础埋深的承载力修正系数; ψs——沉降计算经验系数。 3 基本规定 3.0.1 根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正 常使用的程度，将地基基础设计分为三个设计等级，设计时应根据具体情况，按表 3.0.1 选用。 表 3.0.1 地基基础设计等级 设计等级 建筑和地基类型 重要的工业与民用建筑物 30 层以上的高层建筑 体型复杂，层数相差超过 10 层的高低层连成一体建筑物 甲 级 大面积的多层地下建筑物(如地下车库、商场、运动场等) 对地基变形有特殊要求的建筑物 复杂地质条件下的坡上建筑物(包括高边坡) 惠州培训网 www.qs100.net 对原有工程影响较大的新建建筑物 场地和地基条件复杂的一般建筑物 位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程 乙 级 除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物 场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑 丙 级 物;次要的轻型建筑物 3.0.2 根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定: 1 所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定; 2 设计等级为甲级、乙级的建筑物。均应按地基变形设计; 3 表 3.0.2 所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算: 1) 地基承载力特征值小于 130kPa，且体型复杂的建筑; 2) 在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时; 3) 软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时; 4) 相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时; 5) 地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。 4 对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性; 惠州培训网 www.qs100.net 5 基坑工程应进行稳定性验算; 6 当地下水埋藏较浅。建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。 表3.0.2 可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围 地基60? 地基承载力特征值 100?f 130?f 160?f 200?f80?fakakakakak f主 ak f(kPa) ,100 ,130 ,160 ,200 ,300 ak 要受,80 力 各土层坡度(,) ?5 ?5 ?10 ?10 ?10 ?10 层情 况 砌体承重结构、框 ?5 ?5 ?5 ?6 ?6 ?7 架结构(层数) 吊车额定 单层 5,10 10,15 15,20 20,30 30,50 50,100 建筑 单 起重量(t) 排架 厂房跨度 类型 跨 ?12 ?18 ?24 ?30 ?30 ?30 结构 (m) (6m 多 吊车额定 3,5 5,10 10,15 15,20 20,30 30,75 柱距) 跨 起重量(t) 惠州培训网 www.qs100.net 厂房跨度 ?12 ?18 ?24 ?30 ?30 ?30 (m) 烟囱 高度(m) ?30 ?40 ?50 ?75 ?100 高度(m) ?15 ?20 ?30 ?30 ?30 水塔 50,100,200,300,500, 3容积(m) ?50 100 200 300 500 1000 注:1 地基主要受力层系指条形基础底面下深度为 3b (b 为基础底面宽度)，独立基础下为 1.5b，且厚度均不小于 5m 的范围(二层以下一般的民用建筑除外); 2 地基主要受力层中如有承载力特征值小于 130kPa 的土层时，表中砌体承重结构的设计，应符合本规范第七章的有关要求; 3 表中砌体承重结构和框架结构均指民用建筑，对于工业建筑可按厂房高度、荷载情况折合与其相当的民用建筑层数; 4 表中吊车额定起重量、烟囱高度和水塔容积的数值系指最大值。 3.0.3 地基基础设计前应进行岩土工程勘察，并应符合下列规定: 1 岩土工程勘察报告应提供下列资料: 1) 有无影响建筑场地稳定性的不良地质条件及其危害度; 2) 建筑物范围内的地层结构及其均匀性，以及各岩土层的物理力学性质; 3) 地下水埋藏情况、类型和水位变化幅度及规律，以及对建筑材料的腐蚀性; 4) 在抗震设防区应划分场地土类型和场地类别，并对饱和砂土及粉土进行液化判别; 5) 对可供采用的地基基础 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 进行论证分析，提出经济合理的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 建议;提供与设计要求相对应的地基承载力及变形计算参数，并对设计与施工应注意的问题提出建议; 惠州培训网 www.qs100.net 6) 当工程需要时，尚应提供: (1) 深基坑开挖的边坡稳定计算和支护设计所需的岩土技术参数，论证其对周围已有建筑物和地下设施的影响; (2) 基坑施工降水的有关技术参数及施工降水方法的建议; (3) 提供用于计算地下水浮力的设计水位。 2 地基评价宜采用钻探取样、室内土工试验、触探、并结合其他原位测试方法进行。设计等级为甲级的建筑物应提供载荷试验指标、抗剪强度指标、变形参数指标和触探资料;设计等级为乙级的建筑物应提供抗剪强度指标、变形参数指标和触探资料;设计等级为丙级的建筑物应提供触探及必要的钻探和土工试验资料。 