建筑工程常用的地基基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

王炳監(jiān)

（鹽城市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 鹽城 224007）

隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展，建筑工程的設(shè)計(jì)水平得到了極大的提高。而在整個(gè)工程中，樁基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)更是重中之重，它直接影響到整個(gè)工程的安全和質(zhì)量，所以要充分考慮地基和樁的設(shè)計(jì)。地基基礎(chǔ)是一種隱秘的工程，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查和綜合考慮，并與施工相關(guān)的各種參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，并據(jù)此進(jìn)行樁基的設(shè)計(jì)。但在實(shí)際施工中，由于受到設(shè)計(jì)者和其他因素的影響，致使地基基礎(chǔ)和樁基的設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了許多問(wèn)題，這些問(wèn)題給施工帶來(lái)了一定的影響，不僅會(huì)增加項(xiàng)目的整體造價(jià)，還會(huì)對(duì)項(xiàng)目的安全造成威脅。所以，必須對(duì)影響地基、樁的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行分析，并針對(duì)這些問(wèn)題提出解決辦法，以保證工程質(zhì)量，既能滿足人們的建筑需要，又能推動(dòng)建筑業(yè)的健康發(fā)展。

1 建筑工程地基基礎(chǔ)和樁基基礎(chǔ)的地位

在建設(shè)項(xiàng)目中，地基是最基本的，地基的施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到工程的整體穩(wěn)定，因此，有關(guān)施工部門(mén)必須對(duì)地基基礎(chǔ)和樁基基礎(chǔ)進(jìn)行有效處理。在建筑結(jié)構(gòu)中，基礎(chǔ)的功能是承載整體的重量，尤其是高層建筑，其本身的承載力比較大，在后續(xù)的施工中，如果不能將力分散開(kāi)來(lái)，很可能造成建筑物的傾斜，甚至坍塌。所以在對(duì)高層建筑施工的過(guò)程中要加強(qiáng)對(duì)地基的管理，這樣才能為后續(xù)的施工奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在工程實(shí)踐中，工程地基可以分為兩類(lèi)：人造地基和天然地基。人工基礎(chǔ)施工成本高，施工周期長(zhǎng)。自然基礎(chǔ)主要是指有巖性的地區(qū)，在工程中不需要進(jìn)行加固，巖體的強(qiáng)度基本能夠滿足工程設(shè)計(jì)的需要。但因場(chǎng)地較少，有時(shí)需要人工進(jìn)行地基處理。在施工方面，樁基礎(chǔ)的作用也很大，必須在工程區(qū)域內(nèi)尋找合適的樁位。將適當(dāng)比例的混合料填入樁孔，對(duì)地基進(jìn)行加固。在樁基結(jié)構(gòu)中，以承臺(tái)和樁基為主體，在固定成樁結(jié)構(gòu)中，常用的是地基樁基結(jié)構(gòu)，以保證承臺(tái)體的穩(wěn)定性，提高成樁質(zhì)量。在施工場(chǎng)地進(jìn)行樁基的施工，可以使土壤結(jié)構(gòu)得到最優(yōu)的處理，使其達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求，進(jìn)而改善建筑物的整體性能。目前，我國(guó)的國(guó)土空間日益縮小，建設(shè)項(xiàng)目的高度也在逐步提高，許多建設(shè)項(xiàng)目都是在復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行的，這就給施工工藝和質(zhì)量管理帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。在工程實(shí)踐中，采用樁基基礎(chǔ)可有效改善地基的工作環(huán)境，滿足工程建設(shè)的需要，例如在軟弱地基上采用樁基礎(chǔ)，能顯著改善基礎(chǔ)的強(qiáng)度，有利于施工的順利進(jìn)行。

2 建筑物樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容

在建筑項(xiàng)目的施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件比較惡劣時(shí)，施工單位大都會(huì)選擇樁基礎(chǔ)。在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下兩個(gè)方面：一是樁基類(lèi)型的選取，二是樁基的長(zhǎng)度。第二個(gè)問(wèn)題是計(jì)算單樁的垂直承載力?？雌涑休d力是否可以支撐上部的結(jié)構(gòu)，而且在建筑物將要發(fā)生傾覆的時(shí)候，是否可以進(jìn)行抵抗。

