地基处理和基础设计.docx

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地基处理和基础设计

摘要：

在地基基础设计中包括了对基础的设计和对地基的处理，二者是密不可分的。

地基处理的好坏将直接关系到基础的选型和造价。

本文就地基的处理和基础设计进行的讨论。

在地基基础设计中，基础的选型必须根据上部结构的荷载、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：

地基基础后浇带桩承台沉降

三、基础的设计

房屋基础设计应根据工程地质和水文地质条件、建筑体型与功能要求、荷载大小和分布情况、相邻建筑基础情况、施工条件和材料供应以及地区抗震烈度等综合考虑，选择经济合理的基础型式。

后浇带的设计

　当建筑结构的平面尺寸超过混凝土规范规定的伸缩缝最大间距（混凝土规范第9.1.1条）时，可考虑采用施工后浇带的方法来适当增大伸缩缝间距。

但一般地上结构由于受环境温度变化影响较大，所以伸缩缝最大间距不宜超过混凝土规范限值过多，同时应注意加强屋面保温隔热，采用可靠的、高效的外墙外保温，并适当提高外纵墙、山墙、屋面等重要部位的纵向钢筋配筋率。

当地上结构由于抗震设计需要而设置了防震缝时，伸缩缝宽度应满足防震缝宽度的要求。

地下室结构超长的情况较为常见，除地下室顶板和处于室外地面以上的地下室外墙受温度变化影响相对较大外，地下室内部和基础结构在使用阶段受室内外温度变化影响较小，需解决的主要问题是混凝土收缩应力对结构的影响。

除在施工阶段设置后浇带外，应该加强地下室顶板及地下室外墙的配筋，建议纵向钢筋最小配筋率不宜小于0.5%，钢筋应尽可能选择直径较小的，一般10到16即可，间距尽量选择较密的，宜不大于150mm，细而密的钢筋分布对结构抗裂是有利的。

　必须指出的是，后浇带只能解决施工期间的混凝土自收缩，它不能解决由于温度变化引起的结构应力集中，更不能替代伸缩缝。

有一些结构设计者将后浇带和伸缩缝等同起来的看法是错误的，因为两者的作用并不相同。

　当地下室结构超长过多，单靠设置后浇带不足以解决混凝土收缩和温度变化问题时，可以考虑采用补偿收缩混凝土，在适当位置设置膨胀加强带。

采用这种方法，不仅可以进一步增大伸缩缝最大间距，而且可以用膨胀加强带取代部分施工后浇带，从而实现混凝土的连续浇筑即无缝施工。

但应注意，采用膨胀加强带取代部分施工后浇带时，膨胀加强带的位置应设置在结构温度应力集中部位，并应制定严格的技术保障措施，保证混凝土原材料的质量和微膨胀剂的配合比准确，结构设计应对地下室结构各部位混凝土的限制膨胀率提出明确要求。

　对高层建筑主体与裙房之间是设置永久变形缝，还是在施工阶段设置沉降后浇带，应该根据建筑场地地基持力层土质情况、基础形式、上部结构布置等条件综合确定。

当地基持力层土质较好，例如高层建筑基础做在基岩层或卵石层上，或采用桩基时，高层建筑沉降变形量较小，此时可考虑采用施工后浇带而不设置永久变形缝，将高层建筑与裙房基础（或地下室）连成整体。

当地基持力层压缩性较高，且厚度较大，高层建筑主体与裙房之间的高差悬殊较大，高层建筑荷载较大，则由于高层建筑与裙房之间的差异沉降量较大，在采用天然地基的情况下，还是以设置永久变形缝将高层建筑与裙房彻底脱开为好。

当高层建筑与相邻的裙房之间设置永久变形缝时，高层建筑的基础埋深一般应大于裙房基础埋深至少2米，不满足此要求时应计算高层建筑的稳定性，并采取可靠措施防止高层建筑与裙房之间发生相互倾斜。

笔者曾经参观过某工程，高层建筑地下一层，地上十六层，纯地下车库一层，与高层建筑地下室贯通，其间设置了沉降缝，基础埋深基本相同，沉降缝间采用硬质材料填充。

由于没有解决好高层建筑与地下车库间的互倾问题，建筑投入使用后，发现沉降缝两侧墙体开裂，造成地下室渗漏。

　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。

北京地区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，加大裙房的沉浸量。

　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。

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

后浇带部位的钢筋一般不宜断开，而应让钢筋连续通过，即只将后浇带处的混凝土临时断开。

但有时工程具体情况不允许留后浇带，例如某工程地下车库通道的顶板、底板均与主楼相连，但是由于施工场地狭小，无法留设后浇带，于是要求施工单位先施工结构主体，待主体完成后再施工车道部分，要求施工单位对与主体相连的钢筋必须预留，后期采用焊接连接，同一截面的钢筋焊接连接率不得大于50%。