3 建筑物地基均应进行施工验槽。如地基条件与原勘察报告不符时，应进行施工勘察。 3.0.4 地基基础设计时，所采用的菏载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定: 1 按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷裁效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承裁力特征值。 2 计算地基变形时，传至基础底面上的荷裁效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。 3 计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为 1.0。 4 在确定基础或桩台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。 当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。 惠州培训网 www.qs100.net 5 基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要 性系数 γ0 不应小于 1.0。 3.0.5 正常使用极限状态下，荷载效应的标准组合值 Sk 应用下式表示: Sk,SGk，SQ1k，ψc2SQ2k，……，ψcnSQnk (3.0.5-1) 式中 SGk——按永久荷载标准值 Gk 计算的荷载效应值; SQik——按可变荷载标准值 Qik 计算的荷载效应值; ψci——可变荷载 Qi 的组合值系数，按现行《建筑结构荷载规范》GB 50009 的规定取值。 应用下式表示: 荷载效应的准永久组合值 Sk Sk,SGk，ψq1SQ1k，ψq2SQ2k，……，ψqnSQnk (3.0.5-2) 式中 ψqi——准永久值系数，按现行《建筑结构荷载规范》GB 50009 的规定取值。 承载能力极限状态下，由可变荷载效应控制的基本组合设计值 S，应用下式表达: S,γGSGk，γQ1SQ1k，γQ2ψc2SQ2k，……，γQnψcnSQnk (3.0.5-3) 式中 γG——永久荷载的分项系数，按现行《建筑结构荷载规范》GB 50009 的规定取值; γQi——第 i 个可变荷载的分项系数，按现行《建筑结构荷载规范》GB 50009 的规定取值。 对由永久荷载效应控制的基本组合，也可采用简化规则，荷载效应基本组合的设计值 S 按下式 确定: S,1(35Sk?R (3.0.5-4) 式中 R——结构构件抗力的设计值，按有关建筑结构设计规范的规定确定; Sk——荷载效应的标准组合值。 4.2 工程特性指标 4.2.1 土的工程特性指标应包括强度指标、压缩性指标以及静力触探探头阻力，标准贯入实验锤击 惠州培训网 www.qs100.net 数、载荷实验承载力等其他特性指标。 4.2.2 地基土工程特性指标的代表值应分别为标准值、平均值及特征值。抗剪强度指标应取标准值，压缩性指标应取平均值，载荷实验承载力应取特征值。 4.2.3 载荷实验包括浅层平板载荷试验和深层平板载荷实验。浅层平板载荷实验适用于浅层地基，深层平板载荷实验适用于深层地基。两种载荷试验的实验要求应分别符合本规范附录C、D的规定。 4.2.4 土的抗剪强度指标，可采取原状土室内剪切实验、无侧限抗压强度实验、现场剪切实验、十字板剪切实验等办法测定。当采用室内剪切实验确定时，应选择三轴压缩实验中的不固结不排水实验。经过预压固结的地基可采用固结不排水实验。每层土的实验数量不得少于六组。 在验算坡体的稳定性时，对于已有剪切破裂面或其他软弱结构面的抗剪强度，应进行野外大型剪切实验。 4.2.5 土的压缩性指标可采用原状土室内压缩实验、原位浅层或深层平板载荷实验。旁压实验确定。 当采用室内压缩实验确定压缩模量时，实验所施加的最大压力应超过土自重压力与预计的附加压力之和，实验成果用e – P 曲线表示。当考虑土的应力历史进行沉降计算时，应进行高压固结实验，确定先期固结压力，压缩指数，实用成果用e –lgp 曲线表示。为确定回弹指数，应在估计的先期固结压力之后进行一次卸荷，再继续加荷至预定的最后一级压力。 5. 地基计算 5.1 基础埋置深度 5.1.1 基础的埋置深度,应按下列条件确定: 惠州培训网 www.qs100.net 1 建筑物的用途，有无地下设施，基础和形式和构造; 2 作用在地基上的荷载大小和性质; 3 工程地质和水文地质条件; 4 相邻建筑物的基础埋深; 5 地基土冻胀和融陷的影响。 5.1.2 在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础宜浅埋，当上层地基的承载力大于下层土时，宜利用上层土作持力层。除岩石地基外，基础埋深不宜小于 0.5m。 5.1.3 高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应满足地基承载力，变形和稳定性要求。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的 1/15;桩箱或桩筏基础的埋置深度(不计桩长)不宜小于建筑物高度的 1/18,1/20。位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑要求。 5.1.4 基础宜埋置在地下水位以上，当必须埋在地下水位以下时，应采取地基土在施工时不受扰动的措施。 当基础埋置在易风化的岩层上，施工时应在基坑开挖后立即铺筑垫层。 5.1.5 当在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑基础。当埋深大于原有的建筑物时，两基础间应保持一定净距，其数值应根据原有的建筑荷载大小、基础形式和土质情况确定。当上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有的建筑物基础， 5.1.6 确定基础埋深应考虑地基的冻胀性。