建筑地基基础设计规范 GB50007-2011

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，基础的形式和构造；
    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。
5.1.7 季节性冻土地基的场地冻结深度应按下式进行计算：
5.1.7 季节性冻土地基的场地冻结深度应按下式进行计算：

式中：z_d——场地冻结深度(m)，当有实测资料时按z_d＝h′－△z计算；
     h′——最大冻深出现时场地最大冻土层厚度(m)；
     △z——最大冻深出现时场地地表冻胀量(m)；
     z₀——标准冻结深度(m)；当无实测资料时，按本规范附录F采用；
     ψ_zs——土的类别对冻结深度的影响系数，按表5. 1.7-1采用；
     ψ_zw——土的冻胀性对冻结深度的影响系数，按表5. 1.7-2采用；
     ψ_ze——环境对冻结深度的影响系数，按表5.1.7-3采用。

式中：z_d——场地冻结深度(m)，当有实测资料时按z_d＝h′－△z计算；
     h′——最大冻深出现时场地最大冻土层厚度(m)；
     △z——最大冻深出现时场地地表冻胀量(m)；
     z₀——标准冻结深度(m)；当无实测资料时，按本规范附录F采用；
     ψ_zs——土的类别对冻结深度的影响系数，按表5.1.1采用；
     ψ_zw——土的冻胀性对冻结深度的影响系数，按表5.1.7-2采用；
     ψ_ze——环境对冻结深度的影响系数，按表5.1.7-3采用。

表5.1.7-1 土的类别对冻结深度的影响系数

表5.1.7-2 土的冻胀性对冻结深度的影响系数

表5.1.7-3 环境对冻结深度的影响系数

 注：环境影响系数一项，当城市市区人口为20万～50万时，按城市近郊取值；当城市市区人口大于50万小于或等于100万时，只计入市区影响；当城市市区人口超过100万时，除计入市区影响外，尚应考虑5km以内的郊区近郊影响系数。
5.1.8 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，基础底面下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，基础最小埋置深度d_min可按下式计算：

式中：h_max——基础底面下允许冻土层最大厚度(m)。
5.1.9 地基土的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。对低洼场地，建筑物的室外地坪标高应至少高出自然地面300mm～500mm，其范围不宜小于建筑四周向外各一倍冻结深度距离的范围。
    3.应做好排水设施，施工和使用期间防止水浸入建筑地基。在山区应设截水沟或在建筑物下设置暗沟，以排走地表水和潜水。
    4.在强冻胀性和特强冻胀性地基上，其基础结构应设置钢筋混凝土圈梁和基础梁，并控制建筑的长高比。
    5.当独立基础连系梁下或桩基础承台下有冻土时，应在梁或承台下留有相当于该土层冻胀量的空隙。
    6.外门斗、室外台阶和散水坡等部位宜与主体结构断开，散水坡分段不宜超过1.5m，坡度不宜小于3％，其下宜填入非冻胀性材料。
    7.对跨年度施工的建筑，入冬前应对地基采取相应的防护措施；按采暖设计的建筑物，当冬季不能正常采暖时，也应对地基采取保温措施

