浅谈岩石地基基础设计

摘要：随着工业装置大型化、建设场地边远化的趋势，工业装置在新建、改建、扩建时建设场地不可避免地选择在了山区、丘陵等边远地带，导致建设场地地质情况复杂，地形起伏大，持力层埋藏深度不一，加大了设计者的难度。与通常土质地基基础的设计相比，岩石地基有很大区别和不同要求。本文就岩石地基基础的设计，结合文献1与文献2的区别，和大家作一些交流，以供类似设计参考。

关键词：岩石地基；锚杆；嵌岩桩；墩基础

Abstract: along with the industry, construction site remote device large-scale trend of, industrial device in the newly built, rebuilt and expansion of construction site when inevitably choice in the mountainous and hilly remote areas such as area, leading to the geologic site construction complex, rolling terrain, include the buried depth is differ, increased the difficulty of the designer. And usually soil foundation design, compared to rock foundation have very big distinction and different requirements. This paper rock foundation design, combining literature 1 and 2 of the difference between literature, and us some exchange, to reference for similar design.

Keywords: rock foundation; Anchor; Rock-socketed pile; Pier foundation

中图分类号： S611 文献标识码：A 文章编号：

1、岩石地基的定义及分类

岩石地基，顾名思义，为由不同程度风化岩组成的地基。岩石地基的承载力特征值较高，通常大于200kPa，因此一般不需要人工处理即为理想的地基。严格的来说，岩石地基指的是中风化岩石以上或较破碎以上的岩石地基，否则应为土质地基。

岩石的坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk按下表分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩。

坚硬程度类别 坚硬岩 较硬岩 较软岩 软岩 极软岩

饱和单轴抗压

强度标准值frk (MPa) frk>60 60≥frk>30 30≥frk>15 15≥frk>5 ffrk≤5

岩石根据风化程度可分为未风化、微风化、中风化、强风化和全风化。

岩体完整程度应按下表划分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎。

2、岩石地基的处理方法

岩石地基的处理较土质地基来说简单许多，通常有强夯法、垫层换填法、振动碾压法等。每种方法的具体要求参见相关规范，这里不再展开多讲。

3、岩石地基上基础的常见形式

3.1 岩石地基上的扩展基础

由于岩石地基的高承载力，基础往往采用扩展基础即可满足要求。扩展基础分为柱下独立基础和墙下条形基础。

3.2 岩石锚杆基础

当建、构筑物基础直接坐落在基岩上的基础，以及建、构筑物基础（如烟囱基础、塔基础、水池等）承受较大拉力（浮力）或水平力时，通常采用岩石锚杆。

3.3 钢筋混凝土灌注桩基础

钢筋混凝土灌注桩根据成孔方式通常采用机械成孔灌注桩、人工挖孔灌注桩二种。根据受力和计算分为普通灌注桩（机械成孔和人工挖孔灌注桩）和嵌岩灌注桩。

4、设计时注意的问题

4.1 基础的最小埋深

根据文献1第5.1.2条规定，除岩石地基外，基础最小埋深不小于0.5m。文献2第4.1.3条进行了补充，对岩石地基不小于0.2m。土质地基主要由于表层土稳定性较差，不进行特殊处理不宜作地基持力层。而岩石地基不存在这些问题，基础埋深的确定主要考虑防风化问题，宜适当加宽散水，保护地基。

抗震设防区，岩石地基上高层建筑基础埋深不受建筑高度的限制，但应满足抗滑移和抗倾覆要求。

4.2 地基承载力的修正

岩石地基根据规范进行地基承载力特征值计算时，基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，对于强风化和全风化的岩石，可参照所风化成的相应土类取值；其他状态下的岩石不修正。

4.3 抗剪强度的验算

根据文献1表8.1.2条注4：扩展基础底面处的平均压力值超过300kPa的混凝土基础，尚应进行抗剪验算。对于土质地基的上扩展基础，大都用冲切计算确定基础高度，抗剪计算不起控制作用，常常被忽略。当基础承载力较高，基底面积相对较小，按一般经验确定基础高度后，基底面积在柱45°冲切锥体范围内，不需要作冲切验算，应进行抗剪计算。目前用许多基础设计软件计算，仅按控制抗弯强度来确定基础高度，因此值得设计者关注。

