浅谈扩展独立柱基础的抗冲切设计与施工

ＺＵｌＩ　ｌ　Ｕ．ＵＪ　Ｃ。　’ｈ’ｉ’ｎ。。。ｏ。　‘Ｎ’。。。ｅ。ｗ　。。。Ｔ’。ｅ。。　。ｃ。ｈ。。。ｎ’ｏ—ｌ—ｏｇｉｅ￣ａｎｄＰｒｏｄｕａ＇ｓ　。工程技术　浅谈扩展独立柱基础的抗冲切设计与施工　徐国炎　（厦门顺安隆工程建设有限公司，福建厦门３６１０００）　摘要：国内目前的房屋基础按其埋深可分为浅基础和深基础。浅基础主要以扩展基础为主，扩展基础系指柱下独立基础、墙下条　形基础和筏形基础。本文根据工程实例，对扩展独立柱基础的抗冲切设计与施工进行探讨。　关键词：扩展独立柱基础；抗冲切设计；施工　中图分类号：ＴＵ４　文献标识码：Ｂ　深基础包括有柱、墩、沉井、地下连　续墙等。浅基础按使用材料的不同，可分为　扩展基础的受冲切破坏机理至设计计算均与　梁的抗剪非常相似，仅名称与代号不统一而　柔性基础或弹性基础和刚性基础。柔性基础　和弹性基础均以采用钢筋砼为主，柔性和弹　性采用何种设计理论及配筋量不同，柔性基　础的配筋量大于弹性基础的配筋量。刚性基　础主要有砼基础、毛石砼基础、砖基础、毛　石基础、灰土基础等，均无配置钢筋抵抗变　形拉力。浅基础的地基又可分为天然地基和　人工地基。天然地基为基础持力层直接落于　天然老土层或岩石上。人『［地基为基础持力　层无法直接落于天然老土层或岩石上，而需　要经过处理后才能作为持力层的地基，如换　填、强夯、灰土搅拌等。浅基础是相对深基　础而言的，二者的差别主要在施工方法及设　计原则。下面主要浅论天然扩展浅基础的抗　冲切设计与施工成本。　１天然扩展浅基础设计高度与施工成本　的关系　施工成本由人工费、材料费、机械费、　措施费、管理费等组成。当基础底面积确定　后，冲切承载力取决于基础高度，基础高度　越高冲切承载力越大，施工成本越高。刚性　基础即根据上部的荷载大小与地基承载力确　定基础底面积，基础高度按刚性角或基础台　阶高宽比确定，具体执行ＧＢ５０００７—２０ｏ２《建　筑地基基础设计规范》。因刚性基础的材料　的抗冲切拉应力强度较低，若上部荷载稍大　时，基础高度将较大，施工成本也随之较高。　柔性或弹性基础的底面积也是根据上部荷载　与地基承载力确定，基础高度也取决于抗冲　切承载力。冲切力越大基础高度越高，成本　也就越高。柔性或弹性基础高度按规范的冲　切公式确定。　２柱下独立基础抗冲切破坏机理　按规范规定柱下独立基础、筏板基础　与条形基础高度分别采用不同的设计方法。　柱下独立基础的受冲切机理：柱下独立基　础在柱中心荷载Ｆ（ＫＮ）　作用下，如果基础高　度不足，则将沿着柱　周边（或阶梯高度变　化处）产生冲切破　坏，形成与底面夹角　为４５。的斜裂面的角　锥体（如右图）。因　此，由冲切破坏锥体　以外（ＡＬ）的地基反　力所产生的冲切力（Ｆ，）应小于冲切面砼的　抗冲切能力。　