条文说明

5.1 基础埋置深度

5.1.3 本条为强制性条文。除岩石地基外，位于天然土质地基上的高层建筑筏形或箱形基础应有适当的埋置深度，以保证筏形和箱形基础的抗倾覆和抗滑移稳定性，否则可能导致严重后果，必须严格执行。
    随着我国城镇化进程，建设土地紧张，高层建筑设地下室，不仅满足埋置深度要求，还增加使用功能，对软土地基还能提高建筑物的整体稳定性，所以一般情况下高层建筑宜设地下室。
5.1.4 本条给出的抗震设防区内的高层建筑筏形和箱形基础埋深不宜小于建筑物高度的1/15，是基于工程实践和科研成果。北京市勘察设计研究院张在明等在分析北京八度抗震设防区内高层建筑地基整体稳定性与基础埋深的关系时，以二幢分别为15层和25层的建筑，考虑了地震作用和地基的种种不利因素，用圆弧滑动面法进行分析，其结论是：从地基稳定的角度考虑，当25层建筑物的基础埋深为1.8m时，其稳定安全系数为1.44，如埋深为3.8m(1/17.8)时，则安全系数达到1.64。对位于岩石地基上的高层建筑筏形和箱形基础，其埋置深度应根据抗滑移的要求来确定。
5.1.6 在城市居住密集的地方往往新旧建筑物距离较近，当新建建筑物与原有建筑物距离较近，尤其是新建建筑物基础埋深大于原有建筑物时，新建建筑物会对原有建筑物产生影响，甚至会危及原有建筑物的安全或正常使用。为了避免新建建筑物对原有建筑物的影响，设计时应考虑与原有建筑物保持一定的安全距离，该安全距离应通过分析新旧建筑物的地基承载力、地基变形和地基稳定性来确定。通常决定建筑物相邻影响距离大小的因素，主要有新建建筑物的沉降量和原有建筑物的刚度等。新建建筑物的沉降量与地基土的压缩性、建筑物的荷载大小有关，而原有建筑物的刚度则与其结构形式、长高比以及地基土的性质有关。本规范第7.3.3条为相邻建筑物基础间净距的相关规定，这是根据国内55个工程实例的调查和分析得到的，满足该条规定的净距要求一般可不考虑对相邻建筑的影响。
    当相邻建筑物较近时，应采取措施减小相互影响：1尽量减小新建建筑物的沉降量；2新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑基础；3选择对地基变形不敏感的结构形式；4采取有效的施工措施，如分段施工、采取有效的支护措施以及对原有建筑物地基进行加固等措施。
5.1.7 “场地冻结深度”在本规范2002版中称为“设计冻深”，其值是根据当地标准冻深，考虑建设场地所处地基条件和环境条件，经修正后采取的更接近实际的冻深值。本次修订将“设计冻深”改为“场地冻结深度”，以使概念更加清晰准确。
    附录F《中国季节性冻土标准冻深线图》是在标准条件下取得的，该标准条件即为标准冻结深度的定义：地下水位与冻结锋面之间的距离大于2m，不冻胀黏性土，地表平坦、裸露，城市之外的空旷场地中，多年实测(不少于十年)最大冻深的平均值。由于建设场地通常不具备上述标准条件，所以标准冻结深度一般不直接用于设计中，而是要考虑场地实际条件将标准冻结深度乘以冻深影响系数，使得到的场地冻深更接近实际情况。公式5.1.7中主要考虑了土质系数、湿度系数、环境系数。
    土质对冻深的影响是众所周知的，因岩性不同其热物理参数也不同，粗颗粒土的导热系数比细颗粒土的大。因此，当其他条件一致时，粗颗粒土比细颗粒土的冻深大，砂类土的冻深比黏性土的大。我国对这方面问题的实测数据不多，不系统，前苏联1974年和1983年《房屋及建筑物地基》设计规范中有明确规定，本规范采纳了他们的数据。
    土的含水量和地下水位对冻深也有明显的影响，因土中水在相变时要放出大量的潜热，所以含水量越多，地下水位越高(冻结时向上迁移水量越多)，参与相变的水量就越多，放出的潜热也就越多，由于冻胀土冻结的过程也是放热的过程，放热在某种程度上减缓了冻深的发展速度，因此冻深相对变浅。
    城市的气温高于郊外，这种现象在气象学中称为城市的“热岛效应”。城市里的辐射受热状况发生改变(深色的沥青屋顶及路面吸收大量阳光)，高耸的建筑物吸收更多的阳光，各种建筑材的热容量和传热量大于松土。据计算，城市接受的太阳辐射量比郊外高出10％～30％，城市建筑物和路面传送热量的速度比郊外湿润的砂质土壤快3倍，工业排放、交通车辆排放尾气，人为活动等都放出很多热量，加之建筑群集中，风小对流差等，使周围气温升高。这些都导致了市区冻结深度小于标准冻深，为使设计时采用的冻深数据更接近实际，原规范根据国家气象局气象科学研究院气候所、中国科学院、北京地理研究所气候室提供的数据，给出了环境对冻深的影响系数，经多年使用没有问题，因此本次修订对此不作修改，但使用时应注意，此处所说的城市(市区)是指城市集中区，不包括郊区和市属县、镇。
    冻结深度与冻土层厚度两个概念容易混淆，对不冻胀土二者相同，但对冻胀性土，尤其强冻胀以上的土，二者相差颇大。对于冻胀性土，冬季自然地面是随冻胀量的加大而逐渐上抬的，此时钻探(挖探)量测的冻土层厚度包含了冻胀量，设计基础埋深时所需的冻深值是自冻前自然地面算起的，它等于实测冻土层厚度减去冻胀量，为避免混淆，在公式5.1.7中予以明确。
