淺析城市建設(shè)建筑基礎(chǔ)型式選擇

（中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

1 建筑基礎(chǔ)選型的基本原則

1.1 建筑基礎(chǔ)造型

地基是建筑重量（當然也包括水平作用力）的承受者，是建筑的最終載體；基礎(chǔ)是傳力者，是建筑“力的傳遞接力賽”中的最后一棒。打個不太恰當?shù)谋确?，基礎(chǔ)是扁擔，把重量傳遞過來；地基是肩膀，是重量的最終承受者。

目前專業(yè)的基礎(chǔ)計算程序的開發(fā)越來越完善，功能越來越強大。但在使用軟件之前，還有一件計算機幫你做不了的事情：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型。

基礎(chǔ)的選型，筆者對近三十年的設(shè)計經(jīng)歷進行總結(jié)，概括為用好“它”，穿越“它”，改造“它”（“它”指地基）。

地基如果是可用之才，就用好“它”。相應(yīng)采用的基礎(chǔ)型式有：淺基礎(chǔ)，包括獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)；地基如果是不可用之才，就穿越“它”。相應(yīng)可采用的基礎(chǔ)型式：最典型的樁基礎(chǔ)。其他有沉井基礎(chǔ)等，拓展的有樁筏聯(lián)合基礎(chǔ)；地基如果是可塑之才，就改造“它”。相應(yīng)可采用的基礎(chǔ)型式：強夯法、置換法、水泥攪拌樁（旋噴樁）法、預壓法等，都是以改造地基作為手段，實際上也是地基處理技術(shù)。

有了以上的思路，基礎(chǔ)型式的選擇就順理成章了。但在基礎(chǔ)選型之前，還有兩件更重要的事。缺少這兩個前提，基礎(chǔ)選型就是無本之木、無皮之毛、無稽之談。這兩個前提是：保證建筑場地的穩(wěn)定和對地質(zhì)災害的判定。

（1）建筑場地的穩(wěn)定是前提條件。建筑場地必須滿足穩(wěn)定性要求，包括現(xiàn)狀的穩(wěn)定、在建筑荷載作用下的穩(wěn)定、在地震荷載作用下的穩(wěn)定、水的沖刷作用下的穩(wěn)定、分析地基基礎(chǔ)施工對穩(wěn)定的影響等問題。場地一旦出現(xiàn)穩(wěn)定問題，對建筑物的破壞將是災難性的。這樣的工程事故實際案例已出現(xiàn)很多。尤其在偏僻建設(shè)地點，坡地建筑、鄰水的庫岸建筑尤其應(yīng)重視。地勘任務(wù)書階段，應(yīng)對場地穩(wěn)定性的判斷提出要求，要求對建筑場地整體的穩(wěn)定性、邊坡的穩(wěn)定性及周邊環(huán)境對本工程的影響作出安全評價。提供地勘報告后，應(yīng)首先看報告中對建筑場地整體的穩(wěn)定性評價，如果評價不是肯定的，那么應(yīng)做專項的場平設(shè)計，甚至另行選址、換址。

（2）地質(zhì)災害的判定。地質(zhì)災害的形式有很多種，如泥石流、山體崩塌、濕陷性黃土、巖溶和土洞等。有效的判別出地質(zhì)災害，才能在基礎(chǔ)設(shè)計中有效的規(guī)避、應(yīng)對。地質(zhì)災害在一些小型、偏遠的項目及附屬建筑中容易忽視。

1.2 建筑基礎(chǔ)選型的基本原則

建筑基礎(chǔ)選型的基本原則，除在引言中重點說明的兩點之外，主要還要滿足上部建筑地基承載力的要求；滿足上部建筑地基變形和不均勻沉降的要求；控制經(jīng)濟指標，選用工程造價低的基礎(chǔ)型式?？偨Y(jié)如下：

（1）場地的穩(wěn)定是前提條件；

（2）地質(zhì)災害的判定和應(yīng)對；

（3）滿足上部建筑地基承載力的要求；

（4）滿足上部建筑地基變形和不均勻沉降的要求；

（5）控制經(jīng)濟指標，選用工程造價低的基礎(chǔ)型式。

2 常用基礎(chǔ)型式選型

2.1 天然基礎(chǔ)

如前文所說，地基如是可用之才，就用好“它”。是指地基持力層出露較淺，能滿足基礎(chǔ)對地基承載力的要求的情況，相應(yīng)采用的基礎(chǔ)型式為天然基礎(chǔ)：獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)。

