建筑地基勘察與地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化的探討

蔡大慶

（廣東天能電力設(shè)計有限公司　廣東　佛山　528100）

建筑地基勘察與地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化的探討

蔡大慶

（廣東天能電力設(shè)計有限公司廣東佛山528100）

隨著我國城市化水平不斷提高，城市中人口數(shù)量急劇增加，為了更為充分地利用現(xiàn)有的土地資源，城市建筑開始向高大建筑發(fā)展，這也對建筑地基勘察及地基基礎(chǔ)設(shè)計提出了更高的要求。有關(guān)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，隨著建筑物高度不斷增大，其基礎(chǔ)造價所占整個工程造價的比重也越來越大，有些高層建筑物基礎(chǔ)的造價已占到甚至超過整個工程造價的。因此，建筑地基勘察及地基基礎(chǔ)設(shè)計不僅影響到工程的安全性能及正常使用性能，在降低工程造價方面也有非常大的影響。本文通過分析了地基勘察工作中有關(guān)問題的完善措施及地基基礎(chǔ)設(shè)計的優(yōu)化措施，以達(dá)到土地資源的充分利用。

地基勘察；基礎(chǔ)設(shè)計；優(yōu)化

引言

隨著城市建筑規(guī)模在不斷增大，建筑工程地質(zhì)勘查的重要性日益凸顯。但是現(xiàn)階段，地基勘察過程仍存在一些不足，所勘測到的地基設(shè)計參數(shù)仍存在不合理現(xiàn)象，這就從根本上影響了地基基礎(chǔ)設(shè)計工作。同時，現(xiàn)行的地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中也存在有待商榷的地方，這些都從一定程度上限制了建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計達(dá)到最優(yōu)化效果，針對這些問題，筆者結(jié)合自己多年的地基勘察及地基基礎(chǔ)設(shè)計經(jīng)驗進行了詳細(xì)分析闡述，在此基礎(chǔ)上提出了合理的地基勘察與地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化方案。

1　建筑工程地質(zhì)勘察概述

1.1工程地質(zhì)勘察工作的任務(wù)

首先，需要對帶有地形和坐標(biāo)的建筑平面結(jié)構(gòu)圖進行繪制。每個建筑物都有屬于自己的結(jié)構(gòu)與功能特點，可能在建筑物的尺寸大小、基礎(chǔ)類型以及埋深值等方面存在不同的要求。同時，還要對不良地質(zhì)的原因、類型以及不良地質(zhì)的發(fā)展趨勢進行深入細(xì)致的分析，并提出需要改進的技術(shù)參數(shù)，將建筑物區(qū)域范圍內(nèi)巖層的厚度、形式以及結(jié)構(gòu)查清楚，將建筑地基承載能力和穩(wěn)定性的計算工作做好。此外，還要在地震設(shè)防范圍內(nèi)，將場地土類型與場地類別劃分工作做好，強化地基地震效應(yīng)評價。

1.2工程地質(zhì)勘察工作的要求

在建筑工程地基處理過程中，應(yīng)該將地下水埋深條件等情況查清楚，在設(shè)計基坑降水的時候，應(yīng)該將水位變化的規(guī)律與實際幅度查清楚，并對地層的滲透性進行分析。在建筑工程施工過程中，應(yīng)該對土層狀況可能會對建筑物地下水帶來的腐蝕性后果進行相應(yīng)的判斷，對建筑物地下水的埋藏深度、特點以及水的動態(tài)等情況進行詳細(xì)的了解，進而對施工過程中對地基土層情況的判斷進行判定，變化發(fā)生以后整個建筑工程都會面臨重要的安全威脅，這時應(yīng)該通過相應(yīng)的科學(xué)措施進行解決。

2　地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化

增強有關(guān)部門對地基勘察工作的監(jiān)管力度，督促地基勘工作按照有關(guān)勘察規(guī)范進行；加大對違法發(fā)包單位及承包單位的處罰力度，對盲目壓低地基勘察費用的建設(shè)單位采取嚴(yán)厲處罰措施，提高他們對地基勘察工作的重視程度。鼓勵地基勘察工作與地基基礎(chǔ)設(shè)計工作之間的有機融合，通過培訓(xùn)等手段促進勘察技術(shù)人員與設(shè)計人員之間的技術(shù)交流。由于條件限制，有關(guān)地基基礎(chǔ)設(shè)計的具體工作可以分別開展，但應(yīng)秉承一致的技術(shù)路線以及工程經(jīng)濟思想脈絡(luò)。

