(1) 承受很大的水平力或倾覆力矩的建(构)筑物,如受风力或地震力作用的高层建筑或高耸构筑物;承受拉力的高压线塔架基础等;承受水压力或土压力的挡土墙、水坝、堤坝和桥台等;
(2)位于斜坡顶上的建(构)筑物,由于在荷载作用和环境因素的影响下,造成部分或整个边坡失稳;
(3)地基中存在软弱土(或夹)层;土层下面有倾斜的岩层面;隐伏的破碎或断裂带;地下水渗流的影响等。
地基失稳的形式有两种:一种是沿基底产生表层滑动[图2-24(a)];另一种是地基深层整体滑动破坏,如图2-24(b)所示。
图2-24 地基失稳的形式
表层滑动稳定安全系数Ks用基础底面与土之间的摩阻力的合力与作用于基底的水平力的合力之比来表示,即 Ks??v?Fi?2?hE0?P?Hi?(1.2~1.4) (2-19)
式中 Fi——作用于基底的竖向力,kN:
E0——作用于基础两侧的静止土压力,kN; P——作用于基础一侧的被动土压力,kN; Hi——作用于基底的水平力,kN; μv、μh——基础与土的摩擦系数。
地基深层整体滑动稳定问题可用圆弧滑动法进行验算。稳定安全系数指作用于最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩的比值,即
Ks?MR?1.2 (2-20) Ms当滑动面为平面时,稳定安全系数应提高到1.3。
第六节减小不均匀沉降危害的措施
地基的不均匀变形有可能使建筑物损坏或影响其使用功能。特别是高压缩性土、膨胀
土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基上的建筑物,如果考虑欠周,就更易因不均匀沉降 而开裂损坏。因此如何防止或减轻不均匀沉降造成的损害,是设计中必须考虑的问题。通常 的办法有:
(1) 采用柱下条形基础、筏板和箱形基础等连续基础。 (2) 采用各种地基处理方法。 (3) 采用桩基或其他深基础。
(4) 从地基、基础、上部结构相互作用的观点,在建筑、结构或施工方面采取措施。对于中小型建筑物,宜同时考虑几种措施,以期取得较好的结果。 本节将介绍减小不均匀沉降危害的建筑、结构及施工等措施。 一、建筑措施
1.建筑物的体型应力求简单
建筑物平面和立面上的轮廓形状,构成了建筑物的体型。复杂的体型常常是削弱建筑物整体刚度和加剧不均匀沉降的重要因素。因此,地基条件不好时,在满足使用要求的条件下,应尽量采用简单的建筑体型,如长高比小的“一”字形建筑物。
平面形状复杂(如“L”、“T”、“Ⅱ”、“Ⅲ”等)的建筑物,纵、横单元交叉处基础密集,地基中附加应力互相重叠,必然产生较大的沉降。加之这类建筑物的整体性差,各部分的刚度不对称,很容易遭受地基不均匀沉降的损害。
建筑物高低(或轻重)变化太大,地基各部分所受的荷载不同,也易出现过量的不均匀沉降。据调查,软土地基上紧接高差超过一层的砌体承重结构房屋,低者很易开裂(图2-25)。因此,当高度差异或荷载差异较大时,可将两者隔开一定距离,当拉开距离后的两个单元必须连接时,应采取能自由沉降的连接构造。
图2-25 相邻建筑物高差大而开裂
2.控制长高比及合理布置墙体
长高比大的砌体承重房屋,其整体刚度差,纵墙很容易因挠曲过度而开裂。根据调查认为,2层以上的砌体承重房屋,当预估的最大沉降量超过120mm时,长高比不宜大于2.5;对于平面简单、内外墙贯通,横墙问隔较小的房屋,长高比的控制可适当放宽,但一般不大于3.O。不符合上述要求时,一般要设置沉降缝。
