小議廠房基礎設計的幾個問題

朱志永 金輝 陳哲宇 彭國

1武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化公司（430082）2河南建筑職業(yè)技術(shù)學院（450003）

小議廠房基礎設計的幾個問題

朱志永1金輝2陳哲宇1彭國1

1武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化公司（430082）2河南建筑職業(yè)技術(shù)學院（450003）

工業(yè)廠房的基礎通常采用柱下獨立基礎和柱下樁基礎兩種形式。通過對常用基礎形式設計步驟的論述，總結(jié)了設計中容易忽視的的樁底構(gòu)造、鋼筋保護層、基礎的抗浮等問題。并且重點論述了鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎設計，軟土地基的處理方法。

鋼結(jié)構(gòu)；基礎設計；軟土地基；環(huán)節(jié)

地基基礎作為房屋結(jié)構(gòu)的重要組成部分，承擔著建筑物上部結(jié)構(gòu)的所有荷載，并傳于支撐它的地基。工業(yè)廠房的樓面荷載大，設備重量大，有些設備還產(chǎn)生動力荷載，因此對基礎的強度、剛度、穩(wěn)定性的要求極為重要。同時，基礎又是地下隱蔽工程，一旦出現(xiàn)問題難以補救。所以，在建筑物的結(jié)構(gòu)設計中，基礎設計尤為重要?，F(xiàn)就廠房基礎設計的幾個問題加以討論。

1 基礎形式

關于基礎形式的選擇,需要根據(jù)建筑物的規(guī)模，用途、荷載大小、性質(zhì)以及對不均勻沉降的敏感性，再研究下部地質(zhì)條件、土層分布、土的性質(zhì)以及地下水的情況進行綜合分析，因地制宜。對于廠房來說一般柱距不會太小,所以當?shù)刭|(zhì)條件比較好時，常采用獨立基礎；當?shù)刭|(zhì)條件比較差時，常采用樁基礎，按樁的豎向受力情況可分為摩擦型樁和端承型樁。北方地區(qū)地質(zhì)土以黏性土為主，故較多采用獨立基礎,雜填土較厚時可采用人工挖孔灌注樁；南方地區(qū)以及沿海地區(qū)以沙土和雜填土為主，填土厚度較大,地下水位也比較高，采用樁基礎的比較多[1]。一般情況下，柱下采用獨立承臺，如果地面布置設備較多，設備自重又比較大，設備下亦需采用樁基時，可以考慮全部或者部分采用滿堂樁基礎。

2 基礎設計

2.1 獨立基礎設計步驟

1）根據(jù)柱底位置以及基礎埋置深度，初步擬定基礎高度。

2）根據(jù)地基承載力特征值確定基底面積：A≥（Fk+Gk）/fa。若為偏心受壓基礎，基底最大應力不能超過1.2倍的地基承載力。對于有吊車的廠房，最小應力應大于零。

3）根據(jù)基礎的沖切強度驗算其高度。要求基礎沖切面由土反力產(chǎn)生的局部荷載設計值，不能大于基礎破壞斜截面的抗剪強度。

4）根據(jù)基礎的抗彎強度計算基礎底板內(nèi)的受力鋼筋。

5）建筑物的地基變形計算值，不應大于地基變形允許值。地基變形特征可分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜。

6）最后進行基礎的穩(wěn)定性計算。

7）根據(jù)計算結(jié)果及構(gòu)造要求繪制施工圖。

2.2 樁基礎的設計內(nèi)容

1）單樁豎向承載力特征值（Ra）及水平承載力特征值（Rha）的確定。

2）樁本身的承載力及其抗裂計算。

3）根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載確定單柱下樁的根數(shù)。

4）承臺分單樁承臺和多樁承臺，其構(gòu)造及計算依照《建筑地基基礎設計規(guī)范》進行。

3 地基設計中的重要環(huán)節(jié)

3.1 認真分析和正確使用地質(zhì)勘查報告

加固方案基礎的設計，不能以為有工程地質(zhì)報告、有規(guī)范作為依據(jù)就取得了輸入數(shù)據(jù)，就有了根據(jù)，這還遠遠不夠。經(jīng)驗告訴我們，要對地質(zhì)報告提供的數(shù)據(jù)及土層分布圖認真分析，仔細推敲，注意所提供的各項物理力學指標的正確性，注意土層變化的規(guī)律和趨勢，分析地基加固方案及基礎方案建議是否合理，客觀、正確地使用地質(zhì)勘察報告。

3.2 要對不同的方案進行比較分析

任何建筑物的地基和基礎,沒有唯一可行方案，只有相對較好的方案。因而對不同技術(shù)、經(jīng)濟方案的比較，是必須的。

3.3 重視地基沉降計算的范圍和要求

地基設計包括承載力計算和沉降計算兩部分。地基計算應滿足承載力計算的有關規(guī)定，同時應保證地基沉降值不大于地基沉降的允許值。基礎設計是否合理可根據(jù)沉降計算或?qū)崪y結(jié)果驗證。一般建筑物有兩種情況不需要驗算沉降,一是承載力滿足后，沉降肯定很小，可以不進行驗算，例如端承樁基礎，以及規(guī)范中給出的根據(jù)上部結(jié)構(gòu)、地基條件、地基承載力等參數(shù)確定的不作變形驗算的建筑物；另一種是對沉降沒有嚴格要求的地基，例如一般路堤和砂石料等松散原料堆場地基等。對于在深厚軟黏土地基上的建筑物，沉降量和差異沉降量控制尤為重要，決不能忽視。

3.3.1 合理控制基礎沉降量和差異沉降量

軟土地基地區(qū)的建筑地基工程事故大部分是由沉降量或沉降差過大造成的，特別是不均勻沉降對建筑物的危害最大。因此合理控制沉降量，既能滿足使用要求，又可達到減少工程費用的目的。

