建筑工程常用的地基基礎與樁基礎設計

馬剛

1.地基工程設計的主要工作內容

在建筑工程全壽命周期中，施工首要解決的問題就是基礎工程。而建筑的地基設計，要從實際的工程情況出發，將各類環境因素考慮在內。由于地基工程的主要功能是承載整個建筑工程上部結構的所有荷載和保持建筑工程結構的整體性和穩定性，進而達到建筑工程的設計使用年限和提高建筑工程在使用過程中的可靠性，我們在實際工程設計和施工中應該根據項目所在的工程環境和建筑物的上部荷載情況進行合理的基礎工程設計。

1.1 樁基礎

地基工程樁基礎從應用方面可以分成以下幾種情況:

（1）當地基土壤層承載力較弱，而建筑物對下部結構的承載能力要求比較高時，我們可以將樁基礎的端尖嵌入到較深的堅實土層中，以保證持力層的承載能力；

（2）當地基土壤層承載力滿足要求，但是建筑物受到沉降因素制約的情況下也可以使用樁基礎進行施工；

（3）當天然地基沉降現象非常嚴重，難以處理或者處理代價過大時，可以選擇使用樁基礎；

（4）當天然地基土層比較松軟，施工條件比較惡劣時，通過鉆孔灌注樁進行處理承載力問題是一個有效途徑。

1.2 獨立基礎

在基礎的設計中，獨立基礎一般都設置在框架柱下，分為剛性基礎和柔性基礎。當基礎工程中的樁基礎間距相對較大時，我們會采用獨立基礎進行施工。而在實際施工過程中我們也會根據實際施工環境進行配置拉梁，用以提升整個建筑物的整體性和穩定性，從而達到增強啊基礎的剛度、強度和抗震等性能[1]。

1.3 條形基礎

當基地的抗形變能力較弱，地基承載力無法達到設計要求時，我們通常會選擇剛性基礎進行施工。但是在建筑物上部結構荷載作用較大的情況下，選擇剛性基礎容易因為基礎的斷面較大而不利于建筑結構的穩定性。如果采用淺基礎形式，則基礎可能會裸露在地面，如果采用深基礎的形式，又會導致土方量的增加和總造價的增加。而且即使采用的剛性基礎，也容易因為基礎承受上部荷載過大，而導致基礎底部出現貫穿裂縫和沉降量變大等問題。對于這些問題我們就可以采用鋼筋混凝土條形基礎進行配置，不僅可以在橫向或者縱向承受較大的剪切力和抵抗較大的彎矩，同時也更符合規范中要求的斷面尺寸和配筋率的參數。在實際工程中還可以增加肋梁，用以提高條形基礎的抗形變能力，防止地基基礎發生不均勻沉降[2]。

2.建筑物樁基礎設計的主要工作內容

當地質環境相對較為惡劣的時候，我們通常都會選擇樁基礎。樁基礎進行設計的時候，有兩個設計要點，就是樁基礎的種類和樁基礎樁的長度，與此同時還要對單樁豎向的承載力進行單獨驗算，用以保證樁基礎能夠支撐上部結構，以及有足夠的承載力以抵抗建筑物的傾覆。

2.1 樁基礎的核心參數

科學合理地進行樁基礎設計是整個建筑物全壽命周期工作順利開展的基礎工作內容。首先，應當由負責設計的工作人員對施工環境以及現場情況進行踏勘，查閱地質水文資料以及對周邊各種建筑物進行綜合分析，從而選擇合理的樁基礎設計方案。其次，在設計層面要考慮上部結構作用于基礎的荷載，通過驗算得出樁長，并在設計的過程中盡量使樁尖嵌入土壤的持力層，以達到保證樁基礎承載能力和穩定性能。

2.2 通過地基結構等級核算單樁的豎向承載能力

我國建筑地基結構根據現場實際工程情況分為甲乙丙三級。等級為甲級的結構一般是指三十層以上的高層超高層建筑，或者地下施工環境復雜，施工條件惡劣的建筑物；而等級為乙級的結構則適用于普通民用工程，同樣地，丙級結構主要是指使用與地質條件簡單，基坑深度不高的建筑工程。

當等級為甲級時，樁基的設計應考慮單樁靜載力測試的結果，掌握測試中單樁極限的承載力數據；當等級為乙級時，且現場施工環境較為適宜時，可參照類似規模的其他建筑工程案例，同時做好相應的復原試驗；當等級為丙級時，由于丙級的建筑相對常見且比較簡單，我們可以通過乙級的復原測試得出所需的相關數據。

