淺談結構設計中的地基基礎設計

劉啟川

中外建工程設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，基礎是結構設計中的重要部分，在對其進行設計的時候，一定要對其強度與剛度進行考慮，并對上部結構體系以及施工條件和周圍環境等進行重視。因為地基基礎工程屬于地下隱蔽工程，是建筑工程的根本，一旦發生事故就會造成災難性后果。本文簡要分析建筑地基基礎工程存在的問題，對建筑地基基礎工程結構設計的計算以及建筑地基基礎工程的結構設計進行了研究分析。

關鍵詞：建筑工程；地基基礎；問題；結構設計；計算

進入新時期，隨著經濟水平的提高，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，要保證建筑物安全、滿足使用要求。但在實際操作中，應該根據工程實際情況進行選型，以保證其設計的科學、合理。建筑地基基礎工程結構設計等級分為甲級、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、體型復雜層數相差超過10層的高低層連成一體建筑物、復雜地質條件下的坡上建筑物、對地基基礎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、場地和地基基礎條件復雜的一般建筑物、位于復雜地質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境條件復雜、環境保護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建筑物以及非軟土地區且場地地質條件簡單、基坑周邊環境條件簡單、環境保護要求不高且開挖深度小于5.0m的基坑工程。

1、建筑工程地基基礎工程施工特點

1.1復雜性

我國幅員遼闊，地質地形環境復雜，特別是山地、丘陵以及高原等地區的地質條件更為復雜，多為季節性凍土、淤泥質土或者雜填土等。這給建筑工程建設施工單位在地基基礎施工方面帶來了一定的難度，往往會采取相關的地基基礎處理技術措施來提升地基基礎的穩定性，施工難度大，工序多。

1.2多發性

在建筑工程工程設計過程中因人為因素或者自然因素導致建筑工程工程施工中出現不同程度的質量問題，比如建筑工程工程設計方案的不合理，施工人員未嚴格按照工程施工規范標準施工，施工過程中受到惡劣天氣或者突發性自然災害影響都會影響建筑工程地基基礎施工質量。

1.3潛在性

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

1.4嚴重性

在建筑工程地基基礎工程施工中，通常地下環境比較復雜，施工空間范圍比較狹小，一旦出現工程質量問題，引發工程事故，很難及時對施工人員進行搶救，造成施工人員傷亡惡性事故。同時地基基礎工程一旦存在質量問題，是無法進行補救的，必須要返工，給建筑工程建設單位帶來了嚴重的經濟損失，也給社會帶來極其不良的影響。

1.5困難性

建筑工程地基基礎施工涉及的專業領域多，并且具有很強的隱蔽性，一旦發生工程質量事故，對地下操作施工人員的救援難度大；加之地基基礎工程是整個建筑工程結構的支撐結構，構造工藝比較復雜，如果對地基基礎處理方法不當，可能會對整個上部結構的穩定性造成嚴重影響。

2、建筑地基基礎工程存在的問題

建筑地基基礎工程筆者認為存在以下問題：（1）由于動荷載引起的地基基礎問題。當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土、特別是飽和無黏性土的液化、失穩和震陷等。（2）強度及穩定性問題。地基基礎的強度問題直接決定了房建的質量好壞，當地基基礎的抗剪強度不足以支撐上部結構的自重及外荷載時，地基基礎就會產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，這一直是專家學者研究的課題之一。當地基基礎在上部結構的自重及外荷載作用下產生過大變形時，會影響建筑物的正常使用，特別是超過規范所容許的不均勻沉降時，結構可能會開裂。

3、建筑地基基礎工程結構設計的計算

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

2、地基基礎穩定性計算；地基基礎穩定性可采用圓弧滑動面法進行驗算。具體可按照《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011第5.4.1條、5.4.2條、5.4.3條相關規定進行驗算，山區地基基礎（包括丘陵地帶）的設計，還必須按照第6.1.1條中可能出現的設計條件進行分析認定，避免發生滑坡、泥石流、崩塌等引起房屋倒塌的事故。

3、地基基礎變形計算；地基基礎變形特征可分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜。建筑物地基基礎變形值，不應大于地基基礎變形允許值。建筑物地基基礎變形允許值按照《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011第5.3.4條中表5.3.4規定采用，建筑物地基基礎最終變形量按照第5.3.5條進行計算。

4、建筑地基基礎工程結構設計的研究分析

1、建筑物無地下室的地基基礎結構設計。建筑物屬于砌體結構應優先采用剛性條形基礎，如毛石條形基礎、四合土條形基礎、灰土條形基礎、混凝土條形基礎、毛石混凝土條形基礎等，當基礎寬度大于2.5m時，可采用鋼筋混凝土擴展基礎即柔性基礎。多層框架結構，無地下室，荷載過大，地基基礎較差的情況時，這時需采用十字交叉梁條形基礎，以便減少不均勻沉降、增強整體性；框架結構地基基礎較好，無地下室，荷載較小時，可選用獨立柱基，在抗震設防區可按《建筑抗震設計規范》設柱基拉梁。框剪結構無地下室，地基基礎較好，荷載較均勻時，可選用框架柱獨立柱基，剪力墻下條基，抗震設防地區，柱基下設拉梁并與剪力墻下條基連結在一起。剪力墻結構不論有無地下室，地基基礎較好，這種情況下可以選用交叉條形基礎。如采用上述基礎不能滿足地基基礎強度和變形要求，又不宜采用樁基或人工地基基礎時，可采用筏板基礎。

2、建筑物有地下室的地基基礎結構設計。一般情況下有地下室的建筑物可采用筏板基礎；在有地下室，地基基礎較好，建筑物無防水要求，柱網、荷載較均勻的情況下，應使用筏板基礎、鋼筋混凝土交叉條形基礎，或是選用獨立柱基，抗震設防區加柱基拉梁；當基礎地基基礎較差，為滿足地基基礎強度和沉降要求，可采用樁基或人工處理地基基礎；當有防水要求時，可選用筏板基礎或箱形基礎；另外建筑物屬于框架結構，有地下室且上部結構對防水要求高，不均勻沉降要求嚴格，柱網均勻時，可采用箱型基礎，柱網不均勻時，就采用筏板基礎；如果地下室設置有均勻的鋼筋混凝土隔墻時，采用箱形基礎；要注意建筑物地基基礎結構施工時無論采用何種基礎都要處理好基礎底板與地下室外墻的連結節點。

3、樁基礎設計。建筑工程地基結構設計過程中，當天然地基或人工地基的地基承載力或變形不能滿足設計要求，可采用樁基礎。（1）樁平面布置原則：同一結構單元不應同時采用摩擦樁和端承樁；各樁樁頂受荷均勻，上部結構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或不超出簡體外緣一