建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)比分析建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)比分析

重慶渝開發(fā)股份有限公司 重慶市 400000

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作是高層建筑設(shè)計(jì)工作的重要組成部分，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低對(duì)整個(gè)工程的安全、造價(jià)與工期均產(chǎn)生重要影響。一般高層建筑基礎(chǔ)造價(jià)約占總造價(jià)的1/3，工期約為2～3個(gè)月甚至更長(zhǎng)。如何既滿足安全要求，又最大限度地節(jié)約成本，優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地完成高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，一直是設(shè)計(jì)單位值得認(rèn)真思考的問題，也是房地產(chǎn)企業(yè)積極探索的一個(gè)課題。筆者通過對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行對(duì)比分析和實(shí)例計(jì)算，提出了關(guān)于高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的相關(guān)建議。

一、規(guī)范對(duì)比分析

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-94）》第5.2.11條明確，嵌巖樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，由樁周土總側(cè)阻力，嵌巖段總側(cè)阻力和總端阻力三部分組成，可按下式計(jì)算：

Quk=Qsk+Qrk+Qpk

Qsk=u∑1-nζsiqsikli

Qrk=uζsfrchr

Qpk=ζpfrcAp

式中Qsk、Qrk、Qpk——分別為土的總極限側(cè)阻力，嵌巖段總極限側(cè)阻力，總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

ζsi——覆蓋層第i層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)；當(dāng)樁的長(zhǎng)徑比不大（l/d<30），樁端置于新鮮或微風(fēng)化硬質(zhì)巖中且樁底無沉渣時(shí)，對(duì)于粘性土、粉土，取ζsi=0.8，對(duì)于砂類土及碎石類土，取ζsi=0.7；對(duì)于其他情況，ζsi=1；

qsik——樁周第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)成樁工藝按表5.2.8-1取值；

frc——巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)于粘土質(zhì)巖取天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；

hr——樁身嵌巖（中等風(fēng)化、微風(fēng)化、新鮮基巖）深度，超過5d時(shí)，取hr=5d，當(dāng)巖層表面傾斜時(shí)，以坡下方的嵌巖深度為準(zhǔn)；

ζs、ζp——嵌巖段側(cè)阻力和端阻力修正系數(shù)，與嵌巖深度比hr/d有關(guān)，按表5.2.11采用。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-94）》第5.2.2.1條明確：樁數(shù)不超過3根的樁基，基樁的豎向承載力設(shè)計(jì)值為：

R=Qsk/γs +Qpk/γp

式中Qsk、Qpk——分別為單樁總極限側(cè)阻力和總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

γs、γp——分別為樁側(cè)阻抗力分項(xiàng)系數(shù)，樁端阻抗力分項(xiàng)系數(shù)；對(duì)大直徑灌注樁（清底干凈），γs =γp=1.65。

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DBJ50-047-2006）》第8.3.5條明確：?jiǎn)螛冻休d力計(jì)算應(yīng)符合下列要求：

1.軸心豎向力作用下：γ0Nk≤Ra

式中 γ0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；

Ra——單樁豎向承載力特征值；

第8.3.7條明確：?jiǎn)螛敦Q向承載力特征值按下式計(jì)算：

Ra=Rsa+Rpa

式中 Ra——單樁豎向承載力特征值；

Rsa——樁側(cè)土總摩阻力特征值，按第8.3.9條取值；

Rpa——樁端承載力特征值，按第8.3.10條取值。

第8.3.8條明確：置于基巖的人工挖孔樁及穿越土層厚度小于10m的機(jī)械成孔端承樁、嵌巖樁均不考慮樁側(cè)正摩阻力。

第8.3.10條明確：樁端承載力特征值按下述原則計(jì)算：

嵌巖深度不小于1倍樁徑的嵌巖樁，嵌巖部分的承載力特征值按下式計(jì)算：Rpa=β?aAp；

式中 ?a——樁端地基承載力特征值；

β——考慮嵌固力影響后的承載力綜合系數(shù)，圓樁見表8.3.10-1

n=hr/d1234≥5

β1.1051.211.3151.421.525

注：1.若n不為整數(shù)時(shí)，β值可按線性插值法計(jì)算；

2.人工挖孔嵌巖樁，表中系數(shù)可提高20%。

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DBJ50-047-2006）》第4.2.3 條明確：地基承載力特征值應(yīng)根據(jù)地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值按下式確定：

