建筑項目地基基礎(chǔ)選型分析

左 英

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1 基礎(chǔ)選型的定位及特征

1.1 基礎(chǔ)選型的定位

地基基礎(chǔ)是建筑底部與地基接觸的承重構(gòu)件，承擔(dān)著將建筑上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給地基的重要作用，是作為自然物的土地構(gòu)成與人工物的上部構(gòu)造之間承上啟下的部分。作為隱蔽性工程，地基基礎(chǔ)是建筑結(jié)構(gòu)體系中最重要的組成部分，也是質(zhì)量事故易出的環(huán)節(jié)，稍許問題都會給造價及工期帶來難以挽回的損失。

1.2 基礎(chǔ)選型特征

按照構(gòu)造形式劃分，地基基礎(chǔ)分為剛性基礎(chǔ)、柔性基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、滿堂基礎(chǔ)以及樁基，其中經(jīng)常采用的條形、獨(dú)立基礎(chǔ)又同筏基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)混用[1]。

1.2.1 地基基礎(chǔ)選型的協(xié)同性

基礎(chǔ)選型工作中存在著地基條件、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及上部結(jié)構(gòu)建筑之間的協(xié)同效應(yīng)，在面臨地基土質(zhì)軟弱、承載力低時，需要通過設(shè)計的補(bǔ)償來克服地基的變形以及基礎(chǔ)的不均勻沉降，措施是設(shè)置地下室或半地下室，上部結(jié)構(gòu)選取輕質(zhì)材料，施工中采用架空混凝土板的方式。當(dāng)建筑物不均勻沉降較大時，還可以通過適當(dāng)改變建筑物的荷載分布或者選取較大的基礎(chǔ)寬度、調(diào)整基礎(chǔ)埋置深度來增大基礎(chǔ)承載力，降低基礎(chǔ)沉降，從而協(xié)同整體力學(xué)平衡與變形防治。

1.2.2 選型工作的綜合性

體現(xiàn)在選型前期必須考慮重要地質(zhì)構(gòu)造如地下水的存在狀況，需要對地下水的深度以及潛伏規(guī)律做出了解和判斷。如果施工場地的地下水位過高，在基坑開挖時應(yīng)注意水位對邊坡穩(wěn)定性的影響，并相應(yīng)采用邊坡維護(hù)措施。此外，還需通過收集并詳細(xì)閱讀城市建設(shè)資料以了解地下管線的分布狀況、周邊地質(zhì)環(huán)境以及相鄰建筑的基礎(chǔ)構(gòu)造等狀況，從而保證基礎(chǔ)的平面布局、埋置深度等設(shè)計的合理性，否則會造成設(shè)計不合理帶來的意外返工。可以在前期走訪周鄰項目獲取建設(shè)經(jīng)驗。

1.2.3 選型設(shè)計的前瞻性

在進(jìn)行基礎(chǔ)選型設(shè)計時，要結(jié)合建筑物的建成使用功能考慮合適的基礎(chǔ)型構(gòu)，如從事精密生產(chǎn)或科研工作的建筑物對地基變形十分敏感，需要采用冗余量較大的方案，如盡量采用筏板+ 樁基模式，以最大克服不均勻沉降。

1.2.4 注重選型成果的可行性

選型設(shè)計要充分考慮施工的可行性，任何方案只有經(jīng)過施工過程才能成為現(xiàn)實，需要在設(shè)計初期就詳盡了解施工過程的可能影響因素，包括項目周邊的市政環(huán)境、交通條件、居民區(qū)密度，也包括施工單位的常規(guī)做法和工藝水平，以及與基坑支護(hù)等的匹配性、大型設(shè)備進(jìn)場安裝安排等，都對于基礎(chǔ)設(shè)計具有一定影響。

1.2.5 基礎(chǔ)選型需要注重經(jīng)濟(jì)性

工程技術(shù)的進(jìn)步，可以通過不同方案解決同一目標(biāo)，可供選擇利用的地基處理方式與基礎(chǔ)形式種類也很多，需要根據(jù)建筑的復(fù)雜性、結(jié)構(gòu)的特征、施工的難易度綜合考慮最具經(jīng)濟(jì)價值的方案，從造價角度獲得最大收益。

