建筑工程常用的地基基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)設(shè)計

馬剛

1.地基工程設(shè)計的主要工作內(nèi)容

在建筑工程全壽命周期中，施工首要解決的問題就是基礎(chǔ)工程。而建筑的地基設(shè)計，要從實際的工程情況出發(fā)，將各類環(huán)境因素考慮在內(nèi)。由于地基工程的主要功能是承載整個建筑工程上部結(jié)構(gòu)的所有荷載和保持建筑工程結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，進而達到建筑工程的設(shè)計使用年限和提高建筑工程在使用過程中的可靠性，我們在實際工程設(shè)計和施工中應(yīng)該根據(jù)項目所在的工程環(huán)境和建筑物的上部荷載情況進行合理的基礎(chǔ)工程設(shè)計。

1.1 樁基礎(chǔ)

地基工程樁基礎(chǔ)從應(yīng)用方面可以分成以下幾種情況:

（1）當(dāng)?shù)鼗寥缹映休d力較弱，而建筑物對下部結(jié)構(gòu)的承載能力要求比較高時，我們可以將樁基礎(chǔ)的端尖嵌入到較深的堅實土層中，以保證持力層的承載能力；

（2）當(dāng)?shù)鼗寥缹映休d力滿足要求，但是建筑物受到沉降因素制約的情況下也可以使用樁基礎(chǔ)進行施工；

（3）當(dāng)天然地基沉降現(xiàn)象非常嚴重，難以處理或者處理代價過大時，可以選擇使用樁基礎(chǔ)；

（4）當(dāng)天然地基土層比較松軟，施工條件比較惡劣時，通過鉆孔灌注樁進行處理承載力問題是一個有效途徑。

1.2 獨立基礎(chǔ)

在基礎(chǔ)的設(shè)計中，獨立基礎(chǔ)一般都設(shè)置在框架柱下，分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)。當(dāng)基礎(chǔ)工程中的樁基礎(chǔ)間距相對較大時，我們會采用獨立基礎(chǔ)進行施工。而在實際施工過程中我們也會根據(jù)實際施工環(huán)境進行配置拉梁，用以提升整個建筑物的整體性和穩(wěn)定性，從而達到增強啊基礎(chǔ)的剛度、強度和抗震等性能[1]。

1.3 條形基礎(chǔ)

當(dāng)基地的抗形變能力較弱，地基承載力無法達到設(shè)計要求時，我們通常會選擇剛性基礎(chǔ)進行施工。但是在建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載作用較大的情況下，選擇剛性基礎(chǔ)容易因為基礎(chǔ)的斷面較大而不利于建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如果采用淺基礎(chǔ)形式，則基礎(chǔ)可能會裸露在地面，如果采用深基礎(chǔ)的形式，又會導(dǎo)致土方量的增加和總造價的增加。而且即使采用的剛性基礎(chǔ)，也容易因為基礎(chǔ)承受上部荷載過大，而導(dǎo)致基礎(chǔ)底部出現(xiàn)貫穿裂縫和沉降量變大等問題。對于這些問題我們就可以采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)進行配置，不僅可以在橫向或者縱向承受較大的剪切力和抵抗較大的彎矩，同時也更符合規(guī)范中要求的斷面尺寸和配筋率的參數(shù)。在實際工程中還可以增加肋梁，用以提高條形基礎(chǔ)的抗形變能力，防止地基基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降[2]。

2.建筑物樁基礎(chǔ)設(shè)計的主要工作內(nèi)容

當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境相對較為惡劣的時候，我們通常都會選擇樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)進行設(shè)計的時候，有兩個設(shè)計要點，就是樁基礎(chǔ)的種類和樁基礎(chǔ)樁的長度，與此同時還要對單樁豎向的承載力進行單獨驗算，用以保證樁基礎(chǔ)能夠支撐上部結(jié)構(gòu)，以及有足夠的承載力以抵抗建筑物的傾覆。

2.1 樁基礎(chǔ)的核心參數(shù)