地基的冻胀性类别应根据冻土层的平均冻胀率 η 的大小，按本规范附录 G.0.1 查取。 5.1.7 土的冻胀性分类基本上与GBJ7-89中的一致，仅对下列几个内容进行了修改。 1 增加了特强冻胀土一档。因原分类表中当冻胀率η大于6%时为强冻胀，在实际的冻胀性地基土中η不 惠州培训网 www.qs100.net 小于20%的并不少见，由不冻胀到强冻胀划分的很密，而强冻胀之后再不细分，显得太粗，有些在冻胀的过程中出现的力学指标如土的冻胀应力，切向冻胀力等，变化范围太大。因此，本规范作相应改动，增加了η大于12%特强冻胀土一档。 在粗颗粒土中的细粒土含量(填充土)，超过某一定的数值时如40%，其冻胀性可按所填充之物的冻胀性2 考虑。 当高塑性粘土如塑性指数Ip不小于22时，土的渗透性下降，影响其冻胀性的大小，所以考虑冻胀性下降一级。当土层中的粘粒(粒径小于0.005mm)含量大于60%，可看成为不透水的土，此时的地基土为不冻胀土。 3 近十几年内国内某些单位对季节冻土层地下水补给高度的研究做了很多工作，见表5.1-1、表5.1-2、表5.1-3、表5.1-4。 第 13 页 02 @ 表5.1-1 土壤毛管水上升高度与冻深、冻胀的比较* 项 目 土壤类别 毛管水上升高度 (mm) 冻深速率变化点距 地下水位的高度 (mm) 明显冻胀层距地下 水位的高度 惠州培训网 www.qs100.net (mm) 重壤土 ,2000 1500 1300 1200 轻壤土 1000,1500 1000 1000 细 砂 ,500 — 400 * 王希尧 不同地下水埋深和不同土壤条件下冻结和冻胀试验研究《冰川冻土》1980.3。 表5.1-2 无冻胀层距离潜水位的高度* 土壤类别 重壤 轻壤 细砂 粗砂 无冻胀层距离潜水位的高度(mm) 1600 惠州培训网 www.qs100.net 1200 600 400 浅潜水对冻胀及其层次分布的影响《冰川冻土》1982.2。 * 王希尧 表5.1-3 地下水位对冻胀影响程度* 土 类 地下水距冻结线的距离z(m) 亚粘土 z,2.5 2.0,z,2.5 1.5,z,2.0 1.2,z,1.5 z,1.2 亚砂土 z,2.0 1.5,z,2.0 1.0,z,1.5 0.5,z,1.0 Z,0.5 砂性土 z,1.0 0.7,z,1.0 惠州培训网 www.qs100.net 0.5,z,0.7 z,0.5 — 砂 粗 z,1.0 0.5,z,1.0 z,0.5 — — 冻胀类别 不冻胀 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 * 童长江等 切向冻胀力的设计值 科学院冰川所 大庆油田设计院1986.7 表5.1-4 冻胀分类地下水界线值* 地下 冻胀分类 水位 (m) 土层名 不冻胀 惠州培训网 www.qs100.net 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 计算值 1.87 1.21 0.93 0.45 ,0.45 粘性土 推荐值 ,2.00 ,1.5 ,1.0 ,0.5 ,0.5 计算值 0.87 0.54 0.33 0.06 惠州培训网 www.qs100.net ,0.06 细 砂 推荐值 ,1.0 ,0.6 ,0.4 ,0.1 0.1 , * 戴惠民 王兴隆 季冻区公路桥涵地基土冻胀与基础埋深的研究 黑龙江省交通科学研究所 1989.5 根据上述研究成果，以及专题研究“粘性土地基冻胀性判别的可靠性”，将季节冻土的冻胀性分类表中冻结期间地下水位距冻结面的最小距离h0作了部分调整，其中粉砂列由1.5m改为1.0m;粉土列由2.0m改为1.5m;粘性土列中当ω大于ωp+9后，改成大于ωp+15为特强冻胀土。 第 14 页 0 2 @ 4 冻结深度与冻层厚度两个概念容易混淆，对不冻胀土二者相同，但对冻胀土，尤其强冻胀以上的土，二者相差颇大。计算冻层厚度时，自然地面是随冻胀量的加 大而逐渐上抬的，设计基础埋深时所需的冻深值是自冻前原自然地面算起的，它等于冻层厚度减去冻胀量，特此强调引起注意。 5.1.7 冻深影响系数中的?zs、?zw及?ze 影响冻深的因素很多，最主要的是气温，除此之外尚有季节冻结层附近的地质(岩性)条件，水分状况以及环境特征等等。在上述诸因素中，除山区外，只有气温属地理性指标，其他一些因素，在平面分布上都是彼此独立的，带有随机性，各自的变化无规律，有些地方的变化还是相当大的，它们属局部性指标，局部性指标用小比例尺的全国分布图来表示，不合适。例如哈尔滨郊区有一个高陡坡，水平距离不过十 惠州培训网 www.qs100.net 余米，坡上土的含水量小，地下水位低，冻深约1.9m，而坡下地下水位高，土的含水量大，属特强冻胀土，历年冻深不超过1.5m。这种情况在冻深图中是无法表示清楚的，也不可能表示清楚。 附录G《中国季节性冻土标准冻深线图》应该理解为在标准条件下取得的，该标准条件即为标准冻深的定:地下水位与冻结锋面之间的距离大于2m，非冻胀粘性土，地表平坦、裸露，城市之外的空旷场地中，义 多年实测(不少于十年)最大冻深的平均值。冻深的影响系数有土质系数，湿度系数，环境系数和地形系数等。 土质对冻深的影响是众所周知的，因岩性不同其热物理参数也不同，粗颗粒土的导热系数比细颗粒土的大。因此，当其他条件一致时，粗颗粒土比细颗粒土的冻深大，砂类土的冻深比粘性土的大。我国对这方面问题的实测数据不多、不系统，苏联74年和83年设计规范《房屋及建筑物地基》中有明确规定，本规范采纳了他们的数据。 土的含水量和地下水位对冻深也有明显的影响，我国东北地区做了不少工作，这里将土中水分与地下水位都用土的冻胀性表示(见本规范附录G中土的冻胀性分类表)，水分(湿度)对冻深的影响系数见表5.1-5。因土中水在相变时要放出大量的潜热，所以含水量越多，地下水位越高(冻结时向上迁移)，参与相交的水量就越多，放出的潜热也就越多，由于冻胀土冻结的过程也是放热的过程，放热在某种程度上减缓了冻深的发展速度，因此冻深相对变浅。 