建筑地基勘察與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化的探討

蔡大慶

（廣東天能電力設(shè)計(jì)有限公司　廣東　佛山　528100）

建筑地基勘察與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化的探討

蔡大慶

（廣東天能電力設(shè)計(jì)有限公司廣東佛山528100）

隨著我國(guó)城市化水平不斷提高，城市中人口數(shù)量急劇增加，為了更為充分地利用現(xiàn)有的土地資源，城市建筑開(kāi)始向高大建筑發(fā)展，這也對(duì)建筑地基勘察及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。有關(guān)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，隨著建筑物高度不斷增大，其基礎(chǔ)造價(jià)所占整個(gè)工程造價(jià)的比重也越來(lái)越大，有些高層建筑物基礎(chǔ)的造價(jià)已占到甚至超過(guò)整個(gè)工程造價(jià)的。因此，建筑地基勘察及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不僅影響到工程的安全性能及正常使用性能，在降低工程造價(jià)方面也有非常大的影響。本文通過(guò)分析了地基勘察工作中有關(guān)問(wèn)題的完善措施及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施，以達(dá)到土地資源的充分利用。

地基勘察；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；優(yōu)化

引言

隨著城市建筑規(guī)模在不斷增大，建筑工程地質(zhì)勘查的重要性日益凸顯。但是現(xiàn)階段，地基勘察過(guò)程仍存在一些不足，所勘測(cè)到的地基設(shè)計(jì)參數(shù)仍存在不合理現(xiàn)象，這就從根本上影響了地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作。同時(shí)，現(xiàn)行的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中也存在有待商榷的地方，這些都從一定程度上限制了建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化效果，針對(duì)這些問(wèn)題，筆者結(jié)合自己多年的地基勘察及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)分析闡述，在此基礎(chǔ)上提出了合理的地基勘察與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。

1　建筑工程地質(zhì)勘察概述

1.1工程地質(zhì)勘察工作的任務(wù)

首先，需要對(duì)帶有地形和坐標(biāo)的建筑平面結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行繪制。每個(gè)建筑物都有屬于自己的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)，可能在建筑物的尺寸大小、基礎(chǔ)類型以及埋深值等方面存在不同的要求。同時(shí)，還要對(duì)不良地質(zhì)的原因、類型以及不良地質(zhì)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行深入細(xì)致的分析，并提出需要改進(jìn)的技術(shù)參數(shù)，將建筑物區(qū)域范圍內(nèi)巖層的厚度、形式以及結(jié)構(gòu)查清楚，將建筑地基承載能力和穩(wěn)定性的計(jì)算工作做好。此外，還要在地震設(shè)防范圍內(nèi)，將場(chǎng)地土類型與場(chǎng)地類別劃分工作做好，強(qiáng)化地基地震效應(yīng)評(píng)價(jià)。

1.2工程地質(zhì)勘察工作的要求

在建筑工程地基處理過(guò)程中，應(yīng)該將地下水埋深條件等情況查清楚，在設(shè)計(jì)基坑降水的時(shí)候，應(yīng)該將水位變化的規(guī)律與實(shí)際幅度查清楚，并對(duì)地層的滲透性進(jìn)行分析。在建筑工程施工過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)土層狀況可能會(huì)對(duì)建筑物地下水帶來(lái)的腐蝕性后果進(jìn)行相應(yīng)的判斷，對(duì)建筑物地下水的埋藏深度、特點(diǎn)以及水的動(dòng)態(tài)等情況進(jìn)行詳細(xì)的了解，進(jìn)而對(duì)施工過(guò)程中對(duì)地基土層情況的判斷進(jìn)行判定，變化發(fā)生以后整個(gè)建筑工程都會(huì)面臨重要的安全威脅，這時(shí)應(yīng)該通過(guò)相應(yīng)的科學(xué)措施進(jìn)行解決。

2　地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化

增強(qiáng)有關(guān)部門對(duì)地基勘察工作的監(jiān)管力度，督促地基勘工作按照有關(guān)勘察規(guī)范進(jìn)行；加大對(duì)違法發(fā)包單位及承包單位的處罰力度，對(duì)盲目壓低地基勘察費(fèi)用的建設(shè)單位采取嚴(yán)厲處罰措施，提高他們對(duì)地基勘察工作的重視程度。鼓勵(lì)地基勘察工作與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作之間的有機(jī)融合，通過(guò)培訓(xùn)等手段促進(jìn)勘察技術(shù)人員與設(shè)計(jì)人員之間的技術(shù)交流。由于條件限制，有關(guān)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的具體工作可以分別開(kāi)展，但應(yīng)秉承一致的技術(shù)路線以及工程經(jīng)濟(jì)思想脈絡(luò)。

