岩石地基上高层建筑的基础设计研究
岩石地基上钢筋混凝土独立基础抗剪设计初探
岩石地基上钢筋混凝土独立基础抗剪设计初探徐诗童【摘要】岩石地基上钢筋混凝土独立基础的高度主要取决于抗剪承栽力验算公式及验算截面.考虑跨高比的减小以及基础嵌岩段的侧向围压所引起的混凝土抗剪作用的提高,并将距基础柱边或基础变截面h0/2处基础截面作为抗剪验算截面,可有效减小岩石地基上独立基础的高度,节约工程造价.【期刊名称】《重庆建筑》【年(卷),期】2010(009)011【总页数】4页(P32-35)【关键词】岩石地基;钢筋混凝土;独立基础;抗剪承载力【作者】徐诗童【作者单位】中煤国际工程集团重庆设计研究院,重庆,400016【正文语种】中文【中图分类】TU43在重庆等山地城市，由于基岩埋置较浅，加之城市建设的不断加快，岩石地基上的独立基础（本文中独立基础均指钢筋混凝土独立基础）采用越来越多。
规范规定，独立基础的设计应满足地基承载力、抗弯承载力、抗冲切承载力以及抗剪承载力的要求。
对于土质地基，通常的独立基础高度由抗冲切承载力所决定，在满足抗冲切承载力的情况下，一般也能满足抗剪承载力。
而在岩石地基中，由于其承载力高，直接置于岩石地基上独立基础的基底面积往往较小，抗冲切承载力一般均能满足要求，甚至基底面积位于450冲切角以内而无须验算抗冲切承载力，此时的基础高度由抗剪承载力所决定。
现行《建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）》[1]（简称《地基基础设计规范》）中尚未直接给出独立基础的抗剪承载力公式，其抗剪承载力验算一般均采用《混凝土结构设计规范（GB50010-2002）》[2]（简称《混凝土设计规范》）中规定的不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件的抗剪承载力公式，且验算截面取为基础柱边或基础变截面处，其结果往往造成岩石地基上的独立基础高度较高。
因此，有必要对独立基础抗剪承载力验算公式以及验算截面进行探讨。
2.1 基础抗剪承载力公式的不同规定（1）《地基基础设计规范》第8.4.9条规定[1]，平板式筏板除满足受冲切承载力外，尚应验算距内筒边缘h0处筏板的受剪承载力，验算公式如下：其中，Vs——荷载效应基本组合下，地基土净反力平均值产生的距内筒或柱边缘h0处筏板单位宽度的剪力设计值；bw——筏板计算截面单位宽度；h0——距内筒或柱边缘h0处筏板的截面有效高度；βhs——受剪承载力截面高度影响系数。
GB50007-2011地基基础设计规范
《地基基础设计规范》GB50007-2011【28条】3.0.2根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定:1所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；2设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；3设计等级为丙级的建筑物有下列情况之一时应作变形验算:1)地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；2)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的4:123455.1.3高层建筑基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。
位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑稳定性要求。
5.3.1建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值。
5.3.4建筑物的地基变形允许值应按表5.3.4规定采用。
对表中未包括的建筑物，其地基变形允许值应根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求确定。
注:1本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值；2有括号者仅适用于中压缩性土；3l为相邻柱基的中心距离(mm)；Hg为自室外地面起算的建筑物高度(m)；4倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；5局部倾斜指砌体承重结构沿纵向6m~10m内基础两点的沉降差与其距离的比值。
6.1.1山区(包括丘陵地带)地基的设计，应对下列设计条件分析认定:1建设场区内，在自然条件下，有无滑坡现象，有无影响场地稳定性的断层、破碎带；2在建设场地周围，有无不稳定的边坡；3施工过程中，因挖方、填方、堆载和卸载等对山坡稳定性的影响；4地基内岩石厚度及空间分布情况、基岩面的起伏情况、有无影响地基稳定性的临空面；5建筑地基的不均匀性；6岩溶、土洞的发育程度，有无采空区；6.3.16.4.17.2.77.2.81248.4.9平板式筏基应验算距内筒和柱边缘ho处截面的受剪承载力。
