很多地基基礎(chǔ)類規(guī)范都給出了建筑埋深的要求。
《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.1.3、5.1.4規(guī)定：
5.1.3是強(qiáng)條規(guī)定的是高層建筑，實(shí)際上任何建筑都要滿足地基承載力、變形和穩(wěn)定性的要求，故該條應(yīng)刪掉高層兩個字。而5.1.4的對基礎(chǔ)埋深的具體要求，反而沒有提到高層建筑。多層建筑不宜按這個比例確定埋深，故應(yīng)增加高層兩字。
《北京地區(qū)地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計(jì)規(guī)范》基本內(nèi)容一致：
北京地規(guī)埋深規(guī)定比國標(biāo)稍微淺一點(diǎn)，也更細(xì)致一些，尤其提到了能淺埋盡量淺埋。
《高層建筑筏基與箱型基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》也幾乎同樣規(guī)定：
三本規(guī)范大致要求相同。首先要滿足建筑功能、凍土深度、地質(zhì)土層（基礎(chǔ)要位于好土層）等要求，這是基礎(chǔ)埋深的前置條件，其它就是滿足地基基礎(chǔ)的安全問題，即地基承載力、變形與穩(wěn)定的要求。地基承載力和變形與埋深的關(guān)系，結(jié)構(gòu)工程師都很清楚，但穩(wěn)定與埋深的關(guān)系往往都是概念或者說是綜合經(jīng)驗(yàn)的，規(guī)范給出了地基整體穩(wěn)定性計(jì)算的公式，但該公式真正用于實(shí)際工程計(jì)算的并不多。規(guī)范對基礎(chǔ)埋深的規(guī)定是“宜”，如果小于規(guī)定但又滿足穩(wěn)定計(jì)算時，如何合理的確定埋深呢？很多人會感到困惑，本文談?wù)剛�人觀點(diǎn)。
二
首先說下基礎(chǔ)埋深和地基承載力及地基變形的關(guān)系，這樣再分析埋深與穩(wěn)定的關(guān)系時脈絡(luò)和因果關(guān)系更清楚一些。
深度修正使地基承載力提高，故埋深越深越有利，深度修正的機(jī)理和地基滑切面穩(wěn)定的概念有一定的關(guān)系，該系列前文說過不再詳述。地基變形的因素主要是地基附加應(yīng)力和地基的變形模量，基礎(chǔ)埋深越大，地基附加應(yīng)力越�。ㄓ械叵率視r），同樣的土埋置深度越深因地質(zhì)歷史的原因其變形模量越大。但遇到軟弱下臥層時，淺埋反而更好，這個要清楚。
地基承載力和地基變形與埋深的關(guān)系是，埋深是原因（建筑要求、凍土深度及淺層不適于承載土層厚度等綜合原因），承載力和地基變形是自然而然的結(jié)果，故很少人單純?yōu)榱嗽黾映休d力或減少地基變形而加大埋深。但埋深與地基穩(wěn)定的關(guān)系似乎正好相反，埋深可以增加地基的穩(wěn)定性，故因地基穩(wěn)定性的要求，規(guī)范對高層建筑的埋深有具體的比例規(guī)定，除上述的自然而然的要求外，埋深的規(guī)定基本是對高層建筑的地基整體穩(wěn)定性而言的。
三
很多地基類的規(guī)范都規(guī)定了基礎(chǔ)的埋置深度，比如《高層建筑筏基與箱基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》5.2.3規(guī)定：在抗震設(shè)防區(qū)，除巖石地基外，天然地基基礎(chǔ)埋深不宜小于建筑高度的1/15，樁基不宜小于1/18。
但如果從承載力和地基變形的角度，很多時候基礎(chǔ)無需做的這樣深，此時埋深就單單是因?yàn)榈鼗�(wěn)定的要求了，故5.1.1規(guī)定當(dāng)不符合5.2.3規(guī)定或土層不均勻時應(yīng)該進(jìn)行地基整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。
要注意地基土不均勻時，高層建筑僅僅滿足規(guī)范的埋深要求是不夠的，這個概念大家很清楚，對不均勻地基地基整體穩(wěn)定性未必算的清楚，要運(yùn)用宏觀經(jīng)驗(yàn)的概念性判斷通過整體方案概念上解決。多層建筑一般不會發(fā)生地基失穩(wěn)的問題，但建筑的傾斜很可能發(fā)生。
