建筑工程常用的地基基础与桩基础设计

2022-03-03王炳监

大众标准化 2022年22期

王炳监

（盐城市建筑设计研究院有限公司，江苏盐城 224007）

随着建筑业的迅速发展，建筑工程的设计水平得到了极大的提高。而在整个工程中，桩基基础的设计更是重中之重，它直接影响到整个工程的安全和质量，所以要充分考虑地基和桩的设计。地基基础是一种隐秘的工程，在进行设计时，必须经过现场的调查和综合考虑，并与施工相关的各种参数进行相应的计算，并据此进行桩基的设计。但在实际施工中，由于受到设计者和其他因素的影响，致使地基基础和桩基的设计中出现了许多问题，这些问题给施工带来了一定的影响，不仅会增加项目的整体造价，还会对项目的安全造成威胁。所以，必须对影响地基、桩的设计要素进行分析，并针对这些问题提出解决办法，以保证工程质量，既能满足人们的建筑需要，又能推动建筑业的健康发展。

1 建筑工程地基基础和桩基基础的地位

在建设项目中，地基是最基本的，地基的施工质量的好坏直接关系到工程的整体稳定，因此，有关施工部门必须对地基基础和桩基基础进行有效处理。在建筑结构中，基础的功能是承载整体的重量，尤其是高层建筑，其本身的承载力比较大，在后续的施工中，如果不能将力分散开来，很可能造成建筑物的倾斜，甚至坍塌。所以在对高层建筑施工的过程中要加强对地基的管理，这样才能为后续的施工奠定坚实的基础。在工程实践中，工程地基可以分为两类：人造地基和天然地基。人工基础施工成本高，施工周期长。自然基础主要是指有岩性的地区，在工程中不需要进行加固，岩体的强度基本能够满足工程设计的需要。但因场地较少，有时需要人工进行地基处理。在施工方面，桩基础的作用也很大，必须在工程区域内寻找合适的桩位。将适当比例的混合料填入桩孔，对地基进行加固。在桩基结构中，以承台和桩基为主体，在固定成桩结构中，常用的是地基桩基结构，以保证承台体的稳定性，提高成桩质量。在施工场地进行桩基的施工，可以使土壤结构得到最优的处理，使其达到设计强度的要求，进而改善建筑物的整体性能。目前，我国的国土空间日益缩小，建设项目的高度也在逐步提高，许多建设项目都是在复杂的环境下进行的，这就给施工工艺和质量管理带来了极大的挑战。在工程实践中，采用桩基基础可有效改善地基的工作环境，满足工程建设的需要，例如在软弱地基上采用桩基础，能显著改善基础的强度，有利于施工的顺利进行。

2 建筑物桩基础设计的主要工作内容

在建筑项目的施工现场地质条件比较恶劣时，施工单位大都会选择桩基础。在进行桩基设计时，应注意以下两个方面：一是桩基类型的选取，二是桩基的长度。第二个问题是计算单桩的垂直承载力。看其承载力是否可以支撑上部的结构，而且在建筑物将要发生倾覆的时候，是否可以进行抵抗。

2.1 桩基础的核心参数

对桩基进行科学、合理的设计是保证工程生命周期工作的一个重要先决条件。首先，设计者要对施工环境、现场条件进行现场勘察，参考地质、水文数据，同时，对周边各种建筑物进行了全面的分析，以求出合理的桩基础设计。其次，在设计时要充分考虑上一层结构对基础的承载能力，并采用验算方法确定桩长，为了保证桩的承载力与稳定，在设计时尽量将桩尖插入土壤中。

2.2 通过地基结构等级核算单桩的竖向承载能力

根据工程实际情况，我国的建筑地基分为甲、乙、丙三个级别。A类建筑一般是30层以上的超高层建筑，或者在复杂的地下工程环境中，施工条件不佳；而乙级结构可用于一般的民用工程，而丙类结构的施工，一般情况下，采用的是较浅的地基。

