３６０ 相关专业 城市道桥与防洪 ２０１２年６月第６期 独立基础加防水板与筏板基础选型的比较 毛红华 （上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海２０００９２） 摘要：建筑物基础设计中，经常采用独立基础加防水底板或筏板基础形式。这两种基础形式在构造上有相似之处，尤其是带 柱帽的筏板基础与独立基础加防水板更容易混淆。该文分析了两种基础形式的计算和构造不同之处，供设计人员参考。 关键词：独立基础；防水板；筏板基础 中图分类号：Ｕ４７１．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—７７１６（２０１２）０６—０３６０—０３ ０引言 地基承载力和地下水位较高地区，带地下室 的多层建筑物基础经常采用独立柱基础加防水板 形式。这种基础形式与带柱帽的平板筏板基础在 构造上相似，设计人员经常容易混淆。两者主要的 区别在于底板计算的假定，根据底板是否承载上 部荷载来确定是独立基础或筏板基础：独立基础 的防水板只承受地下水的浮力作用，上部荷载全 部由独立基础（与筏板基础的柱帽部分类似）承 受，当地下水水位低于底板时底板不受力；筏板基 础的底板和柱帽部分则一起承受上部全部荷载， 荷载分布与地基的基床系数等有关，工程中一般 偏安全按直线假定分布。筏板底板全部反力与上 部荷载平衡，因此底板的反力与地下水位无关，只 与底板面以上荷载总值有关。理想的独立基础加 防水板形式防水板下应悬空，不与土壤接触，板纯 粹承受水浮力和地下室荷载作用，然而实际施工 时因支模等原因很难做到，因此需要采取构造措 施减小土对底板的反力作用，避免在荷载作用下 板破坏。 一计算假定反力分布图 筏板基础 叨ⅢⅢ【【【［［［皿Ⅲ 实际反力分布图 室内地面 竖 玉水时为零 皿 ⅡⅢ Ｐ２ Ｐ２ Ｐ２ １地基承载力修正的不同 ．独立基础 图１两种基础示意图 ＝ ＋ｎ６ｙ（ｂ一３）＋Ｊ，７ ｙ （ｄ一０．５） （１） 式（１）为《地基规范》对地基承载力特征值修 正，符号意义见规范５．２．４。式中，ｂ为基础宽度，显 然对筏板基础可取ｂ＝６ ｍ（一般建筑物宽度均大 于６ ｍ），对独立基础ｂ应取图１中的ｂ’。ｄ为基 ２冲切计算所需的基础高度的不同 抗冲切所需要的基础有效高度ｈ。应满足下式 要求（见图２）： ≤（０．７ｆｌ￣＋Ｏ．１５ｏ－ｐ ， ）７７ ｏ Ｅ＝Ｎ—Ｎ１ （２） 础埋深，对筏板基础取图１中的ｈ。，对独立基础应 取图１中的ｈ：。一般情况下ｈ。远大于ｈ ，即地基承 载力的修正按筏板基础比按独立基础修正值大。 对地基承载力不高的基础应优先采用筏板基础。 收稿日期：２０１２—０５—０８ 式中符号意义见《混凝土规范》（７．７．１—１）。 式中Ｎ为柱底荷载，Ｎ 为冲切锥体范围内地 基反力。 作者简介：毛红华（１９６０一），男，浙江人，高级工程师，从事结 构、建筑设计工作。 由图１及图２可知，筏板基础假定上部荷载 均布于基础面积，而独立基础则荷载全部作用于 ２０１２年６月第６期 城市道桥与防洪 相关专业 ３６１ Ｔ ｌ Ⅳ ／ ＼ ，／／ ． 、 ［Ｉ］衄｜ｖｌ 图２冲切计算简图 柱底周边，在同样的上部布置情况下，筏板底的地 基反力Ｎ。明显小于独立基础下的Ｎ。，即冲切荷载 对筏板基础而言明显大于独立基础时的情况，也 即采用筏板时柱下所需的柱帽高度明显大于按独 立基础时的基础高度，地基承载力越高两者之间差 异越大。 ３底板受力所需的厚度不同 采用独立基础加防水底板形式时，根据计算 假定，底板仅承受水浮力作用，当地下水位低于板 底面时，可采用构造配置；而筏板基础则底板需承 受全部上部荷载的作用，底板反力和地下水位无 关。筏板的板厚一般不小于０．２５ ｍ且由抗弯和抗 剪计算确定，柱帽部分由柱的抗冲切承载力确定。 ３．１按抗弯承载力选取筏板板厚 带柱帽的筏板可按弹性地基板采用有限元法 计算筏板内力。当地基均匀，上部结构刚度较好且 柱网及柱荷载均相差不大时，可采用倒楼盖法，划 分柱上板带和跨中板带简化计算【３１。 ３．２按抗剪承载力计算筏板板厚 ｓ≤０．７＃Ｊｋ．ｈ０ （《地基规范》８．４．９） ， Ｖｓ ｚ２（ 二 ｈ。） （３） 式中为筏板下均布荷载（ｋＮ／ｍｚ），其余符号意 义见图３所示。 ３．３独立基础的最大基础弯矩和剪力 独立基础的基础内力可按《建筑地基基础设计 规范》（８．２．７－４）及（８．２．７—５）式计算，此处不赘述。 图３抗剪计算简图 ４算例分析 ４．１算例１ 某８ ｍ×８ ｍ柱网建筑物，地下室埋深３ ｍ， 楼面荷载设计值１６ ｋＮ／ｍ ，柱截面尺寸８００×８００， 地基承载力特征值３００ ｋＮ／ｍ２，宽度修正系数 ＝２．０， 深度修正系数 ６＝３．０，土容重２０ ｋＮ／ｍ３，无地下水， 基础混凝土标号Ｃ３０，分别按不同层数设计筏板基 础和独立基础加防水板基础。桂底轴力Ｎ＝１６× ８ Ｘ ８×ｎ＝１ ０２４・ｎ（ｋＮ）（ｎ为层数），为便于比较不 考虑弯矩的影响，取柱下独立基础长宽比为１．０。 ４．１．１按筏板设计 （１）地基承载力修正值： 按式（１），将相应系数代入，可得：ｆｏ＝５７０ ｋＮ／ｍ ； （２）按柱抗冲切确定柱帽有效高度（暂不考虑 截面高度影响系数的影响）。 基底反力：Ｐ，＝１６ｎ（ｋＮ／ｍ。） 底板抗冲切力： Ｆｌ＝０．７￣ｕ，，ｈｏ＝０．７×（０．８＋ｈｏ）×４×ｈ０（ｋＮ） 基底抗冲切锥体承受荷载设计值： Ｎ１＝１６ｎ×（０．８＋２ｈ０） （ｋＮ） 令Ｎ＝１ ０２４ ｎ＝Ｆｌ＋Ｎｌ 将上述各式代人则可得出层数不同时柱下最 小有效高度及柱帽宽度（假定柱帽宽度为冲切锥 体外每边各０．３ ｍ），则柱帽宽度为：０．８＋２ｈ。＋０．６。 （３）按抗剪确定底板有效厚度Ｉｌ０： 按式（３），Ｖｓ＝（４—０．４一ｈｄ×１６ｎ 将ｆｉ＝１６ｎ，ｌ ＝１２＝８ ｍ，ａ＝０．８ ｍ代人可得： １６ｎ×ｆ３．６一ｈｏ）＝０．７×１．４３×８×ｈｏ 根据上式可得不同的层数ｎ所对应的ｈ０。 （４）筏板柱上板带最大负弯矩： 划分板带，计算柱上板带最大弯矩。 Ｍ。＝ＭＪ４（板带宽４ ｍ），Ｍ。为该方向上的总弯 矩。 Ｍｏ＝０．５×１／８×Ｐｌ×８×（８－２ｃ／３） 式中：ｅ为柱帽宽度，Ｐ。＝１６ｎ（ｋＮ／ｍｚ）。 （为便于比较，弯矩计算中未考虑底板自重及 ３６２ 相关专业 城市道桥与防洪 ２０１２年６月第６期 底板上荷载的影响） ４．１．２按独立基础设计所采用的基础高度与基础 宽度及内力 同样可根据力的平衡原则计算出所需的独立 基础面积和高度，显然有地下水时独立基础面积 和高度均小于无地下水时的情况，与筏板相比更加 经济。 （１）按独立基础设计时地基承载力修正值： 按独立基础，宽度修正采用的基础宽度不超 过６ ｍ，在基础高度小于３ ｒｎ时地基承载力修正 值均小于按筏板计算值，可见一般情况时，采用 独立基础时地基承载力修正值远小于按筏基的 修正值。 ５构造处理 如图１所示，筏板基础柱下扩大部分与板相 连处一般采用４５。变截面保证应力连续过渡，而 独立基础加防水板形式则在防水板下加聚苯板或 松散炉渣，保证防水板不承载地基反力，防水板板 厚可根据地下水水位计算确定，当没有地下水时 （２）基础高度ｈ。和宽度ｂ的确定： 根据修正后的地基承载力及柱轴力标准组合 可确定基础的宽度，基础有效高度ｈ。根据抗冲切 要求确定。本例中按轴力Ｎ设＝１ ０２４ ｎ（ｋＮ）， Ｎｌｃ＝Ｎ／１．２５来计算独立基础的底面尺寸和高度。 （３）基础内力： 可根据构造要求采用２００ ３００ ｍｍ。 ６结论 （１）采用筏板基础时地基承载力修正值远大 于按独立基础时的承载力值；当楼层较多或荷载 较大时应优先采用筏板基础。 独立基础的最大弯矩根据《地基规范》 ８．２．７—４式计算。 按筏板基础设计和独立基础加防水板设计对 △一一筏梗基础柱帽宽度 ＪＬ ㈩……Ｉ…… 弯矩 （２）筏板基础的底板内力与地下水位无关，一 般情况下筏板弯矩值大于独立基础底板的弯矩值， 当柱帽扩大至一定程度后两者弯矩接近。 ’ 古墓卫ｌ｛古妯－蠢 ＾ ，＾．＿抽青箕 ＿－ 讪 ｕ．－ａ Ｔ匕６０６ ６．０ ｒ ／ 一 歪４５Ｃ ￣－５５Ｃ ５０Ｃ 嚣 ｒ－ ２．５ Ｊ 一 一 ｒ （￡ ／ ０ 一 厂 ｆ． 一 ｒ ’ ２｛ ， ／ ｆ ／ ， 蠹 ， ｝ ２０Ｃ ｒ Ｊ ｆ ‘７ （３）筏板基础的底板要满足在上部荷载作用下 的计算和构造要求，而独立基础的防水板受力只 与地下水位相关，底板受力远小于筏板；从经济性 考虑在地基承载力满足要求的情况下应优先选用 独立基础加防水底板的形式。 ４ ５ ６ ７ ８（ｘ１０２４ｋＮ）４ ５ ６ ７ ８［×１０２４ｋＮ）４ ５ ６ ７ ８（ｘｌ０２４ｋＮ） 柱底轴力 挂底轴力 柱底轴力 图４筏基与独基计算对比图 比见图４所示。 （４）确定基础选型后要采用与计算假定相对应 的构造形式，避免似是而非的构造。 参考文献 【１］ＧＢ５０ＯＯ７—２００２，建筑地基基础设计规范【ｓ］． ４．２算例２ 设地下水水位高２ ｍ，其余同上例。 （１）筏板基础：根据力的平衡条件，筏板基础底 板总反力不变，板内力同无地下水时的情况。 （２）设独立基础的防水板厚０．３０ ｍ，则板所受 的标准荷载为：ｑ＝２０－２５ Ｘ ０．３＝１２．５（ｋＮ／ｍ ）（ｔ）。 【２ ＧＢ５００１２］０—２００２，混凝土结构设计规范［ｓ】． 【３］全国民用建筑工程设计技术措施（结构分册）【Ｍ】．北京：中国计 划出版社，２００３． ［４】朱丙寅．独立柱基加防水板基础设计方法的分析『Ｊ］．建筑结构， ２００１，３１（１１）：５１—５３． 同济大学土木工程学院专家攻下上海长江隧桥养护难题 上海长江隧桥通行已有２年半，这个投资超过百亿的特大型设施，由８．９５ ｋｍ的全球最大隧道 和１６．５ ｋｍ的世界最大公轨合建斜拉桥组成，集多项“世界第一”技术于一身。但从日常养护角度 看，诸多“世界第一”却聚变成了一个大麻烦——针对普通隧道、桥梁的养护经验和检测流程，长江 隧桥都不适用。 早在十多年前，上海长江隧桥作为重大市政工程立项时，同济大学土木工程学院教授朱合华就 把长江隧桥的后期养护作为科研课题。不久前，朱合华课题组的《特大型越江交通设施建养一体数 字化关键技术》，获得上海市科技进步一等奖。伴随着这项技术的运用，上海长江隧桥能及时抵抗 各种“大病小灾”，健康指数也将大大增加。