独立基础埋深较大时处理方法

天然地基独立基础埋深较大时的处理方法探讨

刘磊朱张军

（西安有色冶金设计研究院西安 710001）

摘要本文结合工程实例对地基持力层埋藏较深，柱下独立基础底部不能置于持力层上时，通过方案比较，提出可通过增设扩大短柱或柱侧增设短墙肢的方法加大基础埋深，把基础置于地基持力层上，即满足工期要求又不改变上部结构底层柱的计算高度。

关键词埋深、嵌固面、短柱、短墙肢

1工程概况

某工程为单层工业厂房，上部结构为框排架，无吊车，屋盖为网架，上弦支承，跨度36米，现浇框架柱间距为6米，柱净高8.5米，地震设防烈度6度，基本风压为0.55KN/m2，建筑场地类别为Ⅱ类，地基持力层为圆砾，承载力特征值为200kPa，设计基础埋深-2.5m，持力层深度-2.5米至-4.0米，拟建场地现状标高-2米至-3.5米，设计要求先进行场地平整，再进行基础施工，基底持力层超挖部分采用砂石换填处理，室外地面标高-0.3m，底层计算嵌固面为-0.90m。为满足施工工期要求，场地暂不平整，先施工基础，再进行场地土回填，为此须对原设计基础进行调整。

2处理方法

方法一：维持原设计，基底超挖部分仍采用砂石换填，压实系数≥0.97，此方法对施工质量控制较高，工期较长，不能满足要求。

方法二：基底超挖换填材料采用C15毛石混凝土，方便快捷，工期相对较短，但因超挖较多，换填量大，投资较高。

方法三：加大基础埋深，基底降低置于持力层上，调整上部结构底层计算高度，此方法

收稿日期：2011-7-08

作者简介：刘磊（1981 - ），男，助理工程师，主要从事结构设计。施工工期最短，但设计修改工作量大，同样不能满足工期要求。

方法四：在方法三基础上增设扩大短柱或短墙肢，对扩大短柱或短墙肢进行受力分析配筋，满足原设计上部结构底层排架柱计算高度的要求，即底层排架柱计算高度不变，嵌固面置于扩大短柱或短墙肢顶部。本方法设计修改量小，施工期较短，投资增加不多。

方法五：砂卵石基岩地基条件下也可采用柱—桩墩基础（长度6米以上算桩，6米以下算墩），通过素砼（大直径）墩将独立基础抬高，在高填方地区，方形毛石砼墩可有效抬高柱下独立基础，且具有不用钢筋的优越性。但对于高寒地区，此方法施工周期过长，且大量混凝土凝固期过长，不易养护。且本工程非为高填方地区，故此次不进行深入探讨。

综合分析，采用方法四进行处理，但须对扩大短柱或短墙肢进行受力分析，并采取相应的构造措施加以保证。

3扩大短柱设计

3.1计算假定

排架柱为大偏心受压构件，排架柱的变形特征为弯曲变形，扩大短柱顶能否作排架柱柱脚的嵌固面，取决于短柱的抗弯刚度，即短柱抗弯刚度愈大，其约束排架柱柱脚转动的能力越强，当短柱抗弯刚度远大于排架柱的抗弯刚度时，即认为短柱顶为为排架柱的嵌固面，假定短柱顶作为上部结构的嵌固端。

3.2设计依据

根据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002 中第8.2.6条：“预制钢筋混凝土柱（包括双肢柱）与高杯口基础的连接（图8.2.6-1），应符合本规范第8.2.5条插入深度的规定。杯壁厚度符合表8.2.6的规定且符合下列条件时，杯壁和短柱配筋，可按图8.2.6-2的构造要求进行设计。

（1）起重机起重量小于或等于75t，轨顶标高小于或等于14m，基本风压小于0.5kPa的

工业厂房，且基础短柱的高度不大于5m；

（2）起重机起重量大于75t，基本风压大于0.5kPa，且符合下列表达式E2I2／E1I1≥10（8.2.6-1）；

（3）当基础短柱的高度大于5m，并符合下列表达式：

△2/△1≤1.1

式中△1——单位水平力作用在以高杯口基础顶面为固定端的柱顶时，柱顶的水平位移；

△2——单位水平力作用在以短柱底面为固定端的柱顶时，柱顶的水平位移；……”

工程所在地基本风压为0.55kPa，上部结构为现浇钢筋混凝土排架柱，短柱与排架柱间连接采用现浇，二者间的连接好于高杯口基础与预制钢筋混凝土柱的连接，因此参照此条第2小条的要求进行短柱的设计是可行的。

3.3短柱的计算

（1）计算简图：

（2）计算参数：扩大短柱平面图见图2示。

排架柱axb=600x800，

扩大短柱a’xb’=800x1600，h1=9m，h2=3m，

C30，fc=14.3N/mm2，fy=360 N/mm2，E1=E2，

M=150KN-m，F=35KN，N=550KN。

（3）内力计算：

MC=Fxh2+M=255 KN-m，VC=35 KN，

NC=550KN

（4）截面验算：

E2I2/ E1I1=(800X16003)/(600X8003)=10.67>10

满足。

（5）配筋计算

○1 计算截面有效高度

ho=h-as=1600-35=1565mm

○

2 计算相对界限受压区高度 ξb=β1/(1+fy/(Es*εcu))=0.80/(1+360/(2.0*105*0.0033))=0.518

○

3 确定计算系数αs=γo*M/(α1*fc*b*ho*ho)=1.0*255.000*106/(1.0*14.3*800*1565*1565)=0.009

○

4 计算相对受压区高度ξ=1-sqrt(1-2αs)=1-sqrt(1-2*0.009)=0.009≤ξb =0.518 满足要求。

为充分发挥混凝土材料的受压能力，取ξ=ξb=0.518 ○

5 计算纵向受压钢筋面积

A's=γo*M-α1*fc*b*ho*ho*ξb*(1-0.5*ξb)/f y'*(ho-as')

=1.0*255.000*106-1.0*14.3*800*1565*1565*0.518*(1-0.5*0.518)/ 360*(1565-35) =-19054mm 2

由于A's ≤0，因此按构造配筋

A's=ρ'min*b*h=0.200％*800*1600=2560mm 2

○

6 计算纵向受拉筋面积As ＝α1*fc*b*ho*ξ/fy=1.0*14.3*800*1565*0.009/360=455mm 2 ○

7 验算受拉钢筋最小配筋率

ρ=As/(b*h)=455/(800*1600)=0.036％

3.4 新增混凝土用量

Q=(800x1600-600x800)x3000x10.9=2.4m 3