淺談建筑結構設計適應地基變形的措施

徐書焱

【摘要】結合筆者實踐工作經驗，本文首先闡述了地基變形及地基處理的一般方法，論述了建筑結構設計適應地基變形的措施，旨在促進建筑結構設計適應地基變形，以供參考。

【關鍵詞】建筑結構設計； 軟土地基；地基變形；

對于建筑工程的工程地質條件、地基基礎條件、工程對軟土地基的特殊要求，要具體情況具體分析，確定出合適的地基處理方法。關鍵是將建筑物的上部結構、基礎與地基視作一個共同作用的整體，通過采用合適的建筑結構形式、采取建筑處理、結構處理等措施，使建筑結構能夠適應地基變形，從而使得結構設計與施工更加經濟、合理、科學。

一.地基變形及地基處理的一般方法

在對施工方案的篩選和優化中，不容忽略的是，建筑結構主動適應軟弱地基變形，使建筑物安全可靠且經濟合理，應在設計中考慮首要因素和施工中采取措施的首要選擇。

地基處理目的就是要提高軟弱土的強度，保證地基穩定，降低其壓縮性，減少地基沉降或不均勻沉降即地基變形。減少地基變形的地基基礎措施，可從5個方面考慮；（1）掌握土層分布情況；（2）妥善處理不良地質現象；（3）減少附加應力；（4）充分挖掘地基潛力；（5）采用合適的基礎方案。

地基變形是造成建筑物裂縫損壞、傾斜和事故的重要原因，由于增加了上部荷載，地基承載力和可能產生的沉降變形值是關鍵問題。地基變形特征有沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜。要改良軟弱地基土的工程特性，一般的常用處理方法較多，大體可分三類：（1）采用挖除軟弱地基，如置換法。（2）人工增大土的密度如強夯法、碾壓、振動法等。（3）減少孔隙水壓力加速固結如排水法、擠密法等。

二、建筑結構設計適應地基變形的措施

1、采用合適的結構形式.當上部結構和基礎的整體剛度及強度不能適應地基變形時，上部結構就遭致裂損。在其他條件相同的情況下，上部結構連同基礎的整體剛度愈大，建筑物的差異沉降就愈小，但在上部結構和基礎中產生的附加彎矩就愈大，所以當上部結構柔性大時，基礎不宜有相當大的剛度。水池、油罐常采用柔性底板，目的就是使之能適應大量的不均勻沉降。選擇結構形式時，對于由地基變形引起的結構物的整體或局部穩定問題必須引起重視。

2、結構處理.（以磚混結構為例）（1）磚承重結構的縱橫墻布置對整體剛度有很大的影響，對調整不均勻沉降起重要作用，要求縱墻貫通，橫墻密布，猶如空腹多肋深梁，剛度甚大。（2）有時預估到建筑物不均勻沉降較大時，也可在局部墻體內配置鋼筋，以加強砌體強度。（3）磚承重結構在墻體內設置鋼筋混凝土圈梁，或鋼筋磚圈梁，是加強建筑物剛強度的重要措施，同時為滿足抗震要求，應層層設置，多層建筑物在基礎和頂層處均應設置。圈梁在平面內必須呈封閉系統。（4）磚承重結構中采用較高大的條形基礎，能收到一定的效果。（5）磚承重結構的開孔或開窗不能過大，以防止墻體的剛度和強度受到削弱，當必須開較大的孔洞時可采用鋼筋混凝土邊框加強。6）當建筑物受到鄰近建筑或地面荷載的影響而產生附加變形時，有時適當加強其強度，以抵抗所產生的附加應力，也是一種措施。

3、建筑處理措施

（1）必要時設置沉降縫。當建筑物各單元的高度和荷載相差懸殊，或平面形狀較復雜，又不能將各單元分開適當距離；或地基土不均勻，可能產生較大的沉降；或當建筑物分期建造時，則各單元連接處可考慮設置沉降縫。設置沉降縫時需注意以下各點：1）沉降縫需有足夠的寬度，縫中不可填塞，使各單元可以自由移動，否則會引起相互頂住擠壓，損壞結構。沉降縫的寬度一般為：二三層時，5cm～8cm；四五層時，8crn～12cm；五層以上，不小于12gin，當地基有顯著不均勻時，應適當加寬。2）沉降縫須從建筑物頂部開始斷開，直到基礎底部，利用伸縮縫是不可取的。3）沉降縫不能消除地基中的應力重疊，故在條件許可時將建筑物劃分為幾個單元為妥，各單元間相隔一定距離并可先造臨時性通道，待沉降基本穩定后，再建造永久性建筑；如必須同時建造永久性建筑，則可插入具有足夠剛強度的結構；或采用簡單結構過渡，但沉降縫必須處理得當，否則也不能生效。