第 15 页 表5.1-5 水分对冻深的影响系数(含水量、地下水位) 资料出处 不冻胀 弱冻胀 冻 胀 惠州培训网 www.qs100.net 强冻胀 特强冻胀 黑龙江低温所(闫家岗站) 1.00 1.00 0.90 0.85 0.80 黑龙江低温所(龙凤站) 1.00 0.90 0.80 0.80 0.77 大庆油田设计院(让胡路站) 00 1. 0.95 0.90 0.85 0.75 黑龙江交通所(庆安站) 1.00 惠州培训网 www.qs100.net 0.95 0.90 0.85 0.75 推 荐 值 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 注:土的含水量与地下水位深度都含在土的冻胀性中，参见土的冻胀性分类表。 坡度和坡向对冻深也有一定的影响，因坡向不同，接收日照的时间有长有短，得到的辐射热有多有少，向阳坡的冻深最小，背阴坡的冻深最大。坡度的大小也有很大关系，同是向阳坡，坡度大者阳光光线的入射角相对较小，单位面积上的光照强度变大，接受的辐射热量就多，前苏联《普通冻土学》中给出了坡向对融化深度的影响系数。但是有关这方面的定量实测资料很少，坡度界限不好确定，因此本规范暂不考虑。 城市的气温高于郊外，这种现象在气象学中称为城市的“热岛效应”。城市里的辐射受热状况改变了(深色的沥青屋顶及路面吸收大量阳光)，高耸的建筑物吸收更多的阳光，各种建筑材料的热容量和传热量大于松土。据计算，城市接受的太阳辐射量比郊外高出10%,30%，城市建筑物和路面传送热量的速度比郊外湿润的砂质土快3倍，工业设施排烟、放气、交通车辆排放尾气，人为活动等都放出很多热量，加之建筑群集中，风小对流差等，使周围气温升高。 目前无论国际还是国内对城市气候的研究越来越重视，该项研究已列入国家基金资助课题，对北京、上 惠州培训网 www.qs100.net 海、沈阳等十个城市进行了重点研究，已取得一批阶段成果。根据国家气象局气象科学研究院气候所和中国科学院、国家计委北京地理研究所气候室的专家提供的数据，经过整理列于表5.1-6中。“热岛效应”是一个比较复杂的问题，和城市人口数量，人口密度，年平均气温、风速、阴雨天气等诸多因素有关。 50万人口的城市(市区)，只按近郊考虑0.95的影响系数，50,根据观测资料与专家意见，作如下规定:20, 100万人口的城市，只按市区考虑0.90的系数，大于100万的，除考虑市区外，还可扩大考虑5km范围内的近郊区。此处所说的城市(市区)是指市民居住集中的市区，不包括郊区和市属县、镇。 第 16 页 表5.1-6 “热岛效应”对冻深的影响 城 市 北 京 兰 州 沈 阳 乌鲁木齐 市区冻深 远郊冻深 52, 80, 85, 93, 规范推荐值 市区0.90 惠州培训网 www.qs100.net 近郊0.95 村镇1.00 关于冻深的取值，尽量应用当地的实测资料，要注意个别年份挖探一个、两个数据不能算实测数据，多 年实测资料(不少于十年)的平均值才为实测数据(个体不能代表均值)。 5.1.8 按双层地基计算模型对基底下允许冻土层最大厚度hmax的计算: 残留冻土层的确定只是根据自然场地的冻胀变形规律，没有考虑基础荷重的作用与土中应力对冻胀的影响，或者说地基土的冻胀变形与其上有无建筑物无关，与其上的荷载大小无关。例如，单层的平房与十几层高的住宅楼在按残留冻土层进行基础埋深的设计时，将得出相同的残留冻土层厚度，具有同一埋深，这显然是不够合理的。 本规范所采用的方法是以弹性层状空间半无限体力学的理论为基础的，在一般情况下(非冻结季节)地基土是单层的均质介质，而在季节冻土冻结期间则变成了含有冻土和未冻土两层的非均质介质，即双层地基，在融化过程中又变成了融土—冻土—未冻土的三层地基。 地基土在冻结之前由附加荷载引起的附加应力的分布是属于均质(单层)的，当冻深发展到浅基础底面以下，由于已冻土的力学特征参数与未冻土的差别较大而变成了两层。如果地基土是非冻胀性的，虽然地基己变成两层，但地基中原有的附加应力分布则仍保持着固有的单层的形式，若地基属于冻胀性土时，随着冻胀力的产生和不断增大，地基中的附加应力则进行着一系列变化，即重分配，冻胀力发展增大的过程，也是附加应力重分配的过程。 凡是基础埋置在冻深范围之内的建(构)筑物，其荷载都是较小的(因如果荷载较大，埋深浅了则不能满足变形和稳定的要求)，一般都应用均质直线变形体的弹性理论计算土中应力，土冻结之后的力学指标大大提高了，可以用双层空间半无限直线变形体理论来分析地基中的应力。 第 17 页 惠州培训网 www.qs100.net 季节冻结层在冬季，土的负温度沿深度的分布，当冻层厚度不超过最大冻深的3/4时，即负气温在翌年入春回升之前可看成直线关系。根据黑龙江省寒地建筑科学研究院在哈尔滨和大庆两地冻土站(冻深在两米左右地区)实测的竖向平均温度梯度，可近似地用0.1?/cm表示，地下各点负温度的绝对值可用下式计算: ,,0.1(,,,)(?) (5.1-1) 式中 h—自基础底面算起至冻结界面的冻层厚度(cm); z—自基础底面算起冻土层中某点的竖向坐标(cm)。 冻土的变形模量(或近似称弹性模量)与土的种类、含水程度、荷载大小、加载速率以及土的负温度等都有密切关系，其变形模量与土温的关系委托中国科学院兰州冰川冻土研究所做的试验，经过整理简化后其结果为: E,Eo，KTa,,10，44T0.733,×103(kPa) (5.1-2) 将(5.1-1)式代入，得 E,,10，238(h,z)0.733,×103 (kPa) (5.1-3) 式中 Eo—冻土在0?时的变形模量(kPa)。 双层地基的计算简图如图5.1-1所示，编制有限元的计算程序，用数值计算来近似解出双层地基交接面(冻结界面)上基础中心轴下垂直应力系数。根据湖南省计算技术研究所、中国科学院哈尔滨工程力学研究所的双层地基的解析计算结果，根据实际地基两层的刚度比、基础面积、形状、土层高度等参数求出了条形、方形和圆形图表的结果。 根据一定的基础形式(条形、圆形或矩形)，一定的基础尺寸(基础宽度、直径或边长的数值)和一定的基底之下的冻层厚度，即可查出冻结界面上基础中心点下的应力系数值。 