5.3 基础设计

5.3.1  支架基础宜以原状土或压实填土作为地基持力层，未经检验查明以及不符合质量要求的填土不得作为支架基础的地基持力层。

5.3.2  当利用压实填土作为支架基础的地基持力层时，应符合下列规定：

    1  不得采用淤泥、耕土、冻土、膨胀性土以及有机质含量大于5％的土作为填料，填料中不得含有植物残体、垃圾等杂质；

    2  当选用砂土和碎石土回填时，应级配良好，最大粒径不宜大于200mm；

    3  以粉质黏土、粉土作为填料时，其含水量宜为最优含水量，最优含水量可采用击实试验确定；

    4  压实填土的质量用压实系数λ_c进行控制，且应符合表5.3.2的规定。

表5.3.2  压实填土地基压实系数控制值

    注：压实系数λ_c为填土的实际干密度ρ_d与最大干密度ρ_dmax的比值；w_op为最优含水量。土的最大干密度宜采用击实试验确定；碎石土的最大干密度可取2.1t/m³～2.2t/m³。

5.3.3  位于塘、沟、积水洼地等地区的填土地基，填土施工前宜清除底层软弱土体。填方设计前应查明地下水和地表水的补给与排泄条件，当填土阻碍原地下水和地表水的畅通排泄时，应采取防止土颗粒流失的措施。

5.3.4  多桩基础中的单桩和锚杆基础中的单根锚杆应按下式计算桩顶和锚杆顶的竖向作用效应：

    式中：N_ik——相应于荷载标准组合时，作用于第i根单桩或单根锚杆顶的竖向力(kN)，对于锚杆只考虑竖向拔力；

              F_k——相应于荷载标准组合时，上部支架结构传至基础顶面的竖向力值(kN)；

              Gk——承台自重和承台上的土重(kN)，地下水位以下取浮重度；

              M_xk、M_yk——相应于荷载标准组合时，作用于桩(锚杆)顶平面，绕通过桩(锚杆)群形心的x轴、y轴的力矩(kN·m)；

              x_i、x_j、y_i、y_j——第i、j根桩或锚杆至y、x轴的距离(m)；

              n——单个基础中的桩数或锚杆根数。

5.3.5  竖向压力作用下单桩的竖向抗压承载力特征值应满足下式要求：

    竖向拔力作用下单桩和单根锚杆的竖向抗拔承载力特征值应满足下式要求：

    式中：R_α——单桩或单根锚杆的竖向承载力特征值(kN)；

              Q_uk——单桩竖向抗压极限承载力标准值(kN)；

              T_uk——单桩或单根锚杆的竖向抗拔极限承载力标准值(kN)；

              G_p——单桩自重(kN)，地下水位以下取浮重度。

5.3.6  除微型短桩外，单桩的承载力应按现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ 94的相关规定确定。微型短桩的承载力应通过单桩静载荷试验确定，也可按本规范第5.3.7条～第5.3.11条的规定进行估算。

5.3.7  当根据土的物理力学指标与承载力参数之间的经验关系确定等截面微型短桩的抗压极限承载力标准值时，可按下式估算：

    式中：u_d、A_d——桩身周长(m)和桩端截面面积(m²)；

              l_i——桩周第i层土的厚度(m)；

              q_sik、q_pk——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值、桩端土的极限端阻力标准值(kPa)，由当地静载荷试验结果统计分析算得。无当地经验时，可由现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ 94按照岩土物理力学指标查表取值，桩端极限端阻力标准值除打入、压入式预制桩外可取经深度修正后地基承载力特征值的2倍。

5.3.8  当根据土的物理力学指标与承载力参数之间的经验关系确定等截面微型短桩的极限抗拔承载力标准值时，可按下式估算：

    式中：λ_i——抗拔系数，对于岩石可取0.8，对于砂土可取0.5，对于黏性土、粉土可取0.7。

5.3.9  当根据土的物理力学指标与承载力参数之间的经验关系确定螺旋桩的抗压极限承载力标准值时，可按下式估算：

    式中：u_i——第i层土中桩周计算周长，可按表5.3.9取值；

              A_D——螺旋叶片投影面积(m²)。

表5.3.9  螺旋桩抗压承载力计算桩周计算周长ui的取值

    注：如叶片间距h_p≤3D，则叶片之间u_i＝πD，如3D＜h_p＜4D，则叶片之间除下道叶片以上(h_p—3D)范围内u_i＝0外，其余部位u_i＝πD。

5.3.10  当根据土的物理力学指标与承载力参数之间的经验关系确定螺旋桩的抗拔极限承载力标准值时，可按下式估算，式中第i层土中桩周计算周长u_i可按表5.3.10取值，抗拔系数λ_i可按本规范第5.3.8条取值。

