實例探討土木工程中建筑結構基礎設計應用

王坤

宜春市規劃建筑設計研究院 江西 宜春 336000

1 土木工程結構基礎設計的概述

在土木工程建設中，地基作為建筑物的基礎，是建筑物的立足根本，因此加強建筑基礎設計十分重要。通常，地基基礎及地下室的成本約占整個土建項目成本的6%，對埋深較深，地質情況復雜，需特殊處理的地基基礎，其造價更可達10%以上，因此，加強地基基礎的優化設計，能有效減少項目建設的造價成本。

基礎設計是土木工程建筑結構設計的重要內容，主要在考慮構造措施的前提下，根據項目地質勘查報告、上部結構類型、上部結構的荷載效應、當地施工技術水平和材料供應情況確定基礎的形式以及材料的強度等級，進行基礎底面積的確定及地基承載力驗算，完成基礎的內力計算和配筋計算，其對保證建筑物的正常使用和安全性至關重要[1]。由于地基深埋地下，地下地質情況復雜，加上地下水因素的影響，導致基礎設計中存在諸多不確定性，設計難度也驟升。因此，基礎設計過程中要做好以下要求：①基底附加壓力不超過地基承載力或樁基承載力；②基礎總沉降量和差異沉降量控制在允許限值以內；③適當考慮樁基的運用；④預先估計到基礎在施工中對毗鄰房屋可能造成的影響；⑤考慮綜合經濟效果，不僅考慮基礎本身的用料和造價，還應考慮使用、施工條件和施工工期等因素對經濟效果的影響。

2 土木工程結構基礎設計的相關要求及其選型

2.1 基礎設計的要求

通常，對于土木工程結構基礎設計的要求主要分為以下兩種情況：

（1）多層建筑，一般砌體結構建筑，嚴格按照建筑的抗震設計規范要求，在施工中要優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系，縱橫墻在布置上最好能均勻的對稱，且沿著平面進行對齊，沿豎向的面也要上下進行連續。鋼筋砼多層建筑結構的布置，要盡量采用規則的結構。如果結構比較復雜，可預先設置好防震縫，并且將防震縫兩側分割成為各規則的結構，單元為單位，結構布置以少設縫為宜。

（2）高層建筑，其特點是層數多，上部結構荷載大，使得基礎埋置深度大、在材料耗費量大、施工周期較長、工程造價高。因此，在高層建筑地基基礎設計時，首先，基礎的總沉降量和差異沉降量應嚴格遵守規范規定的允許值；其次，滿足復合地基或天然地基承載力及樁基承載力的要求以及地下結構做好建筑防水滿足規定要求；最后，不僅要考慮基礎本身的耗材和造價，還要考慮土方、降水、施工條件與工期長短等因素。

2.2 基礎設計的選型

土木工程結構基礎的選型應根據多方面因素綜合考慮最終確定，應選用整體性能高，能滿足地基承載力和建筑物允許變形要求的基礎形式，最好能調節不均勻沉降。建筑結構設計中有幾種常用的基礎形式如下：

（1）墻下條形基礎。常見的磚、毛石、混凝土剛性基礎，主要功能為承受抗壓強度、對于承受抗拉和抗剪強度的能力不高。這種基礎特點是造價低、施工快、可通過地圈梁的加強來增強基礎的整體剛度，可承受上部結構的較大荷載，并能適應一定程度的地基變形。適用于建造5層以下民用建筑及輕質生產廠房。

（2）獨立基礎。常于柱距較大情況，較為經濟實惠。可采用拉梁拉結的方式，來增強抗震承受能力與適應地基變形，從而提高基礎整體性。考慮到經濟效益方面，在民用建筑多采用獨立基礎。

（3）柱下條形基礎及十字交叉基礎，柱荷載較大或地基不夠堅固時多采用條形基礎。由于條形基礎的剛度較大，有良好的調整不均勻沉降作用，但隨著柱距的增大，能力也隨之下降。因此在柱距不超過6～7米條件下，柱下條形基礎能較好發揮作用。

（4）鋼筋混凝土筏片基礎，該基礎是以梁板式及筏板式為主，如果建筑物基礎底面積出現重疊，且基地承載力較弱及基礎間空隙小的情況。筏板式基礎一般在地板結構多且在有地下室的建筑中使用較為普遍。

3 土木工程結構基礎優化設計案例

某地區一高層建筑項目，位于市區繁華地段；地上26層，地下2層，其中一、二層為商業用途，功能上要求大跨柱距，以上均為住宅；建筑高度約為76米，總面積約47600平；為A級高度鋼筋混凝土高層建筑，抗震設防烈度為6度，抗震設防類別為丙類，場地土類別為Ⅱ類，結構體系為部分框支剪力墻結構。

3.1 地質概況

根據巖土工程勘察報告，本工程場區地層結構逐層為：雜素填土、碎石層、黏土層、閃長巖殘積土、全風化閃長巖、強風化閃長巖和中風化閃長巖。場區內地下水屬壤中潛水型，埋深3～3.5米。

3.2 樁基方案優化

本項目原設計方案是采用樁徑600毫米的鉆孔灌注樁，以中風化閃長巖為樁端持力層，樁長約18米，單樁承載力特征值為1800kN，樁總數為862顆，需要滿堂布樁，因此采用樁筏基礎，基礎筏板厚1800毫米，上、下皮各配置兩排雙向Φ25@150受力鋼筋網，板厚中部配置兩排雙向Φ12@300構造鋼筋網。

優化設計時，可提高單樁的承載力，從而減少樁數、使樁筏基礎改為樁承臺基礎，以達到施工進度加快、使工程造價降低的目的。而提高單樁承載力的方法如加大樁徑，加長樁身，變換樁端持力層、改變成樁工藝，改變樁型等。最后經過各種調研、分析比較、試算，以確定采用鉆孔灌注樁后壓漿技術提高單樁承載力。

本項目通過優化設計，將原樁長減少2米，樁徑由600增至700毫米，其他條件不變，采用鉆孔灌注樁后壓漿技術后，單樁承載力特征值由優化前的1800kN增大到3500kN，將原設計的滿堂樁筏基礎方案修改為柱下獨立承臺或墻下條形承臺＋構造防水底板方案，承臺厚度與筏板厚度相同，均為1800毫米，但只需在承臺下皮單層配筋，防水底板厚度為600毫米。可見，優化設計后，在樁身混凝土用量基本不變情況下，樁的數量和長度、基礎混凝土用量均得以減少，有利于加快施工進度、縮短工期、降低造價。

4 結束語

總之，基礎設計在整個土木工程建筑結構設計中占據重要的地位，加強建筑結構基礎設計對于促進土木工程行業可持續發展具有重要意義。因此，在土木工程結構設計中，要加強建筑結構基礎設計的應用研究，根據項目的實際情況科學合理的制定基礎設計方案，確保地基基礎的穩定性，為土木工程建設打下堅實的基礎。