淺談建筑地基結構設計

田 浩 容海川城鄉規劃設計有限公司

1 前言

地基基礎結構與建筑工程的質量與安全息息相關，科學、合理的結構設計方案與高質量的施工，是保證建筑質量、安全與使用壽命的必要條件。為此，在建筑工程結構設計階段，就應重視地基結構設計工作，掌握前期設計計算及后期各類型地基結構的設計要點，以此保證地基結構設計的質量，保證地基結構的合理性。

2 建筑工程地基結構設計的重要性

隨著建筑業的發展，建筑規模的不斷加大，高度也在不斷提升，由此建筑上部結構的荷載值較大，地基基礎主要指地下隱蔽工程，若無法保證結構設計方案的合理性，則會直接影響建筑物的承載力，進而出現不均勻沉降，甚至產生建筑裂縫和倒塌等問題，降低工程質量。且這種問題是很難修復的。為此，就應重視地基結構的設計工作。地基結構設計中，設計人員應全方位考量項目區域的地基特征，建筑結構的體積、自重和上不結構及下部結構概況，從而確保地基基礎結構的承載力，防止出現承載力不足等問題，一方面充分保證工程項目的質量，另一方面有效維護工程的安全性與穩定性。

3 建筑工程地基結構設計前期計算要點

3.1 埋深

在地基埋深確定方面，應從對下列內容進行合理考慮，具體為：建筑的使用功能。例如，是否存在地下室，地下室的設施和設備主要構造形式。（1）項目所在地的水文與地質條件；（2）與項目相鄰的建筑物基礎埋深；（3）地基結構需要承擔的荷載力大小與性質；（4）考慮地基土壤融陷與凍脹影響。

巖土結構地基除外，地基深度不得小于0.5m。高層建筑地基結構設計的過程中，地基的埋深需充分保證高層建筑地基承載力的穩定性要求。巖土結構的地基深度既要注重結構的抗滑性，又需維持整體建筑結構的穩定性。抗震設防區域，非巖土結構地基基礎埋深不得小于建筑物總高度的1/15。如項目周圍有相鄰建筑，新建結構地基埋深不得超過相鄰建筑的埋深，同時建筑間要保持適度的距離。具體的埋深、距離數值應綜合項目所在區域的土質、地基結構的基礎形式與建筑承載能力要求確定。

3.2 穩定性

建筑地基基礎設計規范中，地基穩定性計算是十分重要的內容。設計人員必須嚴格依據規定完成建筑穩定性計算，合理應用圓弧滑動面的方式檢測地基的穩定性。在山地和丘陵地區地基設計中，設計人員要結合規范要求認定可能出現的設計條件，以規避山體滑坡等多種事故。

3.3 承載力及變形

與穩定性計算相同，在《建筑地基基礎設計規范》中規定地基的承載力與變形計算要求，設計人員要按照規范要求進行承載能力及變形計算。在進行地基變形值計算時，設計人員應結合沉降差、沉降量、局部傾斜及傾斜等實際情況進行考慮，以確保變形計算結果的準確性。

4 建筑工程地基結構設計及選型

4.1 建筑物設有地下室

隨著建筑行業快速發展，建筑物的使用功能也日益豐富，很多建筑均設有地下室，設有地下室的建筑結構主要應用筏板基礎形式，在建筑物中并未設置明確的防水要求。如地基條件較為理想，柱網與荷載相對均勻時，設計人員可應用獨立柱基，筏板基礎或鋼筋混凝土交叉條形基礎。在地震防御區域可以加設柱基拉梁；建筑地基條件交叉中，為滿足建筑地基沉降和強度的總體要求，可選取人工處理地基或樁基形式。如建筑防水要求較為嚴格，設計人員可以選擇箱型或筏板基礎。如建筑防水和不均勻沉降要求較為嚴格，則可選擇箱型基礎，若柱網的均勻度不足，可選擇筏板基礎。如地下室中設置均勻混凝土隔墻，就需采用箱形基礎。綜上，無論選擇何種基礎，設計人員都應做好地下室外墻與基礎底板之間的連結節點。

