摘要：独立柱基加防水板和筏板加柱墩是常见的两类地下车库基础形式。这两类基础形式有时板厚相差不大，独基和柱墩外观相似，部分设计人员在具体工程选用上把握不准，也有很多工地的施工人员常常搞不清楚防水板和筏板的区别，将两者混为一谈。本文针对这两类基础，从受力特点、计算原理、埋深计算、适用范围、经济性及对主楼的影响等方面进行分析探讨。通过工程实例把基础设计概念落到实处，做到基础选型时有的放矢。
关键词：地下车库；独立柱基；防水板；筏板；柱墩
0引言
在地下车库基础设计中，独立柱基加防水板和筏板加柱墩是两种常见的基础设计形式。尽管这两类基础从外形上很相似，而概念上实则完全不同。采用的计算分析方法也存在本质的区别。因此实际工程中，在满足安全性的前提下，能够选择合理的基础形式，是设计师必须掌握的本领。
1独立柱基加防水板
1.1受力特点
独立柱基加防水板的基础形式传力简单明确、费用较低。独立基础承担全部上部结构传来的荷载并考虑水浮力影响，防水板仅考虑自重、建筑面层荷载及水浮力作用，不考虑防水板的地基承载能力。通常在防水板下设置一定厚度的软垫层，以保证防水板的受力状态与设计相符。
1.2计算方法
方法一：按倒楼盖方法计算。当地基比较均匀、上部结构刚度较好，荷载分布较均匀且相邻柱距及荷载不超过20%时，可采用倒楼盖计算。上述要求可以保证基础的沉降差不至于过大。倒楼盖的计算方式是把墙柱等竖向构件视为防水板的固定支座，上部荷载对防水板的计算结果不起作用。不考虑防水板的整体挠曲，通常防水板的配筋较小。对于沉降差较大的工程，防水板的内力可能较大，用这种方法计算存在安全隐患。
方法二：按有限元方法计算，防水板与竖向构件基础一起变形，考虑防水板整体挠曲变形。这种方式的配筋一般要比倒楼盖模型要大。在使用有限元软件进行分析时，可按普通筏板建模，通过沉降试算调整板底的基床系数，让防水板上的荷载就地消化，从而实现防水板仅承担自重的前提下，再计算水浮力。
独立基础和防水板一般可单独计算，应特别注意水浮力对独立基础的影响。当水浮力不大于防水板自重及其上部建筑做法重量之和时，防水板可按构造设置无需计算。反之，当水浮力大于防水板自重及其上部建筑做法重量之和时，防水板底部大于压重部分的水浮力将传递给独立基础，从而加大了独立基础的底部弯矩和剪力。此时，在设计独立基础的时候，水浮力不能忽略。
1.3适用范围及对地基承载力的影响
独立基础加防水板，适用于水位不高、地基土较好的情况。
当采用主楼加大底盘车库的布置时，防水板自重和建筑做法的重量对地基承载力修正起有利作用，主楼的地基承载力修正深度可以适当考虑这一部分的超载作用。
车库独立柱基的计算埋置深度，应按软垫层下的实际地基反力（一般为防水板自重、覆土重及地下室地面建筑做法重）来确定基础的等效埋深。
1.4构造要求
当水浮力不大时，应采用较小的板厚，板厚一般取250mm，按《混凝土结构设计规范》第8.5.2条按卧置在地基上的厚板考虑，最小配筋率为0.15%。
当防水板配筋由水浮力控制时，板厚应符合计算要求，防水板受力钢筋的最小配筋率按《混凝土结构设计规范》第8.5.1条，按受弯构件确定。
防水板下的软垫层要求有一定的承载能力，能够承担防水板浇筑时的自重和施工荷载。同时也要有一定的变形能力，避免防水板承担过大的地基反力。软垫层材料选用有一定厚度且易压缩的材料，如焦渣和聚苯板。焦渣材料受供应及价格因素的影响，目前较少采用。聚苯板由于施工简便、供应充足且价格不高，被越来越广泛的应用于工程中。作为软垫层的聚苯板其容重要求不小于18Kg/m³。
2筏板加柱墩
2.1受力特点
筏板加柱墩的基础形式，实际上是由两种不同厚度的筏板组成即变厚度筏板。柱墩尺寸由柱子冲切要求确定，地基反力由筏板和柱墩共同承担。筏板基础的整体刚度大，需要考虑筏板的整体变形。
2.2计算方法
计算时按变厚度筏板考虑柱墩对筏板的影响，采用有限元软件进行分析求解时，筏板和柱墩通过沉降试算确定地基基床系数是一致的。
2.3适用范围及对地基承载力的影响
当地下水位较高、地基承载力较低时，车库基础采用筏板基础形式。由于地下车库层数一般较少，筏板基础的厚度较薄，一般厚度为400mm左右。当采用筏板不能满足柱子冲切承载力要求时，经济有效的方法就是设置柱墩。
车库筏板的基础埋深，可按室外地面算起。应当注意的是有时基坑开挖深度较大时，按地基反力算出的等效埋深小于实际埋深时，应按等效埋深计算。当对与车库相连的主楼的进行地基承载力修正时，如车库的范围大于两倍的主楼筏板基础宽度时，可按车库在永久荷载作用下的折算土层厚度考虑主楼的埋深。当车库的范围小于主楼两倍的基础宽度范围时，主楼的计算埋深修正一般按从室外地面标高算起。
2.4构造要求
柱墩的布置有上柱墩和下柱墩两种形式，两种柱墩形式各有利弊，综合经济指标大致相当。