1.2.6 高專業(yè)性與風(fēng)險性

基礎(chǔ)選型是一個多專業(yè)高度配合的工序，具有橫向研判的復(fù)雜性以及不可測因素構(gòu)成的風(fēng)險性，存在著多業(yè)務(wù)門類交叉、知識信息密集的挑戰(zhàn)性，同時作業(yè)成果的隱蔽性、工序安排上的不可逆性致使這項工作需要高度的責(zé)任心、較高的多專業(yè)協(xié)調(diào)的管理水平，也需要面對多種目標(biāo)重合甚至矛盾下采取必要的創(chuàng)新與探索，存在一定風(fēng)險性。

2 基礎(chǔ)選型的組織及專業(yè)流程

在工程技術(shù)進(jìn)步的加持下，人們更有信心完成復(fù)雜條件下的作業(yè)，地基基礎(chǔ)選型挑戰(zhàn)首先在于參與作業(yè)的建設(shè)單位、設(shè)計單位、勘察單位各司其職，信息共享，完成前中后期的有效統(tǒng)籌，特別是做好地勘報告的重點內(nèi)容。

2.1 基礎(chǔ)選型組織流程

基礎(chǔ)選型組織流程見圖1。

圖1 地基基礎(chǔ)選型組織流程

地勘單位根據(jù)項目總圖、樓位分布以及現(xiàn)場走訪了解的情況，提供地勘方案，地勘方案需經(jīng)建設(shè)單位、總包施工單位，雙方設(shè)計、工程、成本人員會簽確認(rèn)，地勘方案中的探孔數(shù)量、探孔深度應(yīng)滿足規(guī)范相關(guān)要求，且應(yīng)避免存在土層未探明情況下急于定論，否則會帶來二次補(bǔ)勘從而導(dǎo)致延誤工期等情況[2]。

地勘單位進(jìn)場勘察時，作為工程總負(fù)責(zé)的建設(shè)單位管理人員應(yīng)現(xiàn)場監(jiān)督并復(fù)核探孔數(shù)量及探孔深度，必須在工作開始時旁站，避免錯勘、漏勘等情況發(fā)生，杜絕以鄰近建筑物勘察資料代替擬建工程的勘察報告。

2.2 基礎(chǔ)選型專業(yè)流程

地基基礎(chǔ)的選型流程具有建設(shè)單位、勘察單位、設(shè)計單位三元偶聯(lián)的整體性，通過組織流程的明晰，進(jìn)一步融合各專業(yè)要素的整體過程見圖2。

圖2 地基基礎(chǔ)選型專業(yè)要素合成圖

3 地基選型原則

地基、基礎(chǔ)選型時，應(yīng)結(jié)合上部結(jié)構(gòu)類型、上部結(jié)構(gòu)荷載分布情況、地下土層分布等多種因素綜合考慮，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性排序的一般優(yōu)先順序是：天然地基> 人工地基> 預(yù)應(yīng)力管樁或預(yù)應(yīng)力空心方樁> 預(yù)制方樁> 旋挖灌注樁> 沖孔灌注樁。

3.1 框架型上部結(jié)構(gòu)的地基基礎(chǔ)選型

對于24m 及以下高度的建筑，優(yōu)先考慮采用獨(dú)立基礎(chǔ)；

對于24m 以上建筑，從結(jié)構(gòu)整體性考慮，優(yōu)先采用柱下條形基礎(chǔ)，其次考慮采用筏板基礎(chǔ)。

需注意的是，當(dāng)基礎(chǔ)底標(biāo)高以下呈現(xiàn)“濕陷性黃土”構(gòu)造，或“不均勻地基”時，應(yīng)根據(jù)采用換填墊層、擠密樁復(fù)合地基等措施進(jìn)行治理；當(dāng)上述地基承載力不滿足上部結(jié)構(gòu)基底壓力標(biāo)準(zhǔn)時，需會同專家對地勘報告詳細(xì)研判，就是否選用人工地基，特別是是否采用樁基礎(chǔ)等進(jìn)行綜合評判[3]。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)地基、基礎(chǔ)選型

