框架結(jié)構(gòu)柱下獨(dú)立基礎(chǔ)與條形基礎(chǔ)的對(duì)比分析及探究

汪俊虎

中國電建集團(tuán)貴州電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，中國·貴州 貴陽 550000

論文從框架結(jié)構(gòu)中常見的基礎(chǔ)形式出發(fā)，在分析對(duì)比淺基礎(chǔ)中廣泛應(yīng)用的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)和柱下條形基礎(chǔ)的特性的基礎(chǔ)上，尋找這兩種基礎(chǔ)形式在實(shí)際應(yīng)用中的主要問題，并試圖探索柱下獨(dú)基或條基不均勻沉降問題的新的解決途徑。

獨(dú)立基礎(chǔ)；條形基礎(chǔ)；不均勻沉降；灌漿料

1 引言

目前，在中國的建筑工程領(lǐng)域，不論是民用建筑還是工業(yè)建筑，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍和成熟。建筑工程經(jīng)過長期的理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，對(duì)于結(jié)構(gòu)的地下基礎(chǔ)部分已經(jīng)有了很多比較成熟的結(jié)構(gòu)形式，在基礎(chǔ)類型的選擇是要根據(jù)具體的工程而定的，要考慮上部結(jié)構(gòu)特征、地基條件、所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)周邊環(huán)境以及結(jié)構(gòu)的重要性等級(jí)等一系列的因素[1]。目前我們?cè)趯?shí)際工程中經(jīng)常會(huì)用到淺基礎(chǔ)的形式，在常見的淺基礎(chǔ)中獨(dú)立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)的應(yīng)用是非常廣泛的，論文針對(duì)淺基礎(chǔ)中的獨(dú)基和條基這兩種基礎(chǔ)形式進(jìn)行一下對(duì)比分析，以助于在實(shí)際工作中做出更恰當(dāng)更有利的選擇。在論文最后嘗試尋找解決不均勻沉降問題的新方法，若這種處理方法的后續(xù)研究比較成熟的話，其應(yīng)該具有較大的實(shí)用價(jià)值。

2 柱下獨(dú)基與條基的特點(diǎn)

2.1 柱下獨(dú)基的特點(diǎn)

柱下獨(dú)立基礎(chǔ)也分為配筋和不配筋的兩種情況，由灰土、三合土、毛石或者混凝土等為材料組成的柱下獨(dú)基是屬于無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的一種，有時(shí)也稱之為剛性基礎(chǔ)[2]。這種基礎(chǔ)由于材料的抗拉抗彎強(qiáng)度比較低，一般情況下基礎(chǔ)的外伸寬度受到很大程度上的限制，故而在地基承載力并不是很高的情況下，基礎(chǔ)所能承受的上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載很有限。在地基承載力一定的情況下，若想使用剛性柱下獨(dú)基來承受較大的上部荷載，則必然要增大底面積，受到高寬比的限制，基礎(chǔ)的厚度將會(huì)很大，如此一來材料的用量以及施工的工作量也必將增加。此時(shí)，鋼筋混凝土柱下獨(dú)立基礎(chǔ)就顯示出其優(yōu)勢了，柱下獨(dú)立柔性基礎(chǔ)的抗彎抗剪等可以通過所配置的鋼筋與混凝土共同承擔(dān)[2]，與剛性基礎(chǔ)相比其基礎(chǔ)外伸寬度的限制大為減小，這就意味著這種形式比剛性基礎(chǔ)能承受更大的荷載。

