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摘要：建筑基础结构的设计合理与否关系到建筑物的安全可靠性。本文根据工程案例，对建筑基础设计过程进行分析。
关键词：建筑工程；基础设计
一、工程概况
工程总建筑面积约9.04万m2,共3栋塔楼（简称：A、B、C），局部2层裙楼，为剪力墙结构，纯地下室为框架结构。工程设计相对标高+0.00相当于1985黄海高程59.60；其中2栋地下一层，地上19层，结构主体高度58.000；1栋地下一层，地上12层，结构主体高度36.600；裙楼地下一层，地上2层，结构主体高度7.400。抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度0.05g，抗震等级四级，建筑场地类别Ⅲ类，50年一遇的基本风压0.40 kN/m2，地面粗糙度类别B类；风荷载体型系数1.3,基本雪压0.40 kN/m2，基础混凝土强度等级C35，钢筋采用HRB400。抗浮设防水位按1.5m（高程55.93m）。设计荷载均按相应现行荷载规范进行取值。
二、场地地质情况
三、基础设计
本工程为多栋建筑组成的综合住宅小区（详见图1），各部分的基底反力及上部结构刚度差别较大，因此设计基础时宜分别分开处理，同时需考虑相互之间的影响。
（1）塔楼基础设计
经过上部结构计算，根据《建筑地基基础设计规范》（GB5007—2002）第5.2.4条的规定，对该项目各子工程天然地基基础形式进行了初步计算，持力层暂时按第③粉质粘土层，并对持力层承载力特征值进行修正，计算结果见表2。
根据以上初步计算场地内裙楼地下室可采用天然地基独立基础； A、B、C栋住宅楼天然地基不能满足要求，应进行地基处理或采用桩基。
基础对比选型
a.地基处理
地基处理的形式有很多种，而且现在还有一些新的处理方法不断涌现，相对比较成熟的方法主要有以下几类：注浆加固法，排水固结法，置换法，挤密法等。
根据岩土工程勘察报告，开挖深度内土层主要为可塑和硬塑状粉质粘土，土质条件相对较好，各层分布比较均匀，场地内没发现暗浜、暗塘等不利埋藏物和不良地质现象；结合当地的施工条件初步拟定这样几种基础处理形式：强夯挤密法，CFG桩。
强夯挤密法是利用重锤（约80～300kN）从高处落下产生的冲击能，夯击地基土，在地基土中产生冲击波和很大的动应力，从而使地基土密实。这种方法的特点是适用土层范围相对比较广，除了某些膨胀土或高饱和性土之外，其他土层一般都可以处理，处理深度也比较大，最大能达到40m。
CFG桩又称是利用振动打桩机将直径300～400mm的桩管打入土中，然后在管内填入一些配合材料（水、碎石、粉煤灰、水泥和按一定比例配合）形成半刚性的桩体，桩管取出后，桩体与原有地基土形成复合地基，从而提高地基承载力。CFG桩主要适用于淤泥质土、素填土、粉土、粉质粘土，地下水位以上及以下均可使用。
b.桩基
与地基处理方法一样，桩基的种类也很多，分类方法也非常多，一般按制作方法分为灌注桩和预制桩。基础选型阶段初步选定了预应力管桩这种基础形式。
c.对比选型
针对本工程的特点，强夯挤密法施工简单，成本较低，不过施工过程中产生的震动较大。施工现场周围一定距离内已有部分建筑，虽然施工时可以采取减震沟等措施，但仍然不能完消除对周围建筑的影响，综合考虑后排除了该种方法。
作为一种地基处理方法，CFG桩本身桩体不配筋，同时桩体材料造价较低，可以利用工业废料粉煤灰作为掺和料，成本优势明显。
预应力管桩施工方法成熟，可靠性很高，施工速度较快。但是，由于本工程场地勘察范围内无明显的岩层，桩端阻力较小，如选用预应力管桩，桩长较长，对比测算工程造价相对较高。
因此，经过综合对比考虑，本工程塔楼地基采用CFG桩基，
同理计算，A栋面积置换率为5.5%，复合地基承载力特征值为260kPa；
本工程CFG桩采用长螺旋钻孔灌注成桩。基础垫层底面、桩顶间设250mm厚级配砂石褥垫层，范围为筏板外扩300mm，最大粒径不大于30mm。褥垫层铺设宜采用静力压实法，夯填度（夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值）不得大于0.9；成桩过程中，抽样做混合料试块，每台机械一天应做一组（3块）试块（边长为150mm的立方体），标准养护条件下其立方体抗压强度fcu不小于20MPa。
工程施工前进行了试桩，CFG桩单桩承载力特征值满足设计要求。复合地基验收时，经过载荷试验检测复合地基承载力也满足设计要求。