在为甲等级时，桩基设计应充分考虑单桩静载荷试验结果，并掌握单桩极限承载力数据；当工程级别为B级时，在场地条件较为适宜时，可参照类似工程的类似规模，进行相应的复原试验；在C级时，由于C型结构相对简单，因此可以从B组的复原测试中获得必要的数据。

在某些工程中，桩直径较大时，可通过深平板加载法进行单桩竖向承载力测试，而在工程设计中，则采用嵌岩桩，可以通过特殊的岩石板荷载测试来测定单桩的竖向承载力。

3 地基基础设计过程中存在的问题

在进行地基基础设计时，由于受多种因素的影响，进而使基础的设计质量不高，极易产生安全隐患，其主要问题有：

3.1 地基地质条件问题

在对地基基础进行设计时，往往会遇到一些特殊的地形、渗水、季节性或地域性的冻土等问题。由于国土面积大，各地区的地质状况差异很大，有些地区的地质条件比较特殊，要根据具体情况采取相应的措施。地面渗漏是一个比较普遍的问题，有些工地的地面渗漏不仅会给基础的设计带来很大影响，而且如果在漏水部位进行施工，很容易引起基础的倾斜，进而影响后续的工程。所以，在进行地基基础设计时，应考虑到地下渗漏问题。另外，在我国东北或高原地区，冻土问题极易发生，不但给施工带来困难，而且因冻胀而引起的基础开裂，对建筑物的安全稳定造成了极大的威胁。

3.2 地基基础设计问题

除了受地基地质条件的影响，在设计过程中也有人为因素的影响。设计人员自身的水平、总体水平都较低，缺乏专业、全面的设计知识和丰富的设计实践，造成设计中的错误和不精确的分析，造成了地基基础设计中的不合理设计。另外，由于一些设计者的盲目性，没有根据现场的具体情况进行设计，造成了不合理的设计，从而对基础的质量和整个项目的进度产生了很大的影响。

4 建筑工程常用的地基基础种类

施工中通常有桩基础、独立基础、钢筋混凝土筏板基础、条形基础等。在实际施工中，要依据施工现场的地质条件和施工荷载，合理选择地基的形式。下文将对桩基础、独立基础、钢筋混凝土筏基、条形基础等作一简单的介绍。

4.1 桩基础

桩基的应用可分为：第一，在工程建设中，上部结构的压力较大，而在上部土层比较松软，而在下部分布着可以作为桩端持力层的坚固土壤时，则可以采用桩基础；第二，地基承载能力强，但对于建筑物的沉降量要求很高时，也可以采用桩基；第三，在自然地基沉降较大、施工难度大的情况下，可采用桩基；第四，在施工条件不佳、土质疏松、地基较薄的情况下，可以采用钻孔灌注短桩。

4.2 独立基础

独立基础一般分为刚性基础和柔性基础。在基桩间距大的情况下，通常采用单独的地基，以降低造价。施工单位可按实际情况采取配置拉梁，以增强施工的整体稳定性，增强基础的抗变形、抗震性能，确保施工安全，降低施工安全风险。在高层建筑中，通常也会使用独立基础，而高层建筑的上部结构是框架体系，其地基的承载力更好，地基的变形也更少，整体的受力和柱网的分布也比较均衡，因此可以单独使用。施工单位应从横向和纵向两个方向进行拉梁的联接。在施工中，要注意按实际条件选取拉梁截面，以确保间距科学，达到结构的稳定。

4.3 钢筋混凝土筏板基础

在一些特定的条件下，RC筏基的应用范围很窄。由于建筑物地基土体的不均匀性，其承载能力较差，而上部结构的作用荷载则相对较大，因此，在采用十字形地基时，会造成相邻地基间的间距、间隙减小，造成地基上的大量交迭，不能满足工程的要求，故可采用筏基。另外，在有地下室的建筑中，因其本身的构造特征，会发生潮湿、渗漏等问题。因而，施工单位可以将筏式地基用作地基，以避免出现各种状况和问题，因此，结构的稳定性得到了提高。钢筋砼筏式地基的承载力较高，强度大，可有效改善整体结构的稳定性和安全性。