天然基礎(chǔ)定義：基礎(chǔ)埋深不大（除筏形基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)外，一般淺于3 m），只需經(jīng)過開挖等普通施工程序就可建成的基礎(chǔ)。

（1）墻下條形基礎(chǔ)。①剛性條形基礎(chǔ)：墻基礎(chǔ)中常見的形式，通常用磚或毛石砌筑。選型要點：低層（1～3層）磚混結(jié)構(gòu)的常用最佳基礎(chǔ)選擇型式。適用層數(shù)與地基的條件（承載力的大小、壓縮模量、分層復雜程度）相關(guān)。構(gòu)造要點：為彌補材料脆性特點，常沿基礎(chǔ)長方向設(shè)置地圈梁。計算要點：剛性角控制。剛性角與基礎(chǔ)材料、地基承載力均有關(guān)。對地基承載力大于300 kPa的混凝土基礎(chǔ)應(yīng)做抗剪驗算。②墻下鋼筋混凝土條形（柔性）基礎(chǔ)：當基礎(chǔ)寬度較大，可采用柔性鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)。選型要點：多層磚混結(jié)構(gòu)的常用最佳基礎(chǔ)選擇型式。適用層數(shù)（2～7層）與地基的條件（承載力的大小、壓縮模量、分層復雜程度）相關(guān)。如果地基承載力較高，且地基比較均勻，層數(shù)還可以適當增加。這種基礎(chǔ)的優(yōu)點是造價低、施工快，能夠承受上部結(jié)構(gòu)較大的荷載及適應(yīng)較小幅度的地基變形。構(gòu)造上，如果地基不太均勻，為增強基礎(chǔ)的整體性和抗彎能力，可采用有肋梁的鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，肋梁內(nèi)配縱向鋼筋和箍筋，以承受由不均勻沉降引起的彎曲應(yīng)力。計算上應(yīng)進行抗彎、抗剪計算。

（2）獨立基礎(chǔ)，是柱基礎(chǔ)中最常用和最經(jīng)濟的形式。

選型要點：多、高框架結(jié)構(gòu)的常用最佳基礎(chǔ)選擇型式。特別適用地基條件好的框架結(jié)構(gòu)。構(gòu)造要點：柱與基礎(chǔ)的連接應(yīng)符合柱與基礎(chǔ)剛接的假定，建議設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。計算要點：應(yīng)做抗沖切、抗彎計算（基礎(chǔ)長寬比大于2時，應(yīng)做抗剪驗算）。

（3）筏形基礎(chǔ)。當上部建筑較高或地基承載力較低時，墻下條形基礎(chǔ)或獨立基礎(chǔ)因尺寸較大而連成一片而形成筏形基礎(chǔ)。

選型要點：該基礎(chǔ)適合于軟弱地基和上部荷載比較大的建筑物。多層與高層建筑的框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)的常用基礎(chǔ)選擇型式。構(gòu)造上高層建筑應(yīng)滿足最小埋深的要求（埋深不小于總高度的1/15）。計算上除做抗彎、抗沖切驗算外，應(yīng)注意抗剪驗算。

（4）箱形基礎(chǔ)。箱形基礎(chǔ)也可理解為筏形基礎(chǔ)的演變，由上下兩片鋼筋混凝土筏板加縱橫承重隔板同組成的整體式基礎(chǔ)。

選型要點：該基礎(chǔ)的優(yōu)點在于該基礎(chǔ)有很大的整體剛度，適合于軟弱地基的建筑物，對軟弱地基的不均勻沉降有一定的調(diào)整抵抗能力。缺點是造價比較高，為保證箱基剛度的要求設(shè)置內(nèi)墻，作為地下室時，會對使用功能的靈活性帶來一些限制。

2.2 樁基礎(chǔ)

如果地基是不可用之才，就穿越“它”。是指地基淺層無合適的持力層或持力層滿足不了基礎(chǔ)對地基承載力的要求的情況下采取的基礎(chǔ)形式，最典型的基礎(chǔ)型式是樁基礎(chǔ)。

樁基礎(chǔ)按施工方法分為預制樁和灌注樁兩大類。常用的預制樁樁型主要有木樁、普通預制鋼筋混凝土樁、預應(yīng)力鋼筋混凝土樁、鋼管樁等，常用的灌注樁樁型有人工挖孔灌注樁、鉆（沖）孔灌注樁、沉管灌注樁等 。

