摘要：本文對地基設(shè)計(jì)中幾個重要問題進(jìn)行了深入探討，對地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時的荷載取值問題、復(fù)合地基設(shè)計(jì)樁與樁土承載力、基礎(chǔ)剛度等影響地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的技術(shù)難題進(jìn)行了分析，并提出了相關(guān)的解決辦法和應(yīng)措施，以供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時參考借鑒。

　　關(guān)鍵詞：地基設(shè)計(jì),復(fù)合地基,荷載取值,基礎(chǔ)剛度

　　引 言

　　地基是建筑結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)是一棟建筑物設(shè)計(jì)中首要解決的問題，眾多工程實(shí)踐表明，只有穩(wěn)定的地基支撐，才能成就萬丈高樓的屹立不倒。在設(shè)計(jì)行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，地基的設(shè)計(jì)有著獨(dú)立的設(shè)計(jì)規(guī)范，可見地基設(shè)計(jì)中所涉及的參數(shù)之多和它的重要性。文章結(jié)合了近幾年來個人的工程實(shí)踐心得體會，對地基設(shè)計(jì)過程中幾個難點(diǎn)問題進(jìn)行分析研究，希望對地基工程設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用。

　　1 設(shè)計(jì)荷載的取值問題

　　進(jìn)行地基設(shè)計(jì)時，主要考慮以下三個方面：地基承載力計(jì)算、地基穩(wěn)定性驗(yàn)算、地基變形驗(yàn)算。對于每個工程項(xiàng)目中都必須對其地基承載力進(jìn)行計(jì)算與驗(yàn)算，這也是設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容;對于經(jīng)常受水平荷載(主要受風(fēng)荷載)的高聳結(jié)構(gòu)和高層建筑結(jié)構(gòu)以及建造在斜坡上的結(jié)構(gòu)，還必須對其的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。

　　設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定對于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時其荷載規(guī)定包含了荷載取值與荷載組合兩方面。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的5個計(jì)算項(xiàng)目：地基承載力計(jì)算、地基變形計(jì)算、地基穩(wěn)定性驗(yàn)算、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算、基礎(chǔ)抗裂驗(yàn)算。在這5個中對于荷載組合和荷載取值的規(guī)定是不一樣的，下面將分別深入分析其取不同值的原因。

　　1.1地基承載力計(jì)算

　　根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，地基承載力計(jì)算中荷載取標(biāo)準(zhǔn)組合來計(jì)算正常使用極限狀態(tài)值。其抗力限值取地基承載力特征值或單樁承載力特征值，這里的特征值與《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中的抗力為標(biāo)準(zhǔn)值類似，它既是土力學(xué)概念中的地基容許承載力和單樁容許承載力。容許承載力是在壓力變形曲線中的第一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)的所對應(yīng)壓力值，也就是比例極限;或者某一特定變形值所對應(yīng)的壓力，它也取極限承載力和安全系數(shù)的比值所得。

　　1.2地基穩(wěn)定性驗(yàn)算

　　地基穩(wěn)定性驗(yàn)算中的荷載組合取基本組合，這組合中的荷載取值應(yīng)取設(shè)計(jì)值，因?yàn)樗鼘儆诎礃O限狀態(tài)承載力設(shè)計(jì)的范圍。而規(guī)范卻規(guī)定分項(xiàng)系數(shù)取1.0，即實(shí)際采用的荷載仍是標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：當(dāng)作用和抗力都由土的體積力所引起時，穩(wěn)定性驗(yàn)算仍采用安全系數(shù)的設(shè)計(jì)方法，即荷載取標(biāo)準(zhǔn)值。但如果將計(jì)算得到的滑坡推力或土壓力用于抗滑樁的截面和配筋計(jì)算時，分項(xiàng)系數(shù)必須乘以1.35，在對樁的水平承載力進(jìn)行驗(yàn)算時，則分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)該取1.0。

　　1.3變形驗(yàn)算

　　由于地基變形主要是由土層的固結(jié)引起的, 而土的固結(jié)通常要延續(xù)很長的時間，對于作用時間較短的風(fēng)荷載和地震荷載不會引起土的固結(jié)沉降。所以變形驗(yàn)算的荷載組合可選用長期效應(yīng)組合，荷載值取準(zhǔn)永久組合。