4.4 条形地基基础

在建筑工程中，由于上部结构的承载能力和变形能力较低，通常使用刚体地基，而使用刚性地基，会使地基产生较大的断面，若采用浅层地基，地基将暴露在地表，影响结构的稳定性。而采用深度处理，会造成土方和基础成本的增加。即使采用了刚性地基，也会引起地基承受较大的应力，会引起地基开裂、不均匀沉降，进而影响到上部结构的安全和稳定。在此条件下，可采用钢筋混凝土条形地基，既能经受较大的弯矩、剪力，又能满足地基截面尺寸、配筋量等各项性能指标。

5 实际工程中的地基基础选择和设计

在具体的工程设计中，尤其是地基基础的设计要充分考虑到各种因素和环境的影响，并根据国家有关规定进行设计，在设计时应充分考虑施工场地的具体条件、地质条件，以及地基间距、施工标准、后期的维修与利用。不管是工业、民用、高层、超高层建筑项目，都要经过实地考察，为下一阶段材料采购和施工组织设计提供依据。在进行设计前，不去实地考察、调查，很容易导致设计偏离现实，忽视许多未考虑到的问题，导致资源的浪费。因此，在进行设计时必须综合考虑各种因素，从而达到最优的设计方案。在砌体结构优化中，可采用条状结构、钢筋混凝土等进行优化设计。当地基的宽度超过2米时，为了提高地基的稳定性，必须引进弹性地基来增加其稳定性，比如采用钢筋混凝土地基。而根据地质情况和工程环境的不同，其地基的设计方案也不尽相同，应根据实际情况进行优化，具体情况具体分析。

情况一：本工程是一套多层框架结构，没有地下室，上部荷载较大，对基础承载力有较高的要求。从总体上看，在设计时要注意地基不均匀度对结构的影响，这样既能降低沉降的概率，又能有效控制地基的沉降。因此，为了改善地基的承载力和形状参数，一般都会选用带交叉梁的条形基础梁。但在设置横梁的条形基础上，存在着一些缺点，即不能完全满足形状和强度的要求，所以通常采用人工制作的方法来处理。在有地下室的情况下，一般的框架混凝土结构，由于工程需要满足一定的均匀度和防水性能，所以一般都会选择箱形基础。在地基中采用箱形基础，可以很好地改善地基的防水性能，增强地基的稳定性。

情况二：对具有一定防水性能的建筑物，应选用钢筋砼筏基或箱形地基。选择钢筋砼筏式基础，一般为带地下室的房屋，而加筋混凝土箱型基础，可用于含钢筋混凝土隔层的地下室。当其他基础条件不佳时，为了改善地基的稳定性，一般采用人工开挖或设置桩基，以保证地基的稳定性和安全性，使建筑物更加稳固。

桩基础的设计是当今建筑中最常用的一种结构形式，它是施工中的主要环境，因此，桩基础的设计是非常有意义的。按桩基的结构形式，可以把桩基分为高承台和低承台两种类型。高承台是指桩基和地基的上部。所谓的高承台主要就是指桩基的上部和基座。高承台的施工方法主要分为预制桩和钻孔灌注桩这两种，此外要想有效提升桩基基础的施工质量，那么在施工时要按照设计图纸和施工规程进行，并合理选用相应的施工设备和相应的施工队伍。尤其是在钻孔灌注桩时，应留意钢筋笼在下孔前有无变形，若出现变形，应暂停施工，待钢筋笼恢复后，才可进行下一步的灌浆工作。低承台主要指的是指在地面下打入自然土壤中的桩，其工作形式有静压施工、锤击施工、振动施工。其施工方式主要是用物理撞击的方式将桩体打入土中。桩基是一种广泛使用于建筑工程中的桩基，其作用是使建筑物和地基之间保持密切的联系，从而增强结构的抗倾覆和稳定性，并通过传递上部的载荷来增强其对外界载荷的承载力。