岩石地基基础设计概论

工程建设与设计
Construction&Design Far P roject
岩石地基基础设计概论
Introduction to Foundation Design of Rock Foundation
周义柏
(中冶南方工程技术有限公司深圳分公司，广东深圳518028)
ZHOU Yi-bai
(Shenzhen Branch ofWISDRl Engineering&Research Incorporation Limited,Shenzhen518028,China)【扌商要】针对岩石地基的特殊性，对岩石地基各种基础设计类型做出一些总结和归纳，供工程设计人员参考借鉴：
[Abstract]In view of the particularity of rock foundation,this paper summarizes and summarizes various foundation design types of rock foundation,which can be used for reference by engineers.
【关键词】岩石地基;基础设计；基拙高度
[Keywords]rock foundation;foundation design;foundation height
【中图分类号1TU47T.6【文献标志码】B【文章编号]1007-9467(2019)08-0042-03
[DOI]10.13616/ki.gcjsysj.2019.08.015
1引言
岩石地基的地基承载力高，地基变形小，是很好的天然地基。

岩石地基基础形式多样，如柱下扩展基础,由于其计算基础底面积偏小,偏刚性基础居多。

按GB50007—2011《建筑地基基础设计规范対规定：当基底压力大于300kPa时,需要验算基础抗剪,常常引起基础截面高度的急剧增加，设计较为不合理。

另外，当岩石地基基础为筏形基础时，基底压力常集中在柱底或墙底,筏基其他位置的压力很小，岩石地基作用不能得到充分发挥。

2岩石地基的特点
结构承受的各种作用荷载通过基础传递到地基，地基是岩石时则为岩石地基。

岩石根据其风彳匕程度可分为未风化、微
【作者简介】周义柏(1985-),男，河南信阳人，工程师,从事结构设计与研究。

风化、中风化、强风化、全风化。

岩石地基是良好的地基，不同于土质地基，主要体现在岩石地基强度很高,变形很小。

基础与岩石地基的相对刚度比比基础与土质土也基的相对刚度比小很多,特别是浅基础,浇筑过程中混凝土与岩石形成一体,增加了岩石与混凝土的机械咬合,对混凝土基础形成很强的水平约束作用,提高了基础的承载能力。

3岩石地基基础的分类
岩石地基基础的结构形式多种多样，基础选型需根据埋深、结构类型、荷载情况等综合确定。

一般情况下，多层结构基础埋设较浅时以天然地基基础为主，基础类型包括柱下独立基础、柱下条形基础、墙下条形基础、筏形基础等;对于高层结构,如果基础的持力层埋深较深时.选择桩基础。

当建筑或构筑物直接落在岩石上时，特别是建筑高宽比较大，或风荷载较大导致结构柱下承受拉力或压力时，可采用岩石锚杆基础。

岩石地基基础根据选用材料不同可分为刚性基础和柔性基础。

刚性基础通常是指由砖、毛石、素混凝土、三合土等材料组成
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的柱下或墙下条形基础。

当混凝土基础底面积小，底面积全部落在基础刚性角范围内时，又称为混凝土刚性基础。

当刚性基础底面积尺寸不能同时满足地基承载力和基础埋深的要求时，则需改成柔性基础,即钢筋混凝土基础。

4岩石地基基础的设计
4.1岩石地基独立基础设计
柱下独立基础是岩石地基上最常见的一种基础形式。

独立基础设计和计算较为简单，高承载力时地基下计算基础底面积偏小，基础配筋量较少，是一种经济、实用的设计形式。

独立基础的构造要求包括垫层厚度、宽度和强度的要求,对底板尺寸和配筋的要求，对基础与柱连接的要求等。

基础设计的计算应符合相关情况：(1)在上部结构承受的荷载不变的情况下，基础底面面积由修正后的地基承载力特征值确定;(2)对基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加2倍基础有效高度时，应验算柱与基础交接处的基础受剪切承载力;(3)基础高度由柱与基础交接处抗冲切承载力或基础抗剪承载力决定，当基础的混凝土强度等级小于柱时，应验算柱下基础顶面的局部受压承载力;(4)基础底板的配筋由底板抗弯计算确定叫岩石地基独立基础与土质地基独立基础设计上有些不同,土质地基基础高度一般由基础的抗冲切承载力决定，基础满足冲切承载力的同时，一般都能满足基础抗剪承载力。