表5.3.10  螺旋桩抗拔承载力计算桩周计算周长u_i的取值

    注：如叶片间距h_p≤3D，则叶片之间u_i＝πD，如3D＜h_p＜4D，则叶片之间除上道叶片以下(h_p—3D)范围内u_i＝0外，其余部位u_i＝πD。

5.3.11  桩基础水平承载力特征值应通过现场水平载荷试验确定。当按现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ 94的相关规定估算时，尚应符合下列要求：

    1  当桩径小于300mm时，宜降低桩身计算宽度；

    2  螺旋桩可按桩径为d的等截面桩进行计算；

    3  当前后排桩基础通过上部支架连接时，可考虑支架刚度对桩基础水平承载力的影响。

5.3.12  桩基础的桩身承载力和抗裂验算应符合现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ 94的有关规定，对于螺旋桩尚应验算施工扭矩作用下的桩身承载力。

5.3.13  扩展式基础的基底压力，应符合下列规定：

    1  相应于荷载标准组合时基础底面处的平均压力值pk应满足下式要求：

    式中：f_α——修正后的地基承载力特征值(kPa)；

              A——基础底面面积(m²)。

    2  相应于荷载标准组合时基础底面边缘的最大压力值p_kmax应满足下式要求：

    式中：M_k——相应于荷载标准组合时，作用于基础底面的力矩值(kN·m)；

              W——基础底面的抵抗矩(m³)。

    当基础底面形状为矩形且偏心距e＞b/6时(图5.3.13)，p_kmax应按下式计算：

    式中：l——垂直于力矩作用方向的基础底面边长(m)；

             a——合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离(m)。

图5.3.13  偏心荷载(e＞b/6)下基底压力计算示意

b-力矩作用方向基础底面边长

5.3.14  地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、公式计算，并结合工程实践经验等方法综合确定。当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，应按式5.3.14-1进行修正；进行抗震承载力验算时，应按式5.3.14-2将地基承载力特征值乘以地基抗震承载力调整系数，采用地基抗震承载力特征值f_αE。

    式中：f_αk——由载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值(kPa)；

              η_b、η_d——基础宽度和埋置深度的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表5.3.14-1取值；

