筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算及相關(guān)問(wèn)題

姜琳琳

1、筏板基礎(chǔ)埋深及承載力的確定

天然筏板基礎(chǔ)屬于補(bǔ)償性基礎(chǔ)， 因此地基的確定有兩種方法. 一是地基承載力設(shè)計(jì)值的直接確定法. 它是根據(jù)地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值按照有關(guān)規(guī)范通過(guò)深度和寬度的修正得到承載力設(shè)計(jì)值， 并采用原位試驗(yàn)（如標(biāo)慣試驗(yàn)、壓板試驗(yàn)等） 與室內(nèi)土工試驗(yàn)相結(jié)合的綜合判斷法來(lái)確定巖土的特性. 二是按照補(bǔ)償性基礎(chǔ)分析地基承載力. 例如： 某棟地上28 層、地下2 層（底板埋深10m ） 的高層建筑， 由于將原地面下10m 厚的原土挖去建造地下室， 則卸土土壓力達(dá)180kpa， 約相當(dāng)于11 層樓的荷載重量；如果地下水位為地面下2m ， 則水的浮托力為80kpa， 約相當(dāng)于5 層樓的荷載重量， 因此實(shí)際需要的地基承載力為14 層樓的荷載. 即當(dāng)?shù)鼗休d力標(biāo)準(zhǔn)值f ≥ 250kpa 時(shí)就能滿足設(shè)計(jì)要求， 如果筏基底板適當(dāng)向外挑出， 則有更大的可靠度.

2、天然筏板基礎(chǔ)的變形計(jì)算

地基的驗(yàn)算應(yīng)包括地基承載力和變形兩個(gè)方面， 尤其對(duì)于高層或超高層建筑， 變形往往起著決定性的控制作用. 目前的理論水平可以說(shuō)對(duì)地基變形的精確計(jì)算還比較困難， 計(jì)算結(jié)果誤差較大， 往往使工程設(shè)計(jì)人員難以把握， 有時(shí)由于計(jì)算沉降量偏大， 導(dǎo)致原來(lái)可以采用天然地基的高層建筑， 不適當(dāng)?shù)夭捎昧藰痘A(chǔ)， 使基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)于保守， 造價(jià)變狀態(tài)不相一致；

（1） 公式中S = 7S6 z iAi- z i- 1Ai- 1ES i[ 2 ]

采用的計(jì)算參數(shù)系室內(nèi)有側(cè)限固結(jié)試驗(yàn)測(cè)得的壓縮模量ESi ， 試驗(yàn)條件與基礎(chǔ)底面壓縮層不同深度處的實(shí)際側(cè)限條件不同；提高， 造成浪費(fèi).采用各向同性均質(zhì)線性變形體計(jì)算模型，用分層總和法計(jì)算出的自由沉降量往往同實(shí)測(cè)的地基變形量不同， 這是受多種因素的影響造成的.

（2） 利用公式計(jì)算的建筑物沉降量只與基礎(chǔ)尺寸有關(guān)， 而實(shí)測(cè)沉降量已受到上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)剛度的調(diào)整.