一談起獨(dú)立基礎(chǔ)我們往往會(huì)認(rèn)為其施工簡單，造價(jià)低廉等特點(diǎn)，在地基承載力特征值比較大的情況下，這種基礎(chǔ)形式較為適用，但是當(dāng)?shù)鼗鶙l件比較差時(shí)，其相對(duì)于持力層為巖層的情況，基礎(chǔ)的沉降量將比較大。若結(jié)構(gòu)下只有單個(gè)獨(dú)基，可能這種沉降對(duì)上部結(jié)構(gòu)造成的危害并不是很大，但是實(shí)際工程中，單個(gè)結(jié)構(gòu)的柱子往往有多根，每根柱下均采用獨(dú)立基礎(chǔ)的話，不同基礎(chǔ)的沉降量可能大不相同。第一種情況框架結(jié)構(gòu)的獨(dú)基與獨(dú)基之間往往會(huì)用基礎(chǔ)梁相連，基礎(chǔ)梁與獨(dú)基之間的連接方式目前常見的有三種[3]：其一為基礎(chǔ)梁梁底與基礎(chǔ)頂平齊；其二為基礎(chǔ)梁梁頂與基礎(chǔ)頂平齊；其三為基礎(chǔ)梁梁底與基礎(chǔ)底平齊。第二種情況基礎(chǔ)梁能平衡更多的柱底不平衡彎矩。第三種情況基礎(chǔ)梁能分擔(dān)更多的不均勻沉降。不論是哪種連接形式，基礎(chǔ)梁都將承受與之相連的兩個(gè)基礎(chǔ)由于不均勻沉降而產(chǎn)生的拉力，可見在獨(dú)基形式中基礎(chǔ)梁是非常重要的組成部分。但即便基礎(chǔ)梁起著如此重要的作用，現(xiàn)實(shí)中由于截面尺寸以及跨度等的限制，其剛度一般并不是很大，這也意味著基礎(chǔ)梁能分擔(dān)的柱底不平衡彎矩以及對(duì)約束兩端基礎(chǔ)的不均勻沉降的作用很有限，當(dāng)基礎(chǔ)之間的不均勻沉降超過特定限值時(shí)勢必對(duì)上部結(jié)構(gòu)會(huì)造成很大的危害。若想以增大基礎(chǔ)梁的截面尺寸來解決這一問題，這也就失去了獨(dú)立基礎(chǔ)造價(jià)上的優(yōu)勢了。

2.2 柱下條形基礎(chǔ)的特點(diǎn)

常見的條形基礎(chǔ)有剛性基礎(chǔ)中的墻下條形基礎(chǔ)以及鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)中的墻下條形基礎(chǔ)，此處的柱下條形基礎(chǔ)嚴(yán)格意義上來講是屬于鋼筋混凝土梁板式基礎(chǔ)中的一種[2]。在上部結(jié)構(gòu)荷載較大，地基較軟弱的情況下，使用獨(dú)基可能會(huì)由于基礎(chǔ)底面過大而基礎(chǔ)之間相互靠近，此時(shí)將同一排或者一列上的基礎(chǔ)貫通做成鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)可能會(huì)更加合適。

柱下條形基礎(chǔ)整體性很好，條形基礎(chǔ)梁一般截面尺寸比較大，剛度比較高，這就意味著在地基較軟弱或者是地基條件比較復(fù)雜的情況下選擇這種基礎(chǔ)形式能較好地處理基礎(chǔ)的不均勻沉降的問題。但是柱下條形基礎(chǔ)的材料用量（鋼筋、混凝土、模板等）以及開挖土方量比較大等，其造價(jià)一般情況下比使用獨(dú)立基礎(chǔ)要高一些。在實(shí)際應(yīng)用中為了減小同一結(jié)構(gòu)的不同的柱下條基之間的不均勻沉降，我們一般可以將條基做成十字交叉基礎(chǔ)（也算是條形基礎(chǔ)的一種形式）或者調(diào)整基礎(chǔ)底面尺寸，使得基底附加壓力大致相同。

3 柱下獨(dú)基與柱下條基的對(duì)比

在上面對(duì)兩種基礎(chǔ)形式的特點(diǎn)簡要說明之后我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)際工程中我們?cè)谡遄迷撊绾螐倪@兩種基礎(chǔ)形式中作出一個(gè)合理的選擇時(shí)主要考慮的是基礎(chǔ)不均勻沉降與造價(jià)的問題[4]（民建中對(duì)土建結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)造價(jià)的控制一般比工業(yè)建筑中更苛刻一些），當(dāng)然就安全角度來講，我們更多地是要關(guān)注不均勻沉降的問題。事實(shí)上，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)和嚴(yán)格意義上的柱下條形基礎(chǔ)其實(shí)都存在不均勻沉降的問題。對(duì)于柱下條形基礎(chǔ)，我們能夠較好地控制的是在同一條基上的各柱子對(duì)應(yīng)位置的基礎(chǔ)變形，而對(duì)于同一結(jié)構(gòu)的不同條基之間任然存在著地基變形的差異。換而言之，柱下條形基礎(chǔ)可以有效調(diào)整一個(gè)方向的不均勻變形，而對(duì)于另一方向的不均勻沉降則需要采取其他的措施來解決。用改變基礎(chǔ)底面尺寸的方式來調(diào)整基底附加壓力的理念在柱下獨(dú)基中同樣適用，不過柱下獨(dú)立基礎(chǔ)中要兼顧兩個(gè)方向上的不均勻變形，加之現(xiàn)場地質(zhì)條件往往是復(fù)雜多變的，同一結(jié)構(gòu)的不同基底的地質(zhì)剖面可能就有較大的差異，這也就增加了調(diào)整整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體沉降的難度。

