我国建筑地基基础设计规范的修订和发展

我国建筑地基基础设计规范的修订和发展

0前苏联规范对我国基地基础设计的影响基础的地理设计是建筑结构设计的重要内容。地基基础承受建筑结构各种作用,是保证建筑物安全性和可靠性的基础。《地基基础设计规范》是贯彻国家技术经济政策,在地基基础设计中做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境而制定的标准,一方面保证建筑物的安全使用,另一方面又起到促进地基基础技术进步的重要作用。建国初期,中国在经历多年战乱后,工作重点转移到经济建设上来,百废待兴。当时的工程建设标准很少,几乎为零。建筑结构形式大多是以砖木结构为主,最多3~4层。随着经济建设规模的扩大,建筑的体型和高度不断地增大,在特定场地上建设大体量公共建筑和民用建筑的需求也在增加。这时我国的经济建设得到了前苏联的大力支持,派了大批专家来中国指导经济建设,面对我国无设计标准规范的状况,大量使用了前苏联的标准和规范。1956年国家建设委员会批准颁布前苏联七种主要的苏联结构设计规范与规程,其中HNTY127-55《房屋和工业结构天然地基设计标准及技术规范》作为地基基础设计标准和技术规范在我国推广使用。但颁布执行的文件中明确指出,规范中某些条文必须结合中国的具体情况进行研究和修改,建议各单位在进行设计时结合我国情况采用,凡不适合我国实际情况的地方,各单位自行研究处理。这是以说明前苏联HNTY127-55规范对我国的基本建设起到了重要作用,包括北京10大建筑在内的若干建筑建成使用。当时建筑物的层数不高,对地基基础设计的要求并不复杂,但也有由于地基基础的差异沉降引起的结构楼板断裂,基础沉降过大影响正常使用的情况。鉴于前苏联规范的局限性,我国工程技术人员积极进行研究工作,着手编制我国自己的地基基础设计规范。上世纪50年代末及60年代,我国科技工作者进行了诸如土的基本性质、现场测试仪器设备及测试方法、地基承载力、地基变形、桩基承载力、软土地基设计理论和施工处理技术多项研究,取得了大量资料,特别是解决三线建设中地基基础问题积累了诸多经验,为我国编制自己的地基基础设计规范打下了坚实的基础。1编制质量控制规范的基本情况TJ7—74《工业与民用建筑地基基础设计规范》(以下简称TJ7—74规范)是我国工程技术人员编制的第一本全国地基基础通用设计规范。根据国家建委的指示,《工业与民用建筑地基基础设计规范》的编制工作于1971年10月开始至1973年3月完成,主编单位是国家建委建筑科学研究院,参加编制的单位有北京、上海、天津、江苏、黑龙江、吉林、湖北、浙江、广东、山西、陕西、四川、贵州、云南、新疆等省市、自治区建委(基建局)和冶金、一机、燃化、轻工等部所属的勘察、设计、科研、施工及同济大学、天津大学、哈尔滨建工学院、南京工学院等62个单位的干部、工人、技术人员、教师共98人。规范编制共分6个大组,包括勘察与地基承载力、冻土地基与基础埋深、地基基础设计计算、山区地基、软弱地基、基础设计等。规范编制的原则方针是:(1)认真贯彻执行“鼓足干劲、力争上游、多快好省建设社会主义”总路线,执行“备战、备荒、为人民”的战略方针,“大中小并举、多搞中小”的方针。(2)从我国七亿人口出发,从我国现有的经济、技术水平出发,从加强工农联盟出发,从搞好三线建设和大中小型项目建设出发,总结自己的实践经验,打破洋框框,走我国自己工业发展的道路。(3)对数量众多的中小型建设的地基基础设计要提供实用、经济的必要数据及处理措施,对大型建筑物的地基基础设计也要切合实际,力求计算简化。在保证工程质量的前提下,尽量节约工程造价。(4)已普遍推广应用、行之有效的新技术,并有可靠的科学数据,应列入标准、规范。已推广应用,实践证明在一定范围内是成功的,并已取得一定科学数据的,在此次编制过程中经过总结提高,可将有把握的部分列入标准、规范,但要说明其使用范围和编制相应的技术措施。根据上述编制原则,编制组结合地基基础当时实际情况,经过反复调查研究,确定规范由总则、地基土的分类及允许承载力、基础埋深、地基计算、山区地基、软弱地基、基础等7章组成。TJ7—74规范有以下几个特点:(1)从我国地质情况出发,根据20多年中我国各地为解决生产问题而进行的大量载荷试验资料,经过统计分析,编制出8种土类的允许承载力表,具有足够的实践基础,完全可以满足中、小建筑物的地基设计需要。