中华人民共和国国家标准湿陷性黄土地区建筑规范GB 50025-2004条文说明 2
4.4.5 本条规定说明如下:
1 按本条规定求得的湿陷量是在最不利情况下的湿陷量,且是最大湿陷量,考虑采用不同含水量下的湿陷量,试验较复杂,不容易为生产单位接受,故本规范仍采用地基土受水浸湿达饱和时的湿陷量作为评定湿陷等级采取设计措施的依据。这样试验较简便,并容易推广使用,但本条规定,并不是指湿陷性黄土只在饱和含水量状态下才产生湿陷。
2 根据试验研究资料,基底下地基土的侧向挤出量与基础宽度有关,宽度小的基础,侧向挤出量大,宽度大的基础,侧向挤出量小或无侧向挤出。鉴于基底下0~5m深度内,地基土受水浸湿及侧向挤出的可能性大,为此本条规定,取β=1.5;基底下5~1Om深度内,取β=1;基底下1Om以下至非湿陷性黄土层顶面,在非自重湿陷性黄土场地可不计算,在自重湿陷性黄土场地,可取工程所在地区的β0值。
3 湿陷性黄土地基的湿陷变形量大,下沉速度快,且影响因素复杂,按室内试验计算结果与现场试验结果往往有一定差异,故在湿陷量的计算公式中增加一项修正系数β,以调整其差异,使湿陷量的计算值接近实测值。
4 原规范规定,在非自重湿陷性黄土场地,湿陷量的计算深度累计至基底下5m深度止,考虑近年来,7~8层的建筑不断增多,基底压力和地基压缩层深度相应增大,为此,本条将其改为累计至基底下1Om(或压缩层)深度止。
5 一般建筑基底下1Om内的附加压力与土的自重压力之和接近200kPa,1Om以下附加压力很小,忽略不计,主要是上覆土层的自重压力。当以湿陷系数δs判定黄土湿陷性时,其试验压力应自基础底面(如基底标高不确定时,自地面下1.5m)算起,1Om内的土层用200kPa,1Om以下至非湿陷性黄土层顶面,直接用其上覆土的饱和自重压力(当大于300kPa时,仍用300kPa),这样湿陷性黄土层深度的下限不致随土自重压力增加而增大,且勘察试验工作量也有所减少。
基底下1Om以下至非湿陷性黄土层顶面,用其上覆土的饱和自重压力测定的自重湿陷系数值,既可用于自重湿陷量的计算,也可取代湿陷系数δs用于湿陷量的计算,从而解决了基底下1Om以下,用300kPa测定湿陷系数与用上覆土的饱和自重压力的测定结果互不一致的矛盾。
4.4.6 湿陷起始压力是反映非自重湿陷性黄土特性的重要指标,并具有实用价值。本条规定了按现场静载荷试验结果和室内压缩试验结果确定湿陷起始压力的方法。前者根据20组静载荷试验资料,按湿陷系数δs=0.015所对应的压力,相当于在p-ss曲线上的ss/b(或ss/d)=0.017。为此规定,如p-s曲线上的转折点不明显,可取浸水下沉量(ss)与承压板直径(d)或宽度(b)之比值等于0.017所对应的压力作为湿陷起始压力值。
4.4.7 非自重湿陷性黄土场地湿陷量的计算深度,由基底下5m改为累计至基底下1Om深度后,自重湿陷性黄土场地和非自重湿陷性黄土场地湿陷量的计算值均有所增大,为此将Ⅱ~Ⅲ级和Ⅲ~Ⅳ级的地基湿陷等级界限值作了相应调整。
5 设计
5.1 一般规定
5.1.1 设计措施的选取关系到建筑物的安全与技术经济的合理性,本条根据湿陷性黄土地区的建筑经验,对甲、乙、丙三类建筑采取以地基处理措施为主,对丁类建筑采取以防水措施为主的指导思想。
大量工程实践表明,在Ⅲ~Ⅳ级自重湿陷性黄土场地上,地基未经处理,建筑物在使用期间地基受水浸湿,湿陷事故难以避免。
例如:1 兰州白塔山上有一座古塔建筑,系砧木结构,距今约600余年,20世纪70年代前未发现该塔有任何破裂或倾斜,80年代为搞绿化引水上山,在塔周围种植了一些花草树木,浇水过程中水渗入地基引起湿陷,导致塔身倾斜,墙体裂缝。
