地基與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

胡甜甜

(湖北中江建筑設(shè)計院有限公司 湖北省武漢市 430070)

地基與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

胡甜甜

(湖北中江建筑設(shè)計院有限公司 湖北省武漢市 430070)

地基基礎(chǔ)的設(shè)計對于建筑物的安全和造價控制特別是對于高層建筑起著舉足輕重的作用。作為巖土工程學(xué)科的一個方面，涉及的范圍相當廣泛。為了讓建筑設(shè)計和施工人員更好地了解和認識地基與基礎(chǔ)在設(shè)計和施工過程中的作用以及重要性。

地基與基礎(chǔ)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；原則

引言

在建筑施工過程中，將建筑物和土壤直接接觸的部分叫做基礎(chǔ)，將直接用來支承建筑重量的土層稱為地基。基礎(chǔ)是用來連接建筑上部分結(jié)構(gòu)（如房屋墻、柱，橋梁墩、臺）與地基間過度的結(jié)構(gòu)，起到承上啟下的作用。基礎(chǔ)將建筑物豎向傳來的荷載傳遞給地基。地基基礎(chǔ)設(shè)計就是將上部結(jié)構(gòu)荷載通過基礎(chǔ)的二次傳力，將大部分荷載傳給其正下方的地基，用變剛度調(diào)平等方法來改變地基剛度和承載力使結(jié)構(gòu)各部分的沉降和地基反力趨于均勻。

1.地基與基礎(chǔ)設(shè)計基本原則

為保證設(shè)計的基礎(chǔ)及地基的安全，經(jīng)濟可行，基礎(chǔ)工程設(shè)計計算的原則有： 1）基礎(chǔ)底面的壓力小于地基承載力容許值。2）地基及基礎(chǔ)的變形值小于建筑物要求的沉降值。3）地基及基礎(chǔ)的剛度與整體穩(wěn)定性有足夠保證。4）基礎(chǔ)本身的強度耐久性滿足要求。

地基與基礎(chǔ)的設(shè)計原則上同一個結(jié)構(gòu)的單元，應(yīng)設(shè)在承載能力與和變形能力基本一致的土層上，不應(yīng)設(shè)在承載能力與變形能力不同的土層上。同一個建筑的結(jié)構(gòu)單元，通常宜用同一形式的地基，不應(yīng)采用類型不同的地基。同一個結(jié)構(gòu)單元，應(yīng)用同一類型基礎(chǔ)，不可采用不同的基礎(chǔ)。

在軟弱的地基及嚴重不均的土層上，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，提高基礎(chǔ)整體性能與豎向的剛度。采用天然地基最佳，若地基差，可通過在經(jīng)濟上的比較，若天然地基的造價高時，可以采用樁基或者其他的人工基礎(chǔ)。

2.地基的處理方法

利用軟弱土層作為持力層時，可按下列規(guī)定執(zhí)行：1）淤泥和淤泥質(zhì)土，宜利用其上覆較好土層作為持力層，當上覆土層較薄，應(yīng)采取避免施工時對淤泥和淤泥質(zhì)土擾動的措施；2）沖填土、建筑垃圾和性能穩(wěn)定的工業(yè)廢料，當均勻性和密實度較好時，均可利用作為持力層；3）對于有機質(zhì)含量較多的生活垃圾和對基礎(chǔ)有侵蝕性的工業(yè)廢料等雜填土，未經(jīng)處理不宜作為持力層。局部軟弱土層以及暗塘、暗溝等，可采用基礎(chǔ)梁、換土、樁基或其他方法處理。在選擇地基處理方法時，應(yīng)綜合考慮場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、建筑物對地基要求、建筑結(jié)構(gòu)類型和基礎(chǔ)型式、周圍環(huán)境條件、材料供應(yīng)情況、施工條件等因素，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟指標比較分析后擇優(yōu)采用。

地基處理設(shè)計時，應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)和地基的共同作用，必要時應(yīng)采取有效措施，加強上部結(jié)構(gòu)的剛度和強度，以增加建筑物對地基不均勻變形的適應(yīng)能力。對已選定的地基處理方法，宜按建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計等級，選擇代表性場地進行相應(yīng)的現(xiàn)場試驗，并進行必要的測試，以檢驗設(shè)計參數(shù)和加固效果，同時為施工質(zhì)量檢驗提供相關(guān)依據(jù)。

經(jīng)處理后的地基，當按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深而需要對地基承載力特征值進行修正時，基礎(chǔ)寬度的地基承載力修正系數(shù)取零，基礎(chǔ)埋深的地基承載力修正系數(shù)取1.0；在受力范圍內(nèi)仍存在軟弱下臥層時，應(yīng)驗算軟弱下臥層的地基承載力。對受較大水平荷載或建造在斜坡上的建筑物或構(gòu)筑物，以及鋼油罐、堆料場等，地基處理后應(yīng)進行地基穩(wěn)定性計算。結(jié)構(gòu)工程師需根據(jù)有關(guān)規(guī)范分別提供用于地基承載力驗算和地基變形驗算的荷載值；根據(jù)建筑物荷載差異大小、建筑物之間的聯(lián)系方法、施工順序等，按有關(guān)規(guī)范和地區(qū)經(jīng)驗對地基變形允許值合理提出設(shè)計要求。地基處理后，建筑物的地基變形應(yīng)滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的要求，并在施工期間進行沉降觀測，必要時尚應(yīng)在使用期間繼續(xù)觀測，用以評價地基加固效果和作為使用維護依據(jù)。復(fù)合地基設(shè)計應(yīng)滿足建筑物承載力和變形要求。地基土為欠固結(jié)土、膨脹土、濕陷性黃土、可液化土等特殊土?xí)r，設(shè)計要綜合考慮土體的特殊性質(zhì)，選用適當?shù)脑鰪婓w和施工工藝。復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定，或采用增強體的載荷試驗結(jié)果和其周邊土的承載力特征值結(jié)合經(jīng)驗確定。

