關于建筑地基結構設計的探究

李彥棟

【摘要】地基和基礎是地下隱蔽工程，是建筑結構的根本，一旦發生事故就容易造成災難性后果。結合筆者工作經驗，本文對建筑物基礎的設計和類型選擇、地基結構設計等級、地基計算等方面進行了研究分析。

【關鍵詞】建筑地基；結構設計；樁基設計；地基計算

建筑物地基直接關系到建筑物的安全和穩定，是建筑結構的根本，在結構設計中必須進行全面細致的設計，以保證建筑的安全性。以下就建筑地基結構設計進行分析，以供借鑒。

一、建筑物基礎的設計和類型選擇

1、樁基礎設計。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，或經過經濟比較采用淺基礎反而不經濟時，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倍板厚范圍之內；在伸縮縫或防震縫處可采用兩柱共用同一承臺的布樁形式；剪力墻下的布樁量要考慮剪力墻兩端應力集中的影響，而剪力墻中和軸附近的樁可按受力均勻布置；⑺在縱橫墻交叉處都應布樁，橫墻較多的多層建筑在橫墻兩側的縱墻上布樁，門洞口下面不宜布樁。 （2）樁端進入持力層的最小深度：應選擇較硬土層或巖層作為樁端持力層。樁端進入持力層深度， 對于粘性土、粉土不宜小于2d （ d為樁徑） ；砂土及強風化軟質巖不宜小于1.5d； 對于碎石土及強風化硬質巖不宜小于1d， 且不小于0.5 m。樁端進入中、微風化巖的嵌巖樁， 樁全斷面進入巖層的深度不宜小于0.5 m， 嵌入灰巖或其他未風化硬質巖時， 嵌巖深度可適當減少， 但不宜小于0.2 m。當場地有液化土層時， 樁身應穿過液化土層進入液化土層以下的穩定土層， 進入深度應由計算確定， 對碎石土、礫、粗中砂、堅硬粘性土和密實粉土且不應小于0.5 m， 對其他非巖石土且不宜小于1.5 m。當場地有季節性凍土或膨脹土層時， 樁身進入上述土層以下的深度應通過抗拔穩定性驗算確定， 其深度不應小于4倍樁徑， 擴大頭直徑及1.5 m。（3）樁型選擇原則。樁型的選擇應根據建筑物的使用要求，上部結構類型、荷載大小及分布、工程地質情況、施工條件及周圍環境等因素綜合確定。預制樁（包括混凝土方形樁及預應力混凝土管樁）適宜用于持力層層面起伏不大的強風化層、風化殘積土層、砂層和碎石土層， 且樁身穿過的土層主要為高、中壓縮性粘性土， 穿越層中存在孤石等障礙物的石灰巖地區、從軟塑層突變到特別堅硬層的巖層地區均不適用。其施工方法有錘擊法和靜壓法兩種。沉管灌注樁（包括小直徑d < 500 mm， 中直徑d =500 mm～600 mm） 適用持力層層面起伏較大、且樁身穿越的土層主要為高、中壓縮性粘性土； 對于樁群密集， 且為高靈敏度軟土時則不適用。

2、建筑物無地下室。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，地基較好，這種情況下可以選用交叉條形基礎。

3、建筑物有地下室。建筑行業的不斷發展，建筑物功能更為全面。現在的高層建筑一般都設有地下室。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；當基礎地基較差，為滿足地基強度和沉降要求，可采用樁基或人工處理地基；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。

二、地基結構設計等級

地基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。

三、地基計算

地基計算包括地基承載力計算，地基變形計算，地基穩定性計算。

1、地基計算前首先應確定基礎埋深，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）地基土凍脹和融陷的影響。除巖石地基外，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承載力、變形和穩定性要求。位于巖石地基上的高層建筑，其基礎埋深應滿足抗滑穩定性要求。

2、地基承載力計算應滿足《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011第5.2.1條、5.2.2條相關規定。

3、地基變形計算；地基變形特征可分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜。建筑物地基變形值，不應大于地基變形允許值。建筑物地基變形允許值按照《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，建筑物地基最終變形量按照第5.3.5條進行計算。

4、地基穩定性計算；地基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（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。

結束語

建筑結構的設計和施工中地基和基礎是最為重要的，建筑基礎設計關鍵是基礎類型的選擇，基礎的設計對整個結構設計至關重要，應該根據工程實際情況進行具體的選型，以保證地基結構設計的科學、合理。

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