對(duì)天然地基獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一些個(gè)人看法

韓雪 趙琳琳

摘要：獨(dú)立基礎(chǔ)是目前最為普遍的一種基礎(chǔ)形式，它組成了結(jié)構(gòu)的重要部位和重要構(gòu)建且與整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全可靠性息息相關(guān)；同時(shí)由于其所占的工程造價(jià)的比例相當(dāng)高，所以也直接關(guān)系著整個(gè)建筑物的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：天然地基；獨(dú)立基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)

1、天然地基獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

由于獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)單、配筋量較少，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式，為此它在建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中得到了大量的推廣和應(yīng)用。所謂獨(dú)立結(jié)構(gòu)，尤其是高層建筑框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)柱柱下基礎(chǔ)，都可以看作是軸心受力，這種基礎(chǔ)在柱子傳來(lái)的軸向力作用下，使得基地土壓力的分布狀態(tài)與基礎(chǔ)擴(kuò)展部分的剛度息息相關(guān)。

當(dāng)增大擴(kuò)展部分的剛度時(shí)，在力的擴(kuò)散作用下，接近均勻分布。當(dāng)減小擴(kuò)展部分的剛度時(shí)，擴(kuò)展部分會(huì)出現(xiàn)撓曲現(xiàn)象，這時(shí)基地土壓力的分布將由土的特性來(lái)決定，在土比較堅(jiān)硬的情況下，基底壓力呈區(qū)線(xiàn)分布，當(dāng)土質(zhì)較軟時(shí)則正好相反。我們把這樣的壓力分布狀態(tài)稱(chēng)為均勻分布，要強(qiáng)調(diào)的是后者是偏不安全的。在現(xiàn)實(shí)中，框架結(jié)構(gòu)各柱的受力是并不相同，因此在設(shè)計(jì)這種柱的柱下單獨(dú)基礎(chǔ)時(shí)，要保證各柱基基底的平均壓力基本一致，避免由于不均勻而造成沉降的現(xiàn)象。

獨(dú)立基礎(chǔ)的形式主要有現(xiàn)澆柱錐形基礎(chǔ)、預(yù)制柱杯形基礎(chǔ)、高杯口基礎(chǔ)。構(gòu)造的要求包括對(duì)墊層厚度、寬度和強(qiáng)度的要求，對(duì)底板尺寸和配筋的要求，對(duì)基礎(chǔ)與柱連接的要求。①基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的計(jì)算：在上部結(jié)構(gòu)承受的荷載不變的情況下，基礎(chǔ)底面面積由修正后的地基承載力特征值確定；基礎(chǔ)的高度由柱與基礎(chǔ)交接處基礎(chǔ)的受沖切承載力確定；基礎(chǔ)變階處的高度由基礎(chǔ)變階處的受沖切承載力確定；基礎(chǔ)底板的配筋由抗彎計(jì)算確定。②基礎(chǔ)高度的確定：選定基礎(chǔ)高度后，按沖切驗(yàn)算基礎(chǔ)高度，基本原則為：沖切錐體以外的地基凈反力所產(chǎn)生的沖切力不大于沖切面處混凝土的抗沖切能力進(jìn)行計(jì)算，直到選定的基礎(chǔ)高度符合驗(yàn)算要求。在進(jìn)行沖切驗(yàn)算時(shí)，當(dāng)基礎(chǔ)底面全部落在45°沖切破壞椎體底邊以?xún)?nèi)時(shí)，則成為剛性基礎(chǔ)，無(wú)需進(jìn)行沖切驗(yàn)算。另外還要進(jìn)行抗彎矩驗(yàn)算，分為軸心和偏心兩種荷載作用情況。

2、天然地基獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟

建筑物是設(shè)置在土體上的，通常把地表以上的建筑物稱(chēng)為上部結(jié)構(gòu)，在地表以下的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)的荷載是通過(guò)基礎(chǔ)傳遞給下臥土層的，支撐基礎(chǔ)的土層稱(chēng)為地基。凡是基礎(chǔ)直接砌置在未經(jīng)加固的天然地基上時(shí)，這種地基稱(chēng)為天然地基。設(shè)計(jì)步驟通常如下。

2.1建筑基礎(chǔ)所用的材料及基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式

通常根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的要求、荷載大小和性質(zhì)、工程地質(zhì)情況以及施工條件等確定。根據(jù)基礎(chǔ)所用材料的性能可分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)。剛性基礎(chǔ)通常是指由磚、塊石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基礎(chǔ)。當(dāng)剛性基礎(chǔ)尺寸不能同時(shí)滿(mǎn)足地基承載力和基礎(chǔ)埋深的要求，則改成柔性基礎(chǔ)，即鋼筋混凝土基礎(chǔ)?；A(chǔ)根據(jù)在天然地基上的埋置深度分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)根據(jù)它的形狀和大小可分為下面幾種類(lèi)型：獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、閥板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)及殼體基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)常見(jiàn)沉井基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)兩種。

2.2基礎(chǔ)的埋置深度按條件確定

2.2.1建筑物的用途及荷載大小和性質(zhì)

某些建筑物需要具備一定的使用功能或宜采用某種基礎(chǔ)形式，這些要求常成為其基礎(chǔ)埋深選擇的先決條件，例必須設(shè)置地下室或設(shè)備層的建筑物、半埋式結(jié)構(gòu)物，須建造帶封閉側(cè)墻的筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)的高層或重型建筑、帶有地下設(shè)施的建筑物或具有地下部分的設(shè)備基礎(chǔ)等等。