　　1.4基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則幾乎完全相同，荷載取極限狀態(tài)承載能力的基本組合，抗力取材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

　　2 復(fù)合地基的設(shè)計(jì)

　　復(fù)合地基在較多地基工程設(shè)計(jì)得到應(yīng)用，在采用復(fù)合地基進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時都必須同時滿足承載力和沉降的要求。在進(jìn)行地基設(shè)計(jì)時的通常設(shè)計(jì)思路是先對地基承載力進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，在滿足承載力要求后再驗(yàn)算沉降值是否在規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，如超出這一范圍則通過考慮提高承載力設(shè)計(jì)來使沉降量達(dá)到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，這種方法稱為承載力控制設(shè)計(jì)。同時，與之對應(yīng)的方法是按沉降控制設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)思路為：先按沉降控制的要求對地基進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，當(dāng)建筑物滿足沉降要求后再驗(yàn)算該基礎(chǔ)的承載力大小是否滿足要求。如承載力不滿足要求，則通過考慮增加復(fù)合地基置換率或增加樁的長度來滿足承載力的要求。而對于復(fù)合地基的設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)尤為突出。在進(jìn)行其設(shè)計(jì)時，一般情況下，若沉降量滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，地基承載力基本上都能滿足要求，這已經(jīng)在眾多工程實(shí)踐中已經(jīng)得到了驗(yàn)證。因此，在進(jìn)行復(fù)合地基設(shè)計(jì)時，采用沉降控制設(shè)計(jì)的方法尤其適用于復(fù)合地基應(yīng)用。

　　3樁與樁間土共同承擔(dān)荷載的設(shè)計(jì)

　　在外部荷載的作用下，復(fù)合地基中樁與土是呈等變形工作的，因此兩者變形的協(xié)調(diào)是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。由于樁與土的剛度差異較大，樁身的變形量要小于土的壓縮變形量，為使變形協(xié)調(diào)，這就要求靠樁土之間的相對位移來縮短兩者的變形差。對于柔性樁復(fù)合地基，由于樁土的壓縮模量比和壓縮模量比均比較小，兩者容易達(dá)到變形協(xié)調(diào)。但對于剛性樁復(fù)合地基，尤其是剛性端為較好的土層時，樁土的壓縮模量比和壓縮模量比要比柔性地基大出很多，樁身長度較大，樁身很難以向下產(chǎn)生相對位移來滿足變形協(xié)調(diào)條件，為此，可以在剛性樁復(fù)合地基的樁頂加置一層顆粒狀材料的褥墊層，為樁身向上運(yùn)動提供條件，從而達(dá)到變形協(xié)調(diào)的效果;通過了很多的實(shí)踐工程的效果反應(yīng)，這種方法效果顯著。

　　褥墊層技術(shù)是復(fù)合地基設(shè)計(jì)中的核心技術(shù)。如不設(shè)置褥墊層，基礎(chǔ)與樁間土直接接觸，在外部荷載的作用下，樁承受著主要的荷載，隨著荷載的增大和基礎(chǔ)沉降變形，樁間土才開始慢慢承擔(dān)一部分荷載，但是這個比例比較小。若褥墊層設(shè)置在復(fù)合地基上，基礎(chǔ)不與樁間土直接接觸，而是通過褥墊層來傳遞。由于剛性樁與土的彈性模量的差值很大，樁頂沉降遠(yuǎn)小于樁間土的變形，此時，樁頂?shù)娜靿|層則不斷向樁間土運(yùn)動來補(bǔ)充沉降差，使樁頂向著墊層中運(yùn)動，這就使得在任何荷載下樁與樁間土始終同時參加工作。當(dāng)荷載不變時，工況相同的條件下，樁和樁間土分擔(dān)荷載的比例隨樁距、樁間土強(qiáng)度、樁長等的不同而不同。樁距越小、樁間土強(qiáng)度越低、樁越長，則樁分擔(dān)荷載的比例就越大。反之，樁間土分擔(dān)的荷載比例就越小。