3.3.2 沉降計算的基本原則

深厚軟黏土地基的沉降驗算是必須的。另外，相鄰基礎荷重差別特別大或相鄰基礎地基承載力變化大等也必須驗算沉降。這些情況下的沉降驗算甚至比承載力計算還重要。按沉降控制設計,既可保證安全可靠又節(jié)省工程投資。設計時應注意以下原則：

1）計算沉降的荷載只考慮靜荷載及準永久荷載，而不考慮風荷載、吊車荷載、地震瞬間荷載。所以,計算地基承載力與計算沉降的荷載組合不同。這一區(qū)別規(guī)范中有明確規(guī)定,但在設計中往往被忽視。

2）注意對計算沉降點的地質(zhì)資料分析，更要注意分析土層分布不均勻性及地下水位變化對地基差異沉降帶來的影響。

3）沉降計算的應力值只采用附加應力值，而自重應力隨深度增大形成的固結(jié)已經(jīng)完成，不產(chǎn)生新的沉降量。

4 鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎

時下，越來越多的大中型工業(yè)廠房、倉庫等均采用了鋼結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)廠房以其重量輕、施工速度快、構(gòu)件布置修改相對方便的優(yōu)點被社會接受和認可。鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎施工，既要滿足其本身的強度、剛度要求，又要滿足與其上部鋼結(jié)構(gòu)連接的要求[2]。

4.1 基礎混凝土表面的標高要求

1）對于單層廠房，柱底支撐面標高允許偏差值為正負3.0 mm。

2）對于多層廠房，首先應符合設計要求，當設計無要求時其柱底支撐面標高允許偏差值為正負2.0 mm。

4.2 預埋地腳螺栓本身及其位置的允許偏差要求

1）地腳螺栓尺寸的允許偏差為：0～+30 mm（螺栓露出長度）；0～+30 mm（螺紋長度）。

2）地腳螺栓中心偏移的允許偏差：單層廠房為5.0 mm，多高廠房為2.0 mm。

4.3 預埋螺栓的定位方法

1）加設鋼板開孔定位法

此方法所用鋼板為永久性、一次性模具，定位準確，但造價較高。

2）木模定位法

依據(jù)柱腳預埋螺栓位置尺寸由木工下料制作。此法可制作部分模具，但需分段施工。由于建筑物的不同，柱腳設計亦不盡相同，所以木模也不好得到多次利用，木模的制作也相當煩瑣。

3）軟定位法[3]

也就是待預埋螺栓就位固定后，用草繩等物纏繞于其上部，然后澆注混凝土基礎，混凝土初凝后撥出纏繞物，再按要求調(diào)整預埋螺栓位置，預濕混凝土表面后用細石混凝土進行二次澆灌即可。此種方法比較經(jīng)濟。

5 實例分析

5.1 某焦化公司解凍庫項目

5.1.1 項目概況

本項目建在該公司原3#翻車機附近13#、15#料線之間且跨越14#車道，表面土層為3 m厚的雜填土，承載力低。但因為場地狹小，無法進行地勘作業(yè)。解凍庫主體部分采用鋼結(jié)構(gòu)，6 m的柱距，全長150 m，高度6.6 m，寬5.4 m，墻面及屋面均采用彩鋼板，用檁條連接，上部承受一根主煤氣管道及兩個廢氣管道的重量。風機燃燒室部分采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，二層采用鋼結(jié)構(gòu)平臺，但設備重量達250 t，①②軸線之間有2.2 m的高度差。

5.1.2 基礎設計

解凍庫主體部分由于沒有確切的地勘資料，再加上場地限制，無法進行土層的換填。采用素填土作為持力土層，設計土層承載力為80 kPa，根據(jù)荷載計算確定采用2 m×2 m的獨立基礎，埋深1.0 m，由于中間跨越14#料線，只有縱向可以設置基礎梁。但經(jīng)過實地勘察后，施工單位反映由于施工放坡作業(yè)面可能達到2.8 m×2.8 m，會施工影響到13#料線，并且施工不安全，容易被過往火車傷害。只有將基礎改成矩形1.5 m×2 m，埋深1.5 m，將設計土層承載力變?yōu)?00 kPa。同樣，風機燃燒室部分長11 m，寬5 m，高7.8 m，沒有確切的地勘資料，再加上場地限制，上部設備自重較大，所以采用樁基礎如圖1。由于大型設備無法進入場地，樁基礎采用人工挖孔樁，樁長大體設計為10 m，設計樁端承載力為300 kPa，但具體持力層需要基坑開挖后方可確定。根據(jù)承載力計算穩(wěn)定性驗算設計樁直徑為1.5 m，擴底直徑為2.1 m，如圖2。

圖1 柱下獨立基礎

圖2 樁基礎

6 結(jié)語

1）地基及基礎的設計,關乎建筑物的安全可靠、經(jīng)濟合理，因此必須給予足夠的重視。

2）結(jié)構(gòu)工程師應認真分析、鑒別巖土工程報告,不能片面引用。巖工工程報告非常重要，沒有初勘報告，不交付初步設計文件；詳細勘察報告沒有經(jīng)過政府指定的審圖部門的審核，不交付基礎施工圖是必須遵守的原則。

3）地基及基礎設計包括承載力計算和沉降計算兩部分。承載力計算雖然重要，但沉降計算更重要。沉降值不應大于地基沉降的允許值，這是一個非常重要的原則。控制沉降越小，工程造價越高，合理控制沉降量很關鍵。

[1]GB 50007-2002,建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[2]GB 50205-2002,鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[3]GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].