（1）樁基的選擇原則。選擇樁型時，應(yīng)根據(jù)穿越的土層、樁端持力層等工程地質(zhì)條件、地下水等水文地質(zhì)條件、各種樁的成樁特性、費用成本、施工工期等進行技術(shù)經(jīng)濟分析比較后，選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的樁型和成樁工藝。

（2）各類樁型選型要點和體會。

①選型首先考慮是采用預制樁類型還是灌注樁類型。預制樁比較適合淤泥質(zhì)土層、軟土層地基，尤其淤泥質(zhì)土層較厚的地質(zhì)情況下，不適宜采用易造成縮徑夾泥現(xiàn)象的灌注樁，宜選擇能保證樁身質(zhì)量的預制樁。預制樁有一定的穿透能力，但穿透能力有限。淤泥質(zhì)土層、軟土層以外的土層建議選擇灌注樁，尤其對于砂層或硬土層、巖層埋深較淺的情況，宜優(yōu)先選擇灌注樁。在技術(shù)條件均可行的情況下，一般而言（除沉管灌注樁外）預制樁在造價上有優(yōu)勢，可優(yōu)先選擇預制樁。

②預制樁中各類樁型的區(qū)別主要在于樁身的強度高低和抗腐蝕能力的強弱。樁身的強度越高，耐打能力、穿透能力越強。樁身的強度排序，應(yīng)為木樁＜普通預制鋼筋混凝土樁＜預應(yīng)力鋼筋混凝土樁＜鋼樁?？垢g能力強弱的排序應(yīng)為：木樁＜鋼樁＜普通預制鋼筋混凝土樁＜預應(yīng)力鋼筋混凝土樁。預制樁主要從這兩點上考慮選擇具體樁型。

③灌注樁中各類樁型的區(qū)別主要在成樁工藝（包括護壁形式）不一樣，造價也不一樣。造價由低到高的順序為人工挖孔灌注樁＜沉管灌注樁＜鉆孔灌注樁＜沖孔灌注樁。

④卵石層較厚的河岸等位置并不太適宜鉆孔孔灌注樁，可考慮沖孔灌注樁，沖孔灌注樁一般適用黏土、粉土、砂土、填土、部分卵石、碎石土及風化巖層，能穿透舊基礎(chǔ)，建筑垃圾及大孤石等障礙物。特點：沖擊能大，穿透力強。

⑤人工挖孔樁最忌含水流砂層，其次忌承壓水。最適合擴底，經(jīng)濟指標較好，質(zhì)量易于控制。但考慮人身安全和人性化，有地方性限制，設(shè)計前應(yīng)了解當?shù)卣呦拗啤?/p>

⑥長螺旋鉆機鉆孔（干法作業(yè)）：不適用于淤泥質(zhì)土（淤泥質(zhì)土優(yōu)先采用預制樁），對于含建筑垃圾的填土層，成孔難度大。較適用于黏土層、砂土及不含建筑垃圾的人工填土層。

⑦沉管灌注樁適用于砂土、黏性土、粉土、人工填土、淤泥質(zhì)土地基。與預制樁的適用范圍有交集。具體使用范圍的主要區(qū)別為：a.穿越的極限長度不同。沉管灌注樁樁長不超過24 m，一般10 m左右?；炷令A制樁樁長可達50 m。b.沉管灌注樁沒有混凝土預制樁穿越土層能力強（有硬夾層、有砂夾層、有石夾層的情況），而且施工質(zhì)量沒有混凝土預制樁沉管灌注樁容易控制（拔管縮頸）。c.沉管灌注樁的優(yōu)點是造價及工期均低于混凝土預制樁。

⑧在硬質(zhì)巖石（如石灰?guī)r）作持力層，“軟硬突變、上軟下硬”等情況下，不宜采用預應(yīng)力管樁；其他如巖石基巖面起伏太大，也不宜采用預應(yīng)力管樁。這種情況下可優(yōu)先選擇鉆孔、沖孔灌注樁。

3 結(jié)語

當淺層地基不適合做基礎(chǔ)持力層或地基承載力指標過低時，可以考慮對地基予以改造，然后再在上面采用天然基礎(chǔ)。相應(yīng)可采用的基礎(chǔ)型式有：強夯法、置換法、水泥攪拌樁（旋噴樁）法，預壓地基法等。因這些方法實際上也是地基處理技術(shù)，不屬于建筑基礎(chǔ)選型內(nèi)容，因此不在此贅述。需要強調(diào)的是，只有“改造它”的代價小于“穿越它”（如采用樁基礎(chǔ)等）時，地基處理技術(shù)才有選擇采用的價值。