4.4 边柱基础尺寸偏大的原因

在应用程序计算建筑物基础时，可能会出现边柱基础尺寸较中柱基础尺寸大很多的情况，这超越了基本常识，一般中柱比边柱荷载大，理应基础尺寸大。造成这种情况的原因正是由于岩石地基的高承载力。中柱一般竖向荷载大，而弯矩小，因此基础计算时由竖向力控制，导致基础尺寸很小。而边柱一般竖向荷载较小，而弯矩较大，因此基础计算时由弯矩控制，导致基础尺寸很大。

4.5 岩石地基的风化

岩石地基开挖后，地基在太阳光照、大气、水等作用下出现破碎、疏松及矿物成分次生变化的风化现象，会导致地基承载力急剧降低。基坑暴露时间不可过长，及时采用水泥砂浆封闭，防止风化剥落。

4.6 倾斜的基岩

基础设置在倾斜的岩石地基上，条形基础可在基础的长度方向设置台阶，土质地基每级台阶高度不大于0.5m，台阶的宽度不应小于台阶高度的2倍；岩质地基每级台阶的高度不宜大于1.0m，台阶的高宽比不宜大于1.0。

对于桩端置于倾斜基岩上时，嵌岩深度应从坡下方的基岩面算起。

4.7 基础在岩石边坡上的稳定问题

位于坡高小于15m且无外倾结构面的非极软岩岩质边坡上的安全等级为二、三级的建筑物基础，其外边缘与坡底的连线与水平线的倾角β应满足下表的要求，基础和岩坡不属于上述情况或倾角不满足该表要求时，应进行稳定性分析；基础外边缘到坡面的水平距离a应满足下表的要求，不满足该表要求时，应对坡面采取防护措施；对水平荷载较大的建筑物基础，除此之外，还应验算地基的稳定性。

岩体完整程度 完整 较完整

基础外边缘与坡底的连线与水平线的倾角β(°) ≤75 ≤55

基础外边缘到坡面的水平距离a(m) ≥1.5 ≥2.0

对处于地震区的边坡附近的建筑基础应进行地震稳定性设计，可参考《建筑抗震设计规范》第3.3.5条3款。

4.8 桩基础与墩基础的界限

由于山区地形起伏很大，某些人工挖孔桩无法达到正常设计桩长，出现短桩的情况，短桩即为墩基础。桩基础与墩基础两者受力性能和破坏机理不同。桩基础属于深基础，一般受侧向约束较大，受力特征为压弯破坏；墩基础属于浅基础类型，受力特征为剪切破坏。

根据《全国民用建筑工程统一技术措施》第3.11.1条5款：桩长不宜小于6m，桩长少于6m的桩按墩基础考虑；桩长虽大于6m，但L/D小于3时，宜按墩基础考虑。因此应在设计中加以区分。

4.9 部分岩石地基部分桩基的设计

有些建、构筑物布置在岩石地基倾斜严重的部位，建、构筑物一端坐落于岩石地基上，一端坐落于填方区域，不得不采用部分岩石地基部分桩基的组合基础形式。文献1第6.5.1条5款中明确指出，当基岩面起伏较大，且都使用岩石地基时，同一建筑物可以使用多种基础形式。

4.10 岩石地基上的池类等结构

位于岩石地基上的池类结构，伸缩缝的最大间距较土质地基的最大间距要

小，设计时应满足相关规范要求。如采用普通防水混凝土的地下式水池，在粘土或砂土地基上伸缩缝最大间距为30m，在岩石地基上的伸缩缝最大间距为20m。

这主要是考虑到底板混凝土如果直接浇筑在基岩上，两者粘结力很强，当混凝土收缩时很难避免产生裂缝，仅以减少伸缩缝的间距还难能奏效，应设置滑动层为妥。

高层建筑结构基础（地下室）嵌入硬质岩石时，可在基础周边及底面设置砂质或其他材质褥垫层，垫层厚度可取50mm~100mm，不宜采用肥槽填充混凝土做法,以利于避免和减小基础及外墙裂缝；

5、结束语

在山区建设的建、构筑物，地基基础设计的最大特点就是地基差异大、倾斜大、边坡问题严重。只要牢牢把握住这一点特点，就能够作好岩石基础基础的设计。

参考文献：

1.国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 5007-2011

2.重庆市地方标准《建筑地基基础设计规范》DBJ50-047-2006

3.《建筑桩基设计规范》JGJ 94- 2008

4.《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010

5.《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。