地基基础设计中若干问题的探讨

　　摘要：本文对地基设计中几个重要问题进行了深入探讨，对地基基础设计时的荷载取值问题、复合地基设计桩与桩土承载力、基础刚度等影响地基基础设计的技术难题进行了分析，并提出了相关的解决办法和应措施，以供基础设计时参考借鉴。

　　关键词：地基设计,复合地基,荷载取值,基础刚度

　　引 言

　　地基是建筑结构中重要的组成部分，地基基础的设计是一栋建筑物设计中首要解决的问题，众多工程实践表明，只有稳定的地基支撑，才能成就万丈高楼的屹立不倒。在设计行业领域内，地基的设计有着独立的设计规范，可见地基设计中所涉及的参数之多和它的重要性。文章结合了近几年来个人的工程实践心得体会，对地基设计过程中几个难点问题进行分析研究，希望对地基工程设计有一定的指导作用。

　　1 设计荷载的取值问题

　　进行地基设计时，主要考虑以下三个方面：地基承载力计算、地基稳定性验算、地基变形验算。对于每个工程项目中都必须对其地基承载力进行计算与验算，这也是设计的基本内容;对于经常受水平荷载(主要受风荷载)的高耸结构和高层建筑结构以及建造在斜坡上的结构，还必须对其的稳定性进行验算。

　　设计规范中明确规定对于基础设计时其荷载规定包含了荷载取值与荷载组合两方面。地基基础设计的5个计算项目：地基承载力计算、地基变形计算、地基稳定性验算、基础结构承载力验算、基础抗裂验算。在这5个中对于荷载组合和荷载取值的规定是不一样的，下面将分别深入分析其取不同值的原因。

　　1.1地基承载力计算

　　根据《建筑地基基础设计规范》，地基承载力计算中荷载取标准组合来计算正常使用极限状态值。其抗力限值取地基承载力特征值或单桩承载力特征值，这里的特征值与《建筑结构可靠度设计统一标准》中的抗力为标准值类似，它既是土力学概念中的地基容许承载力和单桩容许承载力。容许承载力是在压力变形曲线中的第一个转折点的所对应压力值，也就是比例极限;或者某一特定变形值所对应的压力，它也取极限承载力和安全系数的比值所得。

　　1.2地基稳定性验算

　　地基稳定性验算中的荷载组合取基本组合，这组合中的荷载取值应取设计值，因为它属于按极限状态承载力设计的范围。而规范却规定分项系数取1.0，即实际采用的荷载仍是标准值。根据《建筑地基基础设计规范》中规定：当作用和抗力都由土的体积力所引起时，稳定性验算仍采用安全系数的设计方法，即荷载取标准值。但如果将计算得到的滑坡推力或土压力用于抗滑桩的截面和配筋计算时，分项系数必须乘以1.35，在对桩的水平承载力进行验算时，则分项系数应该取1.0。

　　1.3变形验算

　　由于地基变形主要是由土层的固结引起的, 而土的固结通常要延续很长的时间，对于作用时间较短的风荷载和地震荷载不会引起土的固结沉降。所以变形验算的荷载组合可选用长期效应组合，荷载值取准永久组合。

　　1.4基础结构设计

　　基础结构设计与上部结构设计原则几乎完全相同，荷载取极限状态承载能力的基本组合，抗力取材料的强度设计值。

　　2 复合地基的设计

　　复合地基在较多地基工程设计得到应用，在采用复合地基进行工程设计时都必须同时满足承载力和沉降的要求。在进行地基设计时的通常设计思路是先对地基承载力进行计算设计，在满足承载力要求后再验算沉降值是否在规定的数值范围内，如超出这一范围则通过考虑提高承载力设计来使沉降量达到规定的数值范围内，这种方法称为承载力控制设计。同时，与之对应的方法是按沉降控制设计，其设计思路为：先按沉降控制的要求对地基进行计算设计，当建筑物满足沉降要求后再验算该基础的承载力大小是否满足要求。如承载力不满足要求，则通过考虑增加复合地基置换率或增加桩的长度来满足承载力的要求。而对于复合地基的设计，其特点尤为突出。在进行其设计时，一般情况下，若沉降量满足了设计规范的要求，地基承载力基本上都能满足要求，这已经在众多工程实践中已经得到了验证。因此，在进行复合地基设计时，采用沉降控制设计的方法尤其适用于复合地基应用。

　　3桩与桩间土共同承担荷载的设计

　　在外部荷载的作用下，复合地基中桩与土是呈等变形工作的，因此两者变形的协调是地基基础设计的关键问题。由于桩与土的刚度差异较大，桩身的变形量要小于土的压缩变形量，为使变形协调，这就要求靠桩土之间的相对位移来缩短两者的变形差。对于柔性桩复合地基，由于桩土的压缩模量比和压缩模量比均比较小，两者容易达到变形协调。但对于刚性桩复合地基，尤其是刚性端为较好的土层时，桩土的压缩模量比和压缩模量比要比柔性地基大出很多，桩身长度较大，桩身很难以向下产生相对位移来满足变形协调条件，为此，可以在刚性桩复合地基的桩顶加置一层颗粒状材料的褥垫层，为桩身向上运动提供条件，从而达到变形协调的效果;通过了很多的实践工程的效果反应，这种方法效果显著。

