建筑工程常用的地基基礎與樁基礎設計

王炳監(jiān)

（鹽城市建筑設計研究院有限公司，江蘇 鹽城 224007）

隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展，建筑工程的設計水平得到了極大的提高。而在整個工程中，樁基基礎的設計更是重中之重，它直接影響到整個工程的安全和質(zhì)量，所以要充分考慮地基和樁的設計。地基基礎是一種隱秘的工程，在進行設計時，必須經(jīng)過現(xiàn)場的調(diào)查和綜合考慮，并與施工相關的各種參數(shù)進行相應的計算，并據(jù)此進行樁基的設計。但在實際施工中，由于受到設計者和其他因素的影響，致使地基基礎和樁基的設計中出現(xiàn)了許多問題，這些問題給施工帶來了一定的影響，不僅會增加項目的整體造價，還會對項目的安全造成威脅。所以，必須對影響地基、樁的設計要素進行分析，并針對這些問題提出解決辦法，以保證工程質(zhì)量，既能滿足人們的建筑需要，又能推動建筑業(yè)的健康發(fā)展。

1 建筑工程地基基礎和樁基基礎的地位

在建設項目中，地基是最基本的，地基的施工質(zhì)量的好壞直接關系到工程的整體穩(wěn)定，因此，有關施工部門必須對地基基礎和樁基基礎進行有效處理。在建筑結(jié)構(gòu)中，基礎的功能是承載整體的重量，尤其是高層建筑，其本身的承載力比較大，在后續(xù)的施工中，如果不能將力分散開來，很可能造成建筑物的傾斜，甚至坍塌。所以在對高層建筑施工的過程中要加強對地基的管理，這樣才能為后續(xù)的施工奠定堅實的基礎。在工程實踐中，工程地基可以分為兩類：人造地基和天然地基。人工基礎施工成本高，施工周期長。自然基礎主要是指有巖性的地區(qū)，在工程中不需要進行加固，巖體的強度基本能夠滿足工程設計的需要。但因場地較少，有時需要人工進行地基處理。在施工方面，樁基礎的作用也很大，必須在工程區(qū)域內(nèi)尋找合適的樁位。將適當比例的混合料填入樁孔，對地基進行加固。在樁基結(jié)構(gòu)中，以承臺和樁基為主體，在固定成樁結(jié)構(gòu)中，常用的是地基樁基結(jié)構(gòu)，以保證承臺體的穩(wěn)定性，提高成樁質(zhì)量。在施工場地進行樁基的施工，可以使土壤結(jié)構(gòu)得到最優(yōu)的處理，使其達到設計強度的要求，進而改善建筑物的整體性能。目前，我國的國土空間日益縮小，建設項目的高度也在逐步提高，許多建設項目都是在復雜的環(huán)境下進行的，這就給施工工藝和質(zhì)量管理帶來了極大的挑戰(zhàn)。在工程實踐中，采用樁基基礎可有效改善地基的工作環(huán)境，滿足工程建設的需要，例如在軟弱地基上采用樁基礎，能顯著改善基礎的強度，有利于施工的順利進行。

2 建筑物樁基礎設計的主要工作內(nèi)容

在建筑項目的施工現(xiàn)場地質(zhì)條件比較惡劣時，施工單位大都會選擇樁基礎。在進行樁基設計時，應注意以下兩個方面：一是樁基類型的選取，二是樁基的長度。第二個問題是計算單樁的垂直承載力。看其承載力是否可以支撐上部的結(jié)構(gòu)，而且在建筑物將要發(fā)生傾覆的時候，是否可以進行抵抗。

2.1 樁基礎的核心參數(shù)

對樁基進行科學、合理的設計是保證工程生命周期工作的一個重要先決條件。首先，設計者要對施工環(huán)境、現(xiàn)場條件進行現(xiàn)場勘察，參考地質(zhì)、水文數(shù)據(jù)，同時，對周邊各種建筑物進行了全面的分析，以求出合理的樁基礎設計。其次，在設計時要充分考慮上一層結(jié)構(gòu)對基礎的承載能力，并采用驗算方法確定樁長，為了保證樁的承載力與穩(wěn)定，在設計時盡量將樁尖插入土壤中。

2.2 通過地基結(jié)構(gòu)等級核算單樁的豎向承載能力

根據(jù)工程實際情況，我國的建筑地基分為甲、乙、丙三個級別。A類建筑一般是30層以上的超高層建筑，或者在復雜的地下工程環(huán)境中，施工條件不佳；而乙級結(jié)構(gòu)可用于一般的民用工程，而丙類結(jié)構(gòu)的施工，一般情況下，采用的是較淺的地基。