　　同時，與樁基相比，復(fù)合地基由于褥墊層的設(shè)置，基礎(chǔ)與褥墊層的摩阻力還能夠抵抗一定由樁承擔(dān)的水平荷載，從而提高了復(fù)合地基抵抗水平荷載的能力。由于復(fù)合地基中樁間土所占的面積比例遠(yuǎn)大于樁，因此樁身承擔(dān)的水平荷載也只占很小的一部分，從國內(nèi)外的大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程證明，當(dāng)剛性樁復(fù)合地基的樁頂褥墊層厚度大于100mm時，剛性樁中不配筋也不會折斷的。

　　4基礎(chǔ)剛度對復(fù)合地基的影響

　　基礎(chǔ)剛度對復(fù)合地基的影響主要表現(xiàn)在，復(fù)合地基的工作狀態(tài)在柔性基礎(chǔ)下和剛性基礎(chǔ)下有較大的差異。柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基中的樁土承載力能夠得到比較充分的發(fā)揮，而破壞時樁身承載力卻只發(fā)揮一部分作用，樁與土的應(yīng)力比隨荷載的增大而減小，當(dāng)土體達(dá)到極限狀態(tài)時，應(yīng)力比卻隨荷載的繼續(xù)增加而增大。而剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基中樁和土的承載力都能得到較充分的發(fā)揮，通常情況下，樁先達(dá)到極限承載力狀態(tài)，樁與土的應(yīng)力比隨荷載的增加而增大，當(dāng)樁體達(dá)到極限狀態(tài)時，應(yīng)力比隨荷載的繼續(xù)增大而減小。

　　因此，對于復(fù)合地基的設(shè)計(jì)，無論是柔性基礎(chǔ)還是剛性基礎(chǔ)都是有必要設(shè)置褥墊層。而對于柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基的墊層，則應(yīng)采用灰土或加筋土墊層作為褥墊層來增大樁與土之間的應(yīng)力比，從而使樁體更好地發(fā)揮作用，從而有效地改善復(fù)合地基的工作性狀。而對于剛性基礎(chǔ)下的復(fù)合地基，則可采用砂石作為褥墊層來減小樁與土之間的應(yīng)力比，從而改善淺層樁體與樁間土的受力狀態(tài)。

　　5 其他因素對地基設(shè)計(jì)的影響

　　在進(jìn)行地基設(shè)計(jì)過程中，為減少由于地基沉降或不均勻沉降引起的構(gòu)件開裂或破壞，可以從結(jié)構(gòu)措施、建筑措施、基礎(chǔ)措施等方面來加以控制。例如，通過避免或減少采用平面結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、陰角多的布置方案;通過避免將荷載和高低差異大、體形復(fù)雜的建筑物分為多個單元造成立面體形變化過大;而對于同一建筑結(jié)構(gòu)，則應(yīng)盡量采取同一類型的基礎(chǔ)并埋置于相同的土層中，同時應(yīng)該加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的剛度等措施。對于高層建筑的基礎(chǔ)則通常采用樁箱或樁筏結(jié)合的形式，除此之外，同時還應(yīng)保證箱體的整體剛度，以保證群樁分布的形心和上部結(jié)構(gòu)的重心重合，并考慮土層產(chǎn)生的液化影響。

　　6 結(jié) 語

　　地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需要考慮的因素眾多，地基的設(shè)計(jì)又是整個建筑設(shè)計(jì)的首重任務(wù)。本文對地基設(shè)計(jì)中幾個重要問題進(jìn)行了深入探討，對地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時的荷載取值問題、復(fù)合地基設(shè)計(jì)、樁與樁土承載力、基礎(chǔ)剛度等影響地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的技術(shù)難題進(jìn)行了分析，并提出了相關(guān)的解決辦法和應(yīng)對措施。上述幾個問題的分析討論是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵性重要問題，在實(shí)際工程中也得到了運(yùn)用。地基設(shè)計(jì)的重要性同時也要求著設(shè)計(jì)人員不斷提高設(shè)計(jì)水平，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，推動我國在此領(lǐng)域的發(fā)展。

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