    关于冻深的取值，尽量应用当地的实测资料，要注意个别年份挖探一个、两个数据不能算实测数据，多年实测资料(不少于十年)的平均值才为实测数据。
5.1.8 季节冻土地区基础合理浅埋在保证建筑安全方面是可以实现的，为此冻土学界从20世纪70年代开始做了大量的研究实践工作，取得了一定的成效，并将浅埋方法编入规范中。本次规范修订保留了原规范基础浅埋方法，但缩小了应用范围，将基底允许出现冻土层应用范围控制在深厚季节冻土地区的不冻胀、弱冻胀和冻胀土场地，修订主要依据如下：
    1.原规范基础浅埋方法目前实际设计中使用不普遍。从本规范1974版、1989版到2002版，根据当时国情和低层建筑较多的情况，为降低基础工程费用，规范都给出了基础浅埋方法，但目前在实际应用中实施基础浅埋的工程比例不大。经调查了解，我国浅季节冻土地区(冻深小于1m)除农村低层建筑外基本没有实施基础浅埋。中厚季节冻土地区(冻深在1m～2m之间)多层建筑和冻胀性较强的地基也很少有浅埋基础，基础埋深多数控制在场地冻深以下。在深厚季节性冻土地区(冻深大于2m)冻胀性不强的地基上浅埋基础较多。浅埋基础应用不多的原因一是设计者对基础浅埋不放心；二是多数勘察资料对冻深范围内的土层不给地基基础设计参数；三是多数情况冻胀性土层不是适宜的持力层。
    2.随着国家经济的发展，人们对基础浅埋带来的经济效益与房屋建筑的安全性、耐久性之间，更加重视房屋建筑的安全性、耐久性。
    3.基础浅埋后如果使用过程中地基浸水，会造成地基土冻胀性的增强，导致房屋出现冻胀破坏。此现象在采用了浅埋基础的三层以下建筑时有发生。
    4.冻胀性强的土融化时的冻融软化现象使基础出现短时的沉陷，多年累积可导致部分浅埋基础房屋使用20年～30年后室内地面低于室外地面，甚至出现进屋下台阶现象。
    5.目前西欧、北美、日本和俄罗斯规范规定基础埋深均不小于冻深。
    鉴于上述情况，本次规范修订提出在浅季节冻土地区、中厚季节冻土地区和深厚季节冻土地区中冻胀性较强的地基不宜实施基础浅埋，在深厚季节冻土地区的不冻胀、弱冻胀、冻胀土地基可以实施基础浅埋，并给出了基底最大允许冻土层厚度表。该表是原规范表保留了弱冻胀、冻胀土数据基础上进行了取整修改。
5.1.9 防切向冻胀力的措施如下：
    切向冻胀力是指地基土冻结膨胀时产生的其作用方向平行基础侧面的冻胀力。基础防切向冻胀力方法很多，采用时应根据工程特点、地方材料和经验确定。以下介绍3种可靠的方法。
    (一)基侧填砂
    用基侧填砂来减小或消除切向冻胀力，是简单易行的方法。地基土在冻结膨胀时所产生的冻胀力通过土与基础牢固冻结在一起的剪切面传递，砂类土的持水能力很小，当砂土处在地下水位之上时，不但为非饱和土而且含水量很小，其力学性能接近松散冻土，所以砂土与基础侧表面冻结在一起的冻结强度很小，可传递的切向冻胀力亦很小。在基础施工完成后回填基坑时在基侧外表(采暖建筑)或四周(非采暖建筑)填入厚度不小于100mm的中、粗砂，可以起到良好的防切向冻胀力破坏的效果。本次修订将换填厚度由原来的100mm改为200mm，原因是100mm施工困难，且容易造成换填层不连续。
    (二)斜面基础
    截面为上小下大的斜面基础就是将独立基础或条形基础的台阶或放大脚做成连续的斜面，其防切向冻胀力作用明显，但它容易被理解为是用下部基础断面中的扩大部分来阻止切向冻胀力将基础抬起，这种理解是错误的。现对其原理分析如下：
    在冬初当第一层土冻结时，土产生冻胀，并同时出现两个方向膨胀：沿水平方向膨胀基础受一水平作用力H₁；垂直方向上膨胀基础受一作用力V₁。V₁可分解成两个分力，即沿基础斜边的τ₁₂和沿基础斜边法线方向的N₁₂，τ₁₂即是由于土有向上膨胀趋势对基础施加的切向冻胀力，N₁₂是由于土有向上膨胀的趋势对基础斜边法线方向作用的拉应力。水平冻胀力H₁也可分解成两个分力，其一是τ₁₁，，其二是N₁₁，τ₁₁是由于水平冻胀力的作用施加在基础斜边上的切向冻胀力，N₁₁则是由于水平冻胀力作用施加在基础斜边上的正压力(见图1受力分布图)。此时，第一层土作用于基侧的切向冻胀力为τ₁=τ₁₁＋τ₁₂，正压力N₁=N₁₁－N₁₂。由于N₁₂为正拉力，它的存在将降低基侧受到的正压力数值。当冻结界面发展到第二层土时，除第一层的原受力不变之外又叠加了第二层土冻胀时对第一层的作用，由于第二层土冻胀时受到第一层的约束，使第一层土对基侧的切向冻胀力增加至τ₁=τ₁₁＋τ₁₂＋τ₂₂，而且当冻结第二层土时第一层土所处位置的土温又有所降低，土在产生水平冻胀后出现冷缩，令冻土层的冷缩拉力为N_C，此时正压力为N₁=N₁₁－N₁₂－N_C。当冻层发展到第三层土时，第一、二层重又出现一次上述现象。