(2)在300余份沉降观测资料的基础上,划出按地基允许承载力设计的范围,基本上解决了分类设计的复杂问题,简化了设计计算工作。(3)在一般地基设计的基础上,考虑到山区地基的软硬不均,软弱地基的变形过大问题等特点,根据实践经验,分别采用以处理为主或者以加强上部结构刚度为主的设计措施,将计算的普遍原则与地基的特殊条件相结合,使设计计算、地基处理、结构处理和基础选型密切联系起来。(4)对于复杂的地基问题,如岩溶、土洞、滑坡防治、边坡稳定、冻害、大面积堆料等,均在总结实践经验的基础上提出了相关的措施。(5)吸收了国外计算中的合理部分,并按我国实践经验加以修正或简化,如沉降计算公式、挡土墙公式、触探、地基允许变形值等,使其“洋为中用”。(6)原则性与灵活性相结合。全国规范只能就大量的、普遍的地基问题加以原则规定。对于某些特殊情况,规范规定可根据具体情况,结合试验和当地成熟经验综合确定,使各单位在设计时既有所遵循,又给予一定的灵活性,有利于发挥其积极性。TJ7—74规范在相当长一段时间内对我国地基基础领域工程建设发挥了巨大作用,解决了量大面广的工业与民用建筑设计问题,对复杂公共建筑地基基础设计也提出了切实可行的方法。规范编制组在规范编制工作中,也对编制工作中某些经验不足、不完整,具有局限性的问题加以总结,提出了地基基础设计中亟待解决的问题有:①触探的定型与应用(包括测定桩尖阻力);②抗剪强度试验标准与地基强度计算;③地下水对土与基础的侵蚀性;④反复荷载及风荷载对土的强度及基底压力的影响;⑤基础宽度、埋深与允许承载力的关系;⑥冻土的冻切作用与防冻胀材料;⑦冻土的融化下沉与基础埋深;⑧邻近建筑物或地面荷载对建筑物沉降影响。⑨基础与承台(包括杯口)的内力分布分析与配筋计算;⑩地基梁板内力分析与设计;挡土墙压力与设计;滑坡预测;高层建筑地基计算与箱形基础设计;打桩设备定型化与动力试桩公式;群桩计算。与前苏联规范HNTY127-55对比,我国TJ7—74规范在内容上增加了山区地基、软弱地基、基础设计内容,这是我国工程技术人员针对具体土质、地基特性提出的具有国际先进水平的成果。2规范对地基承载力的设计和设计根据原国家建委(81)建发设字第546号文件的要求,由原城乡建设环境保护部会同有关部厅对TJ7—74《工业与民用建筑地基基础设计规范》进行修订,更名为TJ7—89《建筑地基基础设计规范》(以下简称为GBJ7—89规范)。由建设部中国建筑科学研究院会同有关科研、设计、勘察单位和高等院校参加了修订工作。在对TJ7—74规范遗留问题的深入研究基础上,GBJ7—89规范对TJ7—74规范做了较大的补充和修改,主要内容有:(1)根据国家标准GBJ68—84《建筑结构设计统一标准》的要求,规定了设计原则和计算方法。按照国家标准GBJ83—85《建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语》的规定,修改了符号、计量单位和基本术语。(2)对土的分类和描述做了部分修订,规定了砂土的下限,增加了粉土一类,修订了红粘土的定义。(3)增加用岩石单轴抗压强度确定岩石地基承载力的方法,取消老粘土和新近沉积粘性土的承载力表,增加粉土承载力表,修订了红粘土承载力表,采用数理统计方法确定土的工程特性指标。(4)修订我国季节性冻土标准冻深线图,补充了不同冻胀类型地基防冻害措施。(5)验算软弱下卧层,采取上、下层土的压缩模量之比确定压力扩散角。(6)补充建筑物的地基变形允许值,修正沉降计算深度的确定方法,调整沉降计算经验系数。(7)修订挡土墙主动土压力的计算方法。(8)补充高杯口基础的设计计算,增加柱下条基和墙下筏基的内容。(9)补充扩底桩,增加桩基嵌岩石的承载力计算,修订桩基础承台受弯承载力计算。GBJ7—89规范修订期间,JGJ6—80《高层建筑箱形基础设计与施工规程》、JGJ4—80《工业与民用建筑灌注桩基础设计与施工规程》相继颁布,地基基础设计规范的内容作了相应调整。GBJ7—89规范与TJ7—74规范相比,内容上更完整,TJ7—74未解决的问题得到了较好地处理。虽然GBJ7—89规范也存在许多不足,但由于过于强调地基设计与基础设计表达的一致性,GBJ7—89规范对地基承载力设计值的调整无法真正实现分项系数表达的荷载效应基本组合条件,而采用了相对安全的处理方法。