对于矩形独立柱基础，柱短边～侧冲切破　坏较柱长边一侧危险，所以一般只需根据柱　短边一侧冲切破坏条件来确定底板厚度，即　求矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础　交处（如下图）以及基础变阶处的受冲切承　载力。按式Ｆ．≤Ｏ．７　６　￡ｄ　ｍｈｏ验算。　一７０一　中国新技术新产品　３按规范的方法计算抗冲切承载力确定　基础高度砼无法充分利用　《建筑地基基础设计规范》ＧＢ５０００７—　２００２规定根据受冲切机理及规范规定分析，　ＡＬ范围地基反力产生的冲切应力为与底面成　４５。角的拉应力。规范仅考虑由冲切面砼来承　冲切拉应力，而砼的抗拉强度ｆｔ又很低，若　在柱中心荷载很大的情况下，套用ＦＩ．≤ｎ７　３１　Ｏｔ　ｍｈｏｉｔ￣，势必造成基础厚度很厚，特别是　在地基承载力较高（如岩石层）的情况下，　多层或小高层较多设计成独立柱基础，经常　出现基础厚度超过一米，这种持力层落于坚　硬土层或岩石上的多层或小高层的独立柱基　的砼仅在冲切面才能充分利用。在其他位置　均无法充分利用，对施工的经济成本及工期　而言均不太合理，在坚硬土层或岩石层上凿　出基坑，效率低、工期长，若受自然因素影　响（如下雨）基坑又需要抽水，成本就更　高。所以，在坚硬土层或岩石层上，基础高　度越小经济成本及工期成本越低。若能考虑　在受冲切面配置一些抗冲切拉应力的钢筋，　那么基础的厚度就能大大减少，又能充分发　挥钢筋抗拉与砼抗压材料强度的优势，并达　到节约施工经济成本及缩短工期的目的。　４独立柱基抗冲切受力的破坏特征与梁　抗剪的相似性及计算公式套用建议　独立柱基受冲切的破坏形式与梁的受剪　破坏形式极其相似，破坏时均产生斜裂缝。　若在可能出现斜裂缝的位置配置一定数量的　钢筋来抵抗冲切拉应力，这些钢筋与可能出　现的斜裂缝相互垂直，如下图，基础厚度按　规范规定最小厚度。公式参照受剪弯起钢筋　的计算公式。　因抗冲切公式的ａｍｈｏ为抗冲切面面积，　０．７为角度系数，Ｂ　ｈｐ为受冲切承载力截面高　度系数（０９～１．０）ｆｔ为砼轴心抗拉强度设计　值。整个公式的物理力学意义为受冲切面的　抗冲切拉力的设计值。受剪弯钢筋的抗剪拉　力公式０．８ｆｙＡｓＳｉｎａ，０．８为弯起钢筋受剪承载力　的折减系数，与Ｂｈｐ相似；Ｓｉｎａ弯起钢筋　的角度与受冲切承载力公式的０．７相似。ｆｙＡｓ　为受剪面钢筋的抗拉强度，与ａｒｎｈｏ相似。从　已，因此，认为要充分发挥材料强度优势，　天然扩展浅基础在设计基础高度时，在受冲切　面配置一定数量的钢筋来抵抗冲切拉应力，计　算时套用梁抗剪的弯起钢筋计算公式可减少　基础高度，达到降低工程造价，缩短工期等　目的。　５设置抗冲切钢筋达到节约施工成本及　缩短工期的实例分析　案例一：某＿Ｉ＝程地上六层下地一层地　下室为消防水池、水泵房，采用柱下独立基　础，独立柱基面设置钢　筋砼梁式筏板基础，　：　‘　一　筏板厚度３００，砼强度　。