規(guī)范還特別指出了在抗震設(shè)防區(qū)，換句話說，如果是非抗震設(shè)防區(qū)不存在這個埋深的要求。不過連6度區(qū)都屬于抗震設(shè)防區(qū)，基本也沒什么非設(shè)防區(qū)了。
地基整體穩(wěn)定驗(yàn)算包含三個部分，分別是基礎(chǔ)的抗滑移、結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定和地基整體穩(wěn)定。
《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.4.1規(guī)定了地基整體穩(wěn)定性的計(jì)算公式，形式很簡單：
計(jì)算的方法是采用極限平衡理論的圓弧滑動面分條法，見下圖：
計(jì)算出這個圖形的 
和 
并不是件簡單的事，沒有巖土工程師的背景，大部分結(jié)構(gòu)工程師會望而生畏。
《地規(guī)》沒有給出其它兩項(xiàng)基礎(chǔ)的抗滑移和結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定的計(jì)算公式。我覺的給不給也無所謂，這是個簡單的物理學(xué)范疇的問題，自然應(yīng)該滿足，除地基非常不均勻時一般情況下很容易滿足（見下文）。
《高層建筑筏基與箱型基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》和《北京地規(guī)》給出了計(jì)算公式，抗滑移穩(wěn)定計(jì)算如下：
從公式可以看出，如果基底摩擦系數(shù)按0.2考慮的話，結(jié)構(gòu)本身滿足設(shè)計(jì)要求的，這個基本自然就滿足了。但對于埋深很淺的巖石地基，摩擦系數(shù)很小時，應(yīng)注意其抗滑，解決起來也很簡單，基礎(chǔ)與巖石用錨筋連接起來即可。
抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算如下：
這個要求也很容易滿足，但對于地基不均勻一邊硬一邊軟時要注意，不是這個公式能夠考慮的了，前文已經(jīng)說過。
所以《地規(guī)》關(guān)于地基穩(wěn)定部分僅僅規(guī)定了地基整體穩(wěn)定性的計(jì)算，是有道理的。
四
我們單獨(dú)討論下地基整體穩(wěn)定性和埋深的關(guān)系問題。
國標(biāo)《地規(guī)》、《北京地規(guī)》和《高層地規(guī)》關(guān)于基礎(chǔ)埋深的條文說明都引用了北京院張?jiān)诿鞯难芯�，如下圖：
但我感覺這個案例研究結(jié)果并沒有說服力，看不出必然的邏輯關(guān)系，反而增加了人們對埋深與穩(wěn)定性之間關(guān)系的懷疑。比如案例中的25層（約75米高）建筑埋深是1.8米時，埋深很淺幾乎到了1/40，而安全系數(shù)仍然可達(dá)到1.44，大于1.2；即使基礎(chǔ)埋深增加了2倍多（1.8米增加到3.8米），安全系數(shù)也才僅僅增加到了1.64。所以穩(wěn)定性和基礎(chǔ)埋深的關(guān)系雖然是正相關(guān)，但并不是很敏感。而且從滑切面原理來看，穩(wěn)定性主要取決于地基土的內(nèi)摩擦角和粘聚力，埋深僅僅是增加滑切面的長度和抵抗力，不是關(guān)鍵的因素。
該案例中也沒提到土的性質(zhì)，但從北京地質(zhì)來看是粉質(zhì)粘土或砂卵石可能性大，也就是說北京地區(qū)一般埋深的建筑其地基整體穩(wěn)定系數(shù)大約在1.2~2.0之間。這個案例和也樁基沒有關(guān)系，所以樁基的1/18的來歷很可能是適當(dāng)減少了20%得出來的，但如果純粹從滑切面的穩(wěn)定性來看，樁基的穩(wěn)定性要高于天然地基很多，僅僅減少到1/18，埋深應(yīng)該是是富裕的，所以1/18的要求很可能是規(guī)范專家的綜合經(jīng)驗(yàn)，沒什么依據(jù)。
古今強(qiáng)《高層住宅基礎(chǔ)優(yōu)化實(shí)例》提到一個案例很好非常有代表性，情況大概這樣：住宅28層，無地下室，因地勘給出的第3層土為強(qiáng)風(fēng)化巖石承載力較低且不均勻，故設(shè)計(jì)采用樁基穿透該層進(jìn)入下部的巖石層，按1/18樁基埋深要求基礎(chǔ)頂面-1.8米（基礎(chǔ)板厚1.6米）。因打樁困難，后優(yōu)化改為天然地基（強(qiáng)風(fēng)化巖石層地基承載力重新勘測提高了很多）。如果按天然地基1/15的要求，基礎(chǔ)要加深約1米，但因無地下室，故業(yè)主希望基礎(chǔ)埋深不變。如果基礎(chǔ)不加深就不滿足規(guī)范的要求，這是問題的關(guān)鍵，也是很多結(jié)構(gòu)工程師困惑的問題。