第 18 页 惠州培训网 www.qs100.net 土的冻胀应力是这样得到的，如图5.1-2所示，图5.1—2a为一基础放置在冻土层内，设计冻深为H，基础埋深为h，冻土层的变形模量、泊松比为E1、v1，下卧不冻土层的为E2、v2均为已知，图5.1—2b所示的地基与基础，其所有情况与图5.1—2a完全相同，二者所不同之处在于图5.1—2a为作用力P施加在基础上，地基内a点产生应力pa，图5.1—2b为基础固定不动，由于冻土层膨胀对基础产生一力P′，引起地基内a点的应力为p′a，在界面上的冻胀应力按约束程度的不同有一定的分布规律。如果P′=P时，则p′a=pa，由于地基基础所组成的受力系统与大小完全相同，则地基和基础的应力状态也完全一致。换句话说，由P引起的在冻结界面上附加应力的大小和分布完全相同于产生冻胀力P′(=P)时在冻结界面上冻胀应力的分布和大小，所以求冻胀应力的过程与求附加应力的过程是相同的。也可将附加应力看成冻胀应力的反作用力。 黑龙江省寒地建筑科学研究院于哈尔滨市郊的闫家岗冻土站中，在四个不同冻胀性的场地上进行了法向冻胀力的观测，正方形基础尺寸A=0.5m2，冻层厚度为1.5,1.8m，基础埋深为零，四个场地的冻胀率η分别为η1=23.5%，η2=16.4%，η3=8.3%，η4=2.5%。 由于在试验冻胀力的过程中基础有20,30mm的上抬量，法向冻胀力有一定的松弛，因此，在测得力值的基础上再增加50%。形成“土的冻胀应力曲线”素材的情况是，冻胀率η=20%，最大冻深H=1.5m，基础面积A=0.5m2，则冻胀力达到1000kN，相当2000kPa，这样大的冻胀力用在工程上有一定的可靠性。 第 19 页 根据基础底面之下的冻层厚度h与基础尺寸，查双层地基的应力系数图表，就可容易地求出在该时刻冻胀应力σfh的大小。将不同冻胀率条件下和不同深度处得出 的冻胀应力画在一张图上便获得土的冻胀应力曲线。在求基础埋深的过程中，传到基础上的荷载只计算上部结构的自重，临时性的活荷载不能计入，如剧院、电影院的观众厅，在有演出节目时座无虚席，但 惠州培训网 www.qs100.net 散场以后空无一人，当夜间基土冻胀时活荷载根本就不存在。另如学校的教室，在严冬放寒假，正值冻胀严重的时令，学生却都回家去，也是空的了，等等。因此，在计算平衡冻胀力的附加荷载时，只计算实际存在的(墙体扣除门窗洞)结构自重，尚应乘以一个小于1的荷载系数(如0.9)，考虑偶然最不利的情况。 基础底面处的接触附加压力可以算出，冻层厚度发展到任一深度处的应力系数可以查到，基底附加压力乘以应力系数即为该截面上的附加应力。然后寻求小于或等于附加应力的冻胀应力，这种截面所在的深度减去应力系数所对应的冻层厚度即为所求的基础的最小埋深，在这一深度上由于向下的附加应力已经把向上的冻胀应力给平衡了，即压住了，肯定不会出现冻胀变形，所以是安全的。 5.1.9 防切向冻胀力的措施 降低或消除切向冻胀力的措施很多，诸如:基侧保温法、基侧换土法、改良水土条件法、人工盐渍化法、使土颗粒聚集或分散法、僧水处理法以及基础锚固法等等。这些方法中有的不太经济，有的不能耐久，有的施工不便，还有的会遗留副作用。寻求效果显著、施工简便、造价低廉的防切向冻胀力的措施仍是必要的。本文提出了大家早已知晓，并经过试验确认有效的两个切向冻胀力的防治措施。 1 基侧填砂 用基侧填砂来减小或消除切向冻胀力，许多文献都有简单提及，但是填砂的适用范围、填砂的最小厚度等都没详述，也未曾见有关直接论述的研究报导。对此，我们进行了专题研究。 众所周知，无粘性粗颗粒土(砂类土)的抗剪强度τf为 τf=σtan ( 5.1-4) ? 式中 τf—砂类土的抗剪强度(kPa); σ—作用于剪切面上的法向压力(kPa); ?—土的内摩擦角(?)。 第 20 页 惠州培训网 www.qs100.net 砂土的抗剪强度数值与剪切面上的法向压力呈线性关系，当土的内摩擦角一定时，法向压力越大抗剪强度越高，法向压力越小，抗剪强度越低，当法向压力为零时，其抗剪强度接近于零。地基土在冻结膨胀时所产生的冻胀力通过土与基础冻结在一起的剪切面传递切向冻胀力，砂类土的持水能力很小，当砂土处在地下水位之上时，不但为非饱和土而且含水量很小，其力学性能接近于非冻结的干砂，称松散 冻土，所以砂土与土和砂土与基础侧表面冻结在一起的冻结强度就是砂类土的抗剪强度。剪切面上的抗剪强度越高，可传递较大的切向冻胀力，抗剪强度较小时只能产生有限的力值，当抗剪强度为零时，则切向冻胀力也就不存在了。 基础施工完成后回填基坑时在基侧外表(采暖建筑)或两侧(非采暖建筑)填入厚度不小于10cm的中、粗砂，在这种情况下砂土所受到的压力为静止土压力，p0为作用在基侧填砂表面下任意深度z处的静止土压力强度，按下式计算: p0=k0γz (5.1-5) 式中 k0—侧压力系数; γ—砂土的重力密度(kN/m3); z—自地表算起破土的深度(m)。 由公式可见，静止土压力强度沿深度呈三角形分布，上部(因此处的冻胀量最大)，由于侧压力不大其抗剪强度低而很小，在下部土的冻胀量较小，因其侧压力偏大抗剪强度反而较高。 冻胀性地基土在开始冻结时就产生冻胀，冻胀的结果不单向上膨胀，沿水平方向照样也膨胀，膨胀的结果产生水平冻胀力，反应在基侧回填砂层上为正压力，使其抗剪强度具有某一较高的数值，当气温下降到一定程度，如,5?之后，冻胀性较强的粉质粘土已越过剧烈相变区，土中的未冻水含量已很少，随着时间的推移，土温的继续下降，原先已经冻胀了的地基土开始收缩，收缩的结果减少了水平冻胀压力数 惠州培训网 www.qs100.net 值，气温再度降低，地温也相应下降，地基土继续冷缩，这样随着冬季的降温连续过程，地基土收缩的演变是由压力减小到零，再由零发展到拉力，当拉应力超过抗拉强度极限时便出现裂缝。基侧填砂层的抗剪强度由大变小，由小到零，地基土的水平压力为零时，其抗剪强度就不存在了。后来发展到开裂，切向冻胀力就更不能产生了。 在冬季细心观察，很容易发现大地的寒冻裂缝及在基础外侧墙边有裂缝存在，一般都较深和较宽，尤其采暖房屋的条形基础外侧更明显。 在闫家岗冻土站进行了毛石条形基础基侧填砂的试验观测，场地的地下水位距冻结线1,2m，毛石条形基础的埋深为1.5m，当地最大冻深为1.35m，地基土冻胀率为15%左右的特强冻胀土，基础宽50cm，其长为1.5m(见图5.1-3)，基础四周回填了中、粗砂，其中一个基础砂层的厚度为20cm，另一个砂层的厚度为10cm，基础上部用红砖干砌1.4m高，代替少许的结构自重。 