建筑地基勘察及地基基礎設計優化

李忠

摘 要：建筑工程是保障經濟發展及生活水平得以提高的基礎性建設工程，一旦建筑存在安全隱患，則會對使用者的人身及財產安全造成嚴重影響。因此要通過控制地基工程的設計方案及施工質量來避免建筑上部結構受到嚴重損害。地基勘察是保障基礎設計工作得以順利開展的條件，因此要重視采用科學合理的技術對建筑工程的地基進行勘察。本文分析了建筑地基勘察的相關問題，包括布置地基勘察點的方法及地基勘察技術，并在此基礎上探討了建筑地基基礎設計優化策略，包括地基基礎設計的基本方法，基于建筑地基勘察的地基基礎設計優化實例。

關鍵詞：地基基礎；地基勘察；建筑；基礎設計；優化

建筑地基的變形特性、承載能力及穩定性等是決定建筑上部結構安全性及穩定性的重要因素，因此在設計地基基礎之前應進行相應的地質勘察工作，以便能夠了解地基地下水、巖土力學性質及構成情況，從而為建筑基礎的優化設計、地基施工質量的改善提供必要的依據。

1.建筑地基勘察分析

1.1 布置地基勘察點的方法

在對建筑地基工程進行勘察時，應采用以下布點方法：（1）優先考慮將勘察點布置于建筑角點或周邊線上，或布置于建筑群范圍內。如建筑下臥層具有較大的起伏度，應適當增加勘察點布置的密度，以便能夠有效探明建筑的受力層。（2）對于主要的受力基礎，應注意布置單獨的勘察點；如建筑當中存在高聳結構物，則應確保勘察點>3個。（3）在勘察高層獨棟建筑地基基礎時，應根據已有的詳細地質勘查資料布置4個以上勘察點，從而保證地基基礎的均勻性評估能夠滿足工程設計要求[1]。此外，在對高層建筑數量較多的密集建筑群的地基進行勘察時，應適量減少勘察點，但應在每棟建筑的基礎上至少設置1個勘察點。（4）應根據勘察方法，如觸探或鉆探等布置勘察點，并在考慮勘察方法的基礎上考慮地基地質條件的特殊性，以確保地基勘察能夠為基礎設計提供有價值的參考資料。例如，對于殘積土、風化巖、膨脹巖土及濕陷性巖土等地質較為復雜的區域，可根據現場施工要求增加適量的探井。

1.2 地基勘察技術

目前常用的勘察技術包括以下幾種：（1）觸探。目前在地基勘察中使用的觸探技術包括動力觸探與靜力觸探兩種。利用觸探頭作用于土層時所受到的側壁阻力、錐尖阻力可對地基單樁承載力、壓縮性能及土壤承載力進行估算。（2）鉆探。在地基勘察中利用鉆探技術可方便于劃分、鑒別地層，鉆探中所使用的鉆機包括沖擊鉆機與回轉鉆機兩種，沖擊鉆機的鉆頭可以直接擊碎地層，當地層被擊碎及鉆孔形成后，直接利用抽筒將擾動土壤、巖石碎塊提取出來進行分析即可[2]。回轉鉆機可磨削地層，并通過管狀鉆具提取巖芯標本。（3）坑探。坑探適用于復雜地質條件地層結構的勘察，探井一般被設置為圓形、矩形，其深度應為2m～3m；如需增加探井的深度，則應注意對坑壁進行加強支護。

2.建筑地基基礎設計優化分析

2.1 地基基礎設計的基本方法

為了能夠優化建筑地基基礎的設計方法，應注意做好埋深設計、拓展地基基礎計算與承載力設計工作。（1）埋深設計。埋深設計會對地基的變形性及強度、建筑上部結構的滑移性及穩定性、建筑的使用性能及安全性等產生一定的影響。為了方便于上部結構的施工及節省投資，則可以在確保建筑結構穩定安全的基礎上考慮淺埋[3]。如不存在基巖，則基礎埋深應>0.5m；為防止基礎外露，則應保證基礎頂面比設計地面低100mm左右。（2）拓展地基基礎計算。在計算拓展基礎時，應考慮地基變形性能及承載力，并依據剪切及沖切基礎變階處及基礎設計高度進行計算；此外，應采用抗彎計算法對基礎底板當中的具體配筋數量進行計算，從而確保基礎底板能夠有效承重[4]。（2）承載力設計。在確定承載力的特征值之前必須進行載荷試驗，即利用載荷板向地基土體施加荷載，從而對土體承載力進行分析的一種試驗方法。此外，如在確定承載力時采用面積為0.2m2～0.5m2的壓板，則荷載應取s/b=0.010～0.045。

