建筑結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)設(shè)計現(xiàn)存問題和解決措施分析

郝宏偉

（晉中市建筑勘察設(shè)計院，山西 晉中 030600）

0 引言

建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)部分是整個建筑安全性的重要保障，在建筑地基設(shè)計工作當(dāng)中，必須有效考慮到后續(xù)建筑體在長時間的使用過程中所產(chǎn)生的上部荷載作用和影響，要保證建筑地基的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分，不會出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞，同時在一些強(qiáng)大的外力荷載作用條件下，保證地基結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)嚴(yán)重的失穩(wěn)情況，地基結(jié)構(gòu)需要具有足夠的耐久性，充分滿足建筑體的設(shè)計使用年限要求和標(biāo)準(zhǔn)。若建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計中出現(xiàn)一些違反強(qiáng)制性條文等不滿足規(guī)范要求的質(zhì)量問題，如地基承載力的選取使地基中出現(xiàn)長期塑性變形，地基土的變形過大或不均勻等，可能導(dǎo)致諸如沉降不均引起墻體或結(jié)構(gòu)開裂，建筑物出現(xiàn)整體傾斜，地基失穩(wěn)引起建筑倒塌或者被拆除等工程事故，對整個建筑的使用安全性和穩(wěn)定性造成嚴(yán)重的影響。因此，在建筑工程項目設(shè)計工作過程中，設(shè)計人必須根據(jù)擬建場地的實際工程地質(zhì)勘查條件，綜合把握建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計內(nèi)容，保證建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計工作的科學(xué)性與合理性，實現(xiàn)工程項目更好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 建筑結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)設(shè)計工作中存在的主要問題分析

1.1 前期的地質(zhì)條件勘察工作存在偏差

科學(xué)全面的工程勘察可以幫助設(shè)計工作人員，掌握擬建場地的危險性和穩(wěn)定性、地下水位高度、持力層的情況、地質(zhì)的物理力學(xué)指標(biāo)和原始數(shù)據(jù)等各項設(shè)計重要參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)對整個建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計方案進(jìn)行對比分析確認(rèn)，充分保證建筑地基設(shè)計工作的科學(xué)性與合理性?，F(xiàn)階段，在我國建筑基礎(chǔ)設(shè)計工作過程中，某些工作單位和設(shè)計工作人員，對于地質(zhì)勘查工作的重視程度有所欠缺，并且在地質(zhì)信息勘查過程中出現(xiàn)不全面、不精確以及不深入等各種問題，在建筑地基設(shè)計工作當(dāng)中缺少科學(xué)有效的參考信息，造成建筑基礎(chǔ)設(shè)計工作中經(jīng)常會產(chǎn)生各種問題，會對整個地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性造成比較嚴(yán)重的影響[1]。例如勘察報告編制人員對擬建建筑物工程特點了解不足，致使控制性勘探孔的深度不滿足變形計算深度要求；濕陷性黃土采用素土或灰土擠密，不同樁間距條件下，樁周土層側(cè)摩阻力特征值的確定；當(dāng)場地覆蓋土層厚度和土層等效剪切波速在規(guī)范規(guī)定的分界線附近時，如何確定建筑的場地類別更加經(jīng)濟(jì)合理；一般的勘察報告中均不提供基床反力系數(shù)，而基床反力系數(shù)對基礎(chǔ)設(shè)計是否經(jīng)濟(jì)合理有重要影響等。

1.2 地基基礎(chǔ)設(shè)計工作不規(guī)范

建筑結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)設(shè)計工作屬于相對復(fù)雜和困難的內(nèi)容，同時在地基基礎(chǔ)設(shè)計工作當(dāng)中經(jīng)常會產(chǎn)生各種問題，造成后續(xù)的建筑工程基礎(chǔ)施工無法順利進(jìn)行，會直接影響到整個建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。比如，設(shè)計工作人員沒有精確全面的了解整個地基區(qū)域的地質(zhì)條件復(fù)雜程度；對地基基礎(chǔ)各類驗算所用的荷載組合不對；基礎(chǔ)埋置深度的選取不合理，造成修正后地基承載力特征值有誤；地基承載力及變形驗算采用活荷載折減后的組合，混淆了地基與基礎(chǔ)的概念；沉降計算時未采用土的自重壓力至土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段的壓縮模量；基礎(chǔ)方案采用獨(dú)基+防水板+拉梁，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件不考慮防水板上荷載的傳導(dǎo)，導(dǎo)致獨(dú)基實際基底壓力偏大，承載力不足。以上情況均可造成比較嚴(yán)重的地基變形問題。

