淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計中的地基基礎(chǔ)設(shè)計

劉啟川

中外建工程設(shè)計與顧問有限公司深圳分公司 廣東深圳 518000

摘要：對于高層建筑而言，基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要部分，在對其進(jìn)行設(shè)計的時候，一定要對其強度與剛度進(jìn)行考慮，并對上部結(jié)構(gòu)體系以及施工條件和周圍環(huán)境等進(jìn)行重視。因為地基基礎(chǔ)工程屬于地下隱蔽工程，是建筑工程的根本，一旦發(fā)生事故就會造成災(zāi)難性后果。本文簡要分析建筑地基基礎(chǔ)工程存在的問題，對建筑地基基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算以及建筑地基基礎(chǔ)工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了研究分析。

關(guān)鍵詞：建筑工程；地基基礎(chǔ)；問題；結(jié)構(gòu)設(shè)計；計算

進(jìn)入新時期，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對于建筑功能的要求也在不斷提高。作為建筑物最重要部分之一的基礎(chǔ)，要保證建筑物安全、滿足使用要求。但在實際操作中，應(yīng)該根據(jù)工程實際情況進(jìn)行選型，以保證其設(shè)計的科學(xué)、合理。建筑地基基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計等級分為甲級、乙級、丙級三種。甲級用于30層以上的高層建筑、大面積的多層地下建筑物、體型復(fù)雜層數(shù)相差超過10層的高低層連成一體建筑物、復(fù)雜地質(zhì)條件下的坡上建筑物、對地基基礎(chǔ)變形有特殊要求的建筑物、對原有工程影響較大的新建建筑物、場地和地基基礎(chǔ)條件復(fù)雜的一般建筑物、位于復(fù)雜地質(zhì)條件上地下室的基坑工程、開挖深度大于15m的基坑工程以及周邊環(huán)境條件復(fù)雜、環(huán)境保護(hù)要求高的基坑工程等；乙級用于除甲級、丙級以外的基坑工程、工業(yè)與民用建筑物；丙級用于次要的輕型建筑物、場地和地基基礎(chǔ)條件簡單，荷載分布均勻的七層及七層以下民用建筑及一般工業(yè)建筑物以及非軟土地區(qū)且場地地質(zhì)條件簡單、基坑周邊環(huán)境條件簡單、環(huán)境保護(hù)要求不高且開挖深度小于5.0m的基坑工程。

1、建筑工程地基基礎(chǔ)工程施工特點

1.1復(fù)雜性

我國幅員遼闊，地質(zhì)地形環(huán)境復(fù)雜，特別是山地、丘陵以及高原等地區(qū)的地質(zhì)條件更為復(fù)雜，多為季節(jié)性凍土、淤泥質(zhì)土或者雜填土等。這給建筑工程建設(shè)施工單位在地基基礎(chǔ)施工方面帶來了一定的難度，往往會采取相關(guān)的地基基礎(chǔ)處理技術(shù)措施來提升地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，施工難度大，工序多。

1.2多發(fā)性

在建筑工程工程設(shè)計過程中因人為因素或者自然因素導(dǎo)致建筑工程工程施工中出現(xiàn)不同程度的質(zhì)量問題，比如建筑工程工程設(shè)計方案的不合理，施工人員未嚴(yán)格按照工程施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)施工，施工過程中受到惡劣天氣或者突發(fā)性自然災(zāi)害影響都會影響建筑工程地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量。

1.3潛在性

基于建筑工程地基基礎(chǔ)施工為地下工程，一旦地基基礎(chǔ)施工完畢后很難發(fā)現(xiàn)各個施工工序中所存在的質(zhì)量問題，多數(shù)為隱蔽性工程，如果在施工過程中沒有及時發(fā)現(xiàn)各工序，尤其是重點施工工序的質(zhì)量問題，將會對下一道工序施工造成嚴(yán)重影響。

