摘要：本文总结了天津地区地下车库结构的结构特点、基础形式和常见设计方法，对不同基础形式的设计方法进行了分析对比，并提出相应的设计建议。
关键词：地下车库；基础；倒楼盖法；弹性地基梁板法
地下车库（以下简称地库）是设计中常见的部分，有一层也有多层，结构形式基本可定义为框架结构，除地下室外墙、上部结构落下的墙体及人防墙体外基本不设墙体。楼屋盖分为梁板式和无梁楼盖两种，基础形式有筏板、独立基础+抗水板、桩基承台+抗水板、桩筏等。本文仅结合天津地区的区域特点对地库的基础设计进行浅析，并提出自己的观点。
一、区域概况
天津紧邻渤海，为软土地区地下水位较高，地基土多为黏土与粉质粘土，很多地区有较厚的淤泥质土层，而且地下水区域性具有不同程度的腐蚀性。由于以上特点，导致天津地区基坑支护难度大、成本高，因此基坑开挖深度成为地库方案主要的考虑因素之一。基于以上原因天津地区地库多为一层，少数地下二层，地下层数较多的地库仅为极少数。
天津市冻土深度0.6m，因此地库顶板覆土厚度通常1.4~1.6m，地库抗浮往往成为确定基础形式的主要控制因素。为降低层高、增加压重地库顶板及楼板的结构形式多采用无梁楼盖。天津地区地库一般采用抗拔桩解决抗浮问题，而由于层数较少，地库地基的抗压问题采用天然地基的承载力就基本可以满足要求。而实际的桩基设计，有一下三种设计方法：第一种，将桩基仅按抗拔桩考虑，不考虑桩基的抗压作用，而按天然地基验算地基承载力，此时桩基的作用相当于抗浮锚杆，基础形式为筏板基础+柱墩；第二种，认为桩基即有抗压也有抗拔的作用，同时考虑软土地区桩基自身的竖向刚度不大，在竖向荷载作用下会产生一定的变形，从而使桩间土承担一部分竖向荷载。基础形式为桩筏基础。笔者认为此方法较为符合实际；第三种，不考虑桩间土对竖向荷载的分担作用，完全由桩基来承担抗压及抗浮两种工况，此时基础形式为桩基承载+抗水板。
二、基础分析方法概述
关于地库基础形式与地基承载力的计算上文已经粗略介绍，一下主要讨论其基础计算的方法。
地库基础的计算方法一般分为倒楼盖法和弹性地基梁板法。目前市场上常用的结构设计软件中均可实现这两种计算方法。有些软件还提供这两种算法的衍生算法，但本质上还是此两种基本计算方法。
倒楼盖法顾名思义即讲基础底板视为楼盖结构，将作用在基础上的各种荷载反向作用在此楼盖上，由此计算结构配筋。在具体设计上也有两种处理方法。其一是按基础的实际情况，按楼盖结构形式建模，并将相应的荷载按楼面荷载加在此楼盖上。其二是在基础计算的模块中，直接输入水位和基础上各种荷载，计算方法选择倒楼盖法。由于此方法不考虑结构上部的情况，因此由此计算的柱根处的反力与上部结构传下来的柱底内力往往不一致，即不能平衡。
弹性地基梁板法，是基于文克尔假定，将地基土体简化为弹簧，地基底板做为弹性体进行计算。因此基础梁板的内力大小受地基土的弹簧刚度影响，与上部结构的刚度和基础底板的刚度也有关。此方法与倒楼盖法有较为明显的区别，计算结果也有显著的区别。此方法计算的底板反力在上部刚度较大或轴力较大的区域也较大，因此基本可以使柱根反力与上部结构传下来的柱底反力一致。
三、适用条件及设计要点浅析
地库基础的特点是面积大，较有规律，分为柱下区域和柱间区域，地库的柱网大多较为规则，仅个别工程或工程的局部区域有不规则的柱网布置。以下根据地库自身的特点，针对天津地区常用的三种基础形式分别进行讨论。