而岩石土也基由于承载力高，计算出的基础底面积很小，基础底边尺寸位于柱下45。

冲切角范围内，无须考虑受冲切的问题，主要考虑基础受剪计算，基础高度由受剪承载力确定。

GB50007—2011《建筑地基基础设计规范》规定：当基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加2倍基础有效高度时，应按下列公式验算柱与基础交接处截面受剪承载力：
卩怎0.70』血(1)
式中，匕为相应于基本组合时，柱与基础交接处的剪力设计值;为受剪切承载力截面高度影响系数;仏为验算截面处基础的有效面积认为混凝土轴心抗拉强度设计值。

公式抗剪验算截面取柱边或基础变阶处.导致计算出的基础高度很大。

虽然满足了抗剪切计算的要求，但富裕度较大.过大的基础高度也造成材料与人力的浪费，增加施工难度，也不经济合理。

实际上，岩石地基基础一般都有一定的嵌固深度,岩石对基础的侧向变形有一定的约束作用，形成侧向围压，而侧向围压对基础的抗剪承载力有一定的提高作用，所
_________基础工程设计
Engineering Design of t he Ground 以，合理计算设计基础高度的问题应综合考虑。

如地方标准DBJ52-45—2018(贵州建筑地基基础设计规范》规定：当基础置于完整或较完整的硬质岩石地基上时，基础台阶的宽高比应不大于1,应验算柱边或墙边边缘以及变阶处基础受剪承载力,受剪承载力公式为：
1/01.4乎0』弘。

(2)
式中，V为相应于作用的基本组合时，地基土单位面积净反力产生的截面剪力设计值泌为基础台阶宽度a与台阶高度h之比訪为基础受剪截面的计算宽度;局为基础受剪截面的有效高度。

与国家地基基础规范相比,该公式考虑了1.4倍的增大系数(剪切系数)。

地方标准DBJ15-31—2016(广东省建筑地基基础设计规范》规定：当独立基础高度不满足要求时.可采用公式:以WO.70JA。

;计算取距柱边或变阶处hJ2处基础的抗剪承载力。

从上述2个地方标准规范可以看出,国家地基基础设计规范较为保守，独立基础的受剪承载力验算与剪力设计值V的取值位置有关，国家规范验算截面取值为柱边或基础变阶处，而广东省规范取值为hJ2,相比较而言.取值hJ2与基础实际受力状况更为一致，剪力设计值更小。

另一方面贵州省规范引入剪切系数1.4,采用的是增大基础抗剪承载力的办法，与广东省规范减少基础截面高度的目的是一致的。

故针对岩石地基独立基础抗剪计算的问题，实际工程设计时建议可参考上述2个地方标准取较不利值进行设计。

4.2岩石地基筏板基础设计
岩石地基上另一种较为常见的基础形式为筏形基础。

筏形基础具有整体性好、承载力高、竖向构件布置灵活以及能较好地抵抗地基不均匀沉降等优点，广泛用于带地下室的高层建筑。

筏形基础可分为梁板式和平板式2类,其选型应根据地基情况、上部结构体系、柱距、荷载大小、施工条件等因素综合确定。

目前,实际工程中平板式筏形基础施工更加简便,造价合理，应用最多。

因为岩石地基承载力高，荷载作用下筏形基础地基反力一般远小于其地基承载力特征值.满足地基压力的要求，筏板厚度由墙柱下筏板抗冲切承载力确定。

筏板基础的平面尺寸，应根据上部结构布置、地下结构布置、荷载分布情况确定,在地基土分布比较均匀的条件下，基础底面重心宜与结构竖向永久荷载重心重合。

特殊情况不能重合时,准永久组合下偏心距e宜小于0.1IF/,4(W为与偏心距方向一致的基
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础底面边缘抵抗矩;/1为基础底面积）。

平板式筏基柱下冲切验算应考虑作用在冲切临界截面重心上的不平衡弯矩产生的附加剪力。

GB50007—2011（建筑地基基础设计规范》规定:筏板的厚度应不小于500mm;距柱边hjl处冲切临界截面最大剪力应满足公式要求。

筏基底板应计算正截面受弯承载力,且厚度满足受冲切承载力，受剪切承载力的要求。

当筏形基础地基压缩层范围内无软弱土层，地基土比较均匀，且上部结构刚度较好，柱网和荷载较均匀，相邻柱荷载及柱间距的变化不超过20%,且梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏板的厚跨比不小于1/6时，筏板基础可仅考虑局部弯曲作用。

