淺析筏板基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘要：近幾年，建筑的地下空間普遍用作地下停車場(chǎng)，建筑空間內(nèi)不允許設(shè)置太多的內(nèi)墻，這就限制了箱型基礎(chǔ)的使用。筏板基礎(chǔ)不但能夠充分發(fā)揮地基的承載能力，避免出現(xiàn)不均勻沉降，還能滿足地下空間的使用要求，所以筏板基礎(chǔ)成為當(dāng)前最理想的基礎(chǔ)形式。下文中，筆者將從筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案兩方面進(jìn)行分析和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析；優(yōu)化設(shè)計(jì)

筏板基礎(chǔ)本身是地下室的底板，厚度較大，有良好的抗?jié)B性能。由于筏板剛度大，可以調(diào)節(jié)基礎(chǔ)不均勻沉降。加之筏板基礎(chǔ)不必設(shè)置很多內(nèi)部墻體，可以形成較大的自由空間，便于地下室的多種用途，因而能較好地滿足建筑功能的要求。

一.筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，必須滿足以下要求：一是基礎(chǔ)所承受的荷重，必須小于地基允許的承載力，以保證工程的安全；二是要對(duì)基礎(chǔ)的總沉降量和差異沉降量進(jìn)行控制，將其控制在一定的限值內(nèi)，避免上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞；三是在新建房屋時(shí)，要分析對(duì)自身和周圍房屋的影響，及時(shí)采取相應(yīng)的保護(hù)措施。四是以安全為前提，考慮建筑的經(jīng)濟(jì)效果。此外，要想建筑工期短、費(fèi)用低，就不能夠僅考慮基礎(chǔ)，還要充分考慮建筑物的監(jiān)造和運(yùn)行。在基礎(chǔ)選形時(shí)，必須全面考慮、分析地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和施工順序，對(duì)在施工和使用過程中可能出現(xiàn)的基礎(chǔ)沉降和差異沉降做出準(zhǔn)確的評(píng)估。

1.樁筏基礎(chǔ)

樁筏基礎(chǔ)是樁基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)的合稱，屬于混合基礎(chǔ)形式，樁不是結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，是人工地基，而筏板是結(jié)構(gòu)的組成部分，是基礎(chǔ)。樁在筏板的下面，樁和筏板共同承受上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載。筏板基礎(chǔ)可成片覆蓋于建筑物地基的較大面積，整體剛度大，滿足軟弱地基承載力的要求，減少地基的附加應(yīng)力和不均勻沉降，增強(qiáng)建筑物的整體抗震性能。樁具有豎向承載力高、沉降量小、穩(wěn)定性好、便于機(jī)械化施工、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。將二者結(jié)合起來(lái)，能保證在承擔(dān)上部建筑結(jié)構(gòu)荷載的同時(shí)，更能有效的控制基礎(chǔ)沉降，同時(shí)可以承受風(fēng)荷載和地震荷載引起的巨大水平力，抗傾覆能力強(qiáng)，因此樁筏基礎(chǔ)作為承擔(dān)大荷載結(jié)構(gòu)一種基礎(chǔ)形式具備較突出的優(yōu)勢(shì)。

2.天然地基筏板基礎(chǔ)

根據(jù)施工場(chǎng)地特點(diǎn)以及建筑結(jié)構(gòu)要求，可以采用平板式筏板基礎(chǔ)作為建筑物基礎(chǔ)。平板式筏板基礎(chǔ)是一塊放在地基上的鋼筋混凝土大平板，柱和剪力墻就布置在這塊平板上，形成倒置的無(wú)梁樓蓋。天然地基上的平板式筏板基礎(chǔ)，在上部建筑荷載組合之下的總軸力和彎矩等作用下，基底所要承受的最大壓應(yīng)力絕對(duì)不得超過地基承載力。此類型筏板基礎(chǔ)大多數(shù)是補(bǔ)償形式的基礎(chǔ)，只要保證基礎(chǔ)持力層有足夠承載力，且沒有軟弱下臥層，建筑剛度中心平面位置能夠與基礎(chǔ)形心平面位置相重合、接近的，都可以選擇平板式筏板基礎(chǔ)。