?ak=γf ?uk

式中 ?ak——地基承載力特征值（kpa）；

?uk——地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kpa），由工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供；

γf——地基極限承載力分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)土質(zhì)地基取0.5，對(duì)巖質(zhì)地基取0.33。

《工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DBJ50-043-2005）第9.3.2條明確：當(dāng)巖體完整、較完整、較破碎時(shí)，巖質(zhì)地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值可由巖石抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以地基條件系數(shù)確定，完整時(shí)地基條件系數(shù)取1.60～1.20（堅(jiān)硬巖與較硬巖取較小值），較完整時(shí)取1.20～0.85，較破碎時(shí)取0.85～0.55。

對(duì)比上述規(guī)范條文，我們不難發(fā)現(xiàn)：

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-94）》計(jì)算公式中承載力僅與天然濕度下的單軸抗壓強(qiáng)度、嵌巖深度和樁尺寸有關(guān)，而與巖體狀態(tài)無關(guān)，即只要樁尺寸、嵌巖深度及天然濕度下的巖石單軸抗壓強(qiáng)度相同，無論巖體是完整、較完整或較破碎其承載力均相同，這樣計(jì)算不夠嚴(yán)謹(jǐn)，且也與實(shí)際情況不符。又從《建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-94）》表5.2.11可以看出，嵌巖樁嵌入5倍樁徑的承載力比嵌入4倍樁徑的承載力還低，顯然也不合理。

另?yè)?jù)黃求順教授經(jīng)過多次試驗(yàn)表明，當(dāng)嵌巖深度為零時(shí)，采用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-94）》進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，按樁計(jì)算和按天然地基上的基礎(chǔ)計(jì)算，其承載力相差較大。

而《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DBJ50-047-2006）》通過引入地基條件系數(shù)和地基承載力特征值概念避免了上述問題，使地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)更趨規(guī)范合理。

二、計(jì)算對(duì)比分析

在同一場(chǎng)地，在忽略樁側(cè)土層的側(cè)阻力情況下，假設(shè)基礎(chǔ)選用人工挖孔樁，嵌巖深度為2倍樁徑，樁基持力層基巖完整。現(xiàn)分別采用國(guó)標(biāo)與地標(biāo)進(jìn)行計(jì)算對(duì)比如下：

1.采用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-94）》公式計(jì)算，嵌巖段總極限側(cè)阻力、總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為：

Qrk=uζsfrchr=1/2π×d×0.07×frc×2d=0.07frc×πd2

Qpk=ζpfrcAp=0.3×frc×1/4×π×d2=0.075 frc×πd2

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-94）》5.2.2.1條，樁數(shù)不超過3根的樁基，基樁的豎向承載力設(shè)計(jì)值為：

R=Qsk/γs+Qpk/γp=（0.07 frc×πd2+0.075 frc×πd2）/1.65=0.145frc×πd2

2.采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DBJ50-047-2006）》公式計(jì)算得：

地基條件系數(shù)取1.4，嵌巖部分的承載力特征值為：

Rpa=β?aAp=1.45×0.33×1.4×?rk×1/4×π×d2=0.17 ?rk×πd2；

根據(jù)8.3.5條軸心豎向力作用下單樁承載力設(shè)計(jì)值為：Nk≤Ra/γ0= Ra/1.0= Ra=0.17πd2〉R=0.145frc×πd2

由上述計(jì)算分析可知：按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DBJ50-047-2006）進(jìn)行高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)地基極限承載力發(fā)揮的潛力更大些，從而使基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算更經(jīng)濟(jì)。

三、工程實(shí)例

某住宅樓，三十二層，框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積3.2萬平方米，荷載25000KN/柱。

場(chǎng)地范圍內(nèi)主要巖土層有全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）、殘坡積層（Q4el+dl）粉質(zhì)粘土，中侏羅統(tǒng)沙溪廟組（J2s）的砂巖（Ss）及泥巖（Ms）組成。