在為甲等級時，樁基設計應充分考慮單樁靜載荷試驗結(jié)果，并掌握單樁極限承載力數(shù)據(jù)；當工程級別為B級時，在場地條件較為適宜時，可參照類似工程的類似規(guī)模，進行相應的復原試驗；在C級時，由于C型結(jié)構(gòu)相對簡單，因此可以從B組的復原測試中獲得必要的數(shù)據(jù)。

在某些工程中，樁直徑較大時，可通過深平板加載法進行單樁豎向承載力測試，而在工程設計中，則采用嵌巖樁，可以通過特殊的巖石板荷載測試來測定單樁的豎向承載力。

3 地基基礎設計過程中存在的問題

在進行地基基礎設計時，由于受多種因素的影響，進而使基礎的設計質(zhì)量不高，極易產(chǎn)生安全隱患，其主要問題有：

3.1 地基地質(zhì)條件問題

在對地基基礎進行設計時，往往會遇到一些特殊的地形、滲水、季節(jié)性或地域性的凍土等問題。由于國土面積大，各地區(qū)的地質(zhì)狀況差異很大，有些地區(qū)的地質(zhì)條件比較特殊，要根據(jù)具體情況采取相應的措施。地面滲漏是一個比較普遍的問題，有些工地的地面滲漏不僅會給基礎的設計帶來很大影響，而且如果在漏水部位進行施工，很容易引起基礎的傾斜，進而影響后續(xù)的工程。所以，在進行地基基礎設計時，應考慮到地下滲漏問題。另外，在我國東北或高原地區(qū)，凍土問題極易發(fā)生，不但給施工帶來困難，而且因凍脹而引起的基礎開裂，對建筑物的安全穩(wěn)定造成了極大的威脅。

3.2 地基基礎設計問題

除了受地基地質(zhì)條件的影響，在設計過程中也有人為因素的影響。設計人員自身的水平、總體水平都較低，缺乏專業(yè)、全面的設計知識和豐富的設計實踐，造成設計中的錯誤和不精確的分析，造成了地基基礎設計中的不合理設計。另外，由于一些設計者的盲目性，沒有根據(jù)現(xiàn)場的具體情況進行設計，造成了不合理的設計，從而對基礎的質(zhì)量和整個項目的進度產(chǎn)生了很大的影響。

4 建筑工程常用的地基基礎種類

施工中通常有樁基礎、獨立基礎、鋼筋混凝土筏板基礎、條形基礎等。在實際施工中，要依據(jù)施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件和施工荷載，合理選擇地基的形式。下文將對樁基礎、獨立基礎、鋼筋混凝土筏基、條形基礎等作一簡單的介紹。

4.1 樁基礎

樁基的應用可分為：第一，在工程建設中，上部結(jié)構(gòu)的壓力較大，而在上部土層比較松軟，而在下部分布著可以作為樁端持力層的堅固土壤時，則可以采用樁基礎；第二，地基承載能力強，但對于建筑物的沉降量要求很高時，也可以采用樁基；第三，在自然地基沉降較大、施工難度大的情況下，可采用樁基；第四，在施工條件不佳、土質(zhì)疏松、地基較薄的情況下，可以采用鉆孔灌注短樁。

4.2 獨立基礎

獨立基礎一般分為剛性基礎和柔性基礎。在基樁間距大的情況下，通常采用單獨的地基，以降低造價。施工單位可按實際情況采取配置拉梁，以增強施工的整體穩(wěn)定性，增強基礎的抗變形、抗震性能，確保施工安全，降低施工安全風險。在高層建筑中，通常也會使用獨立基礎，而高層建筑的上部結(jié)構(gòu)是框架體系，其地基的承載力更好，地基的變形也更少，整體的受力和柱網(wǎng)的分布也比較均衡，因此可以單獨使用。施工單位應從橫向和縱向兩個方向進行拉梁的聯(lián)接。在施工中，要注意按實際條件選取拉梁截面，以確保間距科學，達到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

4.3 鋼筋混凝土筏板基礎

在一些特定的條件下，RC筏基的應用范圍很窄。由于建筑物地基土體的不均勻性，其承載能力較差，而上部結(jié)構(gòu)的作用荷載則相對較大，因此，在采用十字形地基時，會造成相鄰地基間的間距、間隙減小，造成地基上的大量交迭，不能滿足工程的要求，故可采用筏基。另外，在有地下室的建筑中，因其本身的構(gòu)造特征，會發(fā)生潮濕、滲漏等問題。因而，施工單位可以將筏式地基用作地基，以避免出現(xiàn)各種狀況和問題，因此，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到了提高。鋼筋砼筏式地基的承載力較高，強度大，可有效改善整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

