建筑工程基础设计

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摘要：建筑工程的基础设计工作相当繁杂且十分重要。本文就基础设计进行简单讨论。在地基基础设计中，基础的选型必须根据上部结构的荷栽、地基土体的承载力和工程造价综合各方面的情况进行确定。

关键词：建筑工程 工程技术 基础设计

1地基基础设计概述

基础是建筑物和地基之间的连接构件。基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基。竖向结构体系将荷载集中于柱呈点状分布如框架结构，或将荷载集中于墙呈线形分布如多层住宅，呈点状分布同时又具有线形分布的荷载如高层住宅。

在初步估算时，最好先计算房屋结构的大致重量，并假设它均匀的分布在首层全部面积上，从而得到平均的荷载值，可以和地基本身的承载力相比较。如果地基的容许承载力大于4倍的平均荷载值，则用独立基础可能比伐形基础更经济：如果地基的容许承载力小于2倍的平均荷载值，那么建造满铺在全部面积上的伐形基础可能更经济。如果介于二者之间，则用桩基或沉井基础。

2基础的设计

2.1基础的分类

砌体结构优先采用刚性条形基础，如灰土条形基础、C15素混凝土条形基础、毛石混凝土条形基础和四合土条形基础等，当基础宽度大于2.5m时，可采用钢筋混凝土扩展基础即柔性基础。

多层内框架结构，如地基土较差时，中柱宜选用柱下钢筋混凝土条形基础，中柱宜用钢筋混凝土柱。

2.2天然地基条件下的基础

框架结构、无地下室、地基较好、荷载较小可采用柱下独立基础，在抗震设防区可按《建筑抗震设计规范》第6.1.11条设柱基拉梁。

无地下室、地基较差、荷载较大为增强整体性，减少不均匀沉降。可采用十字交叉粱条

形基础。

如采用上述基础不能满足地基基础强度和变形要求，又不宜采用桩基或人工地基时，可采用筏板基础(有梁或无梁)。

框架结构、有地下室、上部结构对不均匀沉降要求严、防水要求高、柱网较均匀，可采用箱形基础；柱网不均匀时，可采用筏板基础。

有地下室、无防水要求、柱网、荷载较均匀、地基较好，可采用独立柱基，抗震设防区加柱基拉梁。或采用钢筋混凝土交叉条形基础或筏板基础。

筏板基础上的柱荷载不大、柱网较小且均匀，可采用板式筏形基础。当柱荷载不同、柱距较大时，宜采用梁板式筏基。

无论采用何种基础都要处理好基础底板与地下室外墙的连接节点。

框架剪力墙结构无地下室、地基较好、荷载较均匀，可选用独立柱基，墙下条基，抗震设防地区柱基下设拉梁并与墙下条基连结在一起。

无地下室，地基较差，荷载较大，柱下可选用交叉条形基础并与墙下条基连结在一起，以加强整体性，如还不能满足地基承载力或变形要求，可采用筏板基础。剪力墙结构无地下室或有地下室，无防水要求，地基较好，宜选用交叉条形基础。当有防水要求时，可选用筏板基础或箱形基础。高层建筑一般都设有地下室，可采用筏板基础；如地下室设置有均匀的钢筋混凝土隔墙时，采用箱形基础。

2.3特殊条件下的基础――桩基

当地基较差．为满足地基强度和沉降要求，可采用桩基或人工处理地基。

当高层与裙房或地下车库基础为整块筏板钢筋混凝土基础时，在高层基础附近的裙房或地下车库基础内设后浇带，以调整地基的初期不均匀沉降和混凝土初期收缩。

现就大型基础设计中较多见的桩基础和后浇带的设计进行讨论

当天然地基或人工地基的地基承载力或变形不能满足设计要求，或经过经济比较采用浅基础反而不经济时，可采用桩基础。

(1)桩平面布置原则

①力求使各桩桩顶受荷均匀，上部结构的荷载重心与桩的重心相重合，并使群桩在承受水平力和弯矩方向有较大的抵抗矩。

② 在纵横墙交叉处都应布桩，横墙较多的多层建筑可在横墙两侧的纵墙上布桩，门洞口下面不宜布桩。

③同一结构单元不宜同时采用摩擦桩和端承桩。

④大直径宜采用一柱一桩；简体结构采用群桩时，在满足桩的最小中心距要求的前提下，桩宜尽量布置在筒体以内或不超出简体外缘l倍板厚范围内。

⑤ 在伸缩缝或防震缝处可采用两柱公用同一承台的布桩形式。

⑥剪力墙下的布桩量要考虑剪力墙两端应力集中的影响，而剪力墙中和轴附近的桩可按受力均匀布置。

(2)桩端进入持力层的最小深度

①应选择较硬上层或岩层作为桩端持力层。桩端进人持力层深度，对于粘性土、粉土不宜小于2a(d为桩径)；砂土及强风化软质岩不宜小于1.5d；对于碎石土及强风化硬质岩不宜小于Id，且不小于0．5m。

②桩端进人中、微风化岩的嵌岩桩，桩全断面进入岩层的深度不宜小于0.5m，嵌入灰岩或其他未风化硬质岩时，嵌岩深度可适当减少。但不宜小于0.2m。

③ 当场地有液化土层时，桩身应穿过液化土层进入液化土层以下的稳定土层，进入深度应由计算确定，对碎石土、砾、粗中砂、坚硬粘性土和密实粉土不应小于0.5m，对其他非岩石土且不宜小于1.5m。

