戴麗薇

（中國建筑技術(shù)集團有限公司，北京 100013）

1 引言

民用建筑基礎(chǔ)設(shè)計的質(zhì)量直接影響著建筑結(jié)構(gòu)整體的安全性與穩(wěn)定性，若基礎(chǔ)設(shè)計不合理，會導(dǎo)致基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，從而降低民用建筑整體質(zhì)量。 對此，需要建設(shè)單位高度重視優(yōu)化民用建筑基礎(chǔ)設(shè)計，深入分析影響基礎(chǔ)設(shè)計的因素，并把握基礎(chǔ)設(shè)計要點，使基礎(chǔ)更加穩(wěn)固，進而保障建筑整體質(zhì)量。

2 基礎(chǔ)設(shè)計的重要性

在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，若基礎(chǔ)設(shè)計不當(dāng)，可能導(dǎo)致建筑物因缺乏足夠的承載力而發(fā)生不均勻沉降， 使建筑物發(fā)生傾斜或開裂問題，并且所造成的工程質(zhì)量問題難以修復(fù)。 同時，在民用建筑工程造價當(dāng)中，基礎(chǔ)工程占比較大，一般可達到約25%，在遇到復(fù)雜地質(zhì)或復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，基礎(chǔ)占比還會增加，所以，優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計，合理選擇基礎(chǔ)類型，把握好基礎(chǔ)設(shè)計要點，有助于控制工程造價。 另外，優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計有助于縮短施工工期，因為在民用建筑土建工程施工中，基礎(chǔ)工程的工期在總工期中占比約達到30%，所以，優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計可保證基礎(chǔ)工程順利施工并按時完工，甚至縮減工期。

3 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中基礎(chǔ)設(shè)計的影響因素

3.1 地質(zhì)條件

在民用建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計中， 地質(zhì)條件屬于關(guān)鍵影響因素， 建筑工程所在地的地質(zhì)條件涉及范圍比較廣而且復(fù)雜性強，會對基礎(chǔ)設(shè)計的多個環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響。 所以，在民用建筑基礎(chǔ)設(shè)計之前，需要全面、細(xì)致地開展地質(zhì)勘查工作，充分掌握必要的地質(zhì)資料， 在勘察工作中全面了解施工場地周邊的交通、建筑物條件以及給排水、地形地貌等情況。 而且同一建筑物可能會選擇不同的基礎(chǔ)形式以及地基設(shè)計方案， 并且在工程造價以及施工難度等方面也有所差異， 需要綜合考慮多項因素優(yōu)化選擇設(shè)計方案。 一些民用建筑物施工現(xiàn)場地形比較復(fù)雜，而且地基強度不足，有較大的壓縮性，難以達到基礎(chǔ)的設(shè)計要求，像一些民用建筑基礎(chǔ)土層當(dāng)中有潛在傾斜滑動面，抑或滑動面不具備足夠的抗剪強度， 若遇到地震或受到外部負(fù)載影響，可導(dǎo)致地基順著軟弱面發(fā)生水平位移，為避免滑坡現(xiàn)象，需要在設(shè)計中結(jié)合地質(zhì)條件采取有效的處理措施，以盡量減少地基變形，使地基具有更高的強度與穩(wěn)定性[1]。

3.2 上部結(jié)構(gòu)

在民用建筑結(jié)構(gòu)中， 上部結(jié)構(gòu)的高度會對建筑基礎(chǔ)受力情況產(chǎn)生重要影響， 因為建筑上部結(jié)構(gòu)有不同的高度和墻體厚度，建筑物的上部荷載也不同，從而對基礎(chǔ)受力產(chǎn)生不同的影響。 如果上部結(jié)構(gòu)具有較大的剛度，會容易使地基基礎(chǔ)出現(xiàn)一定變形，而且基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的豎向構(gòu)件可能發(fā)生均勻沉降；如果上部結(jié)構(gòu)剛度較小， 有可能會因為上部結(jié)構(gòu)受到的基礎(chǔ)約束力比較小，在基礎(chǔ)構(gòu)件發(fā)生彎曲問題時，建筑整體也發(fā)生彎曲。 所以，在民用建筑基礎(chǔ)設(shè)計過程中，要綜合考慮建筑上部結(jié)構(gòu)實際情況，通過對基礎(chǔ)抗變形能力、穩(wěn)定性以及沉降量等進行科學(xué)分析與計算，優(yōu)化選擇基礎(chǔ)設(shè)計類型，明確基礎(chǔ)埋深等，以確保達到承載上部結(jié)構(gòu)荷載的要求。