4.4 條形地基基礎

在建筑工程中，由于上部結(jié)構(gòu)的承載能力和變形能力較低，通常使用剛體地基，而使用剛性地基，會使地基產(chǎn)生較大的斷面，若采用淺層地基，地基將暴露在地表，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而采用深度處理，會造成土方和基礎成本的增加。即使采用了剛性地基，也會引起地基承受較大的應力，會引起地基開裂、不均勻沉降，進而影響到上部結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。在此條件下，可采用鋼筋混凝土條形地基，既能經(jīng)受較大的彎矩、剪力，又能滿足地基截面尺寸、配筋量等各項性能指標。

5 實際工程中的地基基礎選擇和設計

在具體的工程設計中，尤其是地基基礎的設計要充分考慮到各種因素和環(huán)境的影響，并根據(jù)國家有關規(guī)定進行設計，在設計時應充分考慮施工場地的具體條件、地質(zhì)條件，以及地基間距、施工標準、后期的維修與利用。不管是工業(yè)、民用、高層、超高層建筑項目，都要經(jīng)過實地考察，為下一階段材料采購和施工組織設計提供依據(jù)。在進行設計前，不去實地考察、調(diào)查，很容易導致設計偏離現(xiàn)實，忽視許多未考慮到的問題，導致資源的浪費。因此，在進行設計時必須綜合考慮各種因素，從而達到最優(yōu)的設計方案。在砌體結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，可采用條狀結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土等進行優(yōu)化設計。當?shù)鼗膶挾瘸^2米時，為了提高地基的穩(wěn)定性，必須引進彈性地基來增加其穩(wěn)定性，比如采用鋼筋混凝土地基。而根據(jù)地質(zhì)情況和工程環(huán)境的不同，其地基的設計方案也不盡相同，應根據(jù)實際情況進行優(yōu)化，具體情況具體分析。

情況一：本工程是一套多層框架結(jié)構(gòu)，沒有地下室，上部荷載較大，對基礎承載力有較高的要求。從總體上看，在設計時要注意地基不均勻度對結(jié)構(gòu)的影響，這樣既能降低沉降的概率，又能有效控制地基的沉降。因此，為了改善地基的承載力和形狀參數(shù)，一般都會選用帶交叉梁的條形基礎梁。但在設置橫梁的條形基礎上，存在著一些缺點，即不能完全滿足形狀和強度的要求，所以通常采用人工制作的方法來處理。在有地下室的情況下，一般的框架混凝土結(jié)構(gòu)，由于工程需要滿足一定的均勻度和防水性能，所以一般都會選擇箱形基礎。在地基中采用箱形基礎，可以很好地改善地基的防水性能，增強地基的穩(wěn)定性。

情況二：對具有一定防水性能的建筑物，應選用鋼筋砼筏基或箱形地基。選擇鋼筋砼筏式基礎，一般為帶地下室的房屋，而加筋混凝土箱型基礎，可用于含鋼筋混凝土隔層的地下室。當其他基礎條件不佳時，為了改善地基的穩(wěn)定性，一般采用人工開挖或設置樁基，以保證地基的穩(wěn)定性和安全性，使建筑物更加穩(wěn)固。

樁基礎的設計是當今建筑中最常用的一種結(jié)構(gòu)形式，它是施工中的主要環(huán)境，因此，樁基礎的設計是非常有意義的。按樁基的結(jié)構(gòu)形式，可以把樁基分為高承臺和低承臺兩種類型。高承臺是指樁基和地基的上部。所謂的高承臺主要就是指樁基的上部和基座。高承臺的施工方法主要分為預制樁和鉆孔灌注樁這兩種，此外要想有效提升樁基基礎的施工質(zhì)量，那么在施工時要按照設計圖紙和施工規(guī)程進行，并合理選用相應的施工設備和相應的施工隊伍。尤其是在鉆孔灌注樁時，應留意鋼筋籠在下孔前有無變形，若出現(xiàn)變形，應暫停施工，待鋼筋籠恢復后，才可進行下一步的灌漿工作。低承臺主要指的是指在地面下打入自然土壤中的樁，其工作形式有靜壓施工、錘擊施工、振動施工。其施工方式主要是用物理撞擊的方式將樁體打入土中。樁基是一種廣泛使用于建筑工程中的樁基，其作用是使建筑物和地基之間保持密切的聯(lián)系，從而增強結(jié)構(gòu)的抗傾覆和穩(wěn)定性，并通過傳遞上部的載荷來增強其對外界載荷的承載力。

6 結(jié)論

綜上所述，在施工過程中，地基基礎和樁基設計是一個非常關鍵的環(huán)節(jié)，它直接影響到整個施工的質(zhì)量。因此，加強建筑工程的地基基礎和樁基的設計，對在施工中出現(xiàn)的問題進行改進，進而有效提高建筑物的穩(wěn)定性，以此來推動建筑業(yè)的健康和持續(xù)發(fā)展。