合理布置纵、横墙,是增强砌体承重结构房屋整体刚度的重要措施之一。一般房屋的纵向刚度较弱,故地基不均匀沉降的损害主要表现为纵墙的挠曲破坏。内外纵墙的中断、转折,都会削弱建筑物的纵向刚度。地基不良时,应尽量使内、外纵墙都贯通。纵横墙的联结形成了空问刚度,缩小横墙的间距,可有效地改善房屋的整体性,从而增强了调整不均匀沉降的能力。 3.设置沉降缝
用沉降缝将建筑物(包括基础)分割为两个或多个独立的沉降单元,可有效地防止不均匀沉降发生。分割出的沉降单元,原则上要求满足体型简单、长高比小以及地基比较均匀等条件。为此,沉降缝的位置通常选择在下列部位上: (1) 建筑物平面转折部位。
(2) 长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位。 (3) 地基土的压缩性有显著变化处。 (4) 建筑物的高度或荷载有很大差异处。 (5) 建筑物结构或基础类型不同处。 (6) 分期建造房屋的交界处。
沉降缝应有足够的宽度,以防止缝两侧的结构相向倾斜而互相挤压。缝内一般不得填塞,但寒冷地区为了防寒,可填塞松散材料。沉降缝的常用宽度为:2、3层房屋缝宽50~80mm,4、5层房屋80~120mm,5层以上应不小于120mm。沉降缝的一些构造形式,如图2-26所示。
图2-26 沉降缝构造图
4.相邻建筑物基础间的净距要求
由地基中附加应力分布规律可知:作用在地基上的荷载,会使土中的一定宽度和一定深度范围内产生附加应力,从而地基发生变形。在此范围之外,荷载对相邻建筑物的影响可忽略。如果建筑物之间的距离太近,同期修建会相互影响,特别是建筑物轻重差别太大时,轻者受重者的影响;非同期修建.新建重型建筑物或高层建筑物会对原有建筑物产生影响。而使被影响建筑产生不均匀沉降而开裂。
相邻建筑物基础的净距按表2-9选用。由该表可见,决定相邻建筑物的净距的主要因素是被影响建筑的长高比(即建筑物的刚度)以及影响建筑的预估沉降量值。
表2-9 相邻建筑物基础间的净距 被影响建筑的 长高比 影响建筑 的预估沉降量s(mm) 70~150 160~250 260~400 >400 2.0?L?3.0 Hf2~3 3~6 6~9 9~12 3.0?L?5.0 Hf3~6 6~9 9~12 ≥12 5.调整建筑设计标高 建筑物的沉降会改变原有的设计标高,严重时将影响建筑物的使用功能。因而可以采取下列措施进行调整:
(1) 根据预估的沉降量,适当提高室内地坪和地下设施的标高。 (2) 将有联系的建筑物或设备中,沉降较大者的标高适当提高。 (3) 建筑物与设备之间留有足够的净空。
(4) 当有管道穿过建筑物时,应预留足够的尺寸的孔洞,或采用柔性管道接头等。
二、结构措施
1.减轻建筑物的自重
在基底压力中,建筑物的自重占很大比例。据估计,工业建筑占50%左右;民用建筑占60%左右。因此,软土地基上的建筑物,常采用下列一些措施减轻自重,以减小沉降量。 (1) 采用轻质材料,如各种空心砌块、多孔砖以及其他轻质材料以减少墙重。 (2) 选用轻型结构,如预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构及各种轻型空间结构等。
(3) 减少基础和回填的重量,可选用自重轻、回填少的基础形式;设置架空地板代替室内回填土。
2.减少或调整基底附加压力
(1) 设置地下室或半地下室。利用挖出的土重去抵消(补偿)一部分甚至全部的建筑物重量,以达到减小沉降的目的。如果在建筑物的某一高、重部分设置地下室(或半地下室),便可减少与较轻部分的沉降差。
(2) 改变基础底面尺寸。采用较大的基础底面积,减小基底附加压力,一般可以减小沉降量。荷载大的基础宜采用较大的底面尺寸,以减小基底附加压力,使沉降均匀。不过,应针对具体的情况,做到既有效又经济合理。