③塔楼筏板基础设计
根据地勘资料及结构形式和受力情况，本工程塔楼采用筏板基础，筏板基础的形式主要有这样几种：平板式等厚筏板，柱(墙)下局部加厚筏板，带肋梁的筏板，其中肋梁可以向上或向下。因为本工程为剪力墙结构，结构墙布置间距较小，同时建筑高度相对不是很高，上部结构荷载不大，所以采用平板式筏板即可以满足要求。
本工程筏板基础兼做地下室底板，其顶面相对标高为-6.100（图2）。《建筑地基基础设计规范》要求，在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱型和筏板形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/18~1/20。B、C栋结构主体高度58.000，结构主体高度33.600，因此基础埋置深度满足要求。经验初步估算B、C栋筏板厚1400mm，A栋筏板厚1000mm。
筏板基础计算采用JCCAD软件进行计算分析，主要计算筏板的内力和配筋，验算地基的强度和变形。
软件计算主要跟计算参数有关，本软件的主要计算参数主要包括筏板计算模型、上部结构刚度影响、有限元网格划分等。
本工程计算选择弹性地基梁板模型(桩和土按WINKLER模型)，这种模型为简化计算模型，将土与桩假设为独立的弹簧，其虽然简单，但受力明确，再考虑上部结构刚度的影响时，这种模型也比较符合实际情况。
平板式筏板平面外刚度相对很弱，在上部结构不均匀荷载作用下容易产生较大的变形，导致的后果是筏板计算配筋增加，增加工程造价。考虑上部结构刚度的影响时，上部结构刚度叠加到基础筏板上，从而增大了筏板基础的平面外刚度，提高了筏板抵抗上部荷载的能力，使筏板变形减小，内力和配筋也同样减小。
有限元单元网格的划分有时对计算结果的影响非常巨大，实际计算时先按照程序默认值2m计算，发现有计算结果异常的情况时再适当调整控制边长，或局部调整网格划分，直至结算结果经济合理。
经过计算，平均基底反力小于复合地基承载力，筏板冲切满足要求，配筋率合理。
（2）裙楼地下室基础设计
裙楼地下室竖向荷载较小，抗浮设防水位较低，综合考虑选择独立基础加防水板基础。相对于局部加厚筏板，独立基础加防水板传力简单，施工过方便，造价较低。计算软件仍然采用JCCAD，程序计算时按柱（或墙）为不动支座，不考虑竖向变形。
计算防水板时考虑的荷载为：防水板自重、水浮力、板面荷载，不考虑上部结构荷载。计算独立基础时，同时考虑上部结构荷载和水浮力。
经过计算，本工程选用500mm厚防水板，独立基础高度800~1100mm，防水板底在独立基础周围设聚苯板，这种做法可以使防水板尽量不承担地基反力，保证了结构的受力状况与设计相符合（详见图3）。
因为场地内抗浮水位不高，设计时，增加了地下室顶板和裙楼屋面的覆土厚度，通过增加建筑自重来平衡水浮力，同时满足了建筑绿化、防冻等要求。经过验算，本工程不需要采用其他抗浮措施，大大减低了工程造价。
（3）基础沉降计算
本建筑为塔楼裙楼一体的建筑物，塔楼与裙楼地下室的上部荷载差别巨大，设计时应尽量减少二者之间的沉降差。首先，增大塔楼筏板基底面积，减小裙楼地下室独立基础基底面积，通过减小主楼沉降，适当增大裙楼地下室沉降，减小了差异沉降。其次，在塔楼与裙楼地下室基础之间设置1m宽沉降后浇带。沉降后浇带需在主体结构顶板浇筑14天后，根据沉降观测数据，经设计验算后再浇筑。
根据计算B、C栋的整体倾斜值为0.0004，平均沉降量为12mm，A栋整体倾斜值为0.0002，平均沉降量为10mm，独立基础平均沉降量约为8mm，均满足规范要求。
四、结束语
对各种不良地基，适当的选择地基处理形式，不但能满足建筑承载力要求，而且相对其他基础形式有一定的成本优势。本住宅小区塔楼与裙楼地下室上部结构荷载相差巨大，设计时合理的选择基础形式，并采取相应的技术措施，适当减少塔楼沉降增加裙楼地下室沉降，从而减小二者的沉降差异。本文的基础设计思路可供同类建筑参考。
参考文献：
[1] 建筑地基基础设计规范GB5007—2002
[2] 建筑地基处理技术规范JGJ79-2002
论文作者:刘加美
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/10/13
标签：基础论文; 地基论文; 荷载论文; 结构论文; 塔楼论文; 地下室论文; 建筑论文; 《基层建设》2015年17期论文;