在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2011）表5.3.4中有規(guī)定，對(duì)于工業(yè)與民用建筑框架結(jié)構(gòu)相鄰柱基的沉降差不應(yīng)超過0.002l，l為相鄰柱基的中心距離（mm）[2]。地基最終變形量計(jì)算公式：其中p0相應(yīng)于作用的準(zhǔn)永久組合式基礎(chǔ)底面處的附加壓力，從上面計(jì)算公式以及《地規(guī)》表5.3.5可以看出，如果想減小地基變形量，比較有效的措施就是減小基底附加壓力（p0）、增強(qiáng)土層的壓縮模量（Esi）以及增大基底下臥層的地基承載力特征值（fak）。但是我們?cè)趯?shí)際工程中進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的時(shí)候要注意避免進(jìn)入一個(gè)誤區(qū)，那就是減小地基變形量并不代表就是減小了基礎(chǔ)間的不均勻沉降，這是兩種概念[5]。

4 解決柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)不均勻沉降新思路探討

在地基承載力能滿足要求的情況下，選用淺基礎(chǔ)時(shí)，如果能解決基礎(chǔ)的不均勻沉降的問題，那么造價(jià)更低（相對(duì)于樁基、筏板基礎(chǔ)以及十字交叉基礎(chǔ)等）的柱下獨(dú)基或條基的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。我們知道，如果單靠增加基礎(chǔ)梁剛度的方法來抵抗柱基的不均勻沉降將會(huì)明顯增加成本，這種方法也往往得不償失，故而尋找一種代價(jià)較低的調(diào)整不均勻沉降的方法很有實(shí)際價(jià)值。

為柱下獨(dú)基外側(cè)設(shè)置一個(gè)沉降調(diào)節(jié)套筒（鋼筋混凝土澆筑），套筒與獨(dú)基之間用至少兩側(cè)塑料薄膜隔離（便于兩者之間的脫離），現(xiàn)澆套筒，后澆獨(dú)基，獨(dú)基澆筑時(shí)預(yù)埋灌漿料埋管（注意防止埋管下端堵塞），柱側(cè)設(shè)置挑耳，當(dāng)觀測到結(jié)構(gòu)的不均勻沉降超過允許值時(shí)，對(duì)沉降大的柱下獨(dú)基進(jìn)行沉降調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)時(shí)先確定需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的沉降值△，完后在柱側(cè)挑耳與獨(dú)基套筒之間設(shè)置液壓千斤頂（或具有同等效果的設(shè)備），通過統(tǒng)一控制液壓千斤頂?shù)男谐蹋躬?dú)基與獨(dú)基套筒之間脫離并使獨(dú)基基底與套筒之間的凈距為△，然后由灌漿料埋管以壓力灌漿方式灌入微膨脹灌漿料，待灌漿料到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，撤出液壓千斤頂，完成沉降調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

實(shí)際工程中所用到的每一種基礎(chǔ)形式都具有其局限性，我們應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際特點(diǎn)選擇合適的基礎(chǔ)形式。對(duì)于我們常用到的基礎(chǔ)形式中不可避免的問題，當(dāng)傳統(tǒng)方法已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求時(shí)，我們必須要嘗試去探索新的思路。先利用千斤頂補(bǔ)償沉降，后利用灌漿料來補(bǔ)償沉降的調(diào)節(jié)方式不失為一種新的解決問題的思路，其具體實(shí)施固然是有較多困難，但該種形式亦有很多的發(fā)展和改進(jìn)空間。