關(guān)于建筑地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探究

李彥棟

【摘要】地基和基礎(chǔ)是地下隱蔽工程，是建筑結(jié)構(gòu)的根本，一旦發(fā)生事故就容易造成災(zāi)難性后果。結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)，本文對(duì)建筑物基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和類型選擇、地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等級(jí)、地基計(jì)算等方面進(jìn)行了研究分析。

【關(guān)鍵詞】建筑地基；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；樁基設(shè)計(jì)；地基計(jì)算

建筑物地基直接關(guān)系到建筑物的安全和穩(wěn)定，是建筑結(jié)構(gòu)的根本，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行全面細(xì)致的設(shè)計(jì)，以保證建筑的安全性。以下就建筑地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，以供借鑒。

一、建筑物基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和類型選擇

1、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。當(dāng)天然地基或人工地基的地基承載力或變形不能滿足設(shè)計(jì)要求，或經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較采用淺基礎(chǔ)反而不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采用樁基礎(chǔ)。（1）樁平面布置原則：同一結(jié)構(gòu)單元不應(yīng)同時(shí)采用摩擦樁和端承樁；各樁樁頂受荷均勻，上部結(jié)構(gòu)的荷載重心與樁的重心相重合，群樁在承受水平力和彎矩方向有較大的抵抗矩 ；大直徑樁宜采用一柱一樁；筒體采用群樁時(shí)，在滿足樁的最小中心距要求的前提下，樁宜盡量布置在筒體以內(nèi)或不超出簡(jiǎn)體外緣一倍板厚范圍之內(nèi)；在伸縮縫或防震縫處可采用兩柱共用同一承臺(tái)的布樁形式；剪力墻下的布樁量要考慮剪力墻兩端應(yīng)力集中的影響，而剪力墻中和軸附近的樁可按受力均勻布置；⑺在縱橫墻交叉處都應(yīng)布樁，橫墻較多的多層建筑在橫墻兩側(cè)的縱墻上布樁，門洞口下面不宜布樁。 （2）樁端進(jìn)入持力層的最小深度：應(yīng)選擇較硬土層或巖層作為樁端持力層。樁端進(jìn)入持力層深度， 對(duì)于粘性土、粉土不宜小于2d （ d為樁徑） ；砂土及強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖不宜小于1.5d； 對(duì)于碎石土及強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖不宜小于1d， 且不小于0.5 m。樁端進(jìn)入中、微風(fēng)化巖的嵌巖樁， 樁全斷面進(jìn)入巖層的深度不宜小于0.5 m， 嵌入灰?guī)r或其他未風(fēng)化硬質(zhì)巖時(shí)， 嵌巖深度可適當(dāng)減少， 但不宜小于0.2 m。當(dāng)場(chǎng)地有液化土層時(shí)， 樁身應(yīng)穿過液化土層進(jìn)入液化土層以下的穩(wěn)定土層， 進(jìn)入深度應(yīng)由計(jì)算確定， 對(duì)碎石土、礫、粗中砂、堅(jiān)硬粘性土和密實(shí)粉土且不應(yīng)小于0.5 m， 對(duì)其他非巖石土且不宜小于1.5 m。當(dāng)場(chǎng)地有季節(jié)性凍土或膨脹土層時(shí)， 樁身進(jìn)入上述土層以下的深度應(yīng)通過抗拔穩(wěn)定性驗(yàn)算確定， 其深度不應(yīng)小于4倍樁徑， 擴(kuò)大頭直徑及1.5 m。（3）樁型選擇原則。樁型的選擇應(yīng)根據(jù)建筑物的使用要求，上部結(jié)構(gòu)類型、荷載大小及分布、工程地質(zhì)情況、施工條件及周圍環(huán)境等因素綜合確定。預(yù)制樁（包括混凝土方形樁及預(yù)應(yīng)力混凝土管樁）適宜用于持力層層面起伏不大的強(qiáng)風(fēng)化層、風(fēng)化殘積土層、砂層和碎石土層， 且樁身穿過的土層主要為高、中壓縮性粘性土， 穿越層中存在孤石等障礙物的石灰?guī)r地區(qū)、從軟塑層突變到特別堅(jiān)硬層的巖層地區(qū)均不適用。其施工方法有錘擊法和靜壓法兩種。沉管灌注樁（包括小直徑d < 500 mm， 中直徑d =500 mm～600 mm） 適用持力層層面起伏較大、且樁身穿越的土層主要為高、中壓縮性粘性土； 對(duì)于樁群密集， 且為高靈敏度軟土?xí)r則不適用。

2、建筑物無地下室。建筑物屬于砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先采用剛性條形基礎(chǔ)，如毛石條形基礎(chǔ)、四合土條形基礎(chǔ)、灰土條形基礎(chǔ)、混凝土條形基礎(chǔ)、毛石混凝土條形基礎(chǔ)等，當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于2.5m時(shí)， 可采用鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)即柔性基礎(chǔ)。多層框架結(jié)構(gòu)，無地下室，荷載過大，地基較差的情況時(shí)，這時(shí)需采用十字交叉梁條形基礎(chǔ)，以便減少不均勻沉降、增強(qiáng)整體性；框架結(jié)構(gòu)地基較好，無地下室，荷載較小時(shí)，可選用獨(dú)立柱基，在抗震設(shè)防區(qū)可按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)柱基拉梁?？蚣艚Y(jié)構(gòu)無地下室，地基較好，荷載較均勻時(shí)，可選用框架柱獨(dú)立柱基， 剪力墻下條基， 抗震設(shè)防地區(qū)，柱基下設(shè)拉梁并與剪力墻下條基連結(jié)在一起。剪力墻結(jié)構(gòu)不論有無地下室，地基較好，這種情況下可以選用交叉條形基礎(chǔ)。

