實(shí)例探討土木工程中建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)用

王坤

宜春市規(guī)劃建筑設(shè)計研究院 江西 宜春 336000

1 土木工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的概述

在土木工程建設(shè)中，地基作為建筑物的基礎(chǔ)，是建筑物的立足根本，因此加強(qiáng)建筑基礎(chǔ)設(shè)計十分重要。通常，地基基礎(chǔ)及地下室的成本約占整個土建項(xiàng)目成本的6%，對埋深較深，地質(zhì)情況復(fù)雜，需特殊處理的地基基礎(chǔ)，其造價更可達(dá)10%以上，因此，加強(qiáng)地基基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計，能有效減少項(xiàng)目建設(shè)的造價成本。

基礎(chǔ)設(shè)計是土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容，主要在考慮構(gòu)造措施的前提下，根據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)勘查報告、上部結(jié)構(gòu)類型、上部結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)、當(dāng)?shù)厥┕ぜ夹g(shù)水平和材料供應(yīng)情況確定基礎(chǔ)的形式以及材料的強(qiáng)度等級，進(jìn)行基礎(chǔ)底面積的確定及地基承載力驗(yàn)算，完成基礎(chǔ)的內(nèi)力計算和配筋計算，其對保證建筑物的正常使用和安全性至關(guān)重要[1]。由于地基深埋地下，地下地質(zhì)情況復(fù)雜，加上地下水因素的影響，導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)計中存在諸多不確定性，設(shè)計難度也驟升。因此，基礎(chǔ)設(shè)計過程中要做好以下要求：①基底附加壓力不超過地基承載力或樁基承載力；②基礎(chǔ)總沉降量和差異沉降量控制在允許限值以內(nèi)；③適當(dāng)考慮樁基的運(yùn)用；④預(yù)先估計到基礎(chǔ)在施工中對毗鄰房屋可能造成的影響；⑤考慮綜合經(jīng)濟(jì)效果，不僅考慮基礎(chǔ)本身的用料和造價，還應(yīng)考慮使用、施工條件和施工工期等因素對經(jīng)濟(jì)效果的影響。

2 土木工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的相關(guān)要求及其選型

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計的要求

通常，對于土木工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的要求主要分為以下兩種情況：

（1）多層建筑，一般砌體結(jié)構(gòu)建筑，嚴(yán)格按照建筑的抗震設(shè)計規(guī)范要求，在施工中要優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系，縱橫墻在布置上最好能均勻的對稱，且沿著平面進(jìn)行對齊，沿豎向的面也要上下進(jìn)行連續(xù)。鋼筋砼多層建筑結(jié)構(gòu)的布置，要盡量采用規(guī)則的結(jié)構(gòu)。如果結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可預(yù)先設(shè)置好防震縫，并且將防震縫兩側(cè)分割成為各規(guī)則的結(jié)構(gòu)，單元為單位，結(jié)構(gòu)布置以少設(shè)縫為宜。

（2）高層建筑，其特點(diǎn)是層數(shù)多，上部結(jié)構(gòu)荷載大，使得基礎(chǔ)埋置深度大、在材料耗費(fèi)量大、施工周期較長、工程造價高。因此，在高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計時，首先，基礎(chǔ)的總沉降量和差異沉降量應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)范規(guī)定的允許值；其次，滿足復(fù)合地基或天然地基承載力及樁基承載力的要求以及地下結(jié)構(gòu)做好建筑防水滿足規(guī)定要求；最后，不僅要考慮基礎(chǔ)本身的耗材和造價，還要考慮土方、降水、施工條件與工期長短等因素。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計的選型

土木工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的選型應(yīng)根據(jù)多方面因素綜合考慮最終確定，應(yīng)選用整體性能高，能滿足地基承載力和建筑物允許變形要求的基礎(chǔ)形式，最好能調(diào)節(jié)不均勻沉降。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中有幾種常用的基礎(chǔ)形式如下：

（1）墻下條形基礎(chǔ)。常見的磚、毛石、混凝土剛性基礎(chǔ)，主要功能為承受抗壓強(qiáng)度、對于承受抗拉和抗剪強(qiáng)度的能力不高。這種基礎(chǔ)特點(diǎn)是造價低、施工快、可通過地圈梁的加強(qiáng)來增強(qiáng)基礎(chǔ)的整體剛度，可承受上部結(jié)構(gòu)的較大荷載，并能適應(yīng)一定程度的地基變形。適用于建造5層以下民用建筑及輕質(zhì)生產(chǎn)廠房。