1.3 地基基礎(chǔ)設(shè)計施工圖紙不符合要求

在進(jìn)行建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計工作當(dāng)中，設(shè)計施工圖的繪制是其中非常重要的工作內(nèi)容，地基基礎(chǔ)設(shè)計施工圖紙，主要包含樁平面布置圖、樁詳圖及設(shè)計說明、基礎(chǔ)平面布置圖、基礎(chǔ)詳圖節(jié)點做法等。在實際施工當(dāng)中，相關(guān)施工人員必須嚴(yán)格參照上述的圖紙設(shè)計工作內(nèi)容來開展各項工作，因此建筑基礎(chǔ)設(shè)計圖紙的精確性和細(xì)致化程度，直接影響到整個建筑工程基礎(chǔ)施工質(zhì)量和效果。要想有效保證后續(xù)建筑各項施工活動的順利進(jìn)行，在進(jìn)行建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作當(dāng)中，必須對設(shè)計圖紙當(dāng)中的內(nèi)容進(jìn)行全面把控，相關(guān)設(shè)計工作人員需要保證在繪制完成之后的圖紙當(dāng)中，涵蓋所有的設(shè)計細(xì)節(jié)內(nèi)容以及重要數(shù)據(jù)。但是在實際設(shè)計工作過程中，由于建設(shè)工期的緊張，以及設(shè)計過程中出現(xiàn)的一些不可控制因素，建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計圖紙當(dāng)中仍然存在很多缺陷和問題。例如，建筑基礎(chǔ)設(shè)計圖紙當(dāng)中的內(nèi)容無法有效反映出建筑基礎(chǔ)的實際施工情況，同時對建筑地基的設(shè)計尺寸圖紙當(dāng)中的參數(shù)數(shù)據(jù)誤差量大小沒有進(jìn)行嚴(yán)格控制，在設(shè)計圖紙質(zhì)量沒有達(dá)到要求的情況下，整個建筑工程的施工質(zhì)量也無法得到充分保證[2]。

2 建筑結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化策略

2.1 全面做好前期的地質(zhì)條件勘察工作

在建筑結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)設(shè)計工作過程中，勘察報告是地基基礎(chǔ)設(shè)計、施工的重要依據(jù)，對建筑物的正常使用甚至安全都起到非常重要的作用，只有通過更加科學(xué)全面的地質(zhì)勘查工作，才可以幫助設(shè)計工作人員全面掌握擬建場地的各種水文地質(zhì)條件。在建筑工程施工圖設(shè)計階段，若地勘報告不滿足設(shè)計條件時，應(yīng)根據(jù)實際情況，及時補(bǔ)勘，如增加控制性勘察孔的深度，濕陷性黃土擠密后根據(jù)擠密效果確定樁周土層側(cè)摩阻力，天然地基提供基床反力系數(shù)，可根據(jù)實際地基條件優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計，使基礎(chǔ)設(shè)計更加科學(xué)合理經(jīng)濟(jì)。同時一些勘察報告對擬建建筑物上部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、荷載特點和分布特征不甚了解，報告中提出的地基基礎(chǔ)方案不一定是最優(yōu)方案，一般是建議性方案。例如，晉中某住宅項目地庫部分，場地土層開挖后基底有近10m自重濕陷性黃土，平面處理范圍為整體處理，要求處理深度為10m，而地勘報告僅給出土擠密+CFG樁方案的相關(guān)設(shè)計參數(shù)，包括控制性孔深也僅為20m，但由于地庫邊界距離規(guī)劃用地紅線僅0.5～2m，超出建筑物外墻基礎(chǔ)外緣的寬度小于處理深度的1/2，故而地庫內(nèi)部采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)+防水板，外墻周圍采用墻下承臺梁+灌注樁的基礎(chǔ)型式，如此灌注樁樁側(cè)阻力按未處理濕陷性黃土計算，經(jīng)過計算得出灌注樁長為30m，大于勘探孔深，故而要求勘察單位補(bǔ)勘或進(jìn)行試樁。因此，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)方案和地勘報告綜合分析確定地基基礎(chǔ)方案。