当筏板变厚度时，尚应验算变厚度处筏板的受剪承载力。
梁板式筏基底板应计算正截面受弯承载力，其厚度尚应满足受冲切承载力、受剪切承载力的要求。
《高层建筑基础分析与设计》高层建筑与地基基础共同作用的分析方法
➢ 最重要的简化则是地基的简化，也就是将地基简 化成什么样的“地基模型”是至关重要的。采用 不同的地基模型进行计算，基础梁、板将会得到 不同的内力和变形，它不仅影响内力的大小，甚 至会改变内力的正负号。
12
第二节 考虑上部结构与地基、基础 共同作用的分析方法
先把上部结构隔离出来，并用固定支座来代替基 础，求得上部结构的内力和变形以及支座反力， 但是支座是没有任何变形的（图a）；
接着把支座反力作用于基础上，用结构力学方法 求得地基反力，假定地基反力是线性分布的，从 而得到基础的内力和变形（图b）；
再把地基反力作用在地基或桩上来设计桩数或校 核地基强度和变形（图c）。
24
第三节 线弹性地基模型的共同作用分析
本节中，共同作用分析所应用的土体应力应变关系 均作为线性弹性处理。
地基模型采用文克勒模型、半无限弹性体模型和分 层地基模型．其统一的表达式为
S f R 或 R f 1S K S S
式中 {S}和[f ]——分别为地基变形（沉降）矩
阵和柔度矩阵；
[ Ks]——地基刚度矩阵。
Rb(i)
➢ 整个m个子结构的平衡方程为
(7-11)
K U S R (m)
(m)
(m)
(m)
b
b
b
b
➢ 可简写为
K U S R
b
b
b
(7-12) (7-13)
式力列(7-向13量)中{R，}均边是界未结知点数位。移因列此向，量式{U(7b-}1和3)基仍底没反办 法直接求解。
——子结构分析方法原理
基础内力和地基变形除与基础刚度、地基土性质 等有关外，还与上部结构的荷载和刚度有关。
GB50007-2011地基基础设计规范
《地基基础设计规范》GB50007-2011【28条】3.0.2根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定:1所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；2设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计；3设计等级为丙级的建筑物有下列情况之一时应作变形验算:1)地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；2)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；3)4)4563.0.5:123455.1.3高层建筑基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。
位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑稳定性要求。
5.3.1建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值。
5.3.4建筑物的地基变形允许值应按表5.3.4规定采用。
对表中未包括的建筑物，其地基变形允许值应根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求确定。
注:1本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值；2有括号者仅适用于中压缩性土；3l为相邻柱基的中心距离(mm)；Hg为自室外地面起算的建筑物高度(m)；4倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；5局部倾斜指砌体承重结构沿纵向6m~10m内基础两点的沉降差与其距离的比值。
6.1.1山区(包括丘陵地带)地基的设计，应对下列设计条件分析认定:1建设场区内，在自然条件下，有无滑坡现象，有无影响场地稳定性的断层、破碎带；2在建设场地周围，有无不稳定的边坡；3施工过程中，因挖方、填方、堆载和卸载等对山坡稳定性的影响；4地基内岩石厚度及空间分布情况、基岩面的起伏情况、有无影响地基稳定性的临空面；5建筑地基的不均匀性；6岩溶、土洞的发育程度，有无采空区；7出现危岩崩塌、泥石流等不良地质现象的可能'性；8地面水、地下水对建筑地基和建设场区的影响。
6.3.16.4.17.2.7膨胀土、7.2.88.2.712以及墙348.4.68.4.9尚应验算变厚度处筏板的受剪承载力。
岩石地基上的基础设计
中图分类号：TU470
文献标识码：A
文章编号：1671-5780（2015）6-0192-03