為了不增加基礎(chǔ)埋深，古今強(qiáng)等對地基進(jìn)行了整體穩(wěn)定驗(yàn)算，簡圖如下（摘自論文）：
三個穩(wěn)定計(jì)算公式安全系數(shù)分別如下（摘自論文）：
從該文章可以看出抗滑移和抗傾覆系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范的要求，幾乎無需驗(yàn)算，證明了上文的無需考慮的說法。但整體穩(wěn)定性系數(shù)比規(guī)范的1.2僅僅大了60%，并不富余。
該案例基礎(chǔ)埋深1/18和張?jiān)诿鞯陌咐?/17.8相當(dāng)，但土質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化巖石好于北京的土質(zhì)，故其安全系數(shù)從1.64增加到了2.02，主要作用是土的內(nèi)聚力和摩擦角起了作用。同樣大概可以判斷，土質(zhì)在粉質(zhì)粘土以上時，正常體型的高層建筑的地基整體穩(wěn)定性應(yīng)該是可以滿足計(jì)算要求的。
四
總結(jié)一下：
1、埋深首先考慮建筑功能、凍土、地基持力層深度、地下水等綜合初步確定埋深。對多層建筑根據(jù)該埋深計(jì)算地基承載力和變形驗(yàn)算，多層建筑一般無需考慮地基整體穩(wěn)定性的要求�！侗本┑鼗�(guī)范》還特別指出，滿足上述條件及整體穩(wěn)定性的要求后盡量淺埋。除非有軟弱下臥層，基礎(chǔ)埋置越深對地基基礎(chǔ)的安全性越好，但結(jié)構(gòu)的造價(jià)也會大幅度提高，所以非必要的情況，一般不宜埋的過深。
2、規(guī)范給出的高層建筑基礎(chǔ)埋深從綜合工程經(jīng)驗(yàn)上是合理的，100米的高層建筑上做2層地下室埋深6.5米左右是有必要的。較深的基礎(chǔ)可同時帶來地基承載力的提高、變形的減少等綜合的好處。
3、地震反應(yīng)會減小。我在《抗震系列淺談》談到過這個問題，不再詳述。當(dāng)然我們也不會為了減少地震反應(yīng)而加大基礎(chǔ)埋深，只是我們要知道還有這個附加價(jià)值。
4、若高層建筑因?yàn)榻ㄖ叵率逸^淺，埋深不滿足要求要進(jìn)行地基整體穩(wěn)定性驗(yàn)算時，首先要看地基土質(zhì)和均勻性性，要知道地基的土的性質(zhì)或其是否均勻比埋深重要的多，比如巖石地基單純從上述穩(wěn)定的三個公式來看，即使基礎(chǔ)位于地面也是滿足的，所以巖石幾乎不存在埋深問題。軟土或不均勻地基土僅僅滿足埋深也是不夠的。上海住宅傾覆的案例就是因?yàn)榈鼗潦擒浫醯模偌由蠁蝹?cè)堆土，造成滑切面的傾覆力矩大大增加，即使打了管樁也不能阻止地基穩(wěn)定性傾覆，所以宏觀上要評價(jià)地基土對穩(wěn)定的影響，其重要性高于埋深。
5：樁基時的埋深盡量滿足，因?yàn)槿绻粷M足，需要驗(yàn)算地基整體穩(wěn)定性，各種資料似乎均無計(jì)算方法，這時候更是需要綜合經(jīng)驗(yàn)的了，一般的工程師很難有超越規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)，而且采用樁基一定是因?yàn)榈鼗懿罨蚪ㄖ奢d很大，因此滿足規(guī)范規(guī)定的埋深要求也是非常必要的。
6、從理論上看，如果地基滿足承載力、變形和穩(wěn)定性的要求，無需再額外規(guī)定基礎(chǔ)的埋深，但對高層建筑的地基穩(wěn)定性，工程經(jīng)驗(yàn)性比數(shù)據(jù)計(jì)算要重要的多，所以規(guī)范對高層建筑規(guī)定了一般工程的基本要求，便于工程師們使用。對個別情況，土質(zhì)很差或不均勻時即使?jié)M足規(guī)范的要求也要進(jìn)行地基穩(wěn)定性驗(yàn)算或評估。
一般情況工程師要用規(guī)范和結(jié)構(gòu)安全來說服建筑師或業(yè)主能滿足盡量滿足。若不滿足時，要綜合判斷，首先看地基土好壞、均勻性和上部結(jié)構(gòu)荷載分布的情況。山地坡地上的建筑的整體穩(wěn)定性因素更是復(fù)雜的多，要數(shù)據(jù)計(jì)算并結(jié)合綜合判斷來保證。
