淺析筏板基礎優化設計

摘要：近幾年，建筑的地下空間普遍用作地下停車場，建筑空間內不允許設置太多的內墻，這就限制了箱型基礎的使用。筏板基礎不但能夠充分發揮地基的承載能力，避免出現不均勻沉降，還能滿足地下空間的使用要求，所以筏板基礎成為當前最理想的基礎形式。下文中，筆者將從筏板基礎設計分析、優化設計方案兩方面進行分析和總結。

關鍵詞：筏板基礎設計分析；優化設計

筏板基礎本身是地下室的底板，厚度較大，有良好的抗滲性能。由于筏板剛度大，可以調節基礎不均勻沉降。加之筏板基礎不必設置很多內部墻體，可以形成較大的自由空間，便于地下室的多種用途，因而能較好地滿足建筑功能的要求。

一.筏板基礎設計分析

在進行基礎設計時，必須滿足以下要求：一是基礎所承受的荷重，必須小于地基允許的承載力，以保證工程的安全；二是要對基礎的總沉降量和差異沉降量進行控制，將其控制在一定的限值內，避免上部結構出現損壞；三是在新建房屋時，要分析對自身和周圍房屋的影響，及時采取相應的保護措施。四是以安全為前提，考慮建筑的經濟效果。此外，要想建筑工期短、費用低，就不能夠僅考慮基礎，還要充分考慮建筑物的監造和運行。在基礎選形時，必須全面考慮、分析地基、基礎、上部結構的強度和施工順序，對在施工和使用過程中可能出現的基礎沉降和差異沉降做出準確的評估。

1.樁筏基礎

樁筏基礎是樁基礎和筏板基礎的合稱，屬于混合基礎形式，樁不是結構基礎，是人工地基，而筏板是結構的組成部分，是基礎。樁在筏板的下面，樁和筏板共同承受上部結構傳來的荷載。筏板基礎可成片覆蓋于建筑物地基的較大面積，整體剛度大，滿足軟弱地基承載力的要求，減少地基的附加應力和不均勻沉降，增強建筑物的整體抗震性能。樁具有豎向承載力高、沉降量小、穩定性好、便于機械化施工、適應性強等特點。將二者結合起來，能保證在承擔上部建筑結構荷載的同時，更能有效的控制基礎沉降，同時可以承受風荷載和地震荷載引起的巨大水平力，抗傾覆能力強，因此樁筏基礎作為承擔大荷載結構一種基礎形式具備較突出的優勢。

2.天然地基筏板基礎

根據施工場地特點以及建筑結構要求，可以采用平板式筏板基礎作為建筑物基礎。平板式筏板基礎是一塊放在地基上的鋼筋混凝土大平板，柱和剪力墻就布置在這塊平板上，形成倒置的無梁樓蓋。天然地基上的平板式筏板基礎，在上部建筑荷載組合之下的總軸力和彎矩等作用下，基底所要承受的最大壓應力絕對不得超過地基承載力。此類型筏板基礎大多數是補償形式的基礎，只要保證基礎持力層有足夠承載力，且沒有軟弱下臥層，建筑剛度中心平面位置能夠與基礎形心平面位置相重合、接近的，都可以選擇平板式筏板基礎。

二、筏板基礎優化設計方案

1. 筏板基礎的土反力受力方案

沿筏板基礎縱向，土反力從主體結構施工開始呈現出馬鞍形分布，隨著主體的不斷增高，整體結構對基礎的荷載也不斷上升，土壓力分布形式整體保持不變，各點壓力值不斷增加。當主體施工到一定高度時，各部位土反力值最大差異達到了一點三倍左右。沿筏板基礎橫向，由于涉及跨度較小，土反力呈現出平穩增長的形式。混凝土墻下方地基土反力比其余區域更大，由此可以看出，基礎剛度會對土反力產生一定影響。

2.筏板基礎的計算分析方案

建筑上部結構、地基與基礎之間有著互相影響、互相制約的聯系，可以將上部結構、地基與基礎作為一個工作整體來進行計算。如果上部結構、基礎、地基三者之間的連接處變形十分協調，則建筑體系就屬于靜力平衡狀態。對于基礎來說，考慮上部結構的作用，可以減小基礎整體變形彎曲程度和降低內力，得到非常經濟的效果。