1 岩石地基上的基础型式 在以岩石为持力层的基础设计当中，我们通常会考虑两 种基础型式：独立基础和筏板基础[1]。那么哪一种是比较有 效的基础型式？各自的适用范围是什么呢？ 岩石地基很坚硬，结构设计计算软件盈建科基础设计软 件 [2] 给 出 的 基 床 反 力 系 数 推 荐 值 为 200000kN/m3 ～ 15000000kN/m3。在如此坚硬的地基上，柱底或剪力墙底的力 通常无法扩散出去，基底压力主要集中在柱底或剪力墙底。 我们来看一个实际的算例。 以坐落在岩石地基上的某医院为例，主体结构为框架剪力墙结构[3]，地下 3 层，地上 13 层，结构高度 57.5m；抗 震设防烈度为 7 度；持力层地基为中风化泥质粉砂岩。按照 盈建科的推荐值，并考虑地勘报告中给出此地基可视为不可 压缩土层，其基床反力系数取 1000000 kN/m3。 首先，用盈建科基础设计软件为其设置一个 600mm 厚的 筏板基础来观察柱底和剪力墙底的力的扩散情况。计算方法 为有限元计算方法——弹性地基梁板法。基础平面图如图 1 所示，云线范围内为此次研究所划出的研究对象。
摘要：岩石是一种很坚硬的地基，本文以实际工程为背景，应用盈建科基础设计软件，通过计算分析，得出独立基础是岩石
地基上较有效的基础型式，并指出在岩石地基上的独立基础的扩散角与土体地基上的独立基础不同，阐述了岩石地基上的独
立基础设计应该注意的一些问题，给其他的结构设计人员提供参考。
关键词：岩石地基；独立基础；筏板基础；基底反力系数；基底压力；扩散角
图 3 岩石地基上的基底压力数据图（kN/m2） 从图 2 图 3 可以看到，筏板的基底压力主要集中在柱底 和剪力墙底。从柱底到柱间衰减的很快，从几千衰减到几十 甚至负值。以柱 1 为例，从 4045 kN/m2 衰减到-16 kN/m2。也 就是说，在坚硬的岩石地基上，柱底和墙底压力主要还是集 中在柱底和墙底，往外扩散的很少。为了进行对比，将基床 反力系数取为土体地基的基床反力系数。 在盈建科的各种土体的基床反力系数推荐值的范围内， 取土体地基的基床反力系数为 30000 kN/m3，得出基底反力 图图 4 和图 5。
《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)
《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2011）5 地基计算5.1 基础埋置深度5.1.1基础的埋置深度,应按下列条件确定：1建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础形式和构造；2作用在地基上的荷载大小和性质；3工程地质和水文地质条件；4相邻建筑物的基础埋深；5地基土冻胀和融陷的影响。
5.1.2在满足地基稳定和变形要求的前提下，当上层地基的承载力大于下层土时，宜利用上层土作持力层。
除岩石地基外，基础埋深不宜小于 0.5m。
5.1.3高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。
位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑稳定性要求。
5.1.4在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的 1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的 1/18。
5.1.5基础宜埋置在地下水位以上，当必须埋在地下水位以下时，应采取地基土在施工时不受扰动的措施。
当基础埋置在易风化的岩层上，施工时应在基坑开挖后立即铺筑垫层。
5.1.6当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑基础。
当埋深大于原有建筑基础时，两基础间应保持一定净距，其数值应根据建筑荷载大小、基础形式和土质情况确定。
5.1.75.1.8季节性冻土地区基础埋置深度宜大于场地冻结深度，对于深厚季节冻土地区，当建筑基础底面土层为不冻胀、弱冻胀、冻胀土时，基础埋置深度可以小于场地冻结深度，基底允许冻土层最大厚度应根据当地经验确定。
没有地区经验时可按本规范附录 G 查取。
此时，基础最小埋深 d min可按下式计算：d min＝z d－h max（5.2.4）式中：h max——基础底面下允许冻土层的最大厚度（m）。
5.1.9地基土冻胀类别分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀，可按本规范附录 G 查取。
在冻胀、强冻胀和特强冻胀地基上采用防冻害措施时应符合下列规定：1对在地下水位以上的基础，基础侧表面应回填不冻胀的中、粗砂，其厚度不应小于 200mm；对在地下水位以下的基础，可采用桩基础、保温性基础、自锚式基础（冻土层下有扩大板或扩底短桩），也可将独立基础或条形基础做成正梯形的斜面基础；2宜选择地势高、地下水位低、地表排水条件好的建筑场地。
岩溶地区的地基处理和基础设计分析
岩溶地区的地基处理和基础设计分析岩溶地区的地基处理对于建筑的安全与质量有着十分重要的影响，本文对以往的设计经验进行了总结与分析，对岩溶地区地基设计、地基处理以及地基评价等方面的方法进行了详细的介绍，希望可以起到参考作用。