1.4嚴(yán)重性

在建筑工程地基基礎(chǔ)工程施工中，通常地下環(huán)境比較復(fù)雜，施工空間范圍比較狹小，一旦出現(xiàn)工程質(zhì)量問題，引發(fā)工程事故，很難及時對施工人員進(jìn)行搶救，造成施工人員傷亡惡性事故。同時地基基礎(chǔ)工程一旦存在質(zhì)量問題，是無法進(jìn)行補救的，必須要返工，給建筑工程建設(shè)單位帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，也給社會帶來極其不良的影響。

1.5困難性

建筑工程地基基礎(chǔ)施工涉及的專業(yè)領(lǐng)域多，并且具有很強的隱蔽性，一旦發(fā)生工程質(zhì)量事故，對地下操作施工人員的救援難度大；加之地基基礎(chǔ)工程是整個建筑工程結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)，構(gòu)造工藝比較復(fù)雜，如果對地基基礎(chǔ)處理方法不當(dāng)，可能會對整個上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。

2、建筑地基基礎(chǔ)工程存在的問題

建筑地基基礎(chǔ)工程筆者認(rèn)為存在以下問題：（1）由于動荷載引起的地基基礎(chǔ)問題。當(dāng)遇到不可避免的因素，例如地震或爆破等時，這種動載荷動力會引起地基基礎(chǔ)土、特別是飽和無黏性土的液化、失穩(wěn)和震陷等。（2）強度及穩(wěn)定性問題。地基基礎(chǔ)的強度問題直接決定了房建的質(zhì)量好壞，當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)的抗剪強度不足以支撐上部結(jié)構(gòu)的自重及外荷載時，地基基礎(chǔ)就會產(chǎn)生局部或整體剪切破壞。（3）壓縮及不均勻沉降問題。建筑不可避免的問題是沉降問題，這一直是專家學(xué)者研究的課題之一。當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)在上部結(jié)構(gòu)的自重及外荷載作用下產(chǎn)生過大變形時，會影響建筑物的正常使用，特別是超過規(guī)范所容許的不均勻沉降時，結(jié)構(gòu)可能會開裂。

3、建筑地基基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算

1、確定基礎(chǔ)埋深，基礎(chǔ)埋深根據(jù)下列相關(guān)條件進(jìn)行確定：（1）建筑物的用途，有無地下室、設(shè)備基礎(chǔ)和地下設(shè)施，基礎(chǔ)的形式和構(gòu)造；（2）作用在地基基礎(chǔ)上的荷載大小和性質(zhì)；（3）工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件；（4）相鄰建筑物的基礎(chǔ)埋深；（5）地基基礎(chǔ)土凍脹和融陷的影響。除巖石地基基礎(chǔ)外，基礎(chǔ)埋深不應(yīng)小于0.5米。高層建筑基礎(chǔ)的埋置深度應(yīng)滿足地基基礎(chǔ)承載力、變形和穩(wěn)定性要求。位于巖石地基基礎(chǔ)上的高層建筑，其基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿足抗滑穩(wěn)定性要求。在抗震設(shè)防區(qū)，除巖石地基基礎(chǔ)外，天然地基基礎(chǔ)上箱形和筏形基礎(chǔ)埋深不宜小于建筑物高度的1/15；樁箱或樁筏基礎(chǔ)的埋置深度（不計樁長）不宜小于建筑物高度的1/18。

2、地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性計算；地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性可采用圓弧滑動面法進(jìn)行驗算。具體可按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011第5.4.1條、5.4.2條、5.4.3條相關(guān)規(guī)定進(jìn)行驗算，山區(qū)地基基礎(chǔ)（包括丘陵地帶）的設(shè)計，還必須按照第6.1.1條中可能出現(xiàn)的設(shè)計條件進(jìn)行分析認(rèn)定，避免發(fā)生滑坡、泥石流、崩塌等引起房屋倒塌的事故。

