基础埋置深度(简称埋深)是指基础底面至设计地面的距离。选择基础的埋置深度是基础设计工作的重要一环,因为它关系到地基基础方案的优劣、施工的难易和造价的高低。其总的原则是在满足地基稳定和变形要求的前提下,基础宜浅埋。但除岩石地基外,埋深不宜小于0.5m,并应使基础顶面低于设计地面0.1m以上,避免基础外露,遭受外界破坏。
影响基础埋置深度的因素很多,其中最主要的有下述五个方面。
一、建筑物类型及基础形式
如建筑物对不均匀沉降很敏感,应将基础埋置在较好的土层上(即使较好的土层埋藏较深)。当有地下室、地下管道和设备基础时,则往往要求建筑物基础局部加深或整体加深。基础形式有时也决定基础埋深,如采用无筋扩展基础,由于要满足基础台阶宽高比的构造要求,因而要求基础必须具有足够的高度,从而决定了基础要有较大的埋深。
二、基础上荷载大小及性质
同一土层,对于荷载小的基础,可能是很好的持力层,而对荷载大的基础,则可能不适宜作为持力层。荷载的性质对基础埋置深度的影响也很明显。承受较大水平荷载的基础,应有足够的埋置深度以保证基础的稳定性;对于承受上拔力的基础(如输电塔基础),往往要求有较大的埋深以满足抗拔要求;对于承受动荷载的基础,则不宜选择饱和松散的粉细砂作为持力层,以免这些土层由于振动液化而丧失承载力,造成基础失稳。
三、工程地质及水文地质条件
工程地质状况往往在很大程度上决定基础的埋置深度,一般当上层土的承载力大于下层土时,应选择上层土作为持力层。若持力层下土层软弱时,则应验算软弱下卧层的承载力是否满足要求。当上层土的承载力低于下层土时,若取上层土作为持力层,埋深较小,但所需的基础底面积较大;若取下层土作为持力层,情况恰好相反。哪一种方案较好,需要从施工难易和材料用量等方面作方案比较后才能确定。在选择基础埋深时,还要从减少地基不均匀沉降的角度来考虑,例如当土层的分布明显不均匀或各部位荷载轻重差别很大时,同一建筑物的基础可采用不同的埋深来调整不均匀沉降量。
对于存在地下水的场地,基础应尽量埋置在地下水位以上,以避免地下水对基坑开挖、基础施工和使用期间的影响。若必须置于地下水位以下,则应考虑施工期间的基坑降水、坑壁围护和是否可能产生流砂、涌土等问题,并采取保护地基土不受扰动的措施。当地下水具有侵蚀性时,应采用相应的抗侵蚀措施[详见《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2009)有关内容]。
四、相邻建筑物基础埋深的影响
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物基础埋深。当必须大于原有建筑物基础埋深时,为不影响原有建筑物的安全,两基础之间应保持一定的净距。根据建筑物荷载大小、基础形式和地基土质情况,这个距离应不小于它们底面高差的1~2倍,即L≥(1~2)ΔH,如图8-11所示。如不能满足这一要求时,必须采取相应的施工措施(如采取分段施工、设置临时加固支撑、打板桩、采用地下连续墙等措施)或加固原有建筑地基。
五、季节性冻土的影响
当地基土的温度低于摄氏零度时,土中部分孔隙水将冻结而形成冻土。冻土可分成季节性冻土和多年冻土两类。多年冻土是指连续保持冻结状态3年以上的土层;季节性冻土则为每年都有冻融交替的土层,且冻层下的土常年处于正温状态。季节性冻土在我国分布面积很广,东北、西北、华北都有,且有些地方其厚度可达3m。
土冻结后体积增大的现象称为冻胀,冻土融化后产生沉陷的现象则称为融陷。若冻胀力大于基底压力,基础就有被抬起的可能,而冻土融化后,土体软化,强度降低,将产生很大的附加沉降,故季节性冻土在冻融过程中所产生的冻胀或融陷,对置于冻土上的建筑物有不良影响,因此在设计时必须考虑地基冻胀和融陷对基础埋置深度的影响。
季节性冻土的融陷性大小与它的冻胀性大小有关,故通常以冻胀性来代表融陷性。土的冻胀量大小,取决于当地气温、土的类别、冻前含水率与地下水位等因素。《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)按冻胀量及对建筑物的危害程度将土的冻胀性分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类(详见《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)附录G)。