科學(xué)全面的勘察報告，可以使地基基礎(chǔ)設(shè)計工作人員準(zhǔn)確把握擬建區(qū)域內(nèi)存在的軟弱土層、不良地質(zhì)等安全隱患問題，進(jìn)而可以對一些可以避開的問題事先進(jìn)行預(yù)防和解決，有效保證整個建筑工程設(shè)計施工的順利進(jìn)行，提高整個建筑體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。如晉中某縣冷庫項目，勘察報告鉆6個孔，得出場地?zé)o軟弱土層等不良地質(zhì)作用，然而在施工開挖后，發(fā)現(xiàn)場地東北角勘探孔處有5m×5m深4～5m的雜填土，與地勘報告內(nèi)容不符，需進(jìn)行局部處理，引起工期后延，造成一定損失。

在進(jìn)行建筑地基基礎(chǔ)部分的優(yōu)化設(shè)計工作當(dāng)中，需要根據(jù)工程勘察報告對其中一些常見性問題進(jìn)行合理規(guī)避，有效保證建筑地基基礎(chǔ)部分設(shè)計工作的科學(xué)性和合理性，可以通過使用專業(yè)的土壤取樣技術(shù)方法，科學(xué)的劃分與評價土層，采用統(tǒng)計的方法合理得出巖土工程參數(shù)，分析不同深度土層的巖土物理力學(xué)指標(biāo)，如果遇到一些比較嚴(yán)重的軟弱地基問題，需要在建筑地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作當(dāng)中對其進(jìn)行有效解決，以此來保證整個建筑地基后續(xù)工作的順利進(jìn)行[3]。

2.2 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計圖紙優(yōu)化改進(jìn)策略

在建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計過程中，設(shè)計工作人員所繪制的圖紙必須做到科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，對其中的一些細(xì)節(jié)問題需要進(jìn)行仔細(xì)研究嚴(yán)格控制。比如，場地標(biāo)高條件復(fù)雜時，應(yīng)根據(jù)工程做法及尺寸，仔細(xì)核對地基基礎(chǔ)各部分標(biāo)高相對關(guān)系；主樓與四周地下車庫采用不同基礎(chǔ)型式的連接節(jié)點；電梯坑集水坑基礎(chǔ)節(jié)點詳圖等。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，諸如筏板基礎(chǔ)懸挑部分上部鋼筋采用筏板鋼筋直通或者彎錨，即浪費(fèi)又施工困難，可不設(shè)置計算配筋僅構(gòu)造配筋；應(yīng)區(qū)分僅考慮局部彎曲的基底反力直線分布假定的筏基和考慮整體彎曲的彈性地基梁板法的筏基，準(zhǔn)確執(zhí)行規(guī)范相關(guān)內(nèi)容，科學(xué)合理配筋，不可過分強(qiáng)調(diào)安全性而任意加大配筋，引起不必要的浪費(fèi)[4]。隨著工程項目規(guī)模大逐步擴(kuò)大，建筑物日益復(fù)雜，設(shè)計過程中不可避免有一些特殊情況引起工期緊張。因此，要做到以下幾點：首先要下筆慢，在施工圖繪制過程中要三思而后行，以減少返工量；其次三自檢，自從山西省取消圖審后，需要設(shè)計人員和單位自我把控質(zhì)量，在單位內(nèi)部發(fā)校審前應(yīng)自我檢查，系統(tǒng)梳理結(jié)構(gòu)圖紙，發(fā)校審后針對難點易錯點與校審人員仔細(xì)斟酌探討，上傳平臺出圖后至?xí)徑坏灼陂g再次查缺補(bǔ)漏，將圖紙中問題消滅在施工前；最后做好工地服務(wù)問題臺賬，工地服務(wù)過程中針對由于圖紙質(zhì)量引起施工停頓、返工等問題認(rèn)真分析并采取有效措施避免再次發(fā)生。

2.3 有效做好建筑基礎(chǔ)選型工作

為了全面提高建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計工作的科學(xué)性與合理性，設(shè)計工作人員需要根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)類型特點和使用要求，地基條件的復(fù)雜程度，考慮場地周邊環(huán)境和場地穩(wěn)定性、地下水情況、地震對地基的影響、施工技術(shù)等因素，對多種地基處理和基礎(chǔ)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對比，得出最安全經(jīng)濟(jì)合理的地基基礎(chǔ)方案。