采用箱型基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)的高層建筑物，由于其荷載大、基礎(chǔ)寬， 因而壓縮層深度大，與一般多層建筑物不同， 地基不是均一持力層. 因此在地基變形計(jì)算的公式中引入了一個(gè)沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)7S. 通過(guò)實(shí)際沉降觀測(cè)與計(jì)算沉降量的比較， 適應(yīng)高層建筑物箱型基礎(chǔ)與筏板基礎(chǔ)的沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)， 主要與壓力和地層條件相關(guān)， 尤其與附加壓力和主要壓縮層中（0. 5 倍基礎(chǔ)寬度的深度以?xún)?nèi)） 砂、卵石所占的百分比密切相關(guān). 由于該系數(shù)7S 僅用于對(duì)附加壓力產(chǎn)生的地基固結(jié)沉降變形部分進(jìn)行調(diào)整， 所以《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定可根據(jù)地區(qū)沉降觀測(cè)資料及經(jīng)驗(yàn)確定.計(jì)算高層建筑的地基變形時(shí)， 由于基坑開(kāi)挖較深， 卸土較厚往往引起地基的回彈變形而使地基微量隆起. 在實(shí)際施工中回彈再壓縮模量較難測(cè)定和計(jì)算， 從經(jīng)驗(yàn)上回彈量約為公式計(jì)算變形量10%～ 30% ， 因此高層建筑的實(shí)際沉降觀測(cè)結(jié)果將是上述計(jì)算值的1. 1～ 1. 3 倍左右. 應(yīng)該指出高層建筑基礎(chǔ)由于埋置太深，地基回彈再壓縮變形往往在總沉降中占重要地位， 有些高層建筑若設(shè)置3～ 4 層（甚至更多層） 地下室時(shí)， 總荷載有可能等于或小于卸土荷載重量， 這樣的高層建筑地基沉降變形將僅由地基回彈再壓縮變形決定. 由此看來(lái)， 對(duì)于高層建筑在計(jì)算地基沉降變形中， 地基回彈再壓縮變形不但不應(yīng)忽略， 而應(yīng)予以重視和考慮.高層建筑箱型基礎(chǔ)與筏板基礎(chǔ)的計(jì)算與一般中小型建筑的基礎(chǔ)有所不同， 如前所述， 高層建筑除具有基礎(chǔ)面積大、埋置深， 尚有地基回彈等影響. 有時(shí)將基礎(chǔ)做成補(bǔ)償基礎(chǔ)， 在這種情況下， 將附加壓力視為很小或等于零， 這與實(shí)際不符. 由于基坑面積大， 基坑開(kāi)挖造成坑底回彈，建筑物荷重增加到一定程度時(shí)， 基礎(chǔ)仍然有沉降變形， 即回彈再壓縮變形. 為了使沉降計(jì)算與實(shí)際變形接近， 采用總荷載作為地基沉降計(jì)算壓力比用附加壓力P 0 計(jì)算更趨合理， 且對(duì)大基礎(chǔ)是適宜的. 這一方面近似考慮了深埋基礎(chǔ)（或補(bǔ)償基礎(chǔ)） 計(jì)算中的復(fù)雜問(wèn)題， 另一方面也解決了大面積開(kāi)挖基坑坑底的回彈再壓縮問(wèn)題. 因此《高層建筑箱形與筏形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》除規(guī)定采用室內(nèi)壓縮模量ES 計(jì)算沉降量外， 又規(guī)定了按壓縮模量E 0 （采用野外載荷試驗(yàn)資料算得壓縮模量E 0， 基本上解決了試驗(yàn)土樣擾動(dòng)的問(wèn)題， 土中應(yīng)力狀態(tài)在載荷板下與實(shí)際情況比較接近） 計(jì)算沉降量的方法. 設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)工程的具體情況選擇其中一種方法進(jìn)行沉降計(jì)算.按平面布置規(guī)則， 立面沿高度大體一致的單幢建筑物， 當(dāng)基底壓縮土層范圍內(nèi)沿豎向和水平方向土層較均勻時(shí)， 基礎(chǔ)的縱向撓曲曲線的形狀呈盆狀形， 即“∪”狀. 在研究建筑物荷載的水平分布規(guī)律時(shí)： 對(duì)于筏板基礎(chǔ)， 可將筏板劃分為許多小單元， 如果不考慮各小單元之間的相互影響， 單位面積承受的荷載重量（基底應(yīng)力曲線） 與基礎(chǔ)的縱向撓曲曲線的形狀相吻合， 即也呈“∪”狀. 這說(shuō)明建筑物四周各點(diǎn)沉降量受到其它各點(diǎn)荷載的影響較小， 中部各點(diǎn)沉降量受到其它各點(diǎn)荷載的影響較大； 若將基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成整片筏板基礎(chǔ)， 勢(shì)必造成在相同的地基承載力下， 中部沉降量大， 而四周沉降量較小， 基底土變形不相協(xié)調(diào).試驗(yàn)表明

3、筏板基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

筏板基礎(chǔ)的主要結(jié)構(gòu)形式有平板式筏基和肋梁式筏基， 包括等厚度或變厚度底板和縱橫向肋梁. 一般情況下宜將基礎(chǔ)肋梁置于底板上面， 如果地基不均勻或有使用要求時(shí)， 可將肋梁置于板下， 框架柱位于肋梁交點(diǎn)處. 在具體筏基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮如下問(wèn)題：

（1） 應(yīng)盡量使上部結(jié)構(gòu)的荷載合力重心與筏基形心相重合， 從而確定底板的形狀和尺寸.當(dāng)需要將底板設(shè)計(jì)成懸挑板時(shí)， 要綜合考慮上述多方面因素以減小基礎(chǔ)端部基底反力過(guò)大而對(duì)基礎(chǔ)彎距的影響；

（2） 底板厚度由抗沖切和抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算確定. 柱網(wǎng)間距較大時(shí)可在柱間設(shè)置加強(qiáng)板帶（暗梁加配箍筋） 來(lái)提高抗沖切強(qiáng)度以減少板厚， 也可采用后張預(yù)應(yīng)力鋼筋法來(lái)減少混凝土用量和造價(jià). 決定板厚的關(guān)鍵因素是沖切， 應(yīng)對(duì)筏基進(jìn)行詳細(xì)的沖切驗(yàn)算；

4、裙房基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

由于裙房的單柱荷載與高層主樓相比要小的多， 因此無(wú)需采用厚筏基礎(chǔ)， 采用薄板配柱下獨(dú)立擴(kuò)展基礎(chǔ)即可. 這里需要強(qiáng)調(diào)的是， 裙樓獨(dú)立柱基的沉降與主樓筏板基礎(chǔ)的沉降要相協(xié)調(diào)， 即控制沉降差在允許值范圍內(nèi). 應(yīng)根據(jù)公式計(jì)算主樓沉降量S ， 再按各柱的荷載N 值和S值反算出各獨(dú)立柱基礎(chǔ)的面積A （尚應(yīng)驗(yàn)選地基承載力）.

5、結(jié)束語(yǔ)

高層建筑基礎(chǔ)選型是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分， 直接關(guān)系到工程造價(jià)、施工難度和工期， 因此應(yīng)認(rèn)真研究場(chǎng)地巖土性質(zhì)和上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 通過(guò)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定.高層建筑的基礎(chǔ)選型應(yīng)因地制宜， 除基礎(chǔ)應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范允許的沉降量和沉降差的限值外， 整體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合規(guī)范對(duì)強(qiáng)度、剛度和延性的要求， 選用樁基或筏基都不是絕對(duì)的， 而安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理才是基礎(chǔ)選型的標(biāo)準(zhǔn)。