　　褥垫层技术是复合地基设计中的核心技术。如不设置褥垫层，基础与桩间土直接接触，在外部荷载的作用下，桩承受着主要的荷载，随着荷载的增大和基础沉降变形，桩间土才开始慢慢承担一部分荷载，但是这个比例比较小。若褥垫层设置在复合地基上，基础不与桩间土直接接触，而是通过褥垫层来传递。由于刚性桩与土的弹性模量的差值很大，桩顶沉降远小于桩间土的变形，此时，桩顶的褥垫层则不断向桩间土运动来补充沉降差，使桩顶向着垫层中运动，这就使得在任何荷载下桩与桩间土始终同时参加工作。当荷载不变时，工况相同的条件下，桩和桩间土分担荷载的比例随桩距、桩间土强度、桩长等的不同而不同。桩距越小、桩间土强度越低、桩越长，则桩分担荷载的比例就越大。反之，桩间土分担的荷载比例就越小。

　　同时，与桩基相比，复合地基由于褥垫层的设置，基础与褥垫层的摩阻力还能够抵抗一定由桩承担的水平荷载，从而提高了复合地基抵抗水平荷载的能力。由于复合地基中桩间土所占的面积比例远大于桩，因此桩身承担的水平荷载也只占很小的一部分，从国内外的大量实验和实际工程证明，当刚性桩复合地基的桩顶褥垫层厚度大于100mm时，刚性桩中不配筋也不会折断的。

　　4基础刚度对复合地基的影响

　　基础刚度对复合地基的影响主要表现在，复合地基的工作状态在柔性基础下和刚性基础下有较大的差异。柔性基础下复合地基中的桩土承载力能够得到比较充分的发挥，而破坏时桩身承载力却只发挥一部分作用，桩与土的应力比随荷载的增大而减小，当土体达到极限状态时，应力比却随荷载的继续增加而增大。而刚性基础下复合地基中桩和土的承载力都能得到较充分的发挥，通常情况下，桩先达到极限承载力状态，桩与土的应力比随荷载的增加而增大，当桩体达到极限状态时，应力比随荷载的继续增大而减小。

　　因此，对于复合地基的设计，无论是柔性基础还是刚性基础都是有必要设置褥垫层。而对于柔性基础下复合地基的垫层，则应采用灰土或加筋土垫层作为褥垫层来增大桩与土之间的应力比，从而使桩体更好地发挥作用，从而有效地改善复合地基的工作性状。而对于刚性基础下的复合地基，则可采用砂石作为褥垫层来减小桩与土之间的应力比，从而改善浅层桩体与桩间土的受力状态。

　　5 其他因素对地基设计的影响

　　在进行地基设计过程中，为减少由于地基沉降或不均匀沉降引起的构件开裂或破坏，可以从结构措施、建筑措施、基础措施等方面来加以控制。例如，通过避免或减少采用平面结构形状复杂、阴角多的布置方案;通过避免将荷载和高低差异大、体形复杂的建筑物分为多个单元造成立面体形变化过大;而对于同一建筑结构，则应尽量采取同一类型的基础并埋置于相同的土层中，同时应该加强基础和上部结构的刚度等措施。对于高层建筑的基础则通常采用桩箱或桩筏结合的形式，除此之外，同时还应保证箱体的整体刚度，以保证群桩分布的形心和上部结构的重心重合，并考虑土层产生的液化影响。

　　6 结 语

　　地基基础设计所需要考虑的因素众多，地基的设计又是整个建筑设计的首重任务。本文对地基设计中几个重要问题进行了深入探讨，对地基基础设计时的荷载取值问题、复合地基设计、桩与桩土承载力、基础刚度等影响地基基础设计的技术难题进行了分析，并提出了相关的解决办法和应对措施。上述几个问题的分析讨论是地基基础设计中的一些关键性重要问题，在实际工程中也得到了运用。地基设计的重要性同时也要求着设计人员不断提高设计水平，提升设计质量，推动我国在此领域的发展。

　　参考文献：

　　[1] GB 50007-2002建筑地基基础设计规范[S].2002.

　　[2] 建筑地基基础设计规范理解与应用[M]. 北京：中国建筑工业出版社.2004.

　　[3] GB50068-2001，建筑结构可靠度设计统一标准[S].2001.

　　[4] 吴 强.地基基础设计中的土与结构共同作用问题分析[J].西部探矿工程，2006，21(09)：31～34.

　　[5] 张亚军，武中青，张继宏.上部结构刚度类型的地基基础设计[J].山西建筑，2004，27(10)：101～102.

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 地基基础设计中若干问题的探讨

文章地址： http://www.qikanvip.com/jianzhugongcheng/5913.html