2.2 基于建筑地基勘察的地基基礎設計優化實例

2.2.1工程概況

某建筑工程的占地面積為1500m2，為大底盤建筑。樓地下為1層，地上為15層，為框架剪力墻設計。進行地基勘查后得出該建筑基礎位于細砂層與粉砂層之間，埋深為8m，承載力設計標準值為230kPa；直接將天然地基作為建筑中的裙房、地下車庫基礎便可以達到設計要求，由于建筑物基礎的平均底板壓力可達到450kN/m2左右，因此需要對天然地基進行處理后才能保證建筑結構的安全。在設計時應將建筑物基礎的沉降差值控制在50mm以下，以避免建筑的傾斜值、沉降變形值超出設計標準。此外，工程地基下部的地下水層共為兩層，即上層滯水、下層潛水，上層滯水的埋深為1.9m～4.5m，下層潛水為4.3m～5.4m；地層結構由上到下分別為人工填土、粘質粉土、粉質粘土、粉砂、細砂、粘質粉土。

2.2.2地基基礎設計

經過分析本工程地基變形性能、承載力要求，并對各類設計方案的經濟性進行對比分析后，決定使用樁基礎，樁徑為0.5m，樁長為15m，在建筑物地基中設置的樁基數為100根。（1）在布置樁平面時嚴格遵守以下幾項原則：a.避免在同一個結構單元中同時應用端承樁、摩擦樁；b.對于橫墻與縱墻的交叉部位均設置有基礎樁，避免將基礎樁布置于門洞下方；c.盡量保證所有樁頂承受的荷載相對均勻，同時確保彎矩方向上的樁群具有大抵抗矩。（2）地基持力層中的樁端最小深度設計。a.樁身直接穿過地基中的液化土層，并進入到穩定土層當中，樁身進入土層的深度為1.8m；b.樁端進入地基持力層的深度為1.2m。（3）地基褥墊層的設計。在設計樁基礎時必須優化設計褥墊層，以便能夠有效分擔地基土層與地基樁在水平方向、垂直方向上所承受的荷載。在設計本工程的地基褥墊層時，充分考慮了集中應力因素的影響、土應力與樁應力比，將褥墊層的厚度設計為25cm，褥墊層的施工材料為級配砂石。（4）工程地基沉降差處理。當地基各個部分的沉降差過大時會導致應力集中、不均勻沉降等問題，進而對建筑整體的穩定性造成嚴重的不良影響。在本工程中需要處理的地基沉降差包括建筑物之間出現的沉降差，在實際工作中采用了以下兩種優化設計方法減小地基各部分之間的沉降差：a.在地基工程中設計后澆帶，確定后澆帶的設計及施工方案后，要對地基沉降情況進行觀測，同時根據地基沉降量的觀測記錄選擇后澆帶施工時間及施工工藝。b.對地下車庫、裙房地基基礎尺寸進行適當的調整，以便能夠有效增加地下車庫及裙房地基的基底壓力，增大沉降量，從而使建筑主體結構與車庫、裙房之間的沉降量差值得以減小。實踐證明，采用以上兩種方法不但可以有效減少地基沉降差，同時還能夠有效控制附加應力，可以起到增強建筑基礎穩定性的作用。

3.結束語

綜上所述，建筑結構是否安全及穩定，在很大程度上是由地基工程的質量所決定的，為了能夠有效提高建筑地基基礎的穩定性，則應在進行基礎設計之前開展地基勘察工作，并在勘察中收集好相應的地質資料。此外，在對建筑的地基工程進行設計的過程中，應注意根據實際的地質情況，綜合運用多種地基處理技術，以便可以為地基承載能力的改善提供必要的保障。

參考文獻

[1]劉鑫.關于對建筑工程地基基礎的不均勻沉降的分析和處理[J].中國科技博覽，2011（24）：121.

[2]鄒仙榮.地基基礎工程中場地波速測試技術的方法原理[J].商品與質量·建筑與發展，2011（3）：201-204.

[3]王博，于洋，穆星，李曉樂.基于模糊綜合評判的地基基礎方案優選研究[J].中國高新技術企業，2011（1）：163-164.

[4]汪明振.建筑地基基礎勘察、設計與施工中存在的問題剖析與控制管理探討[J].黑龍江科技信息，2013（17）：215.endprint