标签：基础设计；地基处理；岩溶地区岩溶地区普遍存在漏斗、暗河、溶槽、溶洞等地质情况，存在形式十分隐蔽。
岩溶作用指的是流水对岩石造成腐蚀与冲击，部分情况下表现为机械式的侵蚀，使岩石形态发生变化。
岩溶不良地质所构成的岩溶地基普遍存在不均匀沉降、承载力不足等方面的问题，严重情况下还可能会导致地基塌陷或地基滑动。
在我国建筑工程领域不断发展的过程中，在岩溶地区兴建高层建筑方面的技术也取得了一定的进展。
设计单位需要对岩溶地基建设房屋时所存在的关键问题进行重点的解决，做好岩溶地基稳定性分析工作，对岩溶地基基础形式进行有针对性的设计，使所制定的地基处理方案更具合理性与经济性。
1、岩溶地基相关方面的评价设计单位需要重点设计好岩溶地区的房屋基础，选择正确的处理方法对于工程的造价与施工安全性有着十分重要的意义。
施工区域或周围所存在的岩溶均会在一定程度上影响到施工安全，需要对岩溶进行勘察，综合性地对岩溶地基进行评价，根据评价结果科学客观地制定地基处理方案。
计算方法、数学模型以及力学模型是最为重要的评价步骤，在我国建筑行业不断发展的过程中，岩溶地基分析评价流程得到了进一步的简化，尤其是在稳定性分析方面已经可以由以往十分繁琐的定量分析转化为直观、简化的定性分析。
定性评价法通常应用于常规工程地基稳定性分析与初勘阶段的场地选择，具体包含经验比拟法与综合分析法两种。
依照对洞体稳定性造成影响的有关因素与与洞隙边界条件做出合理的评价与综合性的分析。
半定量评价法是定性评价法的延伸与补充，具体包含顶板厚跨比法和顶板安全厚度计算法。
其中顶板厚跨比法不需要考虑顶板性质、荷载和大小，选取顶部最薄处厚度和水平投影跨度两项数值，能够计算出厚跨比，该数值能够用来对顶板厚度的安全性做出评价。
岩土工程师专业案例
岩土工程师专业案例岩土工程师是土木工程领域中的一个重要专业，主要负责土壤和岩石的工程性质研究，以及相关工程的设计、施工和监测。
岩土工程师需要具备扎实的土木工程知识和对地质、土壤力学等领域的深入了解，能够应用这些知识和技能解决工程中的岩土工程问题。
在岩土工程师的日常工作中，经常会遇到各种各样的专业案例，下面我们就来介绍几个岩土工程师专业案例，以便更好地了解岩土工程师的工作内容和工作方式。
案例一，某高层建筑基础设计。
某地区的一座高层建筑在设计初期遇到了基础设计问题。
由于地质条件复杂，土壤承载能力不足，传统的基础设计方案无法满足建筑物的承载要求。
岩土工程师在对现场进行详细勘察和土壤力学试验后，提出了采用桩基础的设计方案，并对桩的类型、长度和布置进行了精确计算和优化设计。
最终，该高层建筑的基础设计方案得到了成功实施，保证了建筑物的安全性和稳定性。
案例二，某隧道施工中的地质灾害处理。
在某条隧道的施工过程中，遇到了地质灾害问题。
由于地质构造复杂，岩层变化大，导致隧道掘进过程中频繁发生地质灾害，如岩爆、岩层崩塌等。
岩土工程师通过对隧道周边地质环境的详细分析和监测，制定了合理的支护方案，并对支护结构进行了优化设计。
同时，岩土工程师还针对地质灾害频发的区段进行了特殊处理，最终成功解决了隧道施工中的地质灾害问题，保证了隧道的安全施工和通行。
案例三，某水利工程的地基处理。
某水利工程在施工前需要进行大面积的地基处理。
岩土工程师通过对地质和水文地质条件的详细调查和分析，确定了合理的地基处理方案，并进行了现场试验和监测。
在地基处理过程中，岩土工程师采用了多种地基处理技术，如加固、加密、排水等，最终成功改善了地基的工程性质，保证了水利工程的安全运行和长期稳定。
通过以上案例的介绍，我们可以看到岩土工程师在工程实践中的重要作用，他们不仅需要具备扎实的理论知识，还需要具备丰富的实践经验和解决问题的能力。
岩土工程师的工作不仅关乎工程的安全和稳定，更关乎社会的发展和人民的生活。
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承台底标高。如按照规范要求的1/15建筑 度确
基础 深度，
施工
的困难，也会
提高建设
工期， 影响项目的 。
2设计思路
8# （度 ） ，在满足地基承载力、结 构抗倾覆、结构抗滑移要求的前提下，采取 要的安
措施,保证结构安全。
2.1地基承
基础持力 用第5层中风化花岗岩，中风化花
深度浅，强度高,工程性能好,地基承载力特
LIN Hang
(Fuzhou Architectural Design Institute, Fuzhou 350001) Abstract: When the foundation embedding depth of high - rise buildings on rock foundation faits te meet the requirements of the code, foun dation anti - sliding, anti - overturning design and safety measures in foundation anti - sliding, anti - overturning design.