2.1 樁基礎(chǔ)的核心參數(shù)

對(duì)樁基進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)是保證工程生命周期工作的一個(gè)重要先決條件。首先，設(shè)計(jì)者要對(duì)施工環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，參考地質(zhì)、水文數(shù)據(jù)，同時(shí)，對(duì)周邊各種建筑物進(jìn)行了全面的分析，以求出合理的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。其次，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮上一層結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的承載能力，并采用驗(yàn)算方法確定樁長(zhǎng)，為了保證樁的承載力與穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)時(shí)盡量將樁尖插入土壤中。

2.2 通過(guò)地基結(jié)構(gòu)等級(jí)核算單樁的豎向承載能力

根據(jù)工程實(shí)際情況，我國(guó)的建筑地基分為甲、乙、丙三個(gè)級(jí)別。A類(lèi)建筑一般是30層以上的超高層建筑，或者在復(fù)雜的地下工程環(huán)境中，施工條件不佳；而乙級(jí)結(jié)構(gòu)可用于一般的民用工程，而丙類(lèi)結(jié)構(gòu)的施工，一般情況下，采用的是較淺的地基。

在為甲等級(jí)時(shí)，樁基設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮單樁靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，并掌握單樁極限承載力數(shù)據(jù)；當(dāng)工程級(jí)別為B級(jí)時(shí)，在場(chǎng)地條件較為適宜時(shí)，可參照類(lèi)似工程的類(lèi)似規(guī)模，進(jìn)行相應(yīng)的復(fù)原試驗(yàn)；在C級(jí)時(shí)，由于C型結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，因此可以從B組的復(fù)原測(cè)試中獲得必要的數(shù)據(jù)。

在某些工程中，樁直徑較大時(shí)，可通過(guò)深平板加載法進(jìn)行單樁豎向承載力測(cè)試，而在工程設(shè)計(jì)中，則采用嵌巖樁，可以通過(guò)特殊的巖石板荷載測(cè)試來(lái)測(cè)定單樁的豎向承載力。

3 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題

在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，由于受多種因素的影響，進(jìn)而使基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)質(zhì)量不高，極易產(chǎn)生安全隱患，其主要問(wèn)題有：

3.1 地基地質(zhì)條件問(wèn)題

在對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)遇到一些特殊的地形、滲水、季節(jié)性或地域性的凍土等問(wèn)題。由于國(guó)土面積大，各地區(qū)的地質(zhì)狀況差異很大，有些地區(qū)的地質(zhì)條件比較特殊，要根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的措施。地面滲漏是一個(gè)比較普遍的問(wèn)題，有些工地的地面滲漏不僅會(huì)給基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大影響，而且如果在漏水部位進(jìn)行施工，很容易引起基礎(chǔ)的傾斜，進(jìn)而影響后續(xù)的工程。所以，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到地下滲漏問(wèn)題。另外，在我國(guó)東北或高原地區(qū)，凍土問(wèn)題極易發(fā)生，不但給施工帶來(lái)困難，而且因凍脹而引起的基礎(chǔ)開(kāi)裂，對(duì)建筑物的安全穩(wěn)定造成了極大的威脅。

3.2 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題

除了受地基地質(zhì)條件的影響，在設(shè)計(jì)過(guò)程中也有人為因素的影響。設(shè)計(jì)人員自身的水平、總體水平都較低，缺乏專(zhuān)業(yè)、全面的設(shè)計(jì)知識(shí)和豐富的設(shè)計(jì)實(shí)踐，造成設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和不精確的分析，造成了地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的不合理設(shè)計(jì)。另外，由于一些設(shè)計(jì)者的盲目性，沒(méi)有根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，造成了不合理的設(shè)計(jì)，從而對(duì)基礎(chǔ)的質(zhì)量和整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度產(chǎn)生了很大的影響。

4 建筑工程常用的地基基礎(chǔ)種類(lèi)