上柱墩为底平形，当车库的永久荷载小于水浮力时，可以采用上柱墩，筏板上可以回填一定厚度的覆土作为压重来平衡水浮力。上柱墩的刚性角范围大，上柱墩在满足冲切的前提下，可做成柔性上柱墩也可做成刚性上柱墩。筏板底部钢筋受力直接，利用率高，尺寸较下柱墩小。上柱墩底面平整，施工方便，建筑的防水质量能够得到保证。
下柱墩为顶平形，当车库的永久荷载大于水浮力时，采用下柱墩的比较合适。由于刚性下柱墩不能提高柱子对筏板的冲切能力，因此要加大下柱墩尺寸，做成柔性下柱墩来满足抗冲切要求。下柱墩可以减少车库整体大开挖的深度，降低车库的结构层高减小水浮力影响。下柱墩的刚性角范围小，筏板的钢筋在柱墩处需要搭接锚固，受力不直接，利用率较低。防水施工难度较大，防水材料多次转折搭接，质量难以保证。从结构受力的角度一般不宜采用下柱墩，如确有必要采用时，应做成元宝形的变厚度筏板。
筏板的配筋除计算要求外，尚应满足《地基基础设计规范》第8.4.16条配筋率不小于0.15%的要求。柱墩配筋计算时，柔性柱墩按变厚度筏板计算，配筋时考虑下柱墩厚度的影响。刚性柱墩在计算筏板配筋时可以忽略，不考虑刚性柱墩范围内的内力值，仅按刚性柱墩范围以外的内力值进行配筋。
3两者的差异对比
由上述分析可知，独立柱加防水板和筏板加上柱墩无论是计算原理还是构造配筋均存在本质区别。设计中要根据工程的实际，从概念设计的角度把握，做出恰当选择。为了便于对比分析，两者差异见如表一
4工程实例
4.1工程简介
某工程为住宅小区，主楼周边布置有大底盘车库如图一。主楼地上17层，地下2层，采用剪力墙结构，筏板基础厚900mm。地下车库，采用框架结构。根据地勘报告，本工程抗浮水位3.1米，地基持力层为第三层粉土，地基承载力特征值为180KPa，场地土分布情况详图二。
表1 独基加防水板与筏板加柱墩的差异
图一 图二
4.2计算分析
1）车库的整体抗浮验算
浮力作用值:Nw,k=3.1x10=31kN/m²
车库顶板覆土重量及梁板柱自重总和Gk1=1.6x18+0.25x26=35.3kN/m²
根据《地基基础设计规范》第5.4.3条：Gk/Nw,k=35.3/31=1.14>1.05，满足整体抗浮要求。
2）初步选定基础类型
主楼的宽度B=14.5m，两侧车库B1+B2=22.8+15.2=38m＞2B，主楼的计算埋深可将基础底面以上范围内的荷载，做为基础两侧的超载考虑并将其折算成等效埋深。
由于持力层的地基承载力较高，首先考虑经济性较好的独立柱基加防水板的基础形式，防水板板厚350mm。
主楼荷载按每平13KN/m²估算，主楼基底反力Pk=（17+2）x13=247KPa
车库荷载仅考虑防水板自重和建筑面层荷载，折算成土厚度的等效埋深de=（0.35+0.05）x25/18=0.55m
主楼的计算埋深d=0.55+0.5=1.05m
基底以上土的加权平均重度
γm=（18x1.6+18.5x1.2+8.5x3.1）/5.9=13.1KN/m3
地基承载为f=180+0.5x7.5x（6-3）+2x13.1x（1.05-0.5）=206KPa＜247KPa
主楼的地基承载力严重不足，因此需要考虑将防水板改为同等厚度的筏板基础。
3）改为筏板后验算主楼的地基承载力
采用筏板基础加下柱墩的基础形式，车库筏板厚350mm，车库底面做法厚50mm。
筏板基础自重Gk2=（0.35+0.05）x25=10kN/m²
车库自重GK=GK1+GK2=43.5kN/m2，车库的等效计算埋深de=43.5/18=2.4m
主楼的计算埋深d=2.4+0.5=2.9m
基底以上土的加权平均重度
γm=（18x1.6+18.5x1.2+8.5x3.1）/5.9=13.1KN/m3
主楼的承载力修正f=180+0.5x7.5x（6-3）+2x13.1x（2.9-0.5）=254KPa＞247KPa，满足要求。最终选定的基础形式为筏板加下柱墩。
5小结
影响地下车库基础形式选择的因素很多，其中主要为抗浮水位和地基承载力。地基选型时既要满足车库基础本身的设计要求，还应根据主楼的结构情况布置来综合确定。在初步设计阶段，应能根据地勘条件进行合理估算，选择恰当基础形式。当抗浮水位较高，车库的整体抗浮不满足时，还需要采取诸如压重、抗拔桩和抗浮锚杆等抗浮措施配合基础设计，由于篇幅的限制不在本文讨论的范围。
参考文献
[1]建筑地基基础设计规范[S].GB50007-2011.
[2]混凝土结构设计规范[S].GB50010-2010（2015年版）.
[3]朱炳寅娄宇.建筑地基基础设计方法[M].2013第二版.
[4]李贞详.有关筏板加下柱墩的分析[J].PKPM新天地,2013,第四期:17.
[5]刘华.浅谈JCCAD实现防水板计算[J].PKPM新天地,2013,第一期:20.
论文作者:邓海剑
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/17
标签：基础论文; 主楼论文; 车库论文; 浮力论文; 荷载论文; 厚度论文; 地基论文; 《基层建设》2018年第17期论文;