第 21 页 本试验连续观测了三年，1994—1995年度的试验结果见图5.1-4、图5.1-5，由此可见，尽管基侧回填砂层仅有10cm，毛石基础表面还很粗糙，又处在特强冻胀土中，就这样仍没有冻胀量出现。 第 22 页 用基侧填砂来防止切向冻胀力是一个既简便又经济的好办法，但它仅适用于地下水位之上，如果所填之砂达到饱和或含泥量过多，在冻结时与土与基础坚固地冻结在一起有较高的冻结强度就会失效。施工时必须保证不小于10cm的厚度，才安全可靠。 2 斜面基础 关于其截面为上小下大斜面基础防切向冻胀力的问题早有简单地报导，但都认为它是锚固基础的一种，即用下部基础断面中的扩大部分来阻止切向冻胀力将基础抬起，类似于带扩大板的自锚式基础。国际冻 惠州培训网 www.qs100.net 土力学著名学者俄罗斯的B?O?奥尔洛夫教授等人认为基础斜边的倾角β仅有2,3?即可解决问题。这种作用对将基础埋设在冻层之内的浅基础毫无意义，因它没有伸入冻层之下起锚固作用的部分。再者，没有配置受拉钢筋的一般基础，也无法承受由切向冻胀力作用所产生的上拔力。 我们在各种不同冻胀率、包括15%左右的特强冻胀土的场地上进行了多种倾斜角多年度的观测试验。从试验结果上看土与基础作用的相互关系中，所表现出的并不像上述提及“对切向冻胀力起阻止的自锚作用”。现分析斜面的受力情况。取一单位长度截面为正梯形的钢筋混疑土条形基础埋置在冻胀性土的地基中，斜面基础的底角为a，将冻层内的地基土分成n层，每层的高度为Δh，并认为冻胀只在温度为零度的冻结界面一次完成，当温度继续降低不再膨胀反而出现冷缩。 第 23 页 在冬初当第一层土冻结时，土产生冻胀，并同时出现两个方向膨胀:沿水平方向膨胀基础受一水平作用力H1;垂直向上膨胀基础受一作用力V1。V1可分解成两个分力，即沿基础斜边的τ12和沿基础斜边法线方向的N12，τ12即是由于土有向上膨胀趋势对基础施加的切向冻胀力，N12是由于土有向上膨胀的趋势对基础斜边法线方向作用的拉应力。水平冻胀力H1也可分解成两个分力，其一是τ11，其二是N11，τ11 是由于水平冻胀力的作用施加在基础斜边上的切向冻胀力，N11则是由于水平冻胀力作用施加在基础斜边上的正压力(见图5.1-6受力分布图)。此时，第一层土作用于基侧的切向冻胀力为τ1=τ11+τ12。正压力N1=N11,N12。由于N12为正拉力，它的存在将降低基侧受到的正压力数值。当冻结界面发展到第二层土时，除第一层的原受力不变之外又叠加了第二层土冻胀时对第一层的作用，由于第二层土冻胀时受到第一层的约束，使第一层土对基侧的切向冻胀力增加至τ1=τ11+τ12+τ22，而且当冻结第二层土时第一层土所处位置的土温又有所降低，土在产生水平冻胀后出现冷缩，令冻土层的冷缩拉力为Nc，此时正压力为N1=N11,N12,Nc。当冻层发展到第三层土时，第一、二层重又出现一次上述现象。 由以上分析可以看出，某层的切向冻胀力随冻深的发展而逐步增加，而该层位置基础斜面上受到的冻胀 惠州培训网 www.qs100.net 压应力随冻深的发展数值逐渐变小，当冻深发展到第n层，第一层的切向冻胀力超过基侧与土的冻结强度时，基础便与冻土产生相对位移，切向冻胀力不再增加而下滑，出现卸载现象。N1由一开始冻结产生较大的压应力，随着冻深向下发展、土温的降低、下层土的冻胀等作用，拉应力分量在不断地增长，当达到一定程度，N1由压力变成拉力，所以当达到抗拉强度极限时，基侧与土将开裂，由于冻土的受拉呈脆性破坏，一旦开裂很快沿基侧向下延伸扩展，这一开裂，使基础与基侧土之间产生空隙，切向冻胀力也就不复存在了。 第 24 页 应该说明的是，在冻胀土层范围之内的基础扩大部分根本起不到锚固作用，因在上层冻胀时基础下部所出现的锚固力，等冻深发展到该层时，随着该层的冻胀而消失了，只有处在下部未冻土中基础的扩大部分才起锚固作用，但我们所说的浅埋基础根本不存在这一伸入未冻土层中的部分。 在闫家岗冻土站不同冻胀性土的场地上进行了多组方锥形(截头锥)桩基础的多年观测，观测结果表明，当β角大于等于9?时，基础即是稳定的，见图5.1-7。基础稳定的原因不是由于切向冻胀力被下部扩大部分给锚住，而是由于在倾斜表面上出现拉力分量与冷缩分量叠加之后的开裂，切向冻胀力退出工作所造成的，见图5.1-8的试验结果。 第 25 页 用斜面基础防切向冻胀力具有如下特点: 1 在冻胀作用下基础受力明确，技术可靠。当其倾斜角β大于等于9?时，将不会出现因切向冻胀力作用而导致的冻害事故发生; 2 不但可以在地下水位之上，也可在地下水位之下应用; 3 耐久性好，在反复冻融作用下防冻胀效果不变; 惠州培训网 www.qs100.net 4 不用任何防冻胀材料就可解决切向冻胀问题。 该种基础施工时较常规基础相比稍有麻烦，当基础侧面较粗糙时，可用水泥砂浆将基础侧面抹平。 5.2 承载力计算 5.2.4 本次修订在表5.2.4中，增加了质量控制严格的大面积压实填土地基，采用深度修正后的地基承载力特征值设计时，对于压实系数大于0.95、粘粒含量ρc?10%的粉土ηd取1.5;对于最大干密度大于2.1t/m3的级配砂石ηd取2.0;其他人工填土地基ηd取1.0。 目前建筑工程大量存在着主裙楼一体的结构，对于主体结构地基承载力的深度修正，宜将基础底面以上范围内的荷载，按基础两侧的超载考虑，当超载宽度大于基础宽度两倍时，可将超载折算成土层厚度作为基础埋深，基础两侧超载不等时，取小值。 5.2.5 根据土的抗剪强度指标确定地基承载力的计算公式，条件原为均布压力。当受到较大的水平荷载而使合力的偏心距过大时，地基反力分布将很不均匀，根据规范要求pkmax?1.2fa的条件，将计算公式增加一个限制条件为:当偏心距e?0.033b时，可用该式计算。相应式中的抗剪强度指标c、，要求采用附录E求出的标准值。 ? 5.2.6 岩石地基的承载力一般较土高得多。本条规定:“用岩基载荷试验方法确定”。但对完整、较完整和较破碎的岩体可以取样试验时，可以根据饱和单轴抗压强度标准值，乘以折减系数确定地基承载力特征值。 