二、筏板基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

1. 筏板基礎(chǔ)的土反力受力方案

沿筏板基礎(chǔ)縱向，土反力從主體結(jié)構(gòu)施工開始呈現(xiàn)出馬鞍形分布，隨著主體的不斷增高，整體結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的荷載也不斷上升，土壓力分布形式整體保持不變，各點(diǎn)壓力值不斷增加。當(dāng)主體施工到一定高度時(shí)，各部位土反力值最大差異達(dá)到了一點(diǎn)三倍左右。沿筏板基礎(chǔ)橫向，由于涉及跨度較小，土反力呈現(xiàn)出平穩(wěn)增長(zhǎng)的形式?；炷翂ο路降鼗练戳Ρ绕溆鄥^(qū)域更大，由此可以看出，基礎(chǔ)剛度會(huì)對(duì)土反力產(chǎn)生一定影響。

2.筏板基礎(chǔ)的計(jì)算分析方案

建筑上部結(jié)構(gòu)、地基與基礎(chǔ)之間有著互相影響、互相制約的聯(lián)系，可以將上部結(jié)構(gòu)、地基與基礎(chǔ)作為一個(gè)工作整體來(lái)進(jìn)行計(jì)算。如果上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基三者之間的連接處變形十分協(xié)調(diào)，則建筑體系就屬于靜力平衡狀態(tài)。對(duì)于基礎(chǔ)來(lái)說，考慮上部結(jié)構(gòu)的作用，可以減小基礎(chǔ)整體變形彎曲程度和降低內(nèi)力，得到非常經(jīng)濟(jì)的效果。

3.筏板基礎(chǔ)的平面布置方案

盡量使建筑物的重心與筏板基礎(chǔ)的平面形心重合。筏板基礎(chǔ)的邊緣盡量外挑，使筏板基礎(chǔ)面積稍大于上部結(jié)構(gòu)的單層面積。挑出寬度應(yīng)由建筑物場(chǎng)地條件、地基條件、柱距與軸力……這些使地基反力與建筑重心相重合或是盡量減少偏心等因素綜合確定。一般情況下，挑出的寬度應(yīng)為邊跨柱距的四分之一或者三分之一，最小不能小于伸出外墻1米左右。

4.筏板基礎(chǔ)的厚度確定方案

根據(jù)柱距的不同和傳至基礎(chǔ)的柱端彎矩與剪力的大小，筏板的厚度，一般從200mm到3000mm不等。要確定筏板基礎(chǔ)的厚度，就必須綜合考慮筏板基礎(chǔ)抗沖切強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，同時(shí)要滿足抗?jié)B的要求。當(dāng)局部柱軸力較大時(shí)，為了使筏板受力均勻，將柱和剪力墻周圍局部加厚，形成墩座式筏板?；蛘咴O(shè)置暗梁，同時(shí)要配置抗沖切箍筋，以此來(lái)加強(qiáng)板局部的抗剪切能力，避免因部分柱基礎(chǔ)高度增高而加厚整個(gè)筏板，墩座式筏板又分成下墩座式筏板和上墩座式筏板兩種。除了要對(duì)筏板基礎(chǔ)的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算控制外，筏板基礎(chǔ)還必須有較大的整體剛度，筏板的厚度可以按照建筑物結(jié)構(gòu)總層數(shù)進(jìn)行估算。

