土建工程地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計探究

陳洪官 陳文臺 孟石平

摘 要：建筑地基工程質(zhì)量，對建筑穩(wěn)定及安全性影響比較大，屬于建筑結(jié)構(gòu)根本。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，做好全方位設(shè)計，可以維護(hù)建筑效益。地基基礎(chǔ)屬于地下隱蔽工程，當(dāng)無法保障質(zhì)量安全時，將會引發(fā)嚴(yán)重后果。本文主要圍繞地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計展開討論，僅供參考。

關(guān)鍵詞：土建工程;地基基礎(chǔ);結(jié)構(gòu)設(shè)計

建筑工程地基結(jié)構(gòu)設(shè)計，劃分為甲級、乙級、丙級等。甲級標(biāo)準(zhǔn)多應(yīng)用于30層以上建筑，多層地下建筑，體型復(fù)雜建筑中。當(dāng)建筑物對地基變形有要求時，新建建筑物、場地、地基套件復(fù)雜建筑物，復(fù)雜地質(zhì)基坑工程，開挖深度高于15m工程。環(huán)境保護(hù)工程等。乙級多為工業(yè)建筑、民用建筑。丙級多為輕型建筑物、地基條件簡單、場地簡單，荷載分布均勻的民用建筑，非軟土地基工程建筑等。

1 建筑地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)工程存在問題分析

聯(lián)合筆者長期工作經(jīng)驗(yàn)，其主要存在以下問題：第一，強(qiáng)度、穩(wěn)定性問題：地基基礎(chǔ)強(qiáng)度，對房屋建筑質(zhì)量性能影響較大。當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)抗剪強(qiáng)度不足時，將無法支撐上部結(jié)構(gòu)自重、外荷載，地基基礎(chǔ)極易出現(xiàn)整體剪切破壞、局部破壞問題。第二，動荷載所致地基基礎(chǔ)問題，當(dāng)面臨無法規(guī)避問題時，比如爆破、地震災(zāi)害時，動荷載力極易導(dǎo)致地基基礎(chǔ)土失穩(wěn)、液化、振陷，尤其是飽和無粘性土。第三，壓縮、不均勻沉降。建筑沉降屬于重要問題，為專家學(xué)者關(guān)注熱點(diǎn)。當(dāng)受到上部結(jié)構(gòu)自重、外荷載作用影響時，地基基礎(chǔ)極易產(chǎn)生變形問題，對建筑正常運(yùn)營影響非常大。當(dāng)建筑超過不均勻沉降時，結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生開裂問題。

2 土建工程地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

2.1明確基礎(chǔ)埋深

在計算地基之前，必須明確基礎(chǔ)埋深。按照以下條件，科學(xué)確定基礎(chǔ)埋深：第一，建筑物用途、地下設(shè)施、基礎(chǔ)構(gòu)造、設(shè)備基礎(chǔ)、地下形態(tài)等;第二，地基荷載性質(zhì)、大小;第三，工程地質(zhì)、水文地質(zhì);第四，鄰近建筑物基礎(chǔ)埋深;第五，地基土融陷、凍脹。除過巖土地基之外，基礎(chǔ)埋深應(yīng)當(dāng)大于50cm。高層建筑基礎(chǔ)埋深，必須滿足地基變形、承載力、穩(wěn)定性要求。當(dāng)高層建筑位于巖石地基時，基礎(chǔ)埋深必須滿足穩(wěn)定性、抗滑要求。在抗震設(shè)防區(qū)，除過天然地基之后，筏形基礎(chǔ)埋深、地基上箱形應(yīng)當(dāng)高于建筑高度10%。樁箱、樁筏基礎(chǔ)埋深應(yīng)當(dāng)高于建筑高度6%。存在鄰近建筑物時，新建建筑物基礎(chǔ)埋深小于原建筑基礎(chǔ)。

2.2地基穩(wěn)定性計算

地基穩(wěn)定性，主要應(yīng)用圓弧滑動面法驗(yàn)算，遵循地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范。山區(qū)地基設(shè)計，遵循設(shè)計條件進(jìn)行認(rèn)定，防止出現(xiàn)泥石流、滑坡、崩塌等事故。

2.3地基變形計算

地基變形特征，劃分為傾斜、沉降差、沉降量等。建筑地基變形值，應(yīng)當(dāng)小于地基變形允許值。地基變形允許值、地基最終變形量，應(yīng)當(dāng)遵循地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范。

3 建筑工程地基結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

3.1樁基礎(chǔ)設(shè)計

建筑工程地基結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，天然地基、人工地基承載性能、變形力無法滿足設(shè)計要求時，可以應(yīng)用樁基礎(chǔ)。第一，樁平面布設(shè)原則：針對相同結(jié)構(gòu)單元，不能同時應(yīng)用端承樁、摩擦樁。樁項(xiàng)受荷均勻，上部結(jié)構(gòu)荷載重心，應(yīng)當(dāng)和樁基重心相互重合。群樁承受彎矩方向、水平力方向的抵抗矩較大。大直徑樁基需要選用一柱一樁模式。筒體應(yīng)用群樁時，不僅要滿足樁基最小中心距要求，還應(yīng)當(dāng)將樁布設(shè)在筒體內(nèi)，避免超出筒體外緣。在伸縮縫、防振縫位置，可以應(yīng)用兩柱同承臺布設(shè)方式。剪力墻下，布樁量應(yīng)當(dāng)分析剪力墻兩端應(yīng)力集中影響。剪力墻、軸附近樁，可以按照受力均勻方式布設(shè)。在縱橫墻交叉位置，布設(shè)樁基;當(dāng)橫墻較多時，則需要在建筑橫墻兩側(cè)縱墻上布設(shè)樁。門洞口下方不能布設(shè)樁。第二，樁端進(jìn)入持力層最小深度，選擇硬土層、巖層為樁端持力層。樁端伸入持力層深度，針對粉土、粘性土，則應(yīng)當(dāng)大于2倍樁徑。砂土、強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖，應(yīng)當(dāng)超過1.5倍樁徑。