图1 斜面基础基侧受力分布图
1—冻后地面；2—冻前地面

  由以上分析可以看出，某层的切向冻胀力随冻深的发展而逐步增加，而该层位置基础斜面上受到的冻胀压应力随冻深的发展数值逐渐变小，当冻深发展到第n层，第一层的切向冻胀力超过基侧与土的冻结强度时，基础便与冻土产生相对位移，切向冻胀力不再增加而下滑，出现卸荷现象。N₁由一开始冻结产生较大的压应力，随着冻深向下发展、土温的降低、下层土的冻胀等作用，拉应力分量在不断地增长，当达到一定程度，N₁由压力变成拉力，所以当达到抗拉强度极限时，基侧与土将开裂，由于冻土的受拉呈脆性破坏，一旦开裂很快延基侧向下延伸扩展，这一开裂，使基础与基侧土之间产生空隙，切向冻胀力也就不复存在了。

    应该说明的是，在冻胀土层范围之内的基础扩大部分根本起不到锚固作用，因在上层冻胀时基础下部所出现的锚固力，等冻深发展到该层时，随着该层的冻胀而消失了，只有处在下部未冻土中基础的扩大部分才起锚固作用，但我们所说的浅埋基础根本不存在这一伸入未冻土层中的部分。
    在闫家岗冻土站不同冻胀性土的场地上进行了多组方锥形(截头锥)桩基础的多年观测，观测结果表明，当β 角大于等于9°时，基础即是稳定的，见图2。基础稳定的原因不是由于切向冻胀力被下部扩大部分给锚住，而是由于在倾斜表面上出现拉力分量与冷缩分量叠加之后的开裂，切向冻胀力退出工作所造成的，见图3的试验结果。

图2 斜面基础的抗冻拔试验
1—基础冻拔量(cm)；2—β(°)

图3 斜面基础的防冻胀试验
1—空隙

  用斜面基础防切向冻胀力具有如下特点：
    1.在冻胀作用下基础受力明确，技术可靠。当其倾斜角β大于等于9°时，将不会出现因切向冻胀力作用而导致的冻害事故发生。
    2.不但可以在地下水位之上，也可在地下水位之下应用。
    3.耐久性好，在反复冻融作用下防冻胀效果不变。
    4.不用任何防冻胀材料就可解决切向冻胀问题。
    该种基础施工时比常规基础复杂，当基础侧面较粗糙时，可用水泥砂浆将基础侧面抹平。
    (三)保温基础
    在基础外侧采取保温措施是消除切向冻胀力的有效方法。日本称其为“裙式保温法”，20世纪90年代开始在北海道进行研究和实践，取得了良好的效果。该方法可在冻胀性较强、地下水位较高的地基中使用，不但可以消除切向冻胀力，还可以减少地面热损耗，同时实现基础浅埋。
    基础保温方法见图4。保温层厚度应根据地区气候条件确定，水平保温板上面应有不小于300mm厚土层保护，并有不小于5％的向外排水坡度，保温宽度应不小于自保温层以下算起的场地冻结深度。

图4 保温基础示意
1—室外地面；2—采暖室内地面；3—苯板保温层；4—实际冻深线；5—原场地冻深线