談建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

杜文 王勉

(中國(guó)建筑西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710018)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，建筑施工技術(shù)和建筑材料的不斷更新和進(jìn)步，人們對(duì)建筑物的功能要求也越來(lái)越高了，不僅要滿(mǎn)足基本的使用功能，同時(shí)還要滿(mǎn)足抗震等一些特殊的要求，這也就提高了人們對(duì)建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求。

1 建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需考慮的因素

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑上部的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、規(guī)模、荷載、整體剛度、對(duì)不均勻沉降的敏感性以及建筑下部工程地質(zhì)條件、地層結(jié)構(gòu)、各土層的物理力學(xué)性質(zhì)、地基承載力、地下水位埋深與水質(zhì)、當(dāng)?shù)貎錾畹纫蛩匾虻刂埔诉M(jìn)行。當(dāng)然，施工技術(shù)和施工材料等其他因素，也是全面考慮基礎(chǔ)形式選擇的條件。

2 地基基礎(chǔ)方案的類(lèi)型

當(dāng)建筑場(chǎng)地土質(zhì)均勻、堅(jiān)實(shí)、性質(zhì)良好、地基承載力也適宜時(shí)，對(duì)于一般建筑，可將基礎(chǔ)直接做在淺層天然土層上，稱(chēng)為天然地基上淺基礎(chǔ)。以下有幾種常用基礎(chǔ)形式及適用情況。

砌體結(jié)構(gòu)常采用的是剛性條形基礎(chǔ)。常用的有灰土條形基礎(chǔ)、毛石混凝土條形基礎(chǔ)以及四合土條形基礎(chǔ)等。如果基礎(chǔ)的寬度超過(guò)2.5 m時(shí)，也可采用柔性基礎(chǔ)即鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。

框架結(jié)構(gòu)、無(wú)地下室、地基土剛性比較強(qiáng)、上部荷載作用也比較小時(shí)，適宜選用單獨(dú)的柱基，并且要設(shè)置一些柱基間拉梁來(lái)承擔(dān)一層墻體，或者是采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)來(lái)增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性。但在地基剛性比較弱、荷載的作用力也比較大時(shí)，為了有效的增強(qiáng)建筑的整體性，避免地基的不均勻沉降，則應(yīng)該選擇十字交叉梁條形基礎(chǔ)。如果上述的基礎(chǔ)強(qiáng)度仍不能滿(mǎn)足建筑設(shè)計(jì)的要求，也可以選用梁筏基礎(chǔ)。

框架結(jié)構(gòu)、有地下室、上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的不均勻沉降的要求比較嚴(yán)格而且對(duì)于基礎(chǔ)的防水功能要求也比較高時(shí)，可選用梁筏基礎(chǔ)。它對(duì)上部建筑物荷載大、地基軟弱、地下防滲要求高的建筑具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

高層建筑荷載大、高度大，按照地基穩(wěn)定性的要求，基礎(chǔ)埋置深度大，常采用箱形基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)由現(xiàn)澆的鋼筋混凝土底板、頂板、縱橫外墻與內(nèi)隔墻組成箱形整體。它剛度大、整體性好，可利用箱形空間作為停車(chē)場(chǎng)、商場(chǎng)活動(dòng)廳儲(chǔ)藏室、設(shè)備層等。

當(dāng)建筑地基土層軟弱，壓縮性高，強(qiáng)度低，無(wú)法承受上部荷載時(shí)，需經(jīng)過(guò)人工加固處理后作為地基，稱(chēng)為人工地基。一般采用的加固處理地基的方法，有機(jī)械壓實(shí)法、強(qiáng)夯法、換土法、預(yù)壓固結(jié)法、擠壓法、沖振法、化學(xué)加固法等。

當(dāng)建筑地基上部土層軟弱，設(shè)計(jì)天然地基淺基礎(chǔ)不滿(mǎn)足地基強(qiáng)度或變形要求，或是采用人工加固處理地基不經(jīng)濟(jì)或時(shí)間不允許時(shí)，可采用樁基礎(chǔ)或深基礎(chǔ)。當(dāng)處于地震區(qū)高層建筑埋置深度不小于建筑物高度的1/15，采用淺基礎(chǔ)不能滿(mǎn)足要求，也就只能用樁基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。