2 兰州西固绵纺厂的染色车间,建筑面积超过10000m2,湿陷性黄土层的厚度约15m,按"BJG 20-66规范"评定为Ⅲ级自重湿性黄土地基,基础下设置500mm厚度的灰土垫层,采取严格防水措施,投产十多年,维护管理工作搞得较好,防水措施发挥了有效作用,地基未受水浸湿,1974~1976年修订"BJG 20-66规范",在兰州召开征求意见会时,曾邀请该厂负责维护管理工作的同志在会上介绍经验。但以后由于人员变动,忽视维护管理工作,地下管道年久失修,过去采取的防水措施都失去作用,1987年在该厂调查时,由于地基受水浸湿引起严重湿陷事故的无粮上浆房已被折去,而染色车间亦丧失使用价值,所有梁、柱和承重部位均已设置临时支撑,后来该车间也拆去。
类似上述情况的工程实例,其他地区也有不少,这里不一一例举。由这些实例不难看出,未处理或未彻底消除湿陷性的地基,所采取的防水措施一旦失效,地基就有可能浸水湿陷,影响建筑物的安全与正常使用。
本规范保留了原规范对各类建筑采取设计措施的同时,在非自重湿陷性黄土场地增加了地基处理后对下部未处理湿陷性黄土的湿陷起始压力值的要求。这些规定,对保证工程质量,减少湿陷事故,节约投资都是有益的。
3 通过对原规范多年使用,在总结经验的基础上,对原规定的防水措施进行了调整。有关地基处理的要求均按本规范第6章地基处理的规定执行。
4 本规范将丁类建筑地基一律不处理,改为对丁类建筑的地基可不处理。
5 近年来在实际工程中,乙、丙类建筑部分室内设备和地面也有严格要求,因此,本规范将该条单列,增加了必要时可采取地基处理措施的内容。
5.1.2 本条规定是在特殊情况下采取的措施,它是5.1.1条的补充。湿陷性黄土地基比较复杂,有些特殊情况,按一般规定选取设计措施,技术经济不一定合理,而补充规定比较符合实际。
5.1.3 本条规定,当地基内各层土的湿陷起始压力值均大于基础附加压力与上覆土的饱和自重压力之和时,地基即使充分浸水也不会产生湿陷,按湿陷起始压力设计基础尺寸的建筑,可采用天然地基,防水措施和结构措施均可按一般地区的规定设计,以降低工程造价,节约投资。
5.1.4 对承受较大荷载的设备基础,宜按建筑物对待,采取与建筑物相同的地基处理措施和防水措施。
5.1.5 新近堆积黄土的压缩性高、承载力低,当乙、丙类建筑的地基处理厚度小于新近堆积黄土层的厚度时,除应验算下卧层的承载力外,还应计算下卧层的压缩变形,以免因地基处理深度不够,导致建筑物产生有害变形。
5.1.6 据调查,建筑物建成后,由于生产、生活用水明显增加,以及周围环境水等影响,地下水位上升不仅非自重湿陷性黄土场地存在,近些年来某些自重湿陷性场地亦不例外,严重者影响建筑物的安全使用,故本条规定未区分非自重湿陷性黄土场地和自重湿陷性黄土场地,各类建筑的设计措施除应按本章的规定执行外,尚应符合本规范附录G的规定。
5.2 场址选择与总平面设计
5.2.1 近年来城乡建设发展较快,设计机构不断增加,设计人员的素质和水平很不一致,场址选择一旦失误,后果将难以设想,不是给工程建设造成浪费,就是不安全,为此本条将场址选择由宜符合改为应符合下列要求。
此外,地基湿陷等级高或厚度大的新近堆积黄土、高压缩性的饱和黄土等地段,地基处理的难度大,工程造价高,所以应避免将重要建设项目布置在上述地段。这一规定很有必要,值得场址选择和总平面设计引起重视。
5.2.2 山前斜坡地带,下伏基岩起伏变化大,土层厚薄不一,新近堆积黄土往往分布在这些地段,地基湿陷等级较复杂,填方厚度过大,下部土层的压力明显增大,土的湿陷类型就会发生变化,即由"非自重湿陷性黄土场地"变为"自重湿陷性黄土场地"。