筏形基础的内力，可按基底反力直线分布进行计算,当不满足上述要求时，筏基内力可按弹性地基梁板方法进行分析计算。

在同一面积整体筏形基础上有多栋建筑时，筏板厚度和配筋宜按上部结构、基础与地基土共同作用的基础变形和基底反力计算确定。

筏板基础构造要求:混凝土强度等级应不低于C30；筏板基础底板贯通钢筋的配筋率应不小于0.15%。

以岩石地基作为持力层的筏板基础,由于地基很坚硬,计算时基床反力系数值很大，计算后基底压力主要集中在柱底或墙底，很难扩散开去。

虽然基底受力能够满足承载力特征值的要求，但往往过大的反力导致筏板冲切或抗剪计算较难通过，需要加大筏板厚度才能满足要求,显得比较浪费。

这时在荷载较大的局部柱底区域范围可通过改变筏板的截面高度和调整配筋来满足计算要求。

柱下局部调整筏板基础范围一般有2种方法：（1）柱下设置柱墩;（2）柱下采用变厚度筏板。

一般来讲,柱墩的设置范围较小，主要解决筏板在柱或墙位置的抗冲切问题;而变厚度筏板则是提高筏板的整体受力性能。

从设计实际应用来说,2种方法都是可行的，设计时应综合考虑。

4.3岩石地基桩基础设计
岩石地基桩基础可根据桩长分为2类：普通桩基础和墩基础。

普通桩基础可按JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》中规定的嵌岩桩设计单桩承载力特征值。

当桩基础的桩长小于6m,或者桩长与扩大头直径之比L/dW3时，应按墩基础设计叫墩基础表面形态同桩一样,但跟桩的受力机理不同。

墩基础实际上属于一种深基础，墩基础设计时估算墩承载力的方法还要结合工程实际情况按深基础或桩基础的最不利情况确定。

以岩石作为桩端持力层的桩基础或墩基础,受力形式一般为端承桩,故需慎重考虑桩侧阻力对单桩承载力的贡献,偏安全情况建议不考虑。

4.4岩石地基锚杆基础设计
岩石锚杆基础适合直接建在岩石地基上的柱基，以及主要承受拉力或水平力较大的建筑物基础，锚杆基础应与基岩连成整体。

特别是单层轻型建筑，采用岩石锚杆基础，经过钢筋或地锚螺栓与岩石连接，把上部结构的荷载通过柱或垫块直接传到岩石上，并与岩石连成整体,这样就不需设计专门的钢筋混凝土基础，减少了开挖深度,节省了造价。

GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》中规定了锚杆基础中单根锚杆所承受的拔力的公式；且单根锚杆抗拔承载力特征值应通过现场试验确定;初步设计可根据下式确定：
^,=0.877（/^（3）
式中,尺为单根锚杆抗拔承载力特征值皿为锚杆直径;Z,为锚杆的有效锚固长度;/为砂浆与岩石间的黏结强度特征值。

5结语
岩石地基不同于土质地基,承载力高,变形小，是一种良好的基础地基形式。

但岩石地基上的独立基础底面积一般尺寸较小，承载能力满足要求，但抗剪问题突出;岩石地基上的篦形基础在柱或墙底部压力很大,很难向四周扩散，导致柱底受力复杂，难以计算通过。

本文提出的设置柱墩抗冲切或局部变厚度筏板可供设计时参考；岩石地基上的桩基础或墩基础应注意计算单桩承载力时对桩侧阻力进行综合考虑；岩石地基上的锚杆基础主要针对受到较大拉力的特殊结构，设计和施工都较为简单合理，具有很大的经济性。

di?
【参考文献】
[1]GB50007—2011建筑地基基础设计规范[S].
[2】朱炳寅，娄宇,杨琦.建筑地基基础设计方法及实例分析（第二版）[M].北京:中国建筑工业出版社,2013.
[31JGJ94—2008建筑桩基础技术规范[S].
【收稿日期]2019-05-28
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