3.2.1 基礎(chǔ)選型

多層住宅：獨(dú)立基礎(chǔ)> 柱下條形基礎(chǔ)> 墻下條形基礎(chǔ)> 筏板基礎(chǔ)。

高層住宅：墻下條形基礎(chǔ)> 筏板基礎(chǔ)。

以上選型中，獨(dú)立基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)由于底部尺寸相應(yīng)較大，較一般基礎(chǔ)其抗彎性和抗剪性能較好，承受的豎向荷載也較大，適用于地基承載力較差和基礎(chǔ)需承受水平力的狀況，對應(yīng)了“寬基礎(chǔ)淺埋置”的處理方式。

對于柱下條形基礎(chǔ)，適用于上部結(jié)構(gòu)中柱的荷載較大而土體承載力不強(qiáng)的情形，特別是軟弱地基導(dǎo)致建筑荷載不均、或土體壓縮性在主軸方向分布不均時，可采用柱下條形基或十字形基礎(chǔ)，較多用于廠房建筑和高層框架結(jié)構(gòu)。

屬于滿堂基礎(chǔ)類型的筏板基礎(chǔ)適用于帶地下室的高層建筑或儲水構(gòu)造的建筑物（如室內(nèi)泳池、噴泉造景），通過整體較大剛性的構(gòu)造調(diào)節(jié)不均勻沉降，分為平板式和梁板式，通常情況下又會同樁基結(jié)構(gòu)連用。

3.2.2 地基選型

以北方為例，一般考慮在“CFG 復(fù)合地基+ 筏板基礎(chǔ)”或“墻下布樁+ 樁基承臺”中選擇，因前者剪力墻結(jié)構(gòu)上部荷載分布較均，經(jīng)濟(jì)性較好，因此大多數(shù)情況下選用前者。

CFG 樁由碎石樁基礎(chǔ)演化而來，樁本身具有的粘連性，可在整個樁長范圍受力，因此承受荷載大，具有良好的莊周摩阻力和樁端力，可大幅提高復(fù)合地基的承載力，并減少沉降。

3.3 框架- 核心筒結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)選型

因框架- 核心筒結(jié)構(gòu)主要適用于高層及超高層建筑，且因此類建筑豎向荷載分布不均，核心筒處豎向荷載遠(yuǎn)大于外框柱豎向荷載，故普遍連用樁基礎(chǔ)以調(diào)節(jié)不均沉降[4]。

4 結(jié)論

從勘探方案設(shè)置上保證重點內(nèi)容的詳盡，合理判斷土層下地質(zhì)狀況；地基處理上以天然地基為首選，其次是經(jīng)換填的復(fù)合地基，可以優(yōu)先選擇天然地基+ 淺基礎(chǔ)，在驗算后根據(jù)穩(wěn)定性、沉降性、強(qiáng)度要求采用滿堂基礎(chǔ)的筏板基礎(chǔ)，能夠顯著提升地基承載力、降低基底應(yīng)力以及控制基礎(chǔ)的沉降，適應(yīng)于跨越局部的軟弱層，且抗震性能佳。在無法采用淺基礎(chǔ)下，深基坑的處理可采取復(fù)合地基，并與筏板基礎(chǔ)、常規(guī)樁基礎(chǔ)一起使用，在滿足成本要求下，可用“人工換填+CFG 樁”的深基礎(chǔ)處理方式；深基坑優(yōu)先選用CFG 樁+ 復(fù)合地基，相較CFG 復(fù)合地基加筏板形式具有造價優(yōu)勢，同時CFG 樁復(fù)合地基也能較大縮短工期（較其他處理方式節(jié)省工期近一半），并具有與CFG 復(fù)合地基加筏板形式采用的旋挖樁相近的承載力。