地基基礎(chǔ)是保證上部結(jié)構(gòu)安全的基石，在地基基礎(chǔ)選型過程中，應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特點分析地基基礎(chǔ)設(shè)計關(guān)鍵性控制點——變形，以保證建筑物基礎(chǔ)的安全。若框架結(jié)構(gòu)由于整體剛度較小，地基變形一般呈內(nèi)大外小特點，應(yīng)控制相鄰柱基的沉降差和建筑物的整體傾斜；剪力墻結(jié)構(gòu)由于上部結(jié)構(gòu)整體剛度較大，可使荷載均布傳至地基，應(yīng)控制總沉降量、整體傾斜；砌體結(jié)構(gòu)由于整體剛度較好且荷載較小，應(yīng)控制整體傾斜和局部傾斜。對比不同方案時，在滿足承載力情況下，應(yīng)重視建筑物變形協(xié)調(diào)，單個建筑結(jié)構(gòu)需要有效考慮到主體結(jié)構(gòu)的構(gòu)成形式，同時建筑荷載以及地層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的分布條件之間需要形成相互作用。通過調(diào)整地基基礎(chǔ)的剛性程度，可以有效保證建筑體的基礎(chǔ)成交量均勻穩(wěn)定，避免出現(xiàn)局部沉降量過大影響到整個建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。單個建筑物應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)形式、荷載和地層分布以及相互作用效應(yīng)，通過地基基礎(chǔ)變剛度調(diào)平，使建筑物沉降趨于均勻，降低基礎(chǔ)內(nèi)力；主樓附帶裙樓建筑物變形協(xié)調(diào)通過減小主樓沉降量、減小裙樓地基剛度、設(shè)置沉降后澆帶以及先施工主樓后施工裙樓等措施解決。比如，黃土地區(qū)當(dāng)僅消除濕陷性時可選土擠密樁，而消除濕陷性和提高地基承載力較大時可選灰土擠密樁，不能直接選擇使用灰土擠密樁來進(jìn)行加固處理。在復(fù)合地基的墊層部分，需要有效調(diào)整樁基土壤的應(yīng)力比參數(shù)大小，需要有效控制樁體自身的集中受力程度，要保證樁體相互之間的承載能力得到最大程度上的發(fā)揮，使地基基礎(chǔ)變形協(xié)調(diào)均勻，不可隨意取消褥墊層；地下水位較高的純地下室結(jié)構(gòu)，不僅應(yīng)考慮整體抗浮穩(wěn)定性，還應(yīng)該考慮底板由于浮力產(chǎn)生的附加內(nèi)力等局部抗浮穩(wěn)定性，且水浮力跟底板壓力水頭大小有關(guān)，計算失誤可能出現(xiàn)底板開裂隆起等破壞。

整體而言，建筑結(jié)構(gòu)地基選型工作過程中需要有效考慮到地下水環(huán)境、土壤條件、場地環(huán)境以及后續(xù)工程施工技術(shù)等各方面因素所產(chǎn)生的影響，要有效保證整個建筑基礎(chǔ)選型工作的合理性。對于建筑基礎(chǔ)選型工作而言，受到整個工程項目的造價、地基施工難度等多方面因素的影響，在實際選型工作當(dāng)中需要從多個不同角度和多層次進(jìn)行分析和考慮，有效保證建筑基礎(chǔ)選型工作科學(xué)合理，保證建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性[5]。

3 結(jié)語

綜上所述，在建筑工程項目設(shè)計工作過程中，相關(guān)設(shè)計工作人員需要對建筑地基設(shè)計工作加以充分重視，需要有效保證建筑地基設(shè)計工作的科學(xué)性與合理性，如果建筑地基設(shè)計工作不合理不但會影響到整個工程進(jìn)度，同時在工程造價方面也會受到影響。因此，相關(guān)設(shè)計工作人員需要對建筑工程基礎(chǔ)巖土性質(zhì)，以及建筑主體結(jié)構(gòu)的構(gòu)成特點進(jìn)行全面分析，并且結(jié)合經(jīng)濟(jì)性要素，確認(rèn)建筑工程的最終地基設(shè)計工作方案，要保證建筑地基設(shè)計工作滿足建筑系的承載能力要求，同時最大限度提高工程單位的后續(xù)施工效率以及經(jīng)濟(jì)效益，推動我國建筑事業(yè)不斷朝著更高目標(biāo)和方向上發(fā)展。