3.常見的幾種結(jié)構(gòu)體系建筑物的地基基礎(chǔ)應(yīng)用

3.1 砌體結(jié)構(gòu)建筑六層或六層以下的多層民用建筑和磚墻承重的輕型廠房可采用砌體條形基礎(chǔ)（毛石或磚）；地下水位較低且具有施工經(jīng)驗石，可采用剛性灰土基礎(chǔ)；地下水位較高或冬季施工時，宜采用鋼筋混凝土擴展基礎(chǔ)；在軟弱地基上，多層建筑可設(shè)置筏形或淺埋板式基礎(chǔ)。

3.2 框架結(jié)構(gòu)建筑

1）如沒有地下室、地基又較好、荷載且不大的時候，可以選用混凝土獨立基礎(chǔ)，柱基間可以按照相關(guān)的要求，考慮有無必要設(shè)置基礎(chǔ)系梁。

2）有地下室并且對防水有要求時，若地基較好，可以用混凝土獨立基礎(chǔ)并加防水板的方法。防水板下部應(yīng)鋪設(shè)有一定厚度的易壓縮性能的材料，來減少柱基沉降的影響。

3）有地下室并且對防水有要求時，若地基較差，可以用有梁或者無梁的筏形基礎(chǔ)。

4）有地下室的獨柱基礎(chǔ)，從基礎(chǔ)底面至地下室地面距離不應(yīng)小于1米，對防水要求過高的地下室，應(yīng)在防水板的下部鋪設(shè)延性好的防水材料，或在防水板上部設(shè)置架空層。

3.3 框剪結(jié)構(gòu)建筑

1）如無地下室，地基條件較好且承載較均勻時，可選用單獨柱基加基礎(chǔ)系梁。如地基較差或荷載較大時，為加強基礎(chǔ)整體性和增加基礎(chǔ)底面積，可選用鋼筋混凝土十字交叉條形基礎(chǔ)，當條形基礎(chǔ)不能滿足地基承載力或變形要求時，可選用鋼筋混凝土筏形基礎(chǔ)。

2）有地下室，而沒有防水的要求時，可以用獨立柱基或者十字交叉基礎(chǔ)。與此同時，要驗算地下室外墻承載力。在有防水的要求時，若地基很好，可以用獨立柱基或者條形基礎(chǔ)另外加上防水板的方法，這時需要注意基礎(chǔ)的沉降量對于防水板不利的影響并采取相應(yīng)的措施（例如框架結(jié)構(gòu)的建筑）。若地基過差或者條形基礎(chǔ)不夠滿足地基承載能力及變形性能的要求時，可以用鋼筋混凝土筏形基礎(chǔ)或者箱形基礎(chǔ)。

3.4 剪力墻結(jié)構(gòu)建筑

無地下室或有地下室但無防水要求時，如地基較好，宜優(yōu)先選用交叉條形基礎(chǔ)。有防水要求時，可選用箱形基礎(chǔ)或筏形基礎(chǔ)。當基礎(chǔ)埋置深度不小于3m時，如原無地下室，應(yīng)建議甲方增設(shè)地下室，或與勘察單位研究改用樁基礎(chǔ)的可能性和經(jīng)濟性，同時也研究設(shè)置架空層的可能性與經(jīng)濟性。若地基的土質(zhì)差，采用上面的各類基礎(chǔ)無法滿足建筑設(shè)計的要求，或者經(jīng)過基礎(chǔ)經(jīng)濟上的比較，天然地基的造價較高時，可以用樁基礎(chǔ)或者其他的人工基礎(chǔ)。高層建筑地下室，若需做成停車場或機房等對空間的要求較大時，也可以不設(shè)計為箱形基礎(chǔ)，可優(yōu)先采用筏形基礎(chǔ)。

4.結(jié)語

基礎(chǔ)把建筑物豎向體系傳來的荷載傳給地基，豎向結(jié)構(gòu)體系將荷載集中于柱呈點狀分布如框架結(jié)構(gòu)，或?qū)⒑奢d集中于墻呈線形分布如多層住宅，或呈點狀分布同時又具有線形分布的荷載如高層住宅。建筑物的地基與基礎(chǔ)設(shè)計要按照建筑工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、建筑外形和功能的要求、荷載的大小與分布情況、相鄰建筑物基礎(chǔ)情況、施工條件及材料供應(yīng)、地區(qū)的抗震烈度等因素綜合考慮，選擇經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)形式尤為重要。

[1]余蓉.地基基礎(chǔ)形式的變化對鄰近基坑性狀影響的研究[D].太原理工大學(xué)，2013.

[2]楊舟海.現(xiàn)代房屋建筑地基基礎(chǔ)工程施工技術(shù)[J].價值工程，2012，22：108-109.

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1007-6344（2016）07-0071-01