3.3 施工環(huán)境

在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中還要考慮施工環(huán)境的影響，主要分為人工環(huán)境和自然環(huán)境。 其中，自然環(huán)境影響因素主要包括抗震等級、環(huán)境溫度等，并且此因素還會對鋼筋混凝土等施工建材產(chǎn)生影響，若施工環(huán)境溫度比較低，地基基礎(chǔ)可能會出現(xiàn)開裂問題；建筑基礎(chǔ)還可能受到地震影響，需要在設(shè)計中預(yù)先設(shè)置抗震縫， 并要綜合考慮多項因素明確抗震縫的布置情況和實際數(shù)量等。 而影響基礎(chǔ)設(shè)計的人工環(huán)境因素主要包括打樁施工、施工振動等，在樁基埋設(shè)過程中，會導(dǎo)致周邊土壤受到擠壓力，并由此產(chǎn)生應(yīng)力，從而影響基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及周邊地下管線，所以，基礎(chǔ)設(shè)計中要重點考慮該影響因素。 例如，某民用建筑項目在設(shè)計抗震等級過程中著重考慮工程所在地的地質(zhì)情況、基本雪壓、基本風(fēng)壓、舒適度驗算、結(jié)構(gòu)阻尼比以及風(fēng)荷載計算相關(guān)結(jié)構(gòu)阻尼比等， 在此基礎(chǔ)上分析計算塔樓結(jié)構(gòu)構(gòu)件在罕遇地震、設(shè)防地震、多遇地震等不同性能目標(biāo)的構(gòu)造抗震等級，由此確定建筑基礎(chǔ)設(shè)計要點，優(yōu)化設(shè)計方案，使建筑結(jié)構(gòu)其抗震性能達到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基礎(chǔ)設(shè)計要點

4.1 優(yōu)化選擇基礎(chǔ)形式

對于民用建筑結(jié)構(gòu)， 在基礎(chǔ)設(shè)計過程中首先要注意合理選型，由此確?；A(chǔ)設(shè)計方案更加科學(xué)、合理。 目前常見的基礎(chǔ)類型有兩種，即獨立基礎(chǔ)和復(fù)合基礎(chǔ)，要基于工程實際情況恰當(dāng)?shù)剡x擇基礎(chǔ)類型。 獨立基礎(chǔ)具有較好的抗震性和經(jīng)濟性，并且地基變形適應(yīng)能力強， 但是一些民用建筑局部地基缺乏均勻性，且不符合地基承載力要求，若盲目選擇獨立基礎(chǔ)可引發(fā)嚴(yán)重問題。 獨立基礎(chǔ)有多種設(shè)計形式，較為常用的形式有兩種，即墻下獨立基礎(chǔ)和柱下獨立基礎(chǔ)，應(yīng)用較廣泛的類型是鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，具有很強的承載力，而且便于施工[2]。 實際設(shè)計期間，要求設(shè)計人員優(yōu)化設(shè)計高度、配筋率等參數(shù)。 基礎(chǔ)施工中經(jīng)常會遇到大體積結(jié)構(gòu)， 要用到大體積混凝土施工技術(shù)，嚴(yán)格管控施工工藝，否則將容易發(fā)生施工裂縫。 對此，需要施工人員合理設(shè)置后澆帶，重點處理裂縫，通常寬度在800~1 000 mm。