一　｝ｔ　ｊ。。一　等级Ｃ３０，梁式筏板基　ｊ一　ｌ，　『＝＝一　础仅受构件自重及地Ｌ¨　一～…　一　面载。独立柱基平面　如下，柱截面尺寸均为　：’：　，＿一　ｆ：■　６００×７００，基础的单个一丁一。‘一。。一…　一　最大荷载为作用在柱底的荷载效应基本组合　设计值：　中心竖直荷载Ｆ＝５　２　５　７．１　４　Ｋ　Ｎ，　力矩Ｍ＝２　８　０　０　Ｋ　Ｎ．Ｍ，基础尺寸为　４６００×３３００×３００～１１００。验算抗冲切，并进　？［　壁　．。　．ｈＤ：１０５０　Ｆ　５２５７．１４　・　ａ　＝（ａｔ＋ａｈ）／２＝（７００＋２８００），２＝ｌ７５０　￡＝１．４３　ｍａｘ：　ｌ＋　Ｌ６　Ｌ／１　５２５４　６　７．７４『ｌ＋旦　１４Ｏ／　ＩＩ　５８５　７３ＫＮ／Ｍ　ｏ．７￣ｈｐｉｆａ．ｈｏ＝　ｘ１．０￣１．４３￣１７５０￣１０＝　＿５０　１８３９　．３４　ＦＬ：　．ｍａｘ，　ｌ　２　２ｆｆ　…ａ　２］ｃ　ｈｘ３Ｏ３　］ｂ—ｆ２皇…ｂｃ加『Ｉ　…一　　２～　　／圳　｛ｊ　＝５９４．７７　ｘ　２．８８＝１６８６ｋｎ＜１８３９．３４满足要求　若采用配置适量钢筋与冲切面垂直位置　基础边缘厚度以满足规范的最小要求２００，　柱边厚度选用４００。计算配筋设置如前所述，　再进行验算。配置１２韭２５。　公式套用弯起钢筋抗剪承载力：　Ｆ’＝Ｏ．８ｆｙＡｓＳｉｎａ。　ａ取４５。　Ａｓ＝５８８７　ｆｖ＝４００　先计算砼抗冲切：ｈ　Ｏ＝３　５　０；　ａ　＝７００＋３５０×２＝１４００　ａ￣＝７００；ａｍ＝（巩＋ａｂ）／２＝（７００＋１４００）１２＝１０５０　０．７Ｂ　ｈｐｆｌａｍｈｏ＝Ｏ．７×１．０×１．４３×１０５０×３　５０＝３６７．８７ＫＮ　Ｆ．＝０．８ｆｙＡ　Ｓｉｎａ＝０．８　Ｘ　４００×５８８７×Ｓｉｎ４５　。＝ｌ３３２．０８ＫＮ　３６７．８７＋１３３２．Ｏ８：１６９９．８６＞Ｆ．＝１６８６ＫＮ　满足要求。　至Ｑ　】．　Ｑ：Ｑ圣　ＣｈｉｎａＮｅｗＴｅｃｈｎｏＪｏｇｉｅｓａｎｄＰｒｏｄｕｃｔｓ　工程技术　某老桥新建斜腿钢构桥施工技术　张坤　（中铁四局集团第二工程有限公司，浙江金华３２１０５２）　摘要：某市政改造工程，老桥翻新改建，新建三箱六室预应力斜腿刚构，对０≠≠段采用了斜腿钢桁架和平衡架的施工方法，通过设　置后锚墩，设计临时预应力柬张拉，成功的完成了斜腿钢构的施工。　关键词：老桥改造；斜腿钢构；施工技术　中图分类号：ＴＵ７４　文献标识码：Ｂ　宽４．Ｏｍ，箱体之间净距５．３ｍ，施工时留１．Ｏｍ　某市政改造工程地处南京市主城东片偏　湿接缝，与横梁一起现浇，将桥梁横向联为　体。桥梁纵断面如图一所示。　南，其中桥梁ｌＴ程（即中和桥）位于光卡路　上，横跨秦淮河。中和桥桥南处于大明路和　斜腿为上大下小的钢筋混凝土空心箱体，　中和桥路交叉口。本工程为老桥翻建项目，　与主箱体同宽。　