土木工程建设中对建筑结构基础设计的思考

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摘要：随着社会经济的迅速发展，我国建筑行业呈现了空前的繁荣景象，大大地推动了我国建筑行业的发展；因此，土木工程建设建筑结构基础设计也起到了较大的推动作用，故本文主要从土木工程建设建筑基础设计选型的重要性与土木工程建设建筑结构基础设计中存在问题两个大的方面进行分析及探讨，以供参考。

关键词：土木工程；建筑结构；基础设计

中图分类号：TU318文献标识码： A

前言

今时今日，工程建设大范围崛起，各式各样的建筑结构被广泛建立，在理论及实践中的技术都大大提升，建筑结构出现了很多创新的思维和实践。基础作为建筑结构安全体系的基本，在不同地质条件下结合建筑结构体系要求，基础设计如何作出安全、合理的选型，起到举足轻重的作用；然而建筑结构基础技术在结构安全、节约能源及经济效益等产生的新思维，新技术面临着巨大的挑战。

一、土木工程中建筑基础选型设计的重要性分析

1.建筑结构基础选型设计的合理性需结合建筑结构体系，地质条件，施工技术等多方面因素进行确认；基础设计方法不对或者选型不当，将直接或间接影响建筑物的结构使用安全性；不合理的基础选型设计，可能会导致建筑物出现不均匀沉降引起的结构开裂、建筑物倾斜甚至倒塌情况，对建筑物的安全使用性造成很大的威胁；所以必须综合各种因素进行分析，选择合理的基础形式。

2.建筑结构基础选型设计的合理性是降低工程造价的一个有效措施；基础工程在建筑工程造价中占有很大的比重，一般情况为工程总造价的25%左右，在结构复杂或地质情况复杂的情况下，所占比例还会有所增加；所以，合理的基础选型设计可以避免资源浪费，从而达到节约能源的效果，有效降低工程造价。

3.建筑结构基础选型设计的合理性对缩短施工工期具有重要意义。据统计，基础工程的施工工期可以占到土建工程工期的30%，选择合理的基础形式可以有效地加快工程施工的进度。

二、土木工程建筑结构基础设计常用的选型

在土木工程建筑结构基础设计中，根据地质勘察报告，建筑结构体系，施工工艺技术要求，经济效益等方面因素，基础设计常用的类型有：扩展基础与桩基础；以下对这两种基础形式在土木工程建筑结构基础设计中的适用性、施工工艺、工程造价等方面作出论述。

1.扩展基础

扩展基础属浅基基础，通常适用于天然地基上，天然地基是指自然状态下即可满足承担基础全部荷载要求，不需要人工处理的地基；天然地基土分为四大类：岩石、碎石土、砂土、粘性土；从材料上分类又可分为砖基础、毛石基础、灰土基础、混凝土基础及钢筋混凝土基础。

扩展基础的作用是把墙或柱的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承载力和变形的要求。又可分为柱下独立基础、墙下条形基础和筏型基础；

1）独立基础，这种基础主要为独立柱下的基础，现浇钢筋混凝土独立柱基有平台式、坡面式，预制柱下为钢筋混凝土杯形基础；独立基础适用于多层框架结构体系建筑物或单一的竖向杆件，具有容易设计，计算简便，施工方便，施工工期短，安全经济等特征。

2）墙下条形基础，是指基础长度远远大于宽度的一种基础形式，适用于多层砖混结构墙下的基础，与柱下独立基础具有相同的特征。

3）筏形基础，又分为平板式和梁板式，形象于水中漂流的木筏，井格式基础下又用钢筋混凝土板连成一片，大大地增加了建筑物基础与地基的接触面积，使单位面积地基土层承受的荷载减少，适合于软弱地基和上部荷载比较大的建筑物，筏形基础在设计与计算比独立基础复杂外，也具有施工方便，施工工期短，安全经济等特征。

2.桩基础

桩基础由基桩和连接于桩顶的承台共同组成；若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基；建筑桩基通常为低承台桩基础，高层建筑中，桩基础应用广泛。

桩身的分类按照基础的受力原理大致可分为摩擦桩和端承桩；摩擦桩：系利用地层与基桩的摩擦力来承载构造物并可分为压力桩及拉力桩，大致用于地层无坚硬之承载层或承载层较深；端承桩：系使基桩坐落于承载层上（岩盘上）使可以承载构造物。按照施工方式可分为预制桩和灌注桩；预制桩：通过打桩机将预制的钢筋混凝土桩打入地下。灌注桩：首先在施工场地上钻孔，当达到所需深度后将钢筋放入浇灌混凝土。