科學(xué)合理地進行樁基礎(chǔ)設(shè)計是整個建筑物全壽命周期工作順利開展的基礎(chǔ)工作內(nèi)容。首先，應(yīng)當(dāng)由負責(zé)設(shè)計的工作人員對施工環(huán)境以及現(xiàn)場情況進行踏勘，查閱地質(zhì)水文資料以及對周邊各種建筑物進行綜合分析，從而選擇合理的樁基礎(chǔ)設(shè)計方案。其次，在設(shè)計層面要考慮上部結(jié)構(gòu)作用于基礎(chǔ)的荷載，通過驗算得出樁長，并在設(shè)計的過程中盡量使樁尖嵌入土壤的持力層，以達到保證樁基礎(chǔ)承載能力和穩(wěn)定性能。

2.2 通過地基結(jié)構(gòu)等級核算單樁的豎向承載能力

我國建筑地基結(jié)構(gòu)根據(jù)現(xiàn)場實際工程情況分為甲乙丙三級。等級為甲級的結(jié)構(gòu)一般是指三十層以上的高層超高層建筑，或者地下施工環(huán)境復(fù)雜，施工條件惡劣的建筑物；而等級為乙級的結(jié)構(gòu)則適用于普通民用工程，同樣地，丙級結(jié)構(gòu)主要是指使用與地質(zhì)條件簡單，基坑深度不高的建筑工程。

當(dāng)?shù)燃墳榧准墪r，樁基的設(shè)計應(yīng)考慮單樁靜載力測試的結(jié)果，掌握測試中單樁極限的承載力數(shù)據(jù)；當(dāng)?shù)燃墳橐壹墪r，且現(xiàn)場施工環(huán)境較為適宜時，可參照類似規(guī)模的其他建筑工程案例，同時做好相應(yīng)的復(fù)原試驗；當(dāng)?shù)燃墳楸墪r，由于丙級的建筑相對常見且比較簡單，我們可以通過乙級的復(fù)原測試得出所需的相關(guān)數(shù)據(jù)。

某些工程中樁基礎(chǔ)的樁徑較大時，我們可以選擇深層平板承載負荷試驗來確定單樁的豎向承載力的數(shù)值，在工程設(shè)計中設(shè)置嵌巖樁時，則可以選擇專門的巖基平板承載負荷試驗來確定單樁的豎向承載力[3]。

3.實際工程中的地基基礎(chǔ)選擇和設(shè)計

在實際工程的設(shè)計中，尤其是地基基礎(chǔ)設(shè)計，需要通盤考慮各種因素和施工環(huán)境，以國標(biāo)規(guī)范為準繩進行設(shè)計，綜合考慮新建項目地區(qū)的實際施工環(huán)境和地質(zhì)條件，對地基基礎(chǔ)的間距或者施工標(biāo)準還有建筑后期的維護和使用進行全面的了解后再進行設(shè)計。無論本項目是工業(yè)項目還是民用項目，或者是高層超高層建筑等，都需要進行詳細全面的現(xiàn)場踏勘和調(diào)研，才能確定具體適合實際項目的基礎(chǔ)設(shè)計方案，從而指導(dǎo)后續(xù)的材料采購和施工組織設(shè)計等工作。如果在進行設(shè)計之前沒有對施工現(xiàn)場進行實地考察和調(diào)研，做出來的設(shè)計很有可能就會脫離實際，忽略很多沒有考慮到的問題，從而造成資源的浪費。所以我們在做設(shè)計時一定要將工作的前瞻性和全面性相結(jié)合，統(tǒng)籌兼顧各項條件，方能將設(shè)計方案做到最優(yōu)。在針對砌體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化時，可以通過采用剛性條形結(jié)構(gòu)，例如采用毛石條形結(jié)構(gòu)或者混凝土條形結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化。如果基礎(chǔ)工程中基礎(chǔ)的寬度大于2m 的情況下，我們就需要引入柔性基礎(chǔ)用以增加穩(wěn)定性，例如引入鋼筋混凝土擴展基礎(chǔ)。而針對不同的地質(zhì)條件，不同的施工環(huán)境，所采用的基礎(chǔ)設(shè)計方案也是不同的，應(yīng)該因地制宜進行設(shè)計方案的優(yōu)化[4]。下面分情況進行討論。