第一种，筏板+柱墩的形式。此种形式，一般每个柱下仅设一根抗拔桩即可满足抗浮问题，而抗压则完全利用地基土的天然承载力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此种方法桩反力与柱轴力共线，因此桩对柱墩及筏板的内力没有影响，采用倒楼盖法或弹性地基梁板法均可行。如采用倒楼盖法，则相当于倒置的无梁楼盖，计算得到的底板配筋与上部结构的荷载、刚度以及土体的弹簧刚度均无关。此方法逻辑清晰、结果稳定便于结果的概念判读，目前已有较多实际工程案例。但此方法未考虑基底反力的不均匀分布、整体弯曲等计算条件。
当然，此种情况也可采用弹性地基梁板法，这样可以更好的考虑基底反力的不均匀分布及基础的整体弯曲。
第二种，是桩筏基础。此种方法与第一种形式比较相似，但是由于考虑桩基抗压，而且土体的分担作用通常考虑的不多，因此柱下往往需要布置不止一根桩，如为地下二层的地库也很难保证柱下一桩。而桩基的反力与柱轴力不共线的情况下，倒楼盖法并不适用，尤其是在承台（柱墩）的区域配筋严重失真。因此此种情况建议采用弹性地基梁板法。
第三种，桩基承台+抗水板。此种基础形式，笔者认为应分两个部分计算，承台部分计算主要是承台冲切、受剪和底部配筋计算。计算中，仅需将抗水板的水浮力导荷到承台上与桩反力共同考虑即可。而抗水板的计算，笔者认为可按倒楼盖法计算。因为抗水板一般厚度较小，与承台相比刚度较低，而且抗水板仅考虑导荷作用。按要求抗水板底部应铺设苯板，使其不能将上部荷载传递给地基土，及不考虑其与土体的相互作用。基于以上考虑弹性地基梁板法不适用于此种情况。但是由于此种方法布桩数量较多，经济性差，天津地区较少采用。
根据文献[1]，“当地基土比较均匀、地基压缩层范围内无软弱土层或可液化土层、上部结构刚度较好，柱网和荷载较均匀、相邻柱荷载及柱间距的变化不超过20%，且梁板式筏基的高跨比或平板式筏基板的厚跨比不小于1/6时，筏形基础可仅考虑局部弯曲作用。筏形基础的内力，可按基底反力直线分布进行计算，计算时基底反力应扣除底板自重及其上填土的自重。当不满足上述要求时，筏基内力可按弹性地基梁板方法进行分析计算。”上文提到的地库的结构特点，可知地库结构本身是符合倒楼盖法要求的，但天津地基土常见软弱土层或液化土层，同时也很难满足厚跨比1/6的要求，所以严格来讲采用弹性地基梁板法计算基础底板更为合理。
如果采用弹性地基梁板法则需要比较准确的取用地基土的弹簧刚度，计算中也需要考虑上部结构的刚度。由于地库的特点，上部结构的刚度影响相对较小，而弹簧刚度的影响主要在于柱下区域和柱间区域荷载分配，如果弹簧刚度大，则柱下区域分配的荷载较大，柱间区域分配的荷载较小；反之则柱下区域分配的荷载较小，柱间区域分配的荷载较大。如基础为第一种情况，则可采用相对较低的机床反力系数以保证基础的安全性（或根据土层参数计算）；如基础为第二种情况，则应该按实际情况输入地质资料，以准确模拟地基土及桩的刚度。另外地库上单体的基础沉降梁需要准确的模拟，因为采用弹性地基梁板法时，最终结果准确与否完全取决于底板变形是否准确，因此不论模型中如何考虑地库中单体的结构，在基础计算采用弹性地基梁板法时，需要将单体的沉降梁控制在预估的合理范围内。
四、小结
本文通过对天津地区地库基础形式和计算方法的浅析，得出地库基础设计的推荐方法及注意事项。
1.如地基持力层土体不是软弱土层，则一层地库可以采用天然地基+抗拔桩