桩身的种类较多，比较常用的有冲孔灌注桩，钻孔灌注桩，人工挖孔桩，预应力管桩等等；每种桩身的成桩工艺不同，适用性也有较大的区别，根据不同的地质条件、施工环境等因素来思考，作出正确的桩身种类选择十分重要，以下来谈谈各类桩身成桩的特性。

1）冲孔灌注桩，灌注桩的一种。灌注桩是直接在施工现场桩位上成孔,然后放入钢筋笼再灌注混凝土而成；冲孔灌注桩施工冲孔机冲击成孔，为泥浆护壁成孔。优点是：桩长和直径可按设计要求变化自如；桩端可进入持力层或嵌入岩层；单桩承载力大等。缺点是：灌注桩成孔工艺较复杂，操作要求较严，易发生质量事故，且技术间隔时间长，不能立即承受荷载，冬季施工困难较多。适用范围：冲孔灌注桩适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层、碎石土层、砾卵石层、岩溶发育岩层或裂隙发育的地层施工，桩孔直径通常为600～2500mm，最大直径可达2500mm，冲孔深度最大可达300m左右。

2）钻孔灌注桩，因其所选护壁形成的不同，有泥浆护壁方式法和全套管施工法两种；冲击钻孔，冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工法，全套管施工法的主要施工步骤除不需泥浆及清孔外，其它的与泥浆护壁法都类同，与冲孔灌注桩有类似的地方；施工方法适用于灌注桩的持力层应为碎石层，碎石含量应在50%以上，充填土与碎石无胶结或者为轻微胶结，碎石的石质要坚硬，碎石分布均匀，碎石层厚度要满足设计要求。

3）人工挖孔桩，用人力挖土、现场浇筑的钢筋混凝土桩；人工挖孔桩施工方便、速度较快、不需要大型机械设备，抗震能力强，造价较低，性价比高。从而在公路、民用建筑中得到广泛应用。但挖孔桩井下作业条件差、环境恶劣、劳动强度大，安全和质量显得尤为重要。人工挖孔桩适用于桩直径800以上，无地下水或地下水较少的粘土、粉质粘土，含少量砂、砂卵石、砾石的粘土采用。应用于多层建筑、高层建筑、公共建筑以及支挡结构等。

4）预应力管桩，先张法预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长混凝土预制构件，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成，桩头有十字型、圆锥型和开口型；十字型和圆锥型也称闭口型，上海地区采用开口型桩尖（靴）比较多，而广东及港澳地区，采用十字型桩尖（靴）较多；预应力管桩通常是商品管桩，从厂家运往现场后即刻用于施工；管桩按外径分300毫米、400毫米、500毫米、600毫米为主；管桩沉桩方法有多种，在我国国内施工过的方法有：锤击法、静压法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法等，而以锤击法、静压法用得最多；柴油锤要根据承载力合理选用锤重和冲击能量，原则是重锤低击优于轻锤高击，轻锤高击容易打烂桩帽，打入式成桩主要控制有桩长和最后三镇贯入度或两者双控；静力压桩选用压桩重种越为特征值的2.2～2.5倍，静力压桩比较直观，成桩后承载力比较有保证；静力压桩的机械笨重，占地大，对场地尺寸和表层地基承载力有要求；两种成桩方式静力压桩要贵，机械进退场费也贵一点，目前珠三角大约是相差10元/m。优点：产品结构合理，品种规格齐全，供设计选用范围广；管桩混凝土强度高，桩身承载力高，抗弯、拉性能好；成桩质量可靠；对地质结构适应性强；运输吊装方便，桩接驳迅速；文明施工，现场整洁，不污染环境，符合环保要求；经济效益好，耐久性好等；缺点：有挤土效应，对周围建筑物建筑环境及地下管线有一定影响，要求边桩中心到相邻建筑物的间距较大；施工现场的地耐力要求较高，在新填土、淤泥土及积水浸泡过的现场施工易陷机；不宜在地下障碍物或孤石较多的场地施工。适用范围：适用于以人工填土、软土、粘性土、粉土、粉砂、细砂、中砂为覆盖层的地区；应用范围广，如工业和民用建筑、高层建筑、高速公路和桥梁、铁路、机场、港口码头及水利工程等。

由此可见，土木工程建设建筑基础设计关乎整个建筑工程的安全性、经济性的重要环节，作为结构工程师必须要综合各种因素慎重思考，作出周全、正确的判断，以达到安全、科学、节能的目的，一旦出现误判，将对建筑安全适用存在很大的威胁，其后果所造成的损失必定也是庞大的。