例如,当计算所得的地基承载力设计值f<1.1fk时,可取f=1.1fk等(结构设计荷载效应基本组合的综合分项系数为1.25~1.27)。在术语表达中,“设计值”、“标准值”等概念在各本规范表达不完全一致,造成设计人员的理解困难。3国外经验和先进标准规范上世纪90年代,随着我国基本建设的飞速发展,高层建筑已占有城市建设的很大比例;地下空间开发利用使得基坑深度越来越深,最深可达地下6层;大面积基础上建有多幢多层和高层建筑的工程项目,开发也随着地下车库、地下商场的需求越来越多,对建筑和地基基础设计提出了多方面的要求。同时,各地区地基基础工作者在积累了大量工程建设经验的基础上进行了总结提高,地基基础领域的地方规范也在部分省市、自治区产生,对国家标准的内容调整提出了新的要求。1997年初,在建设部标准定额司的主持下,分别在福建、上海、天津召开了部分地基基础专家研讨会,针对GBJ7—89规范使用情况进行了调查研究,根据建设部建标(1997)108号文件的要求,由中国建筑科学研究院会同有关设计、勘察、施工、研究和教学单位23个,对GBJ7—89《建筑地基基础设计规范》进行修订。修订组对概率极限状态设计方法在地基基础设计中两种极限状态的使用范围和计算方法进行了专题研究,明确按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时,传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。计算地基变形时,传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合,不应计入风荷载和地震作用,相应的限值为地基变形允许值。计算挡土墙、地基或斜坡稳定时,荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合,但其分项系数为1.0。在确定基础或桩台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时,上部结构传来的荷载效应组合和相应的基底反力,应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合,采用相应的分项系数。规范修订期间,修订组认真考察、学习和研究了国际上先进标准规范的内容,对规范整体内容进行了调整,基本实现了与国际先进标准规范的接轨。修订后的规范共10章22个附录,主要修订内容是:强调按变形控制设计的原则,满足建筑物使用功能的要求;细化岩石分类和地基土的冻胀分类;增加有限压缩层地基变形和回弹变形计算方法;增加岩石边坡支护设计方法;增加复合地基设计方法;增加高层建筑筏形基础计算方法;增加桩基沉降计算方法;增加基坑工程设计方法;增加地基基础检测与监测内容;取消壳体基础设计的规定;取消了不埋式筏板基础的内容。由于其成因、应力历史的不同,地基土的工程特性有较大差异。在地基基础设计中应更加强调现场试验的重要性,应总结经验,提出适合本地区地质特点的设计参数。近30年大规模工程建设积累了大量工程经验,全国近十几个省市编制了地方标准。在这种情况下,GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》取消了地基承载力表。4对国基基基设计的基本内容进行修订进入新世纪,我国城镇化进程飞速发展,基本建设如火如荼,城市地下空间开发利用已成为城市可持续发展的重要内容。这些需求给地基基础设计提出了新的要求,根据住房和城乡建设部建标(2008)102号通知的要求,中国建筑科学研究院会同有关勘察、设计、施工、检测以及科研、大专院校等有关单位对GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》进行修订。2009年10月对全国地基基础领域的相关单位、个人征求意见,共发出征求意见稿300余份,并在网上登载征求意见。目前已收集各种意见600余条,规范修订组正进行整理,对提出的修订意见进行梳理,提出处理意见。此次修订工作的主要内容:(1)增加有关地基基础设计中的环境保护以及耐久性设计内容;(2)增加抗浮设计原则;(3)增加大底盘基础设计控制指标;(4)补充完善季节性冻土地基设计原则;(5)增加回弹再压缩变形计算方法;(6)补充完善复合地基设计原则和检验方法;(7)补充完善基坑工程设计内容;(8