施工中通常有樁基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)等。在實(shí)際施工中，要依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件和施工荷載，合理選擇地基的形式。下文將對(duì)樁基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、鋼筋混凝土筏基、條形基礎(chǔ)等作一簡(jiǎn)單的介紹。

4.1 樁基礎(chǔ)

樁基的應(yīng)用可分為：第一，在工程建設(shè)中，上部結(jié)構(gòu)的壓力較大，而在上部土層比較松軟，而在下部分布著可以作為樁端持力層的堅(jiān)固土壤時(shí)，則可以采用樁基礎(chǔ)；第二，地基承載能力強(qiáng)，但對(duì)于建筑物的沉降量要求很高時(shí)，也可以采用樁基；第三，在自然地基沉降較大、施工難度大的情況下，可采用樁基；第四，在施工條件不佳、土質(zhì)疏松、地基較薄的情況下，可以采用鉆孔灌注短樁。

4.2 獨(dú)立基礎(chǔ)

獨(dú)立基礎(chǔ)一般分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)。在基樁間距大的情況下，通常采用單獨(dú)的地基，以降低造價(jià)。施工單位可按實(shí)際情況采取配置拉梁，以增強(qiáng)施工的整體穩(wěn)定性，增強(qiáng)基礎(chǔ)的抗變形、抗震性能，確保施工安全，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。在高層建筑中，通常也會(huì)使用獨(dú)立基礎(chǔ)，而高層建筑的上部結(jié)構(gòu)是框架體系，其地基的承載力更好，地基的變形也更少，整體的受力和柱網(wǎng)的分布也比較均衡，因此可以單獨(dú)使用。施工單位應(yīng)從橫向和縱向兩個(gè)方向進(jìn)行拉梁的聯(lián)接。在施工中，要注意按實(shí)際條件選取拉梁截面，以確保間距科學(xué)，達(dá)到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

4.3 鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)

在一些特定的條件下，RC筏基的應(yīng)用范圍很窄。由于建筑物地基土體的不均勻性，其承載能力較差，而上部結(jié)構(gòu)的作用荷載則相對(duì)較大，因此，在采用十字形地基時(shí)，會(huì)造成相鄰地基間的間距、間隙減小，造成地基上的大量交迭，不能滿足工程的要求，故可采用筏基。另外，在有地下室的建筑中，因其本身的構(gòu)造特征，會(huì)發(fā)生潮濕、滲漏等問(wèn)題。因而，施工單位可以將筏式地基用作地基，以避免出現(xiàn)各種狀況和問(wèn)題，因此，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到了提高。鋼筋砼筏式地基的承載力較高，強(qiáng)度大，可有效改善整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

4.4 條形地基基礎(chǔ)

在建筑工程中，由于上部結(jié)構(gòu)的承載能力和變形能力較低，通常使用剛體地基，而使用剛性地基，會(huì)使地基產(chǎn)生較大的斷面，若采用淺層地基，地基將暴露在地表，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而采用深度處理，會(huì)造成土方和基礎(chǔ)成本的增加。即使采用了剛性地基，也會(huì)引起地基承受較大的應(yīng)力，會(huì)引起地基開(kāi)裂、不均勻沉降，進(jìn)而影響到上部結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。在此條件下，可采用鋼筋混凝土條形地基，既能經(jīng)受較大的彎矩、剪力，又能滿足地基截面尺寸、配筋量等各項(xiàng)性能指標(biāo)。

5 實(shí)際工程中的地基基礎(chǔ)選擇和設(shè)計(jì)

在具體的工程設(shè)計(jì)中，尤其是地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要充分考慮到各種因素和環(huán)境的影響，并根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮施工場(chǎng)地的具體條件、地質(zhì)條件，以及地基間距、施工標(biāo)準(zhǔn)、后期的維修與利用。不管是工業(yè)、民用、高層、超高層建筑項(xiàng)目，都要經(jīng)過(guò)實(shí)地考察，為下一階段材料采購(gòu)和施工組織設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，不去實(shí)地考察、調(diào)查，很容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)偏離現(xiàn)實(shí)，忽視許多未考慮到的問(wèn)題，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮各種因素，從而達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。在砌體結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，可采用條狀結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)?shù)鼗膶挾瘸^(guò)2米時(shí)，為了提高地基的穩(wěn)定性，必須引進(jìn)彈性地基來(lái)增加其穩(wěn)定性，比如采用鋼筋混凝土地基。而根據(jù)地質(zhì)情況和工程環(huán)境的不同，其地基的設(shè)計(jì)方案也不盡相同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化，具體情況具體分析。