④ 当场地有季节性冻土或膨胀土层时，桩身进入上述土层以下的深度应通过抗拔稳定性验算确定，其深度不应小于4倍桩径，扩大头直径及1.5m。

(3)桩型选择原则

①预制桩(包括混凝土方形桩及预应力混凝土管桩)适宜用于持力层层面起伏不大的强风化层、风化残积土层、砂层和碎石土层，且桩身穿过的土层主要为高、中压缩性粘性土，穿越层中存在孤石等障碍物的石灰岩地区、从软塑层突变到特别坚硬的岩层地区均不适用。其施工方法有锤击法和静压法两种。

②沉管灌注桩(包括小直径D

③ 在饱和粘性土中采用上述两类挤土桩尚应考虑挤土效应对于环境和质量的影响，必要时采取预钻孔。设置消散超孔隙水压力的砂井 塑料插板、隔离沟等措施。钻孔灌注桩适用范围最广，通常适用于持力层层面起伏较大，桩身穿越各类上层以及央层多、风化不均、软硬变化大的岩层；如持力层为硬质岩层或地层中央有大块石等，则需采用冲孔灌注桩。无地下水的一般土层，可采用长短螺旋钻机干作业成孔成桩。钻(冲)孔时需泥浆护壁，故施工现场受限制或对环境保护有特殊要求的，不宜采用。

④人工挖孔桩适用于地下水水位较深，或能采用井点降水的地下水水位较浅而持力层较浅且持力层以上无流动性淤泥质土者。成孔过程可能出现流砂、涌水、涌泥的地层不宜采用。

⑤钢桩(包括H型钢桩和钢管桩)工程费用昂贵，一般不采用。当场地的硬持力层极深，只能采用超长摩擦桩时．若采用混凝土预制桩或灌注桩又因施工工艺难以保证质量，或为了要赶工期，此时可考虑采用钢桩。钢桩的持力层应为较硬的土层或风化岩层。

⑥夯扩桩，当桩端持力层为硬粘土层或密实砂层，而桩身穿越的土层为软土、粘性土、粉土．为了提高桩端承载力可采用夯扩桩。由于夯扩桩瓦为挤土桩，为消除挤土效应的负面影响，应采取与上述预制桩和沉管灌注桩类似的措施。

2.3施工后浇带 、

因调整地基初期不均匀沉降而设的后浇带，带宽800-1000mm。后浇带自基础开始在各层相同位置直到裙房屋顶板全部设后浇带，包括内外墙体。施工时后浇带两边粱板必须支撑好，直到后浇带封闭并混凝土达到设计强度后拆除。后浇带内的混凝土等级采用比原构件提高一级的微膨胀混凝土。如沉降观测记录在高层封顶时．沉降曲线平缓可在高层封顶一个月后封闭后浇带。沉降曲线不缓和则宜延长封闭后浇带时间。

基础后浇带封闭前要求施工时覆盖，以免杂物垃圾掉落难于清理。并提出清除杂物垃圾的措施，如后浇带处垫层局部降低等。有必要时后浇带中设置适量加强钢筋，如梁面、底钢筋相同等措施。

设计者必须认真对待由于超长给结构带来的不利影响，当增大结构伸缩缝间距或者是不设置伸缩缝时，必须采取切实可行的措施，防止结构开裂。在适当增大伸缩缝最大问距的各项措施中，在结构施工阶段采取防裂措施是国内外通用的减小混凝土收缩不利影响的有效方法，我国常用的做法是设置施工后浇带。另外，当建筑物存在较大的高差，但是结构设计根据具体情况可不设置永久变形缝时，例如高层建筑主体和多层(或低层)裙房之间，也常常采用施工后浇带来解决施工阶段的差异沉降问题。这两种施工后浇带，前者可称之为收缩后浇带，后者可称之为沉降后浇带。

2.4后浇带的设计与措施

近年来，复合地基得到了广泛应用。复合地基可以提高地基持力层承载力．提高土体弹性模量，有效地控制建筑物沉降。有些工程已经通过在高层建筑下采用复合地基的方法来替代桩基，以解决高层建筑主体与裙房之间差异沉降的问题。不论采用哪种方法，如果采用施工后浇带而不设置永久变形缝，都应依据相关规范计算裙房和高层建筑的整体倾斜。当采用地基处理时，在结构设计图纸上，应明确规定采用地基处理后，高层建筑与裙房之间的变形要求。

施工后浇带的位置，应根据基础和上部结构布置的具体情况确定，不能想当然，搞一刀切。后浇带应设置在结构受力较小处，一般在梁、板跨度内的三分之一处，结构弯矩和剪力均较小，且宜自上而下对齐，竖向上不宜错开，后浇带间距一般为30米到50米。在高层建筑与裙房之间设置后浇带时，后浇带宜处于裙房一侧，且在结构设计上，应注意加强高层建筑与裙房相连部位的构造，提高纵向钢筋配筋率，用以抵抗后浇带封闭后由剩余差异沉降差所引起的结构内力。为减小后浇带封闭后由剩余差异沉降差所引起的结构内力，尚应采取其他措施，通常可考虑以下方法；

①高层建筑采用桩基或其他地基基础处理方法．或补偿基础，尽量扩大高层建筑基础与地基接触面积，减小高层建筑基础底面接触压力．而裙房则采用埋深较浅的独立柱基或条形基础等，调节高层建筑与裙房之间的差异沉降。

②尽量减小裙房部分基础与地基的接触面积．即尽量增大裙房部分的基础底面接触压力，加大裙房的沉降量。

③结合高层建筑埋置深度要求，调整高层建筑地下室高度，使地基持力层落在压缩性小、地基承载力高的土层上，可有效地减小高层建筑的沉降量。

3结语

进行基础设计时，结构设计者应结合工程具体情况，多方面对比，选择经济合理的设计方案。