某些工程中樁基礎的樁徑較大時，我們可以選擇深層平板承載負荷試驗來確定單樁的豎向承載力的數值，在工程設計中設置嵌巖樁時，則可以選擇專門的巖基平板承載負荷試驗來確定單樁的豎向承載力[3]。

3.實際工程中的地基基礎選擇和設計

在實際工程的設計中，尤其是地基基礎設計，需要通盤考慮各種因素和施工環境，以國標規范為準繩進行設計，綜合考慮新建項目地區的實際施工環境和地質條件，對地基基礎的間距或者施工標準還有建筑后期的維護和使用進行全面的了解后再進行設計。無論本項目是工業項目還是民用項目，或者是高層超高層建筑等，都需要進行詳細全面的現場踏勘和調研，才能確定具體適合實際項目的基礎設計方案，從而指導后續的材料采購和施工組織設計等工作。如果在進行設計之前沒有對施工現場進行實地考察和調研，做出來的設計很有可能就會脫離實際，忽略很多沒有考慮到的問題，從而造成資源的浪費。所以我們在做設計時一定要將工作的前瞻性和全面性相結合，統籌兼顧各項條件，方能將設計方案做到最優。在針對砌體結構進行設計優化時，可以通過采用剛性條形結構，例如采用毛石條形結構或者混凝土條形結構進行設計優化。如果基礎工程中基礎的寬度大于2m 的情況下，我們就需要引入柔性基礎用以增加穩定性，例如引入鋼筋混凝土擴展基礎。而針對不同的地質條件，不同的施工環境，所采用的基礎設計方案也是不同的，應該因地制宜進行設計方案的優化[4]。下面分情況進行討論。

情況一：某工程為多層框架結構，無地下室結構，上部荷載較大，對基礎工程需要的承載能力要求較強。如果從增強整體性的目的出發，則在設計時就需要降低地基不均勻性帶來的影響，這樣既可以降低沉降發生的概率，也可以控制地基的沉降量。所以，我們通常會選擇配置了十字交叉梁的條形基礎梁來提高地基承載能力和控制形變量。但是布置十字交叉梁條形基礎也會有一定的缺陷，就是不能完全滿足地基的形變量和強度要求，這時候我們一般采用人工制造地基進行解決。這就印證了上文所說到的筏板基礎。筏板基礎主要分為有梁筏板和無梁筏板兩種形式。對于普通框架混凝土結構，在具備地下室的情況下，工程實際對地基的均勻性和防水性要求較高時，我們就會采用箱型基礎。采用箱型基礎可以非常有效地增加地基基礎結構的防水性能和提高牢固性。

情況二：對于有一定防水要求的結構，我們則需要選擇鋼筋混凝土筏板基礎或者箱型基礎。選擇鋼筋混凝土筏板基礎一般是有地下室結構的建筑，而選擇鋼筋混凝土箱型基礎則是針對地下室結構中含有鋼筋混凝土隔墻的情況。在其他地基基礎條件不是很好的情形下，為了提升地基基礎的穩定性能，則會選擇人工打地基或者配置樁基礎，以確保地基結構的穩定性和安全性，從而達到讓建筑物牢固的目的。

樁基礎的設計在現代建筑中應用非常普遍，是建筑工程中的主要施工環境，因此樁基礎的設計就顯得尤為重要。樁基礎按其結構的形式可以分為高承臺和低承臺兩種。所謂的高承臺指的就是樁身上部分和在地面上的承臺底部。高承臺的主要分為預制樁和鉆孔灌注樁，在施工過程中應當根據設計圖紙和施工規范進行施工作業，合理地選擇作業機械和配置相對應的施工班組。特別是鉆孔灌注樁，要注意鋼筋籠在下孔之前是否變形，如果變形則要先暫停混凝土的灌注作業，先將鋼筋籠復原后再進行后續的灌注作業。低承臺則主要指的是地表以下打入天然土層的樁體，它的工作方式主要有靜壓施工，敲打施工和振動施工。施工的工藝方式主要是對樁體進行物理打擊，使其進入土層。樁基礎在橋梁工程中應用十分廣泛，主要作用是使建筑物與地面緊密連接，在提高建筑物的抗傾覆能力和穩定性能的同時，也可以將上部荷載進行傳導，提升對外部荷載的承載能力。在抗震地區還可以起到加強抗震能力的作用，最大限度地降低建筑物的施工風險，例如傾斜和坍塌。

4.結語

綜上所述，建筑業經過長期的發展，我們已經積累了許多寶貴的設計和施工經驗。地基基礎的種類比較多，可應用于多種工程環境。在實際的工程設計和施工中，設計單位和施工單位都要針對具體的實際施工情況，科學合理地選擇方案和優化方案來完成任務，以使建筑物的質量得到保證。