覆蓋層厚度（m）等效剪切波速（m/s）場(chǎng)地類別設(shè)計(jì)特征周期地段劃分

4.0～7.2109.80Ⅱ0.35一般地段

泥巖（Ms）是場(chǎng)地的主要巖性之一，且?guī)r芯取樣完整，可作為挖孔樁基礎(chǔ)持力層。其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如下表所示：指標(biāo)數(shù)值

巖性自然重度

YekN/m3天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

frk（MPa）飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

frk（MPa）巖土體凝聚力

C（kPa）巖土體內(nèi)

摩擦角Φ彈性模量

（MPa）變形模量

（MPa）泊松比基底摩擦

系數(shù)μ

中風(fēng)化泥巖25.210.847.0018030243320890.340.4

場(chǎng)地整體穩(wěn)定性良好，無斷層、危巖、崩塌、滑坡、地下洞室等不良地質(zhì)作用，適宜興建擬定建筑。

經(jīng)采用JCCAD軟件計(jì)算，計(jì)算結(jié)果詳《某高層住宅挖孔樁基礎(chǔ)平面布置圖》及《某高層住宅挖孔樁基礎(chǔ)地標(biāo)設(shè)計(jì)與國(guó)標(biāo)設(shè)計(jì)比較明細(xì)表》。

由計(jì)算結(jié)果分析可知，本工程采用地標(biāo)設(shè)計(jì)比采用國(guó)標(biāo)設(shè)計(jì)挖孔樁的嵌巖深度及樁身箍筋、縱筋均有減小。經(jīng)估算，采用地標(biāo)設(shè)計(jì)比國(guó)標(biāo)設(shè)計(jì)節(jié)約基礎(chǔ)工程直接費(fèi)用近30萬元。

實(shí)例證明：采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DBJ50-047

-2006）進(jìn)行高層建筑基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)，在確保建筑工程安全的情況下，嵌巖樁的承載力得到了大幅度提高，建筑工程基礎(chǔ)造價(jià)得到很好的控制。既經(jīng)濟(jì)又合理。

四、結(jié)束語

要做好高層建筑基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)工作，需要從以下方面入手：

1.重視工程地質(zhì)勘查與評(píng)估工作

決定高層建筑基礎(chǔ)工程（甚至整個(gè)工程）安全性、經(jīng)濟(jì)性和工期的核心環(huán)節(jié)是基礎(chǔ)選型與地基設(shè)計(jì)及其先行環(huán)節(jié)工程地質(zhì)勘查與評(píng)估?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)固然重要，但基礎(chǔ)的形式、基本尺度己在前一個(gè)環(huán)節(jié)中確定。故應(yīng)充分重視工程地質(zhì)勘查與評(píng)估工作，為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供詳細(xì)、準(zhǔn)確的場(chǎng)地地質(zhì)資料。可要求地勘單位根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)地大小和具體平面布置，進(jìn)行分區(qū)域或者分棟提交地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

2.采用地方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

我國(guó)地域遼闊，地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，基巖上覆土層呈現(xiàn)區(qū)域性，國(guó)標(biāo)為了適應(yīng)各個(gè)區(qū)域的不同地質(zhì)條件的需要，在編制時(shí)難免有些籠統(tǒng)與保守，因而缺乏針對(duì)性。故在進(jìn)行高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，宜結(jié)合項(xiàng)目場(chǎng)地工程地質(zhì)條件的區(qū)域性和基礎(chǔ)選型的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)先選用地方標(biāo)準(zhǔn)。

附圖：《某高層住宅挖孔樁基礎(chǔ)平面布置圖》

附表：《某高層住宅挖孔樁基礎(chǔ)地標(biāo)設(shè)計(jì)與國(guó)標(biāo)設(shè)計(jì)比較明細(xì)表》

參考文獻(xiàn)：

[1]《建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-94）》

[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DBJ50-047-2006）

[3]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007—2002》

[4]《工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DBJ50-043-2005）

[5]《地基及基礎(chǔ)》（華南理工、東南大學(xué)、浙江大學(xué)、湖南大學(xué)編，中國(guó)建筑工業(yè)出版社）

[6]《高層商業(yè)住宅樓設(shè)計(jì)與施工方法研究》（張烈明著，2004年湖南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文）