岩石地基上独立基础优化设计

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【摘要】本文主要介绍了独立基础设计中的抗剪承载力验算，在岩石地区，创造性的把独立基础看做深受弯构件对待，通过计算实例和规范计算值作对比，可以达到优化独立基础的高度，节省人力物力的目的。为后续岩石地基上独立基础的深入研究多添加一个方向。

1引言

万丈高楼平地起，一个房子的安全很重要取决于基础，设计也多集中于对上部结构，基础，地基的控制，基础设计关系到造价和对上部结构安全的影响。我国进行的模型试验研究与工程实测多集中于土质地基的研究，规范条文也多来源于其研究成果，对于一个岩石地基分布广泛的国家，岩石地基与土质地基在科学研究中表现出不同的特点，而设计归于一统，使用非岩石地基的研究成果应用于岩石地区基础工程的工程设计是否有其合理性，还需要广泛的研究和论证，随着西部地区特别是贵州，重庆，广西，云南地区的房地产行业得到空前的发展，一批高层，超高层房屋得到建设，对岩石地基上独立基础的认识与研究就越来紧迫。

2岩石地基的特点

2.1岩石地基与土质地基的不同

岩石地基有别于土质地基，主要体现在岩石地基强度很高，作为持力层的岩石地基往往是土质地基的几倍甚至是十几倍，并且基础与岩石地基的相对刚度比基础与土质地基的相对刚度小很多，基本上可以忽略地基的变形，浇筑的过程中混凝土与岩石形成一体，岩石表面一般不光滑，形成粗糙起伏的表面，有利于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，可以提高基础的承载强度，这些都是有利于独立基础的设计，与土质地基相比具有有利的特征。

2.2岩石地基上独立基础设计的介绍

由于岩石地基承载力高，山区房屋按照规范设计，多使用独立基础这种基础形式，多高层荷载又较大，设计的独立基础往往很高，如贵阳花果园某工程，独立基础高度尺寸达到了3000mm。这种情况下的独立基础已不能再看做一般的板类构件，可以认为是一种实体混凝土结构，这种大体积实体结构的独立基础受力分析计算也不合适继续使用基于板类构件的不配置箍筋与弯起钢筋的普通板类受弯剪构件计算公式，其真实受力情况更接近于深受弯构件。如果继续按照一般板类弯剪构件设计，虽然满足了抗剪切的要求，但过大的基础高度造成材料与人力的浪费，增加施工的难度，既不经济，又不合理。

3两种不同方法计算独立基础的高度与分析

3.1按照建筑地基基础设计规范设计岩石地基上独立基础

按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），基础设计计算要满足抗剪切验算、抗冲切验算，局部承压验算，钢筋依据抗弯承载力配置，由于岩石地区承载力较高，冲切破坏椎体落入在了基础底面之外，不需要进行抗冲切验算，往往也就不用考虑冲切破坏的影响，规范规定，对基础底面短边尺寸小于或等于柱宽加两倍基础有效高度的柱下独立基础，应验算柱与基础交接处的基础受剪切承载力，岩石地基上设计的独立基础，高度较大，符合里面的前提条件，要遵守这一强制条文，抗剪承载力验算就对基础设计中的高度控制起到了决定作用，规范《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第8.2.9条验算抗剪承载力， ，其中 =（800/h0）1/4，对公式进行简化计算得到满足基础的最小高度为 ，现在按照表1中给出的基础设计资料，依据抗剪承载力验算公式计算下列J1，J2，J3基础的高度，如下。表1为地基基础设计资料，表2为基础高度计算结果

表1地基基础设计资料

独立基础 柱子轴向力N（KN） 正方形柱子边长B（m） 独立基础混凝土强度等级 岩石地基承载力特征值fa（KPa）

J1 30000 1.4 C35 3000

J2 40000 1.5 C35 4000

J3 50000 1.6 C35 5000

表2 基础J1、J2、J3的高度计算结果

岩石地基承载力特征值fa（KPa） 3000 4000 5000

独立基础边长b 3300 3300 3300

基础高度h0 3000 3800 4500

注：表格中无注写单位的均为mm，基础都为正方形。

由表格中的计算结果可以知道按照抗剪验算公式设计岩石地基上的独立基础高度非常大，接近甚至高于基础的宽度。

3.2采用深受弯构件设计岩石地基上独立基础的分析与计算

钢筋混凝土独立基础设计，我国和欧美国家从设计原理上来讲采用的都是极限状态设计方法，包括正常使用极限状态与承载能力极限状态两种，在概率方法上，我国采用的是基于可靠度的设计方法，在已有的研究中，独立基础两方向边长相差不大，基础的受力情况呈现双向受力分布，破坏面呈现双向对称现象也很明显。基础剪切计算主要受纵筋配筋率大小、验算截面位置、混凝土强度与截面有效高度等因素控制，规范目前的研究多把基础作为一个板类构件对待，而岩石地基上独立基础的三维尺寸相差不大，构成一个实体模型，岩石地基上独立基础的实际受力状态与一般受弯构件不同，由于基础边长较小，弯矩较小，剪力相对较大，弯矩较小，与无腹筋简支梁的剪弯受力状态并不吻合，而真实破坏机理与受力状态与矩形深受弯短梁直接剪切的受力状态接近，易按照深受弯件计算。《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）附录G.0.4条，在均布荷载作用下，为了加大安全储备，忽略水平分布筋与侧向约束的有利影响，由于L0小于2h，所以取L0=2h，由深受弯构件公式G.o.4-1化简得到V≤1.4ftbho，由公式化简得到最小高度公式如下： 。

重新计算上述基础高度，得到如下表3

表3基础J1、J2、J3的高度计算结果

地基承载力特征值fa（KPa） 3000 4000 5000

正方形独立基础边长b（mm） 3300 3300 3300

基础高度h0（mm） 1200 1500 1800

4结语：通过采用无腹筋深受弯构件计算公式计算表明，独立基础的高度被大幅度减小，优化设计可以节省材料和工程量40%～50%以上。如能应用于山区地基基础的设计中去，会产生较大的经济效益，并节省大量的人力。对其深入研究具有很高的科研与工程实用价值。

参考文献：

[1]建筑地基基础设计规范GB50007-2011

[2]混凝土结构设计规范GB50010-2010

[3]段方石. 岩石地基柱下独立基础抗剪设计研究[D].广西大学，2012.

[4]张吉平. 浅谈柱下独立基础设计[J]. 建材技术与应用，2011，12：34-36.

[5]邹洋. 岩石地基上扩展基础破坏模式及承载性能研究[D].贵州大学，2009.