挖方,下部土层一般处于卸荷状态,但挖方容易破坏或改变原有的地形、地貌和排水线路,有的引起边坡失稳,甚至影响建筑物的安全使用,故对挖方也应慎重对待,不可到处任意开挖。
考虑到水池类建筑物和有湿润生产过程的厂房,其地基容易受水浸湿,并容易影响邻近建筑物。因此,宜将上述建筑布置在地下水流向的下游地段或地形较低处。
5.2.3 将原规范中的山前地带的建筑场地,应整平成若干单独的台阶改为台地。近些年来,随着基本建设事业的发展和尽量少占耕地的原则,山前斜坡地带的利用比较突出,尤其在~区,自重湿陷性黄土分布较广泛,山前坡地,地质情况复杂,必须采取措施处理后方可使用。设计应根据山前斜坡地带的黄土特性和地层构造、地形、地貌、地下水位等情况,因地制宜地将斜坡地带划分成单独的台地,以保证边坡的稳定性。
边坡容易受地表水流的冲刷,在整平单独台地时,必须有组织地引导雨水排泄,此外,对边坡宜做护坡或在坡面种植草皮,防止坡面直接受雨水冲刷,导致边坡失稳或产生滑移。
5.2.4 本条表5.2.4规定的防护距离的数值,主要是针对消除部分湿陷量的乙、丙类建筑和不处理地基的丁类建筑所作的规定。
规范中有关防护距离,系根据编制BJG 20-60规范时,在西安、兰州等地区模拟的自渗管道试验结果,并结合建筑物调查资料而制定的。几十年的工程实践表明,原有表中规定的这些数值,基本上符合实际情况。通过在兰州、太原、西安等地区的进一步调查,并结合新的湿陷等级和建筑类别,本规范将防护距离的数值作了适当调整和修改,乙类建筑包括24~60m的高层建筑,在Ⅲ~Ⅳ级自重湿陷性黄土场地上,防护距离的数值比原规定增大1~2m,丙类建筑一般为多层办公楼和多层住宅楼等,相当于原规范中的乙类和丙类建筑,由于Ⅰ~Ⅱ级非自重湿陷性黄土场地的湿陷起始压力值较大,湿陷事故较少,为此,将非自重湿陷性黄土场地的防护距离比原规范规定减少约1m。
5.2.5 防护距离的计算,将宜自…算起,改为应自…算起。
5.2.6 据调查,当自重湿陷性黄土层厚度较大时,新建水渠与建筑物之间的防护距离仅用25m控制不够安全。
例如:1 青海有一新建工程,湿陷性黄土层厚度约17m,采用预浸水法处理地基,浸水坑边缘距既有建筑物37m,浸水过程中水渗透至既有建筑物地基引起湿陷,导致墙体开裂。
2 兰州东岗有一水渠远离既有建筑物30m,由于水渠漏水,该建筑物发生裂缝。
上述实例说明,新建水渠距既有建筑物的距离30m偏小,本条规定在自重湿陷性黄土场地,新建水渠距既有建筑物的距离不得小于湿陷性黄土层厚度的3倍,并不应小于25m,用"双指标"控制更为安全。
5.2.14 新型优质的防水材料日益增多,本条未做具体规定,设计时可结合工程的实际情况或使用功能等特点选用。
5.3 建筑设计
5.3.1 多层砌体承重结构建筑,其长高比不宜大于3,室内地坪高出室外地坪不应小于450mm。
上述规定的目的是:
1 前者在于加强建筑物的整体刚度,增强其抵抗不均匀沉降的能力。
2 后者为建筑物周围排水畅通创造有利条件,减少地基浸水湿陷的机率。
工程实践表明,长高比大于3的多层砌体房屋,地基不均匀下沉往往导致建筑物严重破坏。
例如:1 西安某厂有一幢四层宿舍楼,系砌体结构,内墙承重,尽管基础内和每层都设有钢筋混凝土圈梁,但由于房屋的长高比大于3.5,整体刚度较差,地基不均匀下沉,内、外墙普遍出现裂缝,严重影响使用。