情況一：某工程為多層框架結(jié)構(gòu)，無地下室結(jié)構(gòu)，上部荷載較大，對基礎(chǔ)工程需要的承載能力要求較強。如果從增強整體性的目的出發(fā)，則在設(shè)計時就需要降低地基不均勻性帶來的影響，這樣既可以降低沉降發(fā)生的概率，也可以控制地基的沉降量。所以，我們通常會選擇配置了十字交叉梁的條形基礎(chǔ)梁來提高地基承載能力和控制形變量。但是布置十字交叉梁條形基礎(chǔ)也會有一定的缺陷，就是不能完全滿足地基的形變量和強度要求，這時候我們一般采用人工制造地基進行解決。這就印證了上文所說到的筏板基礎(chǔ)。筏板基礎(chǔ)主要分為有梁筏板和無梁筏板兩種形式。對于普通框架混凝土結(jié)構(gòu)，在具備地下室的情況下，工程實際對地基的均勻性和防水性要求較高時，我們就會采用箱型基礎(chǔ)。采用箱型基礎(chǔ)可以非常有效地增加地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的防水性能和提高牢固性。

情況二：對于有一定防水要求的結(jié)構(gòu)，我們則需要選擇鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)或者箱型基礎(chǔ)。選擇鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)一般是有地下室結(jié)構(gòu)的建筑，而選擇鋼筋混凝土箱型基礎(chǔ)則是針對地下室結(jié)構(gòu)中含有鋼筋混凝土隔墻的情況。在其他地基基礎(chǔ)條件不是很好的情形下，為了提升地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性能，則會選擇人工打地基或者配置樁基礎(chǔ)，以確保地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，從而達到讓建筑物牢固的目的。

樁基礎(chǔ)的設(shè)計在現(xiàn)代建筑中應(yīng)用非常普遍，是建筑工程中的主要施工環(huán)境，因此樁基礎(chǔ)的設(shè)計就顯得尤為重要。樁基礎(chǔ)按其結(jié)構(gòu)的形式可以分為高承臺和低承臺兩種。所謂的高承臺指的就是樁身上部分和在地面上的承臺底部。高承臺的主要分為預(yù)制樁和鉆孔灌注樁，在施工過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)計圖紙和施工規(guī)范進行施工作業(yè)，合理地選擇作業(yè)機械和配置相對應(yīng)的施工班組。特別是鉆孔灌注樁，要注意鋼筋籠在下孔之前是否變形，如果變形則要先暫?；炷恋墓嘧⒆鳂I(yè)，先將鋼筋籠復(fù)原后再進行后續(xù)的灌注作業(yè)。低承臺則主要指的是地表以下打入天然土層的樁體，它的工作方式主要有靜壓施工，敲打施工和振動施工。施工的工藝方式主要是對樁體進行物理打擊，使其進入土層。樁基礎(chǔ)在橋梁工程中應(yīng)用十分廣泛，主要作用是使建筑物與地面緊密連接，在提高建筑物的抗傾覆能力和穩(wěn)定性能的同時，也可以將上部荷載進行傳導(dǎo)，提升對外部荷載的承載能力。在抗震地區(qū)還可以起到加強抗震能力的作用，最大限度地降低建筑物的施工風(fēng)險，例如傾斜和坍塌。

4.結(jié)語

綜上所述，建筑業(yè)經(jīng)過長期的發(fā)展，我們已經(jīng)積累了許多寶貴的設(shè)計和施工經(jīng)驗。地基基礎(chǔ)的種類比較多，可應(yīng)用于多種工程環(huán)境。在實際的工程設(shè)計和施工中，設(shè)計單位和施工單位都要針對具體的實際施工情況，科學(xué)合理地選擇方案和優(yōu)化方案來完成任務(wù)，以使建筑物的質(zhì)量得到保證。