針對鉆孔灌注樁，其屬于土建工程施工常見樁基，在設(shè)計期間，應(yīng)當(dāng)關(guān)注后續(xù)施工流程與規(guī)范，確保鉆孔灌注樁設(shè)計可以發(fā)揮出作用價值。在工程項(xiàng)目施工中，合理控制成樁區(qū)域、樁身大小，使鉆孔灌注樁滿足工程地基結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，同時提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。細(xì)化設(shè)計圖紙、設(shè)計方案，保證鉆孔灌注樁布設(shè)合理性，降低安全隱患。

針對預(yù)應(yīng)力管樁，預(yù)應(yīng)力技術(shù)被廣泛應(yīng)用到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，作用效果顯著。為了加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁應(yīng)用效果，必須注重注意事項(xiàng)。嚴(yán)格限定預(yù)應(yīng)力管樁直徑，聯(lián)合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，處理好穩(wěn)定性需求，維護(hù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全性。針對預(yù)應(yīng)力管樁組成部分，也應(yīng)當(dāng)加大審查力度，比如針對端頭板、樁身、套箍，應(yīng)當(dāng)確保運(yùn)行效果理想化。優(yōu)化設(shè)計預(yù)應(yīng)力管樁預(yù)應(yīng)力大小，發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力效果。

3.2無地下室的地基結(jié)構(gòu)設(shè)計

建筑物為砌體結(jié)構(gòu)，應(yīng)用剛性條形基礎(chǔ)，例如四合土條形基礎(chǔ)、毛石條形基礎(chǔ)、石混凝土條形基礎(chǔ)、混凝土條形基礎(chǔ)、灰土條形基礎(chǔ)。基礎(chǔ)寬度高于2.5m時，應(yīng)用鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)，制作柔性基礎(chǔ)。多層框架結(jié)構(gòu)，無地下室，地基差、荷載大，需要應(yīng)用十字交叉梁條形基礎(chǔ)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性，降低不均勻沉降?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具備良好基礎(chǔ)，荷載小，無地下室，可以應(yīng)用獨(dú)立柱基。在抗震設(shè)防區(qū)，設(shè)置柱基拉梁。框剪結(jié)構(gòu)無地下室，具備良好地基，且荷載均勻，可以應(yīng)用框架柱獨(dú)立柱基，抗震設(shè)防地區(qū)，剪力墻下條基。柱基下設(shè)拉梁，同時和剪力墻下條基結(jié)合在一起。剪力墻結(jié)構(gòu)有無地下室，地基狀態(tài)良好，可以應(yīng)用交叉條形基礎(chǔ)。應(yīng)用上述基礎(chǔ)無法滿足地基基礎(chǔ)強(qiáng)度、變形要求時，并且無法應(yīng)用人工地基、樁基時，可以選擇筏板基礎(chǔ)。

3.3有地下室的地基結(jié)構(gòu)設(shè)計

在現(xiàn)代建筑中，通常都會設(shè)置地下室。建造地下室的建筑，可以應(yīng)用筏板基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)鼗鶢顟B(tài)良好，無防水要求，柱網(wǎng)、荷載均勻時，需要應(yīng)用筏板基礎(chǔ)、鋼筋混凝土交叉條形基礎(chǔ)，也可以應(yīng)用獨(dú)柱基礎(chǔ)。針對抗震設(shè)防區(qū)，需要加設(shè)注基拉梁。如果基礎(chǔ)地基狀態(tài)不佳時，為了滿足地基沉降與強(qiáng)度要求，需要應(yīng)用人工方式、樁基施工方式處理地基。當(dāng)具備防水要求時，選擇筏板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)方式。同時，建筑物為框架結(jié)構(gòu)，包含地下、上部結(jié)構(gòu)，對防水要求比較高，嚴(yán)格控制不均勻沉降。當(dāng)柱網(wǎng)設(shè)置均勻時，需要應(yīng)用箱型基礎(chǔ);當(dāng)柱網(wǎng)不均勻時，需要應(yīng)用筏板基礎(chǔ)。建筑地下室建設(shè)鋼筋混凝土隔墻時，需要應(yīng)用箱形基礎(chǔ)，開展建筑地基結(jié)構(gòu)施工時，不管采用哪種基礎(chǔ)，都要處理好基礎(chǔ)底板、地下室外墻連接結(jié)點(diǎn)問題。

3.4正確區(qū)分構(gòu)造柱與承重柱

在土建工程中，構(gòu)造柱與承重柱的區(qū)別較大，因此在地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)區(qū)別對待設(shè)計問題。地基基礎(chǔ)構(gòu)造柱設(shè)計時，確保去和建筑物梁結(jié)構(gòu)配合，借助二者配合，提升建筑物墻體穩(wěn)定性、抗剪能力。針對地基基礎(chǔ)承重柱，應(yīng)當(dāng)滿足可靠性、穩(wěn)定性要求，確保其滿足建筑物承重性能要求，維護(hù)土建工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全性。

4 結(jié)束語

綜上所述，地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)質(zhì)量，對建筑物穩(wěn)定性、安全性影響比較大。在結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，應(yīng)當(dāng)深入分析結(jié)構(gòu)荷載、土體承載問題，優(yōu)化設(shè)計地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，維護(hù)工程建設(shè)效益。

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