5.筏板基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋應(yīng)力方案

筏板基礎(chǔ)澆筑工作完成后，由于混凝土?xí)l(fā)生收縮，筏板頂部和底部的鋼筋都會(huì)產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力，這部分壓應(yīng)力對(duì)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)十分有利。在施工過程中，隨著建筑整體荷載的增加，鋼筋的壓應(yīng)力會(huì)逐漸降低，當(dāng)建筑主體施工高度逐漸增高時(shí)，部分鋼筋開始受拉，當(dāng)主體施工到一定高度時(shí)，所有鋼筋基本全部處于受拉狀態(tài)。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，鋼筋應(yīng)力變化的絕對(duì)值較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求上限，在此情況下，可以適當(dāng)降低筏板基礎(chǔ)的配筋率，這能夠有效降低工程成本。

6. 筏板基礎(chǔ)的構(gòu)造設(shè)計(jì)方案

一是降低水泥水化熱。通過降低筏板基礎(chǔ)混凝土水泥水化熱，可以預(yù)防和控制筏板基礎(chǔ)混凝土由水泥水化熱引起的裂縫。具體措施有：選用水化熱低和安定性好的水泥，如中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥；在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，盡可能減少單位體積混凝土中水泥的用量，以減少水泥水化熱的產(chǎn)生。二是養(yǎng)護(hù)混凝土。筏板基礎(chǔ)混凝土澆筑完畢后，及時(shí)采取保溫保濕的養(yǎng)護(hù)措施，這樣既可以防止混凝土因水分流失產(chǎn)生收縮裂縫，又可避免混凝土表面散熱太快，使混凝土表面保持較高溫度，降低混凝土內(nèi)外溫度應(yīng)力。三是優(yōu)選材料。為預(yù)防和控制筏板基礎(chǔ)混凝土由于材料選擇不符合要求引起的裂縫，可采取優(yōu)選材料、嚴(yán)守進(jìn)貨關(guān)，認(rèn)真做好混凝土的材料選擇及配合比試驗(yàn)等工作。筏板配筋通常使用雙向、雙層通長(zhǎng)鋼筋，當(dāng)墻柱下方板底處的配筋量不夠時(shí)，就需要額外附加一定數(shù)量的短筋，保證墻柱下方板底處計(jì)算所需的配筋量區(qū)域大于1/3柱距范圍，。筏板的厚度較高，無(wú)法有效控制混凝土前期的水化熱和收縮開裂程度，可以用在混凝土中加入膨脹抗裂劑的方法來(lái)影響，使混凝土在凝結(jié)初期會(huì)出現(xiàn)輕微的膨脹，能夠與混凝土凝結(jié)初期的收縮變化相互抵消，避免裂縫出現(xiàn)，提高了筏板結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力；還可以選擇無(wú)縫技術(shù)進(jìn)行施工，使筏板混凝土可以一次性完成澆筑，這樣不但縮短了施工工期，還減小了有縫施工給整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不利影響。此外還要加強(qiáng)無(wú)縫施工筏板的養(yǎng)護(hù)工作，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得低于14天。與平板式筏板基礎(chǔ)類似，梁板式筏板基礎(chǔ)又稱肋梁式筏板基礎(chǔ)，肋梁可以正放在筏板下，也可以反放在筏板上。當(dāng)采用筏板上梁時(shí)，梁應(yīng)預(yù)留出排水孔。肋梁式筏板基礎(chǔ)與平板式筏板基礎(chǔ)相比較，其剛度比平板式筏板基礎(chǔ)大，調(diào)節(jié)不均勻沉降能力更強(qiáng)，有更大的適用范圍和更明確的受力性能。

綜上所述，在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)的過程中，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)的合理性對(duì)建筑物的安全、使用與施工工期和投資的額度有著直接的影響。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)科學(xué)分析建筑的上部結(jié)構(gòu)、地基和基礎(chǔ)的作用，適當(dāng)增加筏板面積，以降低地基土反力，降低筏板內(nèi)鋼筋的應(yīng)力，減少配筋量，不斷提高工程的經(jīng)濟(jì)效益，為建筑施工打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魯智.試論高層建筑筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[J]. 四川建材. 2014（03）