2 兰州化学公司有一幢三层试验楼,砌体承重结构,外墙厚370mm,楼板和屋面板均为现浇钢筋混凝土,条形基础,埋深1.50m,地基湿陷等级为Ⅲ级,具有自重湿陷性,且未采取处理措施,建筑物使用期间曾两次受水浸湿,建筑物的沉降最大值达551mm,倾斜率最大值为18‰,被迫停止使用。后来,对其地基和建筑采用浸水和纠倾措施,使该建筑物恢复原位,重新使用。
上述实例说明,长高比大于3的建筑物,其整体刚度和抵抗不均匀沉降的能力差,破坏后果严重,加固的难度大而且不一定有效,长高比小于3的建筑物,虽然严重倾斜,但整体刚度好,未导致破坏,易于修复和恢复使用功能。
此外,本条规定用水设施宜集中设置,缩短地下管线,使漏水限制在较小的范围内,便于发现和检修。
5.3.3 沿建筑物外墙周围设置散水,有利于屋面水、地面水顺利地排向雨水明沟或其他排水系统,以远离建筑物,避免雨水直接从外墙基础侧面渗入地基。
5.3.4 基础施工后,其侧向一般比较狭窄,回填夯实操作困难,而且不好检查,故规定回填土的干密度比土垫层的干密度小,否则,一方面难以达到,另一方面夯击过头影响基础。但为防止建筑物的屋面水、周围地面水从基础侧面渗入地基,增宽散水及其垫层的宽度较为有利,借以覆盖基础侧向的回填土,本条对散水垫层外缘和建筑物外墙基底外缘的宽度,由原规定300mm改为500mm。
一般地区的散水伸缩缝间距为6~12m,湿陷性黄土地区气候寒冷,昼夜温差大,气候对散水混凝土的影响也大,并容易使其产生冻胀和开裂,成为渗水的隐患,基于上述理由,便将散水伸缩缝改为每隔6~1Om设置一条。
5.3.5 经常受水浸湿或可能积水的地面,建筑物地基容易受水浸湿,所以应按防水地面设计。
近年来,随着建材工业的发展,出现了不少新的优质可靠防水材料,使用效果良好,受到用户的重视和推广。为此,本条推荐采用优质可靠卷材防水层或其他行之有效的防水层。
5.3.7 为适应地基的变形,在基础梁底下往往需要预留一定高度的净空,但对此若不采取措施,地面水便可从梁底下的净空渗入地基。为此,本条规定应采取有效措施,防止地面水从梁底下的空隙渗入地基。
随着高层建筑的兴起,地下采光井日益增多,为防止雨水或其他水渗入建筑物地基引起湿陷,本条规定对地下室采光井应做好防、排水设施。
5.4 结构设计
5.4.1
1 增加建筑物类别条件
划分建筑物类别的目的,是为了针对不同情况采用严格程度不同的设计措施,以保证建筑物在使用期内满足承载能力及正常使用的要求。原规范未提建筑物类别的条件,本次修订予以增补。
2 取消原规范中"构件脱离支座"的条文。该条文是针对砌体结构为简支构件的情况,已不适应目前中、高层建筑结构型式多样化的要求,故予取消。
3 增加墙体宜采用轻质材料的要求
原规范仅对高层建筑建议采用轻质高强材料,而对多层砌体房屋则未提及。实际上,我国对多层砌体房屋的承重墙体,推广应用KPI型黏土多孔砖及混凝土小型空心砌块已积累不少经验,并已纳入相应的设计规范。本次修订增加了墙体改革的内容。当有条件时,对承重墙、隔墙及围护墙等,均提倡采用轻质材料,以减轻建筑物自重,减小地基附加压力,这对在非自重湿陷性黄土场地上按湿陷起始压力进行设计,有重要意义。
5.4.2 将原规范建筑物的"体型"一词,改为"平面、立面布置"。
因使用功能及建筑多样化的要求,有的建筑物平面布置复杂,凸凹较多;有的建筑物立面布置复杂,收进或外挑较多;有的建筑物则上述两种情况兼而有之。本次修订明确指出"建筑物平面、立面布置复杂",比原规范的"体型复杂"更为简捷明了。
与平面、立面布置复杂相对应的是简单、规则。就考虑湿陷变形特点对建筑物平面、立面布置的要求而言,目前因无足够的工程经验,尚难提出量化指标。故本次修订只能从概念设计的角度,提出原则性的要求。