而對于復(fù)合基礎(chǔ)來說，其設(shè)計不同于獨立基礎(chǔ)，設(shè)計內(nèi)容以人工基礎(chǔ)作業(yè)為主，體現(xiàn)出抗振動、抗沉降能力強等優(yōu)勢，同時地基基礎(chǔ)有很高的承載力，可充分支撐上部建筑結(jié)構(gòu)。 復(fù)合基礎(chǔ)也有較多的類型，如灌漿、強夯、深層攪拌樁等，設(shè)計期間要著重改善地基土層濕陷、液化、軟弱等問題，在使基體以及增強體協(xié)同發(fā)揮作用基礎(chǔ)上， 共同支撐上部結(jié)構(gòu)的承重能力。 所以，復(fù)雜基礎(chǔ)無論是結(jié)構(gòu)設(shè)計還是施工工藝，均比較復(fù)雜， 要求設(shè)計人員在綜合考慮地基實際情況的基礎(chǔ)上合理選擇地基類型。

4.2 合理明確地基埋深

在民用建筑不斷發(fā)展的過程中，建筑層高不斷加大，對于高層民用建筑，若選擇箱形或者筏形基礎(chǔ)，要求埋置深度必須滿足地基承載力、穩(wěn)定性以及變形等要求。 若民用建筑處于抗震設(shè)防區(qū)，天然地基（除巖石地基之外）其筏形和箱形基礎(chǔ)的埋深應(yīng)≥1/15 建筑物高度；而對于樁筏或者樁箱基礎(chǔ)，其埋深應(yīng)≥1/18 建筑高度[3]。 如果高層民用建筑在巖石地基之上，要求基礎(chǔ)埋深達到抗滑要求， 而且目前大多高層民用建筑均設(shè)有地下室，由此拓展建筑結(jié)構(gòu)功能，使建筑物空間更大，高效利用土地資源，并由此對埋深問題予以解決，但此種設(shè)計也使建筑有更大的施工難度， 需要在地基埋深確定過程中綜合考量建筑整體使用價值。 另外，民用建筑地基埋深也會在一定程度上受到地理空間點位的影響。 例如，某民用建筑在區(qū)塊核心點位，周邊分布著城市主干道以及住宅小區(qū)、商業(yè)辦公樓等建筑，地下管線的埋設(shè)情況也比較復(fù)雜，所以，在確定該建筑地基埋深時， 應(yīng)盡量避免干擾周邊建筑物， 細(xì)致地做好測量工作，全面收集有關(guān)信息和資料，最大限度地降低對周邊建筑和道路的影響，并確保建筑能夠正常、安全使用。

4.3 考量地基承載力

在民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計過程中， 還要綜合考慮建筑正常使用中的極限狀態(tài)以及承載能力極限情況， 若民用建筑選擇的是天然地基和獨立基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)， 那么要求其承載力應(yīng)達到以下要求： 上部建筑結(jié)構(gòu)中的豎向荷載能夠順利傳至獨立基礎(chǔ)當(dāng)中，而且獨立基礎(chǔ)的基底壓力不可比地基承載力高；而若民用建筑選擇樁基礎(chǔ)以及承臺結(jié)構(gòu)， 那么其承載力要達到以下要求：上部建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中的豎向荷載能夠順利傳至承臺，然后再傳至樁基， 而且樁基所承受的豎向力不可比樁基承載力特征值高[4]。 在正常設(shè)計及使用時，應(yīng)達到基礎(chǔ)沉降、裂縫寬度驗算、樁基抗裂、樁基沉降變形等要求。 比如，在對民用建筑結(jié)構(gòu)的主裙樓進行一體化設(shè)計過程中， 不僅要對地基承重能力予以考量，還要結(jié)合實際情況優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計，選擇合適的基礎(chǔ)設(shè)計方案，深度修正主體結(jié)構(gòu)地基，結(jié)合基礎(chǔ)底面荷載情況，根據(jù)雙側(cè)超載程度明確基礎(chǔ)埋深。