桥梁全长１１１ｍ，其中主桥长９６ｍ，桥梁路面　桥梁采用钢筋混凝土群桩基础，基桩采　横断面宽４５ｍ，共分配为三箱六室。每箱为　用中１２０ｅｍ钢筋混凝土钻孑Ｌ灌注桩。承台尺　座桥梁，施工时由东向西按三座桥梁实施，　寸：长Ｘ宽×高＝１３．９４７×１１．８　Ｘ　２．６ｍ，承台　前两座施工完成后，拆除老桥。新桥铺设钢　相互独立，在上部结构连接后浇筑系梁增加　承台的横向连接，增加基础变形协调性。　筋混凝土桥面铺装作为施工便桥并组织交通。　新桥上部结构为三箱六室预应力斜腿刚　桥梁设计无独立桥台，以边跨配重的混　构，采用边跨压重以平衡斜腿的水平力，中跨　凝土兼作桥台，桥台后设搭板。　荷载标准：城一Ａ级。　跨中厚度１．４５ｍ（箱体厚度１．３ｍ），斜腿顶板箱　体厚度约３．４ｍ，单箱底宽８．８ｍ，桥梁外挑臂　地震烈度：７度。　ｉ工程概况　一一接线道路等级为城市Ｉ主干道。　计算行车速度为５０ｋｍ￣。　图一桥梁纵断面图　２地质条件　主要有以下几种：　（１）２—１：亚粘土：灰黄色，软塑，夹　ｌ７５．２７Ｃ　根据以上的计算结果进行造价比较：　①（开挖深度减少７００，开挖工程量减　少４．８×３．５　Ｘ０．７＝１１．７６　㈠　　ｌ　’②砼量减少，修改前砼体积：　４６×３　３×０　３＋（０　６×０　７十　丽＋４＿６ｘ　３　３）０　８／３＝９　３９ｍ　修改后砼体积　４　６ｘ　３　３×０　２＋（０　６×０　７＋￣／—０．６ｘ０．７ｘ—４．６ｘ　３．３＋４　６×３　３）ｏ　２／３＝４　２４ｍ　砼体积减少９．３９—４．２４＝５．１５ｍ　。参照该工　程所在地的定额Ｃ２５砼２９８元，ｍ　，节约砼造价　为５．１５　Ｘ　２９８＝１５４３．７兀。　Ｊ、　ｒ　１　　ｉＩ　【　　Ｉｊ　ｉ　Ｌ一，２２ＤＯ一一　仅将节约的砼与增设的钢筋相比，已较　为显著，且还应考虑土方或石方开挖深度减　少７００的费用及下期缩短。　６建议与探索　扛驾　率　ａｔ＋—■珥丑　４　Ｉ３　ｎ０　２０，３　ｊｕ　３０６　７‘０　ＳＯ０［０￣７，１　配置抗冲切钢筋增加工程造价每根钢　筋该长度０．３５　ｘ　１．４１＝０．５。　０．５×４８＝２４ｉｎ　ｘ　３．８５＝９２．４ｋｇ，参照该　Ｔ程所在地的定额每吨钢筋为４０００元，　９２．４×４＝３６９．６元　仅砼体积减少节约的造价远多于增设抗　冲切钢筋增加的造价而且土石方开挖量减少　工期也缩短，特别是遇到石方造价及．Ｔ＝期就　节约及缩短更多若遇到地下水那就更可观。　案例二：某工程的其中根柱截面　３００×４００，作用在柱底的荷载效应基本组　合设计值：中心竖直荷载Ｆ＝７００ＫＮ力矩为　Ｍ＝８０ＫＮ．Ｍ基础底面积尺寸为２．２　Ｘ　１．６试按　砼基础及钢筋砼基础确定基础厚度并进行造　价工期等比较　８０　日ｍ　解：　。　：　而　・　１十一Ｌｂ　６ｅｎ．