4.2 建筑物沒有設置地下室

如建筑物不設地下室，主要采取砌體結構。此時，需以剛性條形基礎為首選。常見的基礎形式有四合土條形基礎、毛石條形基礎、灰土條形基礎、混凝土條形基礎及毛石混凝土條形基礎等。如基礎結構寬超過2.5m，可選擇柔性基礎。如建筑結構為多層框架結構，且地基條件不佳，存在較大荷載時，則可選擇十字交叉梁條形基礎，以維持結構的整體性，有效控制不均勻沉降。如地基條件較為理想，且荷載不大時，可使用獨立柱基礎。在地震高發區域，應設置柱基拉梁。如建筑物結構為框剪結構，且地基條件較為理想，就可選取框架柱獨立柱基礎。在實際設計階段，如果基礎形式不符合地基變形及強度要求，都可以選擇筏板基礎。

4.3 樁基礎設計

4.3.1 平面布置

（1）樁基平面布置中，要確保樁頂荷載的均勻性，上部荷載的重心要與樁中心處于同一位置，同時，群樁的承受能力和彎矩方向上的抵抗矩較大。（2）同一個單元不可以同時使用端承樁與摩擦樁；（3）直徑較大的樁需要采取一柱一樁的形式；（4）筒體若為群樁結構，為達到樁中心矩最小化的要求，應在筒體內部或筒體外部不大于一倍板厚的距離內設置樁；（5）抗震縫和伸縮縫需采取兩柱同共同承臺的形式完成樁的布置；（6）剪力墻下進行樁基布置時，應綜合考慮結構兩端應力集中影響，在剪力墻結構的中和軸周圍布置樁基時，可以按照受力均勻布置；（7）在布樁施工中，橫墻、縱墻存在明顯不足的位置，若為橫墻較多的多層建筑，可在橫墻兩端位置的縱墻上布置樁，不得在門洞口位置布樁。

4.3.2 樁端直入持力層的最小深度

（1）樁端持力層應以巖層或硬度較大的土層，粉土或粘土結構持力層當中，規定樁端植入的深度在2倍樁徑以上。砂土或強風化軟質巖結構持力層當中，樁端植入深度不得小于1.5倍樁徑。樁端植入深度不得小于樁徑，規定其深度在0.5m以上。

（2）在中風化或微風化巖持力層當中，樁端植入的深度不得小于0.5m。樁端嵌入沒有風化問題的硬質巖層或灰巖時，其嵌入深度可以適當控制，但不得小于0.2m。

（3）建筑所在區域為液化土層，樁身需要進入液化土層下方面的穩定層，深度需要計算得出。

（4）建筑所在地區若為膨脹土層或季節性凍土，可以依據抗拔穩定性試驗確定進入的深度。

4.3.3 樁型選擇

（1）預制樁

圖1 預制樁

此類樁型適用于風化殘積層、強風化層、碎石層及砂層等層面起伏不大的持力層（如圖1），樁身穿過的土層多為中高壓縮性粘土。如果穿越層結構中存在孤石等石灰巖障礙，或穿越層由軟塑層突變為堅硬巖層，則不適合預制樁。

（2）沉管灌注樁

此類樁型適用于層面起伏大的持力層，穿越土層的土壤性質與預制樁相同，屬于中高壓縮性粘土（如圖2）。沉管灌注樁的穩定性較差，如果樁群結構密集，穿越層的結構是具有較高靈敏度的軟土時，此灌注樁不適用。

圖2 沉管灌注樁

（3）人工挖孔樁

人工挖土樁主要用于使用井點降水的較淺水位地下水，或較深水位的地下水環境下，持力層上方沒有流動淤泥或持力層較淺的情況。如果成孔階段，容易出現涌水、流砂等情況，則不能使用此樁型。

（4）鋼樁

此類樁型的成本較高，在工程中并未廣泛推廣，其適用于風化巖層或較硬土層。在項目所在區域為極深的硬持力層，僅可以使用超長的摩擦樁，預制樁與灌注樁等無法保證施工質量，或工期緊張時，可以選擇鋼樁。

（5）夯擴樁

當樁端進入的持力層結構為密實砂層或硬粘土層。而樁身穿越的土層結構為粘性土、軟土或粉土時，為提升樁端的承載能力，可以選擇夯擴樁。

5 結束語

地基設計是建筑結構設計的重要內容，優秀的設計方案可以保證建筑物的穩定性，保證建筑質量與安全。為此，我們就應嚴格按照相關規范要求進行設計計算，并做好地基結構設計與選型，借此保證地基結構設計工作的質量。