第 26 页 关键问题是如何确定折减系数。岩石饱和单轴抗压强度与地基承载力之间的不同在于:第一，抗压强度试验时，岩石试件处于无侧限的单轴受力状态;而地基承载力则处于有围压的三轴应力状态。如果地基是完整的，则后者远远高于前者。第二，岩块强度与岩体强度是不同的，原因在于岩体中存在或多或少，或宽或窄，或显或隐的裂隙，这些裂隙不同程度地降低了地基的承载力。显然，越完整，折减越少;越 惠州培训网 www.qs100.net 破碎，折减越多。由于情况复杂，折减系数的取值原则上由地区经验确定，无经验时，按岩体的完整程度，给出了一个范围值。经试算和与已有的经验对比，条文给出的折减系数是安全的。 至于“破碎”和“极破碎”的岩石地基，因无法取样试验，故不能用该法确定地基承载力特征值。 岩样试验中，尺寸效应是一个不可忽视的因素。本规范规定试件尺寸为υ50×100mm。 5.2.7 74版规范中规定了矩形基础和条形基础下的地基压力扩散角(压力扩散线与垂直线的夹角)，一般取22?，当土层为密实的碎石土，密实的砾砂、粗砂、中砂以及老粘土时，取30?。当基础底面至软弱下卧层顶面以上的土层厚度小于或等于1/4基础宽度时，可按0?计算。 双层土的压力扩散作用有理论解，但缺乏试验证明，在1972年开始编制地基规范时主要根据理论解及仅有的一个由四川省科研所提供的现场载荷试验。为慎重起见，提出了上述的应用条件。在修订规范89版时，由天津市建研所进行了大批室内模型试验及三组野外试验，得到一批数据。由于试验局限在基宽与硬层厚度相同的条件，对于大家希望解决的较薄硬土层的扩散作用只有借诸理论公式探求其合理应用范围了。以下就修改补充部分中两方面进行说明。 (一)硬层土厚度z等于基宽b时，硬层的压力扩散角试验。 天津建研所的试验共16组，其中野外载荷试验两组，室内模型试验14组，试验中进行了软层顶面处的压力测量。 试验所选用的材料，室内为粉质粘土、淤泥质粘土，用人工制备。野外用煤球灰及石屑。双层土的刚度指标用a=Esl/Es2控制，分别取a=2、4、5、6等。模型基宽为360及200mm两种，现场压板宽度为1410mm。 现场试验下卧层为煤球灰，变形模量为2.2MPa，极限荷载60kPa，按s=0.015b?21.1mm时所对应的压力仅仅为40kPa。(图5.2-1，曲线1)。上层硬土为振密煤球灰及振密石屑，其变形模量为10.4及12.7MPa，这两组试验a=5、6，从图5.2-1曲线中可明显看到:当z=b时，a=5、6的硬层有明显的压力扩散作用，曲线2所反映的承载力为曲线1的3.5倍，曲线3所反映的承载力为曲线1的4.25倍。 第 27 页 惠州培训网 www.qs100.net 室内模型试验:硬层为标准砂，e=0.66，Es=11.6,14.8MPa;下卧软层分别选用流 塑状粉质粘土，变形模量在4MPa左右;淤泥质土、变形模量为2.5MPa左右。从载荷试验曲线上很难找到这两类土的比例界线值，如图5.2-2，曲线1流塑状粉质粘土s=50mm时的强度仅20kPa。作为双层地基，当a=2，s=50mm时的强度为56kPa(曲线2)，a=4时为70kPa(曲线3)，a=6时为96kPa(曲线4)。虽然按同一下沉量来确定强度是欠妥的，但可反映垫层的扩散作用，说明θ值愈大，压力扩散的效果愈显著。 关于硬层压力扩散角的确定一般有两种方法，一种是取承载力比值倒算θ角，另一种是采用实测压力比值，天津建研所采用后一种方法，取软层顶三个压力实测平均值作为扩散到软层上的压力值，然后按扩散角公式求θ值。 从图5.2-2中θ—p0曲线上按实测压力求出的θ角随荷载增加迅速降低，到硬土层出现开裂后降到最低值。(图5.2-2)。 根据平面模型实测压力计算的θ值分别为:a=4时，θ= 24.67?;a=5时，θ=26.98?;a=6时，θ=27.31?均小于30?。而直观的破裂角却为30?(图5.2—3)。 现场载荷试验实测压力值见表5.2—1。 表5.2-1 现场实测压力 载荷板下压力р0(kPa) 60 80 100 140 惠州培训网 www.qs100.net 160 180 220 240 260 300 2 5) (α, 27.3 31.2 33.2 50.5 87.9 130.3 软弱下卧层面上平均压力рz(kPa) 3 (α,6) 24 26.7 33.5 704 惠州培训网 www.qs100.net 按表5.2—1实测压力作图5.2—4，可以看出，当荷载增加到a点后，传到软土顶界面上的压力急骤增加，即压力扩散角迅速降低，到b点时，a=5时为28.6?，a=6 时为28?，如果按a点所对应的压力分别为180kPa、240kPa，其对应的扩散角为30.34?及36.85?，换言之，在p—s曲线中比例界限范围内的θ角比破坏时略高。 为讨论这个问题，在缺乏试验论证的条件下，只能借助已有理论解进行分析。 根据叶戈罗夫的平面问题解答条形均布荷载下双层地基中点应力pz的应力系数kz如表5.2—2。 -2 条形基础中点地基应力系数 表5.2 z,b ,,1.0 ,,5.0 ,,10.0 ,,15.0 0.0 1.00 1.00 1.00 1.00 0.25 1.02 0.95 0.87 惠州培训网 www.qs100.net 0.82 0.50 0.90 0.69 0.58 0.52 1.00 0.60 0.41 0.33 0.29 表中 21222111μμ??•=ssEEv Es1—硬土层土的变形模量; Es2—下卧软土层的变形模量。 换算为a时，v=5.0 大约相当a=4 v=10.0 大约相当a=7,8 v=15.0 大约相当a=12 将应力系数换算为压力扩散角可建表如下: 表5.2-3 压力扩散角θ Z,b ,,1.0,α,1 ,,5.0,α?4 惠州培训网 www.qs100.net ,,10.0,α?7,8 ,,15.0,α?12 0.00 — — — — 0.25 0 5.94? 16.63? 23.7? 0.50 3.18? 24.0? 35.0? 42.0? 1.00 18.43? 35.73? 45.43? 50.75? 