位于土質(zhì)地基上的高層建筑由于豎向荷載大，又要承受風(fēng)力和地震力等水平荷載，其基礎(chǔ)埋深應(yīng)隨建筑高度適當(dāng)增大，才能滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求。位于巖石地基上的高層建筑常須依靠基礎(chǔ)側(cè)面土體承擔(dān)水平荷載，其基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿(mǎn)足抗滑要求。輸電塔等受有上拔力的基礎(chǔ)，應(yīng)有較大的埋深以提供所需的抗拔力。煙囪、水塔和筒體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)埋深也應(yīng)滿(mǎn)足抗傾覆穩(wěn)定性的要求。確定冷藏庫(kù)或高溫爐窯一類(lèi)建筑物基礎(chǔ)的埋深時(shí)，應(yīng)考慮熱傳導(dǎo)引起地基土的低溫（凍脹）或高溫（干縮）效應(yīng)。

2.2.2工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

選擇基礎(chǔ)埋深時(shí)應(yīng)注意地下水的埋藏條件和動(dòng)態(tài)。對(duì)底面低于潛水面的基礎(chǔ)，除應(yīng)考慮基坑排水、坑壁圍護(hù)以及保護(hù)基土不受擾動(dòng)等措施外，還應(yīng)考慮可能出現(xiàn)的其他施工與設(shè)計(jì)問(wèn)題，例如出現(xiàn)涌土、流砂現(xiàn)象的可能性，地下水對(duì)基礎(chǔ)材料的化學(xué)腐蝕作用，地下室防滲，輕型結(jié)構(gòu)物由于地下水頂托而上浮的可能性，地下水浮托力引起基礎(chǔ)底板的內(nèi)力變化等。

2.2.3相鄰建筑物的基礎(chǔ)埋深

對(duì)靠近原有建筑物基礎(chǔ)修建的新基礎(chǔ)，其埋深不宜超過(guò)原有基礎(chǔ)的底面，否則新、舊基礎(chǔ)間應(yīng)保留一定的凈距，其值依原有基礎(chǔ)荷載和地基土質(zhì)而定且不宜小于該相鄰基礎(chǔ)底面高差的1～2倍，不能滿(mǎn)足上述要求時(shí)，應(yīng)采取適宜措施以保證鄰近原有建筑物的安全。

2.2.4地基土凍脹和融陷的影響

季節(jié)性?xún)鐾潦嵌緝鼋Y(jié)、天暖解凍的土層，在我國(guó)分布很廣。細(xì)粒土（粉砂、粉土和粘性土）凍結(jié)前的含水量如果較高、而且冰結(jié)期間的地下水位低于凍結(jié)深度不足1.5～2m，則有可能發(fā)生凍脹。位于凍脹區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)受到的凍脹力如大于基底以上的荷重，基礎(chǔ)就有被抬起的可能，土層解凍融陷，建筑物就隨之下沉。地基土的凍脹與融陷一般是不均勻的，容易導(dǎo)致建筑物開(kāi)裂損壞。

2.3地基土的承載力驗(yàn)算

建筑物確定了基礎(chǔ)類(lèi)型和基礎(chǔ)深度后，對(duì)于已知基礎(chǔ)底面尺寸，可以進(jìn)行地基礎(chǔ)持力層承載力驗(yàn)算。若地基受力層范圍內(nèi)存在有承載力低于持力層的土層，這種土層稱(chēng)為軟弱下臥層，這樣還必須對(duì)軟弱下臥層的承載力進(jìn)行驗(yàn)算。若基礎(chǔ)底面尺寸不知道，可以根據(jù)外荷載和地基承載力進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，對(duì)于軸心荷載作用，可假定基礎(chǔ)底面形狀為正方形；對(duì)于偏心荷載，可假定基礎(chǔ)底面形狀為長(zhǎng)方形，并根據(jù)偏心距的大小給出長(zhǎng)邊和短邊的合適比例后，再進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.4驗(yàn)算基礎(chǔ)沉降

在軟土地基上建造房屋，在強(qiáng)度和變形兩個(gè)條件中，變形條件顯得比較重要。地基在荷載和其他因素的作用下，要發(fā)生變形（均勻沉降或不均勻沉降），變形過(guò)大時(shí)可能危害到建筑物結(jié)構(gòu)的安全，或影響建筑物的正常使用。為防止建筑物不致因地基變形或不均勻沉降造成建筑物的開(kāi)裂與損壞，或保證正常使用，必須對(duì)地基的變形特別是不均勻沉降加以控制。對(duì)于較為次要的建筑物以及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的建筑物，按地基承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)，已滿(mǎn)足地基變形的要求，可不進(jìn)行地基沉降計(jì)算。

2.5地基穩(wěn)定驗(yàn)算

某些建筑物的獨(dú)立基礎(chǔ)，當(dāng)承受較大的水平荷載和偏心荷載時(shí)，有可能發(fā)生沿基底面的滑動(dòng)、傾覆或與深層土層的一起滑動(dòng)。如建于1914年的加拿大特郎斯康谷倉(cāng)，因不了解基礎(chǔ)下有厚達(dá)16m的軟粘土層，迅速加載，超過(guò)了地基的極限承載力，使建筑物失去穩(wěn)定，地基發(fā)生整體滑動(dòng)破壞。如果地基土層本身傾斜，則更易發(fā)生整體滑動(dòng)破壞。因此對(duì)經(jīng)常受水平荷載作用的高層建筑物和高聳結(jié)構(gòu)以及建在斜坡上的建筑物，尚應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性的驗(yàn)算。

3、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極其復(fù)雜且細(xì)致的工作。為了找到最合理有利的方案，必須綜合考慮這些相互聯(lián)系著的因素，才能保證設(shè)計(jì)結(jié)果質(zhì)量上乘。

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