一般在基礎(chǔ)雙側(cè)有不同的超載情況時， 其基準(zhǔn)應(yīng)為結(jié)構(gòu)地基承載力極小值； 而如果基礎(chǔ)雙側(cè)的超載超過基礎(chǔ)寬度2倍時，則要參考土層厚度[5]。 而且和土質(zhì)地基相比，巖石地基有著更強的地基承載能力，可分別選取破碎巖體、完整巖體、較完整巖體的樣本展開地基荷載試驗， 并結(jié)合單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值對地基承載力的特征值進行計算。

4.4 做好性能計算

首先，要進行穩(wěn)定性計算。 當(dāng)前很多民用建筑工程普遍有抗浮穩(wěn)定性不佳情況，為規(guī)避此問題，需要設(shè)計人員結(jié)合工程設(shè)計要求及實際情況優(yōu)化設(shè)置構(gòu)件，也可采取增壓措施。 若局部抗浮沒有達到要求， 可適度提升結(jié)構(gòu)剛度， 如可應(yīng)用抗拔樁，若抗拔樁的位置發(fā)生變動，也會同步增加抗拔力[6]。 為避免結(jié)構(gòu)有較大差異，需要優(yōu)化設(shè)計抗拔力值。 比如，某民用建筑的地下室基底深度較大，抗浮水頭是18.8 m，所以，上部建筑結(jié)構(gòu)重量無法達到抗浮要求，要著重優(yōu)化抗浮設(shè)計，使建筑物更加穩(wěn)定。 對于這一情況，主要采取巖石錨桿抗浮措施，結(jié)合整體抗浮要求，對單根錨桿其所承受的浮力作用值（即Nwk）加以計算，公式為：

式中，F(xiàn)k為單根錨桿所承受的水浮力標(biāo)準(zhǔn)值；γG為荷載分項系數(shù)，取0.9；Gk為單根錨桿其底板自重標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，經(jīng)計算獲得錨桿直徑、長度還有間距。

其次，要進行基礎(chǔ)變形計算。 因為地基變形程度對民用建筑的安全性有直接影響，所以，基礎(chǔ)設(shè)計期間要做好地基變形計算。 地基變形主要有地基沉降差、地基沉降量、地基局部傾斜、地基整體傾斜等類型，地基設(shè)計及施工中要著重計算這幾類地基變形，確保地基變形計算值比地基變形允許值小，若發(fā)現(xiàn)計算值超過允許值，需及時調(diào)整地基基礎(chǔ)設(shè)計，促使地基基礎(chǔ)更加穩(wěn)定[7]。

4.5 科學(xué)選擇施工材料

在民用建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)當(dāng)中， 基礎(chǔ)配筋以及混凝土等材料性能及質(zhì)量等也會對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及安全性產(chǎn)生直接影響，所以，基礎(chǔ)設(shè)計中還要優(yōu)化選定基礎(chǔ)配筋以及混凝土等材料，合理提升施工標(biāo)準(zhǔn)，保證建筑結(jié)構(gòu)更具耐久性，并達到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。 設(shè)計人員在確定基礎(chǔ)配筋過程中，要注意和最小配筋相匹配，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)圖紙設(shè)計基礎(chǔ)配筋，對基礎(chǔ)寬度、高度做適當(dāng)調(diào)整，促使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)更加可靠與穩(wěn)定[8]。

5 結(jié)語

在民用建筑結(jié)構(gòu)中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)揮著支撐作用，直接影響著工程建設(shè)的整體質(zhì)量及安全性。 所以，要求設(shè)計人員充分認(rèn)識基礎(chǔ)設(shè)計的重要性，明確影響基礎(chǔ)設(shè)計的因素，并在做好地質(zhì)勘察以及細(xì)致分析的基礎(chǔ)上優(yōu)化選擇基礎(chǔ)類型，合理確定基礎(chǔ)埋深，著重考量地基承載力，并加強性能計算，優(yōu)化選擇施工材料，盡量提升民用建筑基礎(chǔ)設(shè)計質(zhì)量，保障整體建筑設(shè)計果。