惠州培训网 www.qs100.net 2所示试验值不同，当压力小时，试验值大于 从计算结果分析;该值与图5.2— 理论值，随着压力增加，试验值逐渐减小。到接近破坏时，试验值趋近于25?，比理论值小50%左右，出现上述现象的原因可能是理论值只考虑土直线变形段的应力扩散，当压板下出现塑性区即载荷试验出现拐点后，土的应力应变关系已呈非线性性质，当下卧层土较差时，硬层挠曲变形不断增加，直到出现开裂。这时压力扩散角取决于上层土的刚性角逐渐达到某一定值。从地基承载力的角度出发，采用破坏时的扩散角验算下卧层的承载力比较安全可靠，并与实测土的破裂角度相当。因此，在采用理论值计算时，θ大于30?的均以30?为限，θ小于30?的则以理论计算值为基础;求出z=0.25b时的扩散角，如图5.2—5。 从表5.2—3可以看到z=0.5b时，扩散角计算值均大于z=b时图5.2—3所给出的试验值。同时，z=0.5b时的扩散角不宜大于z=b时所得试验值。故z=0.5b时的扩散角仍按z=b时考虑，而大于0.5b时扩散角亦不再增加。从试验所示的破裂面的出现以及任一材料都有一个强度限值考虑，将扩散角限制在一定范围内还是合理的。总上所述，建议条形基础下硬土层地基的扩散角如表5.2—4。 表5.2-4 条形基础压力扩散角 Es1,Es2 z,0.25b z,0.5b 3 5 10 6? 10? 惠州培训网 www.qs100.net 20? 23? 25? 30? 关于方形基础的扩散角与条形基础扩散角，可按均质土中的压力扩散系数换算如下表。 第 31 页 -5 扩散角对照 表5.2 压力扩散系数 压力扩散角 z,b 方 形 条 形 方 形 条 形 0.2 0.4 0.6 1.0 0.960 0.800 0.606 惠州培训网 www.qs100.net 0.334 0.977 0.881 0.755 0.550 2.95? 8.39? 13.33? 20.00? 3.36? 9.58? 15.13? 22.24? 从上表可以看出，在相等的均布压力作用下，压力扩散系数差别很大，但在z/b在1.0以内时，方形基础与条形基础的扩散角相差不到2?，该值与建表误差相比已无实际意义。故建议采用相同值。 5.3 变形计算 5.3.1 建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值。 5.3.2 地基变形特征可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。 5.3.3 在计算地基变形时，应符合下列规定: 1 由于建筑地基不均匀、荷载差异很大、体型复杂等因素引起的地基变形，对于砌体承重结构应由局部倾斜控制;对于框架结构和单层排架结构应由相邻柱基的沉降差控制;对于多层或高层建筑和 惠州培训网 www.qs100.net 高耸结构应由倾斜值控制;必要时尚应控制平均沉降量。 2 在必要情况下，需要分别预估建筑物在施工期间和使用期间的地基变形值，以便预留建筑物有关部分之间的净空，考虑连接方法和施工顺序。一般多层建筑物在施工期间完成的沉降量，对于砂土可认为其最终沉降量已完成 80,以上，对于其它低压缩性土可认为已完成最终沉降量的 50,,80,，对于中压缩性土可认为已完成 20,,50,，对于高压缩性土可认为已完成 5,,20,。 5.3.4 建筑物的地基变形允许值，按表 5.3.4 规定采用。对表中未包括的建筑物，其地基变形允许值应根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求确定。 5.3.4 建筑物的地基变形允许值 表 地基土类别 变形特征 中、低压缩性土 高压缩性土 0.002 0.003 砌体承重结构基础的局部倾斜 工业与民用建筑相邻柱基的沉降差 0.002L 0.003L (1)框架结构 0.0007L 0.001L (2)砌体墙填充的边排柱 0.0005L 0.005L (3)当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构 200 单层排架结构(柱距为 6m)柱基的沉降量(mm) (120) 桥式吊车轨面的倾斜(按不调整轨道考虑) 0.004 纵向 惠州培训网 www.qs100.net 0.003 横向 0.004 多层和高层建筑的整体倾斜 H?24 g 0.003 24100 0.002 g 200 体型简单的高层建筑基础的平均沉降量(mm) 0.008 耸结构基础的倾斜 H?20 g 0.006 200.4后则逐渐小于原苏联资料。但统计数据表明，承台角桩的冲跨比一般都在0.3,0.6之间变动，因此在该范围内角桩的冲切承载力已接近原苏联资料数据。 第 73 页 图8.5.17-1及图8.5.17-2分别给出了一典型的九桩承台内柱对承台冲切、角桩对承台冲切所需的承台有效高度比较表，其中桩径为800mm，柱距为2400mm，方柱尺寸为1550mm，承台宽度为6400mm。计算时 惠州培训网 www.qs100.net 荷载分项系数平均值:GB50007及JGJ94—94取1.35，ACI318取1.45，混凝土设计强度按GB50010。不言而喻，由于本规范的冲切系数大于《建筑桩基技术规范》的冲切系数，因而按本规范算得的承台有效高度略有降低，但与ACI318规范相比较略偏于安全。但是，美国钢筋混凝土学会CRSI 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 认为由角桩荷载引起的承台角隅45?剪切破坏较之角桩冲切破坏更为不 利，因此尚需验算距柱边h0承台角隅45?处的抗剪强度。 第 74 页 8.5.18 桩基承台的抗剪计算，在小剪跨比的条件下具有深梁的特征。关于深梁的抗剪问题，近年来我国已发表了一系列有关的抗剪强度试验报告以及抗剪承载力计算文章，尽管文章中给出的抗剪承载力的表达式不尽相同，但结果具有很好的一致性。本规范提出的剪切系数是通过分析和比较后确定的，它已能涵盖深梁、浅梁不同条件的受剪承载力。图8.5.18给出了一典型的九桩承台的柱边剪切所需的承台有效高度比较表，按本规范求得的柱边剪切所需的承台有效高度与美国ACI318规范求得的 结果是相当接近的。