Ｏ］＿　Ｄ＿ｆ１＋　２　２　１：２５８　５２枷＜３ｏｏ＠口　Ｌ／２　２　ｘ１　６　可采用砼基础查规范Ｃ　１５砼基础宽高比　为ｌ：ｌ－２５基础每边伸出柱的宽度为９００，既　基础高度为１１２５取１２００采用三个台阶如下图　砼工程量：２．２　ｘ　１．６×０．４＋１．６×１．２×０．４　＋ｌ×０．８　Ｘ　０．４：２．４９６ｍ　综上所述，在配置抗弯钢筋的独立柱基　考虑抗冲切时，在可能产生冲切破坏位置配　置适当钢筋，可充分发挥钢筋的抗拉强度，　凡：　一　避免砼抗拉强度低而承担扣应力，以达到减　小基础高效，节约工程造价及缩短Ｔ期的目　。　的。同理无筋独立柱基在基础底配置适当的　抗弯钢筋，也是发挥钢筋的抗拉强度优势及　Ｘ　１０　×０．７５　ｘ　０．４５＝２５９．８８ＫＮ＞ＦＬ＝１５８．２２ＫＮ　避免砼抗拉强度不足。将无筋独立柱基改为　满足要求　基底配置抗弯钢筋的独立柱基，规范已有明　确的设计方法及计算公式。而将基底已配抗　ａＩ＝ｂ１＿０．８ｍ，ａｌ＝１．２ｍ，ｈｏｌ＝２５０－５０＝２００ｍｍ　弯钢筋的独立柱基再独增配抗冲切钢筋，目　ａ　＋２ｈ　Ｊ：０．８＋２　Ｘ　０．２：１．２ｍ＜１．６ｍ取　前规范还没有适合的计算公式。若日后在大　ａｈ＝１．２ｍ量的科学研究及实践中，配筋天然扩展独立　ｆ＋ｄ６　０．８＋ｌ　２　．　柱基的抗冲切设计真能如上述所假设分析的　方法，那将更能发挥各种材料的优势，更符　…　合地基基础设计的原则及国家的技术经济政　抗冲切力：０．７　Ｂ　ｈｆｌａｍｈｏｌ＝Ｏ．７　Ｘ　１．０ｘ　１．１　Ｘ　１０　策“节约资源、技术先进、经济合理”　Ｘ　０．２＝１５４ＫＮ＞ＦＬ＝１３９．２　ＫＮ，满足要求。　参考文献　配筋计算得基础长方向配１　１　１４，短方　…１　ＧＢ５０００７—２００２．建筑地基基础设计规范中　向配１３　１０。　国建筑工业出版【ｓ１，２００２．　基础］　程量　『２１赵晓华主编．土力学与基础工程．武汉理工　ａｂ３００＋１２００—：—：—：７５０　『ｆ～Ｌ　ａＬ一加１６一　．＿．ｂｃ肋１　ｌ　－　ｉ＿２５。　孝　。　【　＼鸶￣－　ｊｊ×２Ａ　　ｊ　ｈ　Ⅱ——　—　一　Ｊ　嘏　『　ｌ。　一【　『　ｌ砼：２．２　Ｘ　１．６　Ｘ　０．２５＋１．２　Ｘ　０．８×０．２５＝１．１２ｍ　钢筋：小１０２．０６２．３４　Ｘ　１３＝３０．４２×０．６１７＝　１８．２７ｋｇ　１４　１．７６×ｌ１＝１９．３６×１．２１＝２３．４３ｋｇ　大学出版ｆＭ１，２００４．　『３１程文主编混凝土结构设计原理中国建筑　工业出版社ＩＮ１．２００５．　若采用Ｃ２０配ＨＰＢ２３５钢筋砼基础验算，　基础也采用阶梯型。　ａ柱边基础截面抗冲切验算，初　【４】孙训方，方孝淑主编．材料力学【Ｍ１．高等　教育出版社，２００９．　节约砼造价为（２．４９６－１．１２）Ｘ　２５５＝３５０．８８　增设钢筋造价为（２０．３７＋２３．４３）Ｘ　４＝　中国新技术新产品　一７１