（2）獨(dú)立基礎(chǔ)。常于柱距較大情況，較為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠?？刹捎美豪Y(jié)的方式，來增強(qiáng)抗震承受能力與適應(yīng)地基變形，從而提高基礎(chǔ)整體性?？紤]到經(jīng)濟(jì)效益方面，在民用建筑多采用獨(dú)立基礎(chǔ)。

（3）柱下條形基礎(chǔ)及十字交叉基礎(chǔ)，柱荷載較大或地基不夠堅固時多采用條形基礎(chǔ)。由于條形基礎(chǔ)的剛度較大，有良好的調(diào)整不均勻沉降作用，但隨著柱距的增大，能力也隨之下降。因此在柱距不超過6～7米條件下，柱下條形基礎(chǔ)能較好發(fā)揮作用。

（4）鋼筋混凝土筏片基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)是以梁板式及筏板式為主，如果建筑物基礎(chǔ)底面積出現(xiàn)重疊，且基地承載力較弱及基礎(chǔ)間空隙小的情況。筏板式基礎(chǔ)一般在地板結(jié)構(gòu)多且在有地下室的建筑中使用較為普遍。

3 土木工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計案例

某地區(qū)一高層建筑項(xiàng)目，位于市區(qū)繁華地段；地上26層，地下2層，其中一、二層為商業(yè)用途，功能上要求大跨柱距，以上均為住宅；建筑高度約為76米，總面積約47600平；為A級高度鋼筋混凝土高層建筑，抗震設(shè)防烈度為6度，抗震設(shè)防類別為丙類，場地土類別為Ⅱ類，結(jié)構(gòu)體系為部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.1 地質(zhì)概況

根據(jù)巖土工程勘察報告，本工程場區(qū)地層結(jié)構(gòu)逐層為：雜素填土、碎石層、黏土層、閃長巖殘積土、全風(fēng)化閃長巖、強(qiáng)風(fēng)化閃長巖和中風(fēng)化閃長巖。場區(qū)內(nèi)地下水屬壤中潛水型，埋深3～3.5米。

3.2 樁基方案優(yōu)化

本項(xiàng)目原設(shè)計方案是采用樁徑600毫米的鉆孔灌注樁，以中風(fēng)化閃長巖為樁端持力層，樁長約18米，單樁承載力特征值為1800kN，樁總數(shù)為862顆，需要滿堂布樁，因此采用樁筏基礎(chǔ)，基礎(chǔ)筏板厚1800毫米，上、下皮各配置兩排雙向Φ25@150受力鋼筋網(wǎng)，板厚中部配置兩排雙向Φ12@300構(gòu)造鋼筋網(wǎng)。

優(yōu)化設(shè)計時，可提高單樁的承載力，從而減少樁數(shù)、使樁筏基礎(chǔ)改為樁承臺基礎(chǔ)，以達(dá)到施工進(jìn)度加快、使工程造價降低的目的。而提高單樁承載力的方法如加大樁徑，加長樁身，變換樁端持力層、改變成樁工藝，改變樁型等。最后經(jīng)過各種調(diào)研、分析比較、試算，以確定采用鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)提高單樁承載力。

本項(xiàng)目通過優(yōu)化設(shè)計，將原樁長減少2米，樁徑由600增至700毫米，其他條件不變，采用鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)后，單樁承載力特征值由優(yōu)化前的1800kN增大到3500kN，將原設(shè)計的滿堂樁筏基礎(chǔ)方案修改為柱下獨(dú)立承臺或墻下條形承臺＋構(gòu)造防水底板方案，承臺厚度與筏板厚度相同，均為1800毫米，但只需在承臺下皮單層配筋，防水底板厚度為600毫米?？梢?，優(yōu)化設(shè)計后，在樁身混凝土用量基本不變情況下，樁的數(shù)量和長度、基礎(chǔ)混凝土用量均得以減少，有利于加快施工進(jìn)度、縮短工期、降低造價。

4 結(jié)束語

總之，基礎(chǔ)設(shè)計在整個土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中占據(jù)重要的地位，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計對于促進(jìn)土木工程行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。因此，在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的應(yīng)用研究，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況科學(xué)合理的制定基礎(chǔ)設(shè)計方案，確保地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，為土木工程建設(shè)打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。