2.1地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化的必要性

地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化在降低工程造價及最大程度利用地基承載能力方面都是非常有必要的，在對地基基礎(chǔ)設(shè)計方案進行綜合分析的基礎(chǔ)上對原有方案進行的優(yōu)化，有利于實現(xiàn)地基與基礎(chǔ)配置達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，可以有效地發(fā)揮天然地基的承載能力。地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化應(yīng)力求從工程技術(shù)、工程工期、工程質(zhì)量、工程造價等多個方面進行全面具體地分析，應(yīng)對擬定的多個方案進行充分比選、綜合權(quán)衡，確定質(zhì)量優(yōu)、效益好的最佳方案，這些方面都有利于建筑工程經(jīng)濟價值及社會價值的實現(xiàn)。

2.2地基與基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化的理論分析

目前，現(xiàn)行的地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范仍存在很多不能統(tǒng)一的地方，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范與建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范以及建筑地基處理技術(shù)規(guī)范中對地基承載力的提法各有所見，沒有達(dá)成統(tǒng)一，這樣很容易引起設(shè)計人員的誤解。筆者認(rèn)為針對以上問題應(yīng)采用以下優(yōu)化設(shè)計方法：當(dāng)進行地基與基礎(chǔ)設(shè)計工作時，首先應(yīng)從地基承載力及地基變形兩個方面開展設(shè)計工作，應(yīng)明確各自的控制條件，達(dá)到以上兩個方面的要求后便可從根本上保證地基基礎(chǔ)的安全性及適用性能，然后，在滿足強度及變形的基礎(chǔ)上結(jié)合地基基礎(chǔ)建設(shè)投資、施工工期、工藝選取等多個方面，對地基基礎(chǔ)設(shè)計進行優(yōu)化，以達(dá)到最優(yōu)的使用效果和經(jīng)濟效果。

（1）地基土強度控制條件。有關(guān)地基承載能力應(yīng)明確其標(biāo)準(zhǔn)值及設(shè)計值的正確選用，通常我們在勘察報告用到的地基土承載力為承載力標(biāo)準(zhǔn)值，而這一數(shù)值不能直接應(yīng)用到地基基礎(chǔ)設(shè)計工作中，設(shè)計過程應(yīng)將承載力標(biāo)準(zhǔn)值修正為地基承載力設(shè)計值，即為設(shè)計時強度最大值控制指標(biāo)。

（2）地基變形控制條件。地基變形控制條件應(yīng)滿足一定條件，其中，由建筑物上部結(jié)構(gòu)及建筑物的具體使用要求等確定；是由地基土的壓縮模量、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)剛度、上部荷載等共同確定的。

2.3地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化的原則

地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化應(yīng)對優(yōu)化設(shè)計方案進行綜合分析比對，并對其進行充分論證，其遵循的原則主要有以下幾點：①地基基礎(chǔ)設(shè)計所選用的施工技術(shù)應(yīng)具有一定的先進性，應(yīng)注重技術(shù)創(chuàng)新，地基基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)滿足工程安全可靠的要求；②地基基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)充分考慮施工工期，也即設(shè)計方案應(yīng)具有一定的可行性；③設(shè)計方案應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場施工設(shè)備進行綜合考慮，不應(yīng)采取現(xiàn)場設(shè)備無法滿足的設(shè)計方案；④設(shè)計方案應(yīng)注重施工過程中對周邊環(huán)境的保護。

3　工程實例

3.1工程概況

本工程位河區(qū)的三角洲，北臨市標(biāo)志性建筑，西臨江大堤，東連隧道。本工程由一棟寫字樓、一棟酒店和商業(yè)組成，均設(shè)3層地下室，±0.00均為絕對標(biāo)高33.00m。其中寫字樓地上45層，建筑高度206m，型鋼混凝土框架鋼筋混凝土筒體結(jié)構(gòu)，基底標(biāo)高-16.30～-21.80m，基底平均壓力pk為800kPa；地上24層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基底標(biāo)高-14.20～-16.20m，基底平均壓力pk為600kPa；商業(yè)地上6層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基底標(biāo)高-14.00m，基底平均壓力pk為250kPa，均采用筏板基礎(chǔ)（如圖1所示）。

