岩石地基上的高层建筑基础埋深设计思路

　　1 概 述

　　《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）（以下简称为《高规》）第 12.1.8 条明确规定，“基础应有一定的埋深，在确定埋深时，应考虑建筑的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。

　　基础埋置深度可从室外地坪算至基础底面，并符合下列规定：天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15；桩基础，不计桩长，可取房屋高度的 1/18”。

　　当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足地基承载力、稳定性要求及《高规》第 12.1.7 条规定的前提下，基础的埋深可比本条第 1、2 两款的规定适当放松。当基础可能产生滑移时，应采取有效的抗滑移措施。

　　本次设计的安徽省柏星置业有限公司柏星丽景广场 Z08#楼为 18 层高层住宅，主体结构为框架剪力墙结构，基础为钢筋混凝土筏板基础；抗震设防烈度为 6 度，设计地震分组为第二组，地震加速度为 0.05；主体屋面板顶标高为 49.700 m，该楼西面、南面、东面、及部分北面室外地坪标高为-3.150 m。北面左侧部分室外地坪标高为 -0.150 m，即四周基础埋深不一致，高差为 3.0 m，局部总平面示意图如图 1 所示。该工程基础埋深最高处埋深 5.05 m，最低处基础埋深 2.05 m，即有效埋深2.05 m，按照《高规》第 12.1.81 条之要求，基础埋深取（49.700 m+3.150 m）/15=3.52 m，根据该场地地质报告及项目总平面图，场地中等风化岩石外露，如按照规范要求的 1/15 房屋高度确定基础埋深，将会给施工带来极大的困难，建设成本也会提高。【图1】

　　
　　2 设计思路

　　2.1 地基承载力验算

　　根据该工程地质报告，基础持力层为层③中等风化石灰岩，岩石埋藏深度浅、强度高、工程性质良好，地基承载力特征值 fak=3 000 kPa，计算结果显示的基础底板下基底平均压力值（含基础自质量）为 pk=279 kPa，即 pk＜fak，地基承载力满足设计要求。

　　2.2 结构的抗倾覆验算

　　根据 PKPM2010 版系列结构软件 satwe 计算结果，结构整体抗倾覆验算数据如表 1 所示。【表1】

　　
　　依据以上计算结果及《高规》第 12.1.7 条之条文解释，该工程结构的抗倾覆能力具有足够的安全储备，不需再验算结构的整体倾覆。

　　2.3 结构的抗滑移验算

　　高层建筑在承受地震作用、风荷载或其他水平荷载时，筏形基础的抗滑移稳定性应符合下式的要求：【1】

　　
　　式中：Ks为抗滑移稳定性安全系数，取 1.3；Q为作用在基础顶面的风荷载、水平地震作用或其他水平荷载，kN；F1为基底摩擦力合力，kN；F2为平行于剪力方向的侧壁摩擦力合力，该工程忽略不计；Ea、Ep分别为垂直于剪力方向的地下结构外墙面单位长度上主动土压力、被动土压力，kN/m；L 为垂直于剪力方向的基础边长，m。

　　2.3.1 基础顶面处的风荷载、水平地震作用力根据该工程基础四周嵌固条件，最不利抗滑移方向为 Y 向，依据结构软件 satwe 计算结果得出，作用在基础顶面 Y 向的风荷载、水平地震作用总合力 Q=2 050.94 kN2.3.2 基础底面摩擦力合力 F1计算基础底面摩擦力合力计算公式为：【2】

　　
　　式中：μ 为基底与岩石地基的摩擦系数，本工程取 0.40；F′k为上部结构恒载传至基础顶面的竖向力，根据 PKPM2010 版系列结构软件 satwe 计算结果为 76 032.97 kN；Gk为基础自重及基础上土重之和，其值为 22 370.80 kN。

　　经计算 F1=39 361.50 kN2.3.3 结构两侧主动土压力、被动土压力计算垂直于剪力方向的地下结构外墙面单位长度上主动土压力 Ea、被动土压力、Ep计算式分别为：【3】

　　
　　式中：φa为主动土压力增大系数，该工程取1.0；γ 为填土的重度，该工程取 18.0；h 为挡土结构的高度，该工程为 5.05 m；ka为主动土压力系数，该工程取 0.2；kp为被动土压力系数，该工程取 5.0。【4】

　　
　　即 KS＞1.3依据以上计算结果，该工程基础的抗滑移稳定性验算满足《高层建筑筏型与箱型基础技术规程》（JGJ6-2011）第 5.5.1 条之规定。

　　2.4 本工程所采取的抗滑移措施
　　
　　该工程采用 1 000 mm 厚钢筋混凝土筏板基础，设计在满足承载力、稳定性要求的前提下，采用了一种抗滑移基础，是在筏板基础底面东西两侧及南侧各设置一道抗滑趾，抗滑趾的长度方向与基顶水平推力的方向垂直，如图 2 所示。抗滑趾的宽度和高度是通过计算确定的，其值应能满足抵抗与基底交接面处的抗剪切及抗弯能力；抗滑趾长度与基础底面宽度 H 同向且等值。通过在基础底面增设抗滑趾，能有效增加基础的抗滑移能力，从而保证岩石地基上高层建筑筏板基础抗滑移的稳定性。【图2】

　　
　　3 结 论

　　综合上述各验算结果，岩石地基上的高层建筑基础埋深设计虽然在《高规》第 12.1.8 条给予了适当放松，但是高层建筑由于质心高、荷载重，基础设计在满足地基承载力的前提下还必须满足在承受地震作用、风荷载或其他水平荷载作用下的基础抗滑移、抗倾覆验算，同时在建筑物四周地坪标高不同时，基础埋深起算面应按室外最低的地坪起计，并应兼顾计算高侧土压力作用对地基整体稳定性的影响。

　　［参 考 文 献］
　　
　　［1］JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程［S］.
　　［2］JGJ6-2011，高层建筑筏型与箱型基础技术规程［S］.