3、建筑物有地下室。建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，建筑物功能更為全面?，F(xiàn)在的高層建筑一般都設(shè)有地下室。一般情況下有地下室的建筑物可采用筏板基礎(chǔ)；在有地下室，地基較好，建筑物無防水要求，柱網(wǎng)、荷載較均勻的情況下，應(yīng)使用筏板基礎(chǔ)、鋼筋混凝土交叉條形基礎(chǔ)，或是選用獨(dú)立柱基，抗震設(shè)防區(qū)加柱基拉梁；當(dāng)基礎(chǔ)地基較差，為滿足地基強(qiáng)度和沉降要求，可采用樁基或人工處理地基；當(dāng)有防水要求時(shí)，可選用筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)；另外建筑物屬于框架結(jié)構(gòu)，有地下室且上部結(jié)構(gòu)對(duì)防水要求高，不均勻沉降要求嚴(yán)格，柱網(wǎng)均勻時(shí)，可采用箱型基礎(chǔ)，柱網(wǎng)不均勻時(shí)，就采用筏板基礎(chǔ)；如果地下室設(shè)置有均勻的鋼筋混凝土隔墻時(shí)，采用箱形基礎(chǔ)；要注意建筑物地基結(jié)構(gòu)施工時(shí)無論采用何種基礎(chǔ)都要處理好基礎(chǔ)底板與地下室外墻的連結(jié)節(jié)點(diǎn)。

二、地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等級(jí)

地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等級(jí)分為甲級(jí)、乙級(jí)、丙級(jí)三種。甲級(jí)用于30層以上的高層建筑、大面積的多層地下建筑物、體型復(fù)雜層數(shù)相差超過10層的高低層連成一體建筑物、復(fù)雜地質(zhì)條件下的坡上建筑物、對(duì)地基變形有特殊要求的建筑物、對(duì)原有工程影響較大的新建建筑物、場(chǎng)地和地基條件復(fù)雜的一般建筑物、位于復(fù)雜地質(zhì)條件上地下室的基坑工程、開挖深度大于15m的基坑工程以及周邊環(huán)境條件復(fù)雜、環(huán)境保護(hù)要求高的基坑工程等；乙級(jí)用于除甲級(jí)、丙級(jí)以外的基坑工程、工業(yè)與民用建筑物；丙級(jí)用于次要的輕型建筑物、場(chǎng)地和地基條件簡(jiǎn)單，荷載分布均勻的七層及七層以下民用建筑及一般工業(yè)建筑物以及非軟土地區(qū)且場(chǎng)地地質(zhì)條件簡(jiǎn)單、基坑周邊環(huán)境條件簡(jiǎn)單、環(huán)境保護(hù)要求不高且開挖深度小于5.0m的基坑工程。

三、地基計(jì)算

地基計(jì)算包括地基承載力計(jì)算，地基變形計(jì)算，地基穩(wěn)定性計(jì)算。

1、地基計(jì)算前首先應(yīng)確定基礎(chǔ)埋深，基礎(chǔ)埋深根據(jù)下列相關(guān)條件進(jìn)行確定：（1）建筑物的用途，有無地下室、設(shè)備基礎(chǔ)和地下設(shè)施，基礎(chǔ)的形式和構(gòu)造；（2）作用在地基上的荷載大小和性質(zhì)；（3）工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件；（4）相鄰建筑物的基礎(chǔ)埋深；（5）地基土凍脹和融陷的影響。除巖石地基外，基礎(chǔ)埋深不應(yīng)小于0.5米。高層建筑基礎(chǔ)的埋置深度應(yīng)滿足地基承載力、變形和穩(wěn)定性要求。位于巖石地基上的高層建筑，其基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿足抗滑穩(wěn)定性要求。

2、地基承載力計(jì)算應(yīng)滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011第5.2.1條、5.2.2條相關(guān)規(guī)定。

3、地基變形計(jì)算；地基變形特征可分為沉降量、沉降差、傾斜、局部?jī)A斜。建筑物地基變形值，不應(yīng)大于地基變形允許值。建筑物地基變形允許值按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011第5.3.4條中表5.3.4規(guī)定采用，建筑物地基最終變形量按照第5.3.5條進(jìn)行計(jì)算。

4、地基穩(wěn)定性計(jì)算；地基穩(wěn)定性可采用圓弧滑動(dòng)面法進(jìn)行驗(yàn)算。具體可按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011第5.4.1條、5.4.2條、5.4.3條相關(guān)規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算，山區(qū)地基（包括丘陵地帶）的設(shè)計(jì)，還必須按照第6.1.1條中可能出現(xiàn)的設(shè)計(jì)條件進(jìn)行分析認(rèn)定，避免發(fā)生滑坡、泥石流、崩塌等引起房屋倒塌的事故。

結(jié)束語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工中地基和基礎(chǔ)是最為重要的，建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)關(guān)鍵是基礎(chǔ)類型的選擇，基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，應(yīng)該根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行具體的選型，以保證地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)、合理。

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