3.2地基基礎(chǔ)工程問題分析

寫字樓在不考慮核心筒基礎(chǔ)底板范圍外擴影響情況下，基底壓力高達(dá)2718.6kPa（已考慮底板自重，未考慮地下水浮力）。①需要考慮控制總沉降量；②由圖2可見，核心筒基礎(chǔ)底板底標(biāo)高存在高差，為控制裂縫寬度，兩者間差異沉降需嚴(yán)格控制；③寫字樓與酒店由商業(yè)建筑直接連接，三者形成大底盤建筑，其之間的差異沉降亦須控制，而純地下車庫區(qū)域抗浮措施采用抗浮錨桿方案，加劇了該差異沉降的不利程度。

同時，地塊所處區(qū)域的西側(cè)為江岸，因此深基坑安全至關(guān)重要，而地基基礎(chǔ)方案及其施工工期則成為了重中之重的問題，需要針對軟巖地基工程特性進行深入評價分析，并考量天然地基方案的可靠性。

鑒于本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計的需要，為進一步確定地基土的力學(xué)性狀，首先對軟巖地基承載力的判別方法進行梳理，在此基礎(chǔ)上確定進一步補勘方案。目前，軟巖地基評價及地基設(shè)計計算的方法主要有：查表法、巖樣飽和單軸抗壓強度試驗和原位試驗法，其中原位試驗法又包括現(xiàn)場靜載荷試驗法和旁壓試驗法，另還有一些輔助方法，比如巖石質(zhì)量指標(biāo)法和彈性波測試法等。根據(jù)本工程特點，選取淺層平板載荷試驗和旁壓試驗作為軟巖地基工程評價的方法和依據(jù)，以此解決軟巖地基承載能力和變形參數(shù)的問題，在此基礎(chǔ)上進行沉降計算與變形分析，以確定天然地基方案下最大沉降值及差異沉降能否滿足建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的要求，最終確定天然地基方案的可行性。

圖1　效果圖

圖2　寫字樓基礎(chǔ)平面示意圖

3.3方案選定

根據(jù)試驗成果及沉降計算結(jié)果，基礎(chǔ)設(shè)計結(jié)合了地基與結(jié)構(gòu)的相互作用分析結(jié)果，超高層寫字樓采用了變厚度平板式筏板基礎(chǔ)，核心筒區(qū)域筏板較厚，核心筒外筏板減薄，柱下設(shè)置柱墩以滿足設(shè)計要求；酒店及商業(yè)的地下采用了梁板式筏板基礎(chǔ)。基礎(chǔ)配筋設(shè)計也根據(jù)協(xié)同計算的沉降及內(nèi)力分析結(jié)果進行了復(fù)核。本工程基礎(chǔ)底板不設(shè)永久性沉降縫，為保證工程安全，同時因本工程基坑工程采用止水方案，不存在對降水工期的限制，為沉降后澆帶的留置創(chuàng)造了有利條件，故在主樓周邊設(shè)置了沉降后澆帶。沉降后澆帶封閉時間要求：沉降后澆帶應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)封頂之后，根據(jù)沉降觀測成果，并經(jīng)設(shè)計、勘察等相關(guān)單位協(xié)商同意后再進行封閉。施工期間應(yīng)采取有效措施保護留縫不受污染，澆搗前應(yīng)清洗干凈，用強度等級高一等級的微膨混凝土將后澆帶封閉。

4　結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段在城市規(guī)劃以及工業(yè)建筑工基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中，工程地質(zhì)勘察工作存在著十分廣泛的應(yīng)用，進行全面的、科學(xué)的地質(zhì)勘察工作是對場地基礎(chǔ)條件進行掌握的一項基礎(chǔ)條件。通過全面的地質(zhì)勘察工作可以對各種可能存在的不良地質(zhì)情況進行充分的了解，并在此基礎(chǔ)上使建筑物的質(zhì)量與使用壽命得到有效的提高。所以，在施工之前應(yīng)該將地質(zhì)勘察工作做好，從而更好地為施工質(zhì)量以及工程效益的提高提供有效的保證。

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TU473

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1673-0038（2015）32-0078-02

2015-7-26