2.1地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化的必要性

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化在降低工程造價(jià)及最大程度利用地基承載能力方面都是非常有必要的，在對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上對(duì)原有方案進(jìn)行的優(yōu)化，有利于實(shí)現(xiàn)地基與基礎(chǔ)配置達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，可以有效地發(fā)揮天然地基的承載能力。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)力求從工程技術(shù)、工程工期、工程質(zhì)量、工程造價(jià)等多個(gè)方面進(jìn)行全面具體地分析，應(yīng)對(duì)擬定的多個(gè)方案進(jìn)行充分比選、綜合權(quán)衡，確定質(zhì)量?jī)?yōu)、效益好的最佳方案，這些方面都有利于建筑工程經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。

2.2地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化的理論分析

目前，現(xiàn)行的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范仍存在很多不能統(tǒng)一的地方，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范與建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范以及建筑地基處理技術(shù)規(guī)范中對(duì)地基承載力的提法各有所見(jiàn)，沒(méi)有達(dá)成統(tǒng)一，這樣很容易引起設(shè)計(jì)人員的誤解。筆者認(rèn)為針對(duì)以上問(wèn)題應(yīng)采用以下優(yōu)化設(shè)計(jì)方法：當(dāng)進(jìn)行地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作時(shí)，首先應(yīng)從地基承載力及地基變形兩個(gè)方面開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，應(yīng)明確各自的控制條件，達(dá)到以上兩個(gè)方面的要求后便可從根本上保證地基基礎(chǔ)的安全性及適用性能，然后，在滿足強(qiáng)度及變形的基礎(chǔ)上結(jié)合地基基礎(chǔ)建設(shè)投資、施工工期、工藝選取等多個(gè)方面，對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到最優(yōu)的使用效果和經(jīng)濟(jì)效果。

（1）地基土強(qiáng)度控制條件。有關(guān)地基承載能力應(yīng)明確其標(biāo)準(zhǔn)值及設(shè)計(jì)值的正確選用，通常我們?cè)诳辈靾?bào)告用到的地基土承載力為承載力標(biāo)準(zhǔn)值，而這一數(shù)值不能直接應(yīng)用到地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)將承載力標(biāo)準(zhǔn)值修正為地基承載力設(shè)計(jì)值，即為設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)度最大值控制指標(biāo)。

（2）地基變形控制條件。地基變形控制條件應(yīng)滿足一定條件，其中，由建筑物上部結(jié)構(gòu)及建筑物的具體使用要求等確定；是由地基土的壓縮模量、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)剛度、上部荷載等共同確定的。

2.3地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化的原則

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合分析比對(duì)，并對(duì)其進(jìn)行充分論證，其遵循的原則主要有以下幾點(diǎn)：①地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所選用的施工技術(shù)應(yīng)具有一定的先進(jìn)性，應(yīng)注重技術(shù)創(chuàng)新，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足工程安全可靠的要求；②地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮施工工期，也即設(shè)計(jì)方案應(yīng)具有一定的可行性；③設(shè)計(jì)方案應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備進(jìn)行綜合考慮，不應(yīng)采取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)法滿足的設(shè)計(jì)方案；④設(shè)計(jì)方案應(yīng)注重施工過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)。

3　工程實(shí)例

3.1工程概況

本工程位河區(qū)的三角洲，北臨市標(biāo)志性建筑，西臨江大堤，東連隧道。本工程由一棟寫字樓、一棟酒店和商業(yè)組成，均設(shè)3層地下室，±0.00均為絕對(duì)標(biāo)高33.00m。其中寫字樓地上45層，建筑高度206m，型鋼混凝土框架鋼筋混凝土筒體結(jié)構(gòu)，基底標(biāo)高-16.30～-21.80m，基底平均壓力pk為800kPa；地上24層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基底標(biāo)高-14.20～-16.20m，基底平均壓力pk為600kPa；商業(yè)地上6層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基底標(biāo)高-14.00m，基底平均壓力pk為250kPa，均采用筏板基礎(chǔ)（如圖1所示）。