3.筏板基礎的平面布置方案

盡量使建筑物的重心與筏板基礎的平面形心重合。筏板基礎的邊緣盡量外挑，使筏板基礎面積稍大于上部結構的單層面積。挑出寬度應由建筑物場地條件、地基條件、柱距與軸力……這些使地基反力與建筑重心相重合或是盡量減少偏心等因素綜合確定。一般情況下，挑出的寬度應為邊跨柱距的四分之一或者三分之一，最小不能小于伸出外墻1米左右。

4.筏板基礎的厚度確定方案

根據柱距的不同和傳至基礎的柱端彎矩與剪力的大小，筏板的厚度，一般從200mm到3000mm不等。要確定筏板基礎的厚度，就必須綜合考慮筏板基礎抗沖切強度和抗剪強度，同時要滿足抗滲的要求。當局部柱軸力較大時，為了使筏板受力均勻，將柱和剪力墻周圍局部加厚，形成墩座式筏板。或者設置暗梁，同時要配置抗沖切箍筋，以此來加強板局部的抗剪切能力，避免因部分柱基礎高度增高而加厚整個筏板，墩座式筏板又分成下墩座式筏板和上墩座式筏板兩種。除了要對筏板基礎的強度進行驗算控制外，筏板基礎還必須有較大的整體剛度，筏板的厚度可以按照建筑物結構總層數進行估算。

5.筏板基礎內的鋼筋應力方案

筏板基礎澆筑工作完成后，由于混凝土會發生收縮，筏板頂部和底部的鋼筋都會產生一定的壓應力，這部分壓應力對基礎的設計十分有利。在施工過程中，隨著建筑整體荷載的增加，鋼筋的壓應力會逐漸降低，當建筑主體施工高度逐漸增高時，部分鋼筋開始受拉，當主體施工到一定高度時，所有鋼筋基本全部處于受拉狀態。通過計算發現，鋼筋應力變化的絕對值較小，遠遠低于設計要求上限，在此情況下，可以適當降低筏板基礎的配筋率，這能夠有效降低工程成本。

6. 筏板基礎的構造設計方案

一是降低水泥水化熱。通過降低筏板基礎混凝土水泥水化熱，可以預防和控制筏板基礎混凝土由水泥水化熱引起的裂縫。具體措施有：選用水化熱低和安定性好的水泥，如中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥；在滿足設計要求的情況下，盡可能減少單位體積混凝土中水泥的用量，以減少水泥水化熱的產生。二是養護混凝土。筏板基礎混凝土澆筑完畢后，及時采取保溫保濕的養護措施，這樣既可以防止混凝土因水分流失產生收縮裂縫，又可避免混凝土表面散熱太快，使混凝土表面保持較高溫度，降低混凝土內外溫度應力。三是優選材料。為預防和控制筏板基礎混凝土由于材料選擇不符合要求引起的裂縫，可采取優選材料、嚴守進貨關，認真做好混凝土的材料選擇及配合比試驗等工作。筏板配筋通常使用雙向、雙層通長鋼筋，當墻柱下方板底處的配筋量不夠時，就需要額外附加一定數量的短筋，保證墻柱下方板底處計算所需的配筋量區域大于1/3柱距范圍，。筏板的厚度較高，無法有效控制混凝土前期的水化熱和收縮開裂程度，可以用在混凝土中加入膨脹抗裂劑的方法來影響，使混凝土在凝結初期會出現輕微的膨脹，能夠與混凝土凝結初期的收縮變化相互抵消，避免裂縫出現，提高了筏板結構的抗滲能力；還可以選擇無縫技術進行施工，使筏板混凝土可以一次性完成澆筑，這樣不但縮短了施工工期，還減小了有縫施工給整體結構帶來的不利影響。此外還要加強無縫施工筏板的養護工作，養護時間不得低于14天。與平板式筏板基礎類似，梁板式筏板基礎又稱肋梁式筏板基礎，肋梁可以正放在筏板下，也可以反放在筏板上。當采用筏板上梁時，梁應預留出排水孔。肋梁式筏板基礎與平板式筏板基礎相比較，其剛度比平板式筏板基礎大，調節不均勻沉降能力更強，有更大的適用范圍和更明確的受力性能。

綜上所述，在對結構進行整體設計的過程中，基礎設計是非常重要的一個環節，設計的合理性對建筑物的安全、使用與施工工期和投資的額度有著直接的影響。設計人員應當科學分析建筑的上部結構、地基和基礎的作用，適當增加筏板面積，以降低地基土反力，降低筏板內鋼筋的應力，減少配筋量，不斷提高工程的經濟效益，為建筑施工打下良好的基礎。

參考文獻：

[1] 魯智.試論高層建筑筏板基礎設計[J]. 四川建材. 2014（03）