有的工程将后浇带内钢筋全部断开，这时候，为避免在同一截面钢筋100%连接，宜将后浇带曲折布置，而不要沿一直线布置。

连接方式建议首选机械连接或焊接，但要注意施工质量。

采用搭接连接时，应注意后浇带宽度要满足按混凝土规范计算的钢筋搭接连接长度。

　基础后浇带的断面形式，应于结构设计图纸上用详图明确表示出来，而不应推给施工单位。

当地下水位较高时，宜在基础后浇带下设置防水板并增设一道附加防水层。

四、工程实例

一、工程概况

工程总建筑面积5880平方米。

无地下室，地上7层框架结构，底层层高4.5m，以上各层层高均为3.1m

二、地质条件

本工程±0.000标高相当于罗零标高5.240米，场地内地层自上而下依次为：

①素填土，层厚0.8~2.90m，回填时间4年主要填料为残积粘性土，混砖瓦石块场地分布均匀。

②淤泥，呈饱和流塑状，主要由粘粒、粉粒组成，夹杂有有机质，该层层厚4.00~9.00m。

③粉质粘土，呈饱和可塑状，手搓稍有粉粒感，粘性较好，标贯试验的校正平均值为10击，层位稳定，厚度为4.80~9.55。

④含泥中粗砂，呈饱和密状，层厚0.7~4m。

⑤沙质粘土，呈饱和可塑状，层厚0.5~3m。

⑥中砂，饱和，含泥约10~20%，均匀分布于场地，厚度约2.10~7.60m。

⑦残积粘性土：

饱和，可塑，原为辉绿岩脉，长石矿物已全风化成呈土状，标贯试验校正平均值为17击厚2.70~6.70m。

⑧散体强风化花岗岩，大部分长石类矿物已经风化呈土状，岩心手捻可散，厚度2.25~14.20m。

⑨强风化花岗岩层。

⑩中风化花岗岩.

三、设计过程

柱网布置详见附图

经过PKPM结构计算软件对本楼上部结构进行的计算，取轴力最大的情况得出柱底最小轴力为1930KN，最大柱底轴力为5832KN。

由于浅层土不足以承受此荷载，所以选用桩基础作为建筑物的基础。

由于柱底轴力差异较大，从经济性和节约成本的考虑，所以选用2种桩径，分别是F500和F400。

在设计工程中还应该注意的是PKPM所算出的柱底轴力为设计值，不能直接用于计算需要把算出的值除以1.25来转化为特征值来计算.

1、确定单桩竖向承载力设计值

桩侧总极限摩阻力标准值：

Rsk=Up×Σlifsi

桩端极限阻力标准值：

Rpk=Ap×fp

本工程中的单桩极限承载力根据静载试验确定F500为4100KN，F400为3100KN

单桩竖向承载力设计值Rd=（Rsk+Rpk）/1.65

F500Rd=4100/1.65=2484.8KN

F400Rd=3100/1.65=1878.8KN

单桩竖向承载力特征值Ra=（Rsk+Rpk）/2.0

F500Ra=4100/2=2050KN

F400Ra=3100/2=1550KN

2、确定桩的数量、间距和布置方式

初步估算桩数时，先不要考虑群桩效应，

在确定桩的数量时，我是根据各底层柱的轴力确定应该选用何种直径的桩和确定桩的数量，例如在附图中的（16）-（c）柱底轴力为1944.8KN（特征值），我选用两桩承台，桩径为400;

（8）-（A）柱底轴力为4665.6KN，我选用三桩承台，桩径为500.

当为偏心受压，一般桩的根数应相应的增加10％～20％。

桩的间距（中心距）采用3.6倍桩径.

原则：

使得群桩横截面的重心应与荷载合力的作用点重合和接近或者是使其重心处于合力作用点变化范围之内，并应尽量接近最不利的合力作用点。

具体布置方法见附图。

3、承台设计

独立承台、柱下或墙下条形承台（梁式承台），以及筏板承台和箱形承台，承台设计包括选择承台的材料及其强度等级，几何形状及其尺寸，进行承台结构承载力计算，并应使其构造满足一定的要求。

构造要求：

承台最小宽度不应小于500mm，承台边缘至桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长，边缘挑出部分不应小于150mm，墙下条形承台边缘挑出部分可降低至75mm。

条形和柱下独立承台的最小厚度为500mm，其最小埋深为600mm。

本工程中承台混凝土等级C30，取其中的（8）-（A）柱位置的承台为例计算:

≥F＝2205432N，满足要求。

五、工程小结

1:

基础设计关键是上部荷载准确性，上部荷载准确性关键是结构选型，即结构计算模型与软件的计算条件（模型）吻合程度。

象纯砖混，框架，剪力墙等吻合程度是好的，导荷准确，可直接

用于基础设计。

象混合结构（小设计院现象，经济欠发达区存在）、复杂结构等导荷准确性与实际有差别，如是拿来主义哪就完了。

2：

结构用任何软件（通过鉴定）进行上部结构计算都可，在于习惯。

而其它结构须用两种以上软件进行上部结构计算，对结果分析，手算综合确定上部荷载。

3：

基础设计软件核心简单，荷载相同，各种软件计算结果一致。

4：

平时注意设计交流，知识积累，切忌拿来主义，定能成为优秀结构师。

参考文献：

[1]《建筑地基基础设计规范》GBJ-7-89

[2]《建筑地基基础勘察设计规范》DBJ13-17-91

[3]《软土地基与地下工程》孙更生、郑大同

[4]《建筑桩基技术规范》JGJ94-94

[5]《建筑地基处理技术规范》GBJ79-91

[6]《基础工程设计原理》袁聚云

[7]《地基及基础》第3版中国建筑出版社

[8]《基础工程》第1版周景星

[9]ReinforcedconcreteFundamentals，PhilM.Ferguson

[10]ReinforcedConcreteEngineering，editedbyB.bresler