3、地基基礎(chǔ)變形計算；地基基礎(chǔ)變形特征可分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜。建筑物地基基礎(chǔ)變形值，不應(yīng)大于地基基礎(chǔ)變形允許值。建筑物地基基礎(chǔ)變形允許值按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011第5.3.4條中表5.3.4規(guī)定采用，建筑物地基基礎(chǔ)最終變形量按照第5.3.5條進(jìn)行計算。

4、建筑地基基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究分析

1、建筑物無地下室的地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計。建筑物屬于砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)先采用剛性條形基礎(chǔ)，如毛石條形基礎(chǔ)、四合土條形基礎(chǔ)、灰土條形基礎(chǔ)、混凝土條形基礎(chǔ)、毛石混凝土條形基礎(chǔ)等，當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于2.5m時，可采用鋼筋混凝土擴展基礎(chǔ)即柔性基礎(chǔ)。多層框架結(jié)構(gòu)，無地下室，荷載過大，地基基礎(chǔ)較差的情況時，這時需采用十字交叉梁條形基礎(chǔ)，以便減少不均勻沉降、增強整體性；框架結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)較好，無地下室，荷載較小時，可選用獨立柱基，在抗震設(shè)防區(qū)可按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》設(shè)柱基拉梁?？蚣艚Y(jié)構(gòu)無地下室，地基基礎(chǔ)較好，荷載較均勻時，可選用框架柱獨立柱基，剪力墻下條基，抗震設(shè)防地區(qū)，柱基下設(shè)拉梁并與剪力墻下條基連結(jié)在一起。剪力墻結(jié)構(gòu)不論有無地下室，地基基礎(chǔ)較好，這種情況下可以選用交叉條形基礎(chǔ)。如采用上述基礎(chǔ)不能滿足地基基礎(chǔ)強度和變形要求，又不宜采用樁基或人工地基基礎(chǔ)時，可采用筏板基礎(chǔ)。

2、建筑物有地下室的地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計。一般情況下有地下室的建筑物可采用筏板基礎(chǔ)；在有地下室，地基基礎(chǔ)較好，建筑物無防水要求，柱網(wǎng)、荷載較均勻的情況下，應(yīng)使用筏板基礎(chǔ)、鋼筋混凝土交叉條形基礎(chǔ)，或是選用獨立柱基，抗震設(shè)防區(qū)加柱基拉梁；當(dāng)基礎(chǔ)地基基礎(chǔ)較差，為滿足地基基礎(chǔ)強度和沉降要求，可采用樁基或人工處理地基基礎(chǔ)；當(dāng)有防水要求時，可選用筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)；另外建筑物屬于框架結(jié)構(gòu)，有地下室且上部結(jié)構(gòu)對防水要求高，不均勻沉降要求嚴(yán)格，柱網(wǎng)均勻時，可采用箱型基礎(chǔ)，柱網(wǎng)不均勻時，就采用筏板基礎(chǔ)；如果地下室設(shè)置有均勻的鋼筋混凝土隔墻時，采用箱形基礎(chǔ)；要注意建筑物地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工時無論采用何種基礎(chǔ)都要處理好基礎(chǔ)底板與地下室外墻的連結(jié)節(jié)點。

3、樁基礎(chǔ)設(shè)計。建筑工程地基結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，當(dāng)天然地基或人工地基的地基承載力或變形不能滿足設(shè)計要求，可采用樁基礎(chǔ)。（1）樁平面布置原則：同一結(jié)構(gòu)單元不應(yīng)同時采用摩擦樁和端承樁；各樁樁頂受荷均勻，上部結(jié)構(gòu)的荷載重心與樁的重心相重合，群樁在承受水平力和彎矩方向有較大的抵抗矩；大直徑樁宜采用一柱一樁；筒體采用群樁時，在滿足樁的最小中心距要求的前提下，樁宜盡量布置在筒體以內(nèi)或不超出簡體外緣一