应注意到我国湿陷性黄土地区,大都属于抗震设防地区。在具体工程设计中,应根据地基条件、抗震设防要求与温度区段长度等因素,综合考虑设置沉降缝的问题。
原规范规定"砌体结构建筑物的沉降缝处,宜设置双墙"。就结构类型而言,仅指砌体结构;就承重构件而言,仅指墙体。以上提法均有涵盖面较窄之嫌。如砌体结构的单外廊式建筑,在沉降缝处则应设置双墙、双柱。
沉降缝处不宜采用牛腿搭梁的做法。一是结构单元要保证足够的空间刚度,不应形成三面围合,靠缝一侧开敞的形式;二是采用牛腿搭梁的"铰接"做法,构造上很难实现理想铰;一旦出现较大的沉降差时,由于沉降缝两侧的结构单元未能彻底脱开而互相牵扯、互相制约,将会导致沉降缝处局部损坏较严重的不良后果。
5.4.3
1 将原规范的"宜"均改为"应",且加上"优先"二字,强调高层建筑减轻建筑物自重尤为重要。
2 增加了当不设沉降缝时,宜采取的措施:
1)高层建筑肯定属于甲、乙类建筑,均采取了地基处理措施--全部或部分消除地基湿陷量。本条建议是在上述地基处理的前提下考虑的。
2)第1款、第2款未明确区分主楼与裙房之间是否设置沉降缝,以与5.4.2条"平面、立面布置复杂"相呼应;第3款则指主楼与裙房之间未设沉降缝的情况。
5.4.4 甲、乙类建筑的基础埋置深度均大于1m,故只规定丙类建筑基础的埋置深度。
5.4.5 调整了原规范第2条"管沟"与"管道"的顺序,使之与该条第一行的词序相同。
5.4.6
1 在钢筋混凝土圈梁之前增加"现浇"二字(以下各款不再重复),即不提倡采用装配整体式圈梁,以利于加强砌体结构房屋的整体性。
2 增加了构造柱、芯柱的内容,以适应砌体结构块材多样性的要求。
3 原规范未包括单层厂房、单层空旷砖房的内容,参照现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003中6.1.2条的精神予以增补。
4 在第2款中,将原"混凝土配筋带"改为"配筋砂浆带",以方便施工。
5 在第4款中增加了横向圈梁水平间距限值的要求,主要是考虑增强砌体结构房屋的整体性和空间刚度。
纵、横向圈梁在平面内互相拉结(特别是当楼、屋盖采用预制板时)才能发挥其有效作用。横向圈梁水平间距不大于16m的限值,是按照现行国家标准《砌体结构设计规范》表3.2.1,房屋静力计算方案为刚性时对横墙间距的最严格要求而规定的。对于多层砌体房屋,实则规定了横墙的最大间距;对于单层厂房或单层空旷砖房,则要求将屋面承重构件与纵向圈梁能可靠拉结。
对整体刚度起重要作用的横墙系指大房间的横隔墙、楼梯间横墙及平面局部凸凹部位凹角处的横墙等。
6 增加了圈梁遇洞口时惯用的构造措施,应符合现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003和《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定。
7 增加了设置构造柱、芯柱的要求。
砌体结构由于所用材料及连接方式的特点决定了它的脆性性质,使其适应不均匀沉降的能力很差;而湿陷变形的特点是速度快、变形量大。为改善砌体房屋的变形能力以及当墙体出现较大裂缝后,仍能保持一定的承担竖向荷载的能力,为增强其整体性和空间刚度,应将圈梁与构造柱或芯柱协调配合设置。
5.4.7 增加了芯柱的内容。
5.4.8 增加了预制钢筋混凝土板在梁上支承长度的要求。
5.5 给排水、供热与通风设计
(Ⅰ)给水、排水管道