Keyworls ： Rock foundation ； High - rise buildings ； Embedding depth ； Anti - sliding ； Anti - overturning ； Foundation design
1项目概况
项目地
县福州都市区 ，被称 闽地首
府福州的 后花园。
征值九=2500kPa, 基础的基底平均压力值为
Pk =2—kPao pk <力/,地基承载力满足要求。
2.2
抗
在抗倾覆验算时,如 算中 南北侧裙房,将
增大抗倾覆力臂,从而加大抗倾覆力矩。但由于裙房
，柱距大，刚度小，不可考虑裙房的有利作
用，电算，不可 南北侧裙房。根据盈建科结构
计算软件计算结果，在50年 的基本风压"0. 8kN/ m2 ）和多遇地震（小震）作用下+4,,结构整体抗倾覆验
照《高规》+ 2,12. 1.8 - 1条要求基础埋深h = （96. 4 +
图1 地 图
工程8#楼为例,8# 地 33
住宅，高
度96.40m；地下1〜3
地下车库，高度14.60m；
±0. 00对应黄海高程为38.80m°工程地质剖面图如
图2所示，
程
7. 78m〜36. 53m,坡度
作者简介:林航（1985.3 -），男，高级工程师 E-mail: 171878663 @ qq. com 收稿日期：2019 -07 -05
福州半小
的
要板块，是福 市产 能承接地。用地靠山面
,着岸
狭长的带状， 湾天然地形
岸至
。
岸
o 工程地形图如图1所示。
大，为典型的山地剖面，相应位置处的建筑剖面［意
图如图3所示，其中ZK52 ZK56分别为8# 面
南面
° D25%ZK113 ZK126
房的
，主
房设
° 8#室外地面完成面黄
程为38. 80m，底板面
风压
地震（小震）作用下，结构的抗倾覆能
力满足要求。
到 不倒的性能化设计目标，在100年一
遇的基本风压（0.9kN/m2）
地（
）用
下，用建科结构计算软
结构整体抗倾覆验
算，数据如表2所示。
表2百年一遇基本风压和罕遇地震下结构整体抗倾覆验算
********************************************************** 结构整体抗倾覆验算
算，数据如表1所[。
1 50 遇基 风压和 遇地 下
抗
%*********************************************************
结构整体抗倾覆验算
层号：1
X向风 Y向风 X地靂 V®
抗倾覆力矩Mr
塔号:1
1.965E+007 9.441E+006 1.909E+007 9.173E+006
2019年第10期 总第256期
福建建筑
Fujian Architecture & Construction
No 10 • 2019 Vol • 256
岩石地基上高层建筑的基础设计研究
林航
（福州市建筑设计院 福建福州350001）
摘要： 地基上的 建筑的基础埋置深度未能满足规范要求时,基础的抗滑移%抗倾覆的设计和设计中的基础
倾覆力矩Mou 比值Mr/Mou 零应力区
7.409E+005
26.52
0.00
1.5O2E+006
6.29
0.00
3.116E+005
61.26
0.00
3.116E+005
29.43
0.00
建筑在承受地 用、风荷载、其他水平荷
载或偏
荷载时，
应符合下式要求+1]:
箱形基础的抗倾覆
KM #Mr
（1）
式中:M=h——倾覆力矩（kN • m）；
抗滑移、抗倾覆的安全措施。
关键词： 地基;高层建筑； 深度;抗滑移;抗倾覆;基础设计
中图分类号:TU47
文献标识码:A
文章编号：1004 -6135 （2019） 10 -0139 -03
Foundation design and research of high - rise builtings on rock foundation
①杂填土
®-i填石
强风化花岗岩（砂土状） 强风化花岗岩（碎块状） 中风化花岗岩
图2工程地质剖面图
• 1 40・
福建建筑
2019 年
图3建筑剖面示意图
14. 6）/15 =7. 4m，根据该场地地勘报告和项目总平
面图，ZK52和ZK56中风化花 面标高分别为
33. 53m和25. 06m，承台底黄海高程为22. 0m，高于
程为24. 20m，裙房
南侧的ZK126 室外地面完成面
程为
11. 20m， 证主体结构安全，北侧设置挡土墙，防
止土压力
用于主体结构。主体结构为剪力墙
结构， 抗 设 度 6 度， 设计地 分 第 ，
地类别为I 1类。基础采用墙下 基础,基础持
力
第5层中风化花
，承台面
程为
24.00m，承台高度2.0m,基础 深度为2.2m。按
Mr——抗倾覆力矩（kN・m）；
K——抗倾覆
安
，取1.5 o
根据计算结果，在50年 的基本风压下,抗倾
覆稳定性安全系数K = Mr/M=v =6. 29 >1.5 ；在多遇
地震（小震）作用下，抗倾覆稳定性安全系数K=Mr/
M=h =29.43 > 1.5，且 据《高规》12.1.7条及 说
明，知该工程基础底面无零应力区，在50年 的基