（2）建筑物的平面布置不宜復雜。由于軟土地基變形的特點，建筑物的平面布置不宜復雜，同一建筑物的各組成部分的高度和荷載不宜有過大的差別。因為采用H，Y，L，山等形狀，在轉角交接處或層差的相鄰處往往出現裂縫損壞。

（3）要考慮相鄰基礎的影響。在已建成的建筑物旁建造新的建筑物，后者使前者產生附加沉降，其速率較大，曲率半徑較小而彎曲方向相反，往往容易使前者發生裂損；當同一建筑物的鄰接部分或相鄰兩建筑物同時建造時，由于相互影響而增加沉降，其曲率半徑較大，加上建筑材料在施工初期的蠕變性質往往較能適應不均勻沉降，故損壞情況比不同時間建造的相鄰建筑物輕些。

（4）在建筑和構造上留有調整或沉降余地.a.當預估建筑物或構筑物沉降過多而有礙使用或美觀，或采用天然地基在技術和經濟上優越但沉降量較大時，可有意將標高適當提高。b.當有管道與建筑物相擅時，建筑物的過大沉降將使管道斷裂，可在穿墻孔洞上方留有余地。外接管道若有支架，可將支架標高適當降低，支架與管道暫以墊片墊之，隨著建筑物下沉逐步抽出，凋整標高，直到建筑物的沉降基本結束，再將管道和支架的聯系固定。也可采用特制的活絡接頭，允許相對位移和轉動，目前有些油罐和氣柜的接出管就采用了這種接頭，以適應較大的地基形。c.油罐一類的構筑物，除沉降較大外，常發生較大的傾斜。為了對付這種變形，可預先在四周埋設千斤頂，或設計預留安放千頂的位置，必要時用千斤頂校正傾斜。有時如沒有考慮這種措施，也可在沉降小的一邊外側地坪上，離開一定距離，沿圓周切線方向開槽，迫使地基土被擠出而下沉，可收到一定的效果。

4、房屋相鄰部分不同施工進度的影響.當同一建筑物由高差較多或重量差異較大的相鄰部分組成時，一般應先建重的和高的部分，間隔相當時間后，再建造輕的和低的部分，以減少相鄰基礎的影響。

5、防止動、活荷載引起地基的不均勻沉降.在軟土地基上的建筑物和構筑物，當承受的活荷載較大，加荷速率過快，反復作用頻繁時，常常產生過大的不均勻沉降，故要特別予以重視。如重級制吊車反復作用的動荷載，使基礎的沉降比靜荷載作用時有顯著增加，并由于外力的偏心作用，基礎傾斜往往較大，可考慮采用樁基等措施。對于某些堆載較重，堆積面積較大的倉庫或廠房，須重視使用中的措施。1）控制荷載分布，要求有計劃地均勻堆物，并防止在基礎上堆放；2）控制加載速率，如料倉與儲油罐地基，活荷載應有控制地增加，對減少沉降和不均勻沉降起到一定作用；3）當均勻堆放的大面積地面堆載超過40MPa，可考慮采用樁基礎。

結束語

綜上所述，軟土地基處理方法中，要注意每種方法都有其適用范圍、局限性和優缺點。在軟土地區，應該采取各種有效的措施，控制地基不均勻沉降，在選擇地基施工方法時，應該首先考慮使建筑結構適應地基變形，可采取合適的結構形式、結構處理、建筑處理等措施，減少地基不均勻沉降，實現建筑結構、地基一體，使得結構設計與施工更加經濟、合理、科學。

參考文獻：

[1]黃紹銘，高大釗.軟土地基與地下工程[M].北京：中國建筑工業出版社.2005.25—27.

[2]孫雛東.土力學與地基基礎[M].北京：機械工業出版社，2004.49—51.

[3]韓海云淺談地基變形及處治方法[J] 中國房地產業·下半月 2013年07期