              γ——基础底面以下土的重度(kN/m³)，地下水位以下取浮重度；

              γ_m——基础底面以上土的加权平均重度(kN/m³)，位于地下水位以下的土层取有效重度；

              b——基础底面宽度(m)，当基础底面宽度小于3m时按3m取值，大于6m时按6m取值；

              d——基础埋置深度(m)；

              ζ_α——地基抗震承载力调整系数，按表5.3.14-2取值。

表5.3.14-1  基础宽度和埋置深度的地基承载力修正系数

    注：1  地基承载力特征值按深层平板载荷试验确定时η_d取0；

           2  含水比是指土的天然含水量与液限的比值。

表5.3.14-2  地基抗震承载力调整系数

5.3.15  对于基础埋置深度小于0.5m的扩展式基础应进行抗滑移稳定性验算，并应满足下式要求：

    式中：G_b——基础自重(kN)；

              T_k——相应于荷载标准组合时，上部支架结构传至基础顶面的竖向拔力(kN)，当为压力时取负值；

              E_k——相应于荷载标准组合时，上部支架结构传至基础顶面的水平推力(kN)；

              μ——土对扩展式基础底面的摩擦系数，应由试验确定，也可按表5.3.15选用。

表5.3.15  土对扩展式基础底面的摩擦系数

    注：1  对易风化的软质岩和塑性指数I_p大于22的黏性土，基底摩擦系数应通过试验确定；

           2  对碎石土，可根据其密实程度、填充物状况、风化程度等确定。

5.3.16  对于沿支架前后方向布置的扩展式基础和单(排)立柱柱下的扩展式基础，应按图5.3.16所示进行前后方向的抗倾覆稳定性验算，并应满足下式要求：

    式中：M^t_k——相应于荷载标准组合时，上部支架结构传至基础顶面的弯矩(kN·m)；

              b₁——基础自重重心至基础潜在倾覆转动点的水平距离(m)；

              b₂——基础顶面的竖向力作用点至基础潜在倾覆转动点的水平距离(m)；

              h——基础高度(m)。

图5.3.16  扩展式基础抗倾覆稳定验算示意图

5.3.17  对于双排、多排立柱柱下独立基础或沿支架长度方向布置的条形基础，应进行抗拔稳定性验算，并应满足下式要求：

5.3.18  对于承受较大荷载的扩展式基础，应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的相关规定验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切和受剪切承载力，并按抗弯计算确定基础底板的配筋。

5.3.19  锚杆的抗拔极限承载力标准值应通过现场原位试验确定。当锚杆间距不满足本规范第5.4.16条的构造规定时，应根据群锚效应对抗拔承载力进行折减或进行群锚试验。

5.3.20  单根岩石锚杆与岩石间的黏结强度应满足下式要求：

    式中：u_r——岩石锚杆的周长(m)；

              h_r——岩石锚杆锚入稳定岩层中的长度(m)，当长度超过13倍锚杆直径时，按13倍直径计算；

              f——砂浆或细石混凝土与岩石间的黏结强度特征值(kPa)，由试验确定，当缺乏试验资料时，可按表5.3.20取用。

表5.3.20  砂浆或细石混凝土与岩石间的黏结强度特征值(MPa)

    注：表中数值针对水泥砂浆强度为30MPa或细石混凝土强度等级为C30的情况。

5.3.21  锚杆基础锚筋的截面面积应满足下式要求：

    式中：N——相应于荷载基本组合时，单根锚杆承受的拉力设计值；

              f_y——锚杆筋体的抗拉强度设计值；

              A_s——锚杆筋体的截面面积。

5.3.22  锚杆基础的锚筋宜采用热轧带肋钢筋。植筋锚杆基础的胶粘剂除应满足力学强度的要求外，还应具有耐环境因素作用的性能。岩石锚杆基础的灌浆料宜采用水泥砂浆或细石混凝土，水泥砂浆强度不宜低于25MPa，细石混凝土强度等级不宜低于C25。

5.3.23  支架基础的变形特征可分为沉降量、沉降差和倾斜。支架基础的变形量应满足上部支架结构对地基基础变形的适应能力和使用要求，且变形允许值宜符合表5.3.23的规定。

表5.3.23  支架基础的变形允许值

    注：1  沉降差指同一阵列中相邻立柱下基础的沉降差值，l为相邻基础的中心距离(mm)；

           2  倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。

5.3.24  扩展式基础的最终变形量可采用分层总和法计算，地基中的附加应力分布可采用各向同性均质线性变形体理论确定；桩中心距不大于6倍桩径的群桩基础的最终沉降量可采用等效作用分层总和法计算，等效作用面位于桩端平面，等效作用面以下地基中的附加应力分布可采用各向同性均质线性变形体理论确定；其他情况下桩基础的最终沉降量可采用单向压缩分层总和法计算，桩端平面以下地基中的附加应力分布可按考虑桩径影响的明德林(Mindlin)解确定。对于单桩基础尚可根据单桩原位静载荷试验结果预估在使用荷载作用下的沉降量。

5.3.25  强腐蚀环境中不宜采用钢桩基础，腐蚀等级为中及以下土壤环境中钢桩基础的防腐处理应符合下列规定：

    1  钢桩基础的防腐处理可采用外表面涂镀防腐层、增加腐蚀余量及采用特殊耐腐蚀材料等措施；当钢管桩内壁同外界隔绝时，可不考虑内壁防腐；

    2  钢桩的腐蚀速率当无实测资料时可按表5.3.25-1确定；

表5.3.25-1  钢桩的腐蚀速率(mm/年)

    3  钢桩镀锌层的腐蚀速率当无实测资料时可按表5.3.25-2确定。

表5.3.25-2  钢桩镀锌层的腐蚀速率(μm/年)

5.3.26  混凝土基础的耐久性设计应符合现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476和现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ 94的相关规定。位于腐蚀性环境中的混凝土基础应按现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046的相关规定采取防腐措施。