5.5.1 在建筑物内、外布置给排水管道时,从方便维护和管理着眼,有条件的理应采取明设方式。但是,随着高层建筑日益增多,多层建筑已很普遍,管道集中敷设已成趋势,或由于建筑物的装修标准高,需要暗设管道。尤其在住宅和公用建筑物内的管道布置已趋隐蔽,再强调应尽量明装已不符合工程实际需要。目前,只有在厂房建筑内管道明装是适宜的,所以本条改为"室内管道宜明装。暗设管道必须设置便于检修的设施。"这样规定,既保证暗设管道的正常运行,又能满足一旦出现事故,也便于发现和检修,杜绝漏水浸入地基。
为了保证建筑物内、外合理设置给排水设施,对建筑物防护范围外和防护范围内的管道布置应有所区别。
"室外管道宜布置在防护范围外",这主要指建筑物内无用水设施,仅是户外有外网管道或是其他建筑物的配水管道,此时就可以将管道远离该建筑物布置在防护距离外,该建筑物内的防水措施即可从简;若室内有用水设施,在防护范围内包括室内地下一定有管道敷设,在此情况下,则要求"应简捷,并缩短其长度",再按本规范5.1.1条和5.1.2条的规定,采取综合设计措施。在防水措施方面,采用设有检漏防水的设施,使渗漏水的影响,控制在较小的、便于检查的范围内。
无论是明管、还是暗管,管道本身的强度及接口的严密性均是防止建筑物湿陷事故的第一道防线。据调查统计,由于管道接口和管材损坏发生渗漏而引起的湿陷事故率,仅次于场地积水引起的事故率。所以,本条规定"管道接口应严密不漏水,并具有柔性"。过去,在压力管道中,接口使用石棉水泥材料较多。此类接口仅能承受微量不均匀变形,实际仍属刚性接口,一旦断裂,由于压力水作用,事故发生迅速,且不易修复,还容易造成恶性循环。
近年来,国内外开展柔性管道系统的技术研究。这种系统有利于消除温差或施工误差引起的应力转移,增强管道系统及其与设备连接的安全性。这种系统采用的元件主要是柔性接口管,柔性接口阀门,柔性管接头,密封胶圈等。这类柔性管件的生产,促进了管道工程的发展。
湿陷性黄土地区,为防止因管道接口漏水,一直寻求理想的柔性接口。随着柔性管道系统的开发应用,这一问题相应得到解决。目前,在压力管道工程中,逐渐采用柔性接口,其形式有:卡箍式、松套式、避震喉、不锈钢波纹管,还有专用承插柔性接口管及管件。它们有的在管道系统全部接口安设,有的是在一定数量接口间隔安设,或者在管道转换方向(如三通、四通)的部分接口处安设。这对由于各种原因招致的不均匀沉降都有很好的抵御能力。
随着国家建设的发展,为"节约资源,保护环境",湿陷性黄土地区对压力管道系统应逐渐推广采用相适应的柔性接口。
室内排水(无压)管道,建设部对住宅建筑有明确规定:淘汰砂模铸造铸铁排水管,推广柔性接口机制铸铁排水管;在《建筑给水排水设计规范》中,也要求建筑排水管道采用粘接连接的排水塑料管和柔性接口的排水铸铁管。这对高层建筑和地震区建筑的管道抵抗不均匀沉降、防震起到有效的作用。考虑到湿陷性黄土地区的地震烈度大都在7度以上(仅塔克拉玛干沙漠,陕北白干山与毛乌苏沙漠之间小于6度)。就是说,湿陷性黄土地区兼有湿陷、震陷双重危害性。在湿陷性黄土地区,理应明确在防护范围内的地上、地下敷设的管道须加强设防标准,以柔性接口连接,无论架设和埋设的管道,包括管沟内架设,均应考虑采用柔性接口。
室外地下直埋(即小区、市政管道)排水管,由调查得知,60%~70%的管线均因管材和接口损坏漏水,严重影响附近管线和线路的安全运行。此类管受交通和多种管线的相互干扰,很难理想布置,一旦漏水,修复工作量较大。基于此情况,应提高管材材质标准,且在适当部位和有条件的地方,均应做柔性接口,同时加强对管基的处理。对管道与构筑物(如井、沟、池壁)连接部位,因属受力不均匀的薄弱部位,也应加强管道接口的严密和柔韧性。
综上所述,在湿陷性黄土地区,应适当推广柔性管道接口,以形成柔性管道系统。