情況一：本工程是一套多層框架結(jié)構(gòu)，沒(méi)有地下室，上部荷載較大，對(duì)基礎(chǔ)承載力有較高的要求。從總體上看，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意地基不均勻度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，這樣既能降低沉降的概率，又能有效控制地基的沉降。因此，為了改善地基的承載力和形狀參數(shù)，一般都會(huì)選用帶交叉梁的條形基礎(chǔ)梁。但在設(shè)置橫梁的條形基礎(chǔ)上，存在著一些缺點(diǎn)，即不能完全滿足形狀和強(qiáng)度的要求，所以通常采用人工制作的方法來(lái)處理。在有地下室的情況下，一般的框架混凝土結(jié)構(gòu)，由于工程需要滿足一定的均勻度和防水性能，所以一般都會(huì)選擇箱形基礎(chǔ)。在地基中采用箱形基礎(chǔ)，可以很好地改善地基的防水性能，增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性。

情況二：對(duì)具有一定防水性能的建筑物，應(yīng)選用鋼筋砼筏基或箱形地基。選擇鋼筋砼筏式基礎(chǔ)，一般為帶地下室的房屋，而加筋混凝土箱型基礎(chǔ)，可用于含鋼筋混凝土隔層的地下室。當(dāng)其他基礎(chǔ)條件不佳時(shí)，為了改善地基的穩(wěn)定性，一般采用人工開(kāi)挖或設(shè)置樁基，以保證地基的穩(wěn)定性和安全性，使建筑物更加穩(wěn)固。

樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)是當(dāng)今建筑中最常用的一種結(jié)構(gòu)形式，它是施工中的主要環(huán)境，因此，樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)是非常有意義的。按樁基的結(jié)構(gòu)形式，可以把樁基分為高承臺(tái)和低承臺(tái)兩種類(lèi)型。高承臺(tái)是指樁基和地基的上部。所謂的高承臺(tái)主要就是指樁基的上部和基座。高承臺(tái)的施工方法主要分為預(yù)制樁和鉆孔灌注樁這兩種，此外要想有效提升樁基基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，那么在施工時(shí)要按照設(shè)計(jì)圖紙和施工規(guī)程進(jìn)行，并合理選用相應(yīng)的施工設(shè)備和相應(yīng)的施工隊(duì)伍。尤其是在鉆孔灌注樁時(shí)，應(yīng)留意鋼筋籠在下孔前有無(wú)變形，若出現(xiàn)變形，應(yīng)暫停施工，待鋼筋籠恢復(fù)后，才可進(jìn)行下一步的灌漿工作。低承臺(tái)主要指的是指在地面下打入自然土壤中的樁，其工作形式有靜壓施工、錘擊施工、振動(dòng)施工。其施工方式主要是用物理撞擊的方式將樁體打入土中。樁基是一種廣泛使用于建筑工程中的樁基，其作用是使建筑物和地基之間保持密切的聯(lián)系，從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗傾覆和穩(wěn)定性，并通過(guò)傳遞上部的載荷來(lái)增強(qiáng)其對(duì)外界載荷的承載力。

6 結(jié)論

綜上所述，在施工過(guò)程中，地基基礎(chǔ)和樁基設(shè)計(jì)是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它直接影響到整個(gè)施工的質(zhì)量。因此，加強(qiáng)建筑工程的地基基礎(chǔ)和樁基的設(shè)計(jì)，對(duì)在施工中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而有效提高建筑物的穩(wěn)定性，以此來(lái)推動(dòng)建筑業(yè)的健康和持續(xù)發(fā)展。