常用的深基礎(chǔ)類(lèi)型包括:樁基礎(chǔ)、大直徑樁墩基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻、裝箱基礎(chǔ)等等。此處將應(yīng)用廣泛的樁基礎(chǔ)著重介紹。在建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，樁型的選擇必須結(jié)合建筑物的實(shí)際使用要求、工程地質(zhì)狀況、上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型、施工條件、荷載大小與分布情況、周?chē)h(huán)境等因素，合理選擇最為合適的樁型，從而保證設(shè)計(jì)方案更具可行性。

預(yù)制樁，其中包括:預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、混凝土方形樁等，主要適宜持力層上覆蓋為松軟土層，沒(méi)有堅(jiān)硬的夾層，對(duì)稍密、密實(shí)的中間夾層或碎石土難以穿越，且不能穿越凍脹性質(zhì)明顯土層;持力層頂面的土質(zhì)變化不大，樁長(zhǎng)易于控制，減少截樁或多次接樁;水下樁基工程;工期比較緊的工程，因已在工廠預(yù)制，可縮短工期。常用的施工方法有:錘擊法、靜壓法等，在國(guó)內(nèi)的建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。

灌注樁系指在工程現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁，依照成孔方法不同，灌注樁又可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾類(lèi)。對(duì)于淤泥、粘土、砂層、巖石等各種土層都適用，且能在水位以下施工，施工工藝也比較成熟，承載力大。對(duì)于多層、小高層等建筑，可以考慮用小直徑的摩擦樁或摩擦端承樁，利用上部土層的樁側(cè)及樁端阻力，單樁豎向承載力可達(dá)100 t～300 t左右。對(duì)于高層、超高層等建筑，可以考慮采用大直徑的端承樁，穿過(guò)軟弱土層并錨入基巖，以巖層作為持力層，單樁豎向承載力可達(dá)300 t～1 000 t左右甚至更高鋼樁，其中主要包括:H型鋼樁、鋼管樁等，但是由于整體工程費(fèi)用較為昂貴，一般工程中不宜采用。在建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，如果場(chǎng)地的硬持力層相對(duì)較深，如果采用超長(zhǎng)摩擦樁、混凝土預(yù)制樁、灌注樁存在工藝或技術(shù)方面的難題，可考慮在設(shè)計(jì)方案中采用鋼樁，其可以穿過(guò)較硬的土層、風(fēng)化巖層。

3 建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

在建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，結(jié)合筆者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了以下注意事項(xiàng):

1)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中必須考慮建筑上部結(jié)構(gòu)的荷載，以及基礎(chǔ)與地基之間的共同作用，并采取有效的強(qiáng)化措施，以加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度與強(qiáng)度;2)對(duì)于已經(jīng)選定的建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，應(yīng)按照建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)，選擇最具代表性的場(chǎng)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與測(cè)試，以檢驗(yàn)各種設(shè)計(jì)參數(shù)與加固措施的實(shí)際效果，避免在施工中遇到各類(lèi)問(wèn)題;3)在建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須按照基礎(chǔ)的承載力確定其面積及樁基埋深等，對(duì)于基礎(chǔ)的承載力特征值等進(jìn)行必要的修正;4)在符合規(guī)定的受力范圍內(nèi)，如果存在軟弱下臥層的問(wèn)題，必須經(jīng)過(guò)認(rèn)真的計(jì)算與試驗(yàn)，進(jìn)行軟弱下臥層承載力的驗(yàn)算，從而得出正確的設(shè)計(jì)方案;5)根據(jù)建筑物各部分結(jié)構(gòu)荷載的差異，以及建筑物之間的施工順序與聯(lián)系方法等，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范與地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于基礎(chǔ)變形允許值及相關(guān)參數(shù)提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求;6)復(fù)合建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，應(yīng)滿(mǎn)足建筑物承載力與變形的基本要求，特別是在膨脹土、欠固結(jié)土、可液化土、濕陷性黃土等特殊地質(zhì)條件下進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮土體的實(shí)際性質(zhì)，選用適當(dāng)?shù)氖┕づc強(qiáng)化工藝。

綜上所述，在建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，必須綜合考慮各方面的問(wèn)題與影響因素，采取先進(jìn)的工藝與技術(shù)措施，從而保證設(shè)計(jì)方案更具科學(xué)性、合理性與可行性，保證建筑工程項(xiàng)目整體建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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