3.2地基基礎(chǔ)工程問(wèn)題分析

寫字樓在不考慮核心筒基礎(chǔ)底板范圍外擴(kuò)影響情況下，基底壓力高達(dá)2718.6kPa（已考慮底板自重，未考慮地下水浮力）。①需要考慮控制總沉降量；②由圖2可見(jiàn)，核心筒基礎(chǔ)底板底標(biāo)高存在高差，為控制裂縫寬度，兩者間差異沉降需嚴(yán)格控制；③寫字樓與酒店由商業(yè)建筑直接連接，三者形成大底盤建筑，其之間的差異沉降亦須控制，而純地下車庫(kù)區(qū)域抗浮措施采用抗浮錨桿方案，加劇了該差異沉降的不利程度。

同時(shí)，地塊所處區(qū)域的西側(cè)為江岸，因此深基坑安全至關(guān)重要，而地基基礎(chǔ)方案及其施工工期則成為了重中之重的問(wèn)題，需要針對(duì)軟巖地基工程特性進(jìn)行深入評(píng)價(jià)分析，并考量天然地基方案的可靠性。

鑒于本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的需要，為進(jìn)一步確定地基土的力學(xué)性狀，首先對(duì)軟巖地基承載力的判別方法進(jìn)行梳理，在此基礎(chǔ)上確定進(jìn)一步補(bǔ)勘方案。目前，軟巖地基評(píng)價(jià)及地基設(shè)計(jì)計(jì)算的方法主要有：查表法、巖樣飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和原位試驗(yàn)法，其中原位試驗(yàn)法又包括現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)法和旁壓試驗(yàn)法，另還有一些輔助方法，比如巖石質(zhì)量指標(biāo)法和彈性波測(cè)試法等。根據(jù)本工程特點(diǎn)，選取淺層平板載荷試驗(yàn)和旁壓試驗(yàn)作為軟巖地基工程評(píng)價(jià)的方法和依據(jù)，以此解決軟巖地基承載能力和變形參數(shù)的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行沉降計(jì)算與變形分析，以確定天然地基方案下最大沉降值及差異沉降能否滿足建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求，最終確定天然地基方案的可行性。

圖1　效果圖

圖2　寫字樓基礎(chǔ)平面示意圖

3.3方案選定

根據(jù)試驗(yàn)成果及沉降計(jì)算結(jié)果，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)結(jié)合了地基與結(jié)構(gòu)的相互作用分析結(jié)果，超高層寫字樓采用了變厚度平板式筏板基礎(chǔ)，核心筒區(qū)域筏板較厚，核心筒外筏板減薄，柱下設(shè)置柱墩以滿足設(shè)計(jì)要求；酒店及商業(yè)的地下采用了梁板式筏板基礎(chǔ)。基礎(chǔ)配筋設(shè)計(jì)也根據(jù)協(xié)同計(jì)算的沉降及內(nèi)力分析結(jié)果進(jìn)行了復(fù)核。本工程基礎(chǔ)底板不設(shè)永久性沉降縫，為保證工程安全，同時(shí)因本工程基坑工程采用止水方案，不存在對(duì)降水工期的限制，為沉降后澆帶的留置創(chuàng)造了有利條件，故在主樓周邊設(shè)置了沉降后澆帶。沉降后澆帶封閉時(shí)間要求：沉降后澆帶應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)封頂之后，根據(jù)沉降觀測(cè)成果，并經(jīng)設(shè)計(jì)、勘察等相關(guān)單位協(xié)商同意后再進(jìn)行封閉。施工期間應(yīng)采取有效措施保護(hù)留縫不受污染，澆搗前應(yīng)清洗干凈，用強(qiáng)度等級(jí)高一等級(jí)的微膨混凝土將后澆帶封閉。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段在城市規(guī)劃以及工業(yè)建筑工基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程中，工程地質(zhì)勘察工作存在著十分廣泛的應(yīng)用，進(jìn)行全面的、科學(xué)的地質(zhì)勘察工作是對(duì)場(chǎng)地基礎(chǔ)條件進(jìn)行掌握的一項(xiàng)基礎(chǔ)條件。通過(guò)全面的地質(zhì)勘察工作可以對(duì)各種可能存在的不良地質(zhì)情況進(jìn)行充分的了解，并在此基礎(chǔ)上使建筑物的質(zhì)量與使用壽命得到有效的提高。所以，在施工之前應(yīng)該將地質(zhì)勘察工作做好，從而更好地為施工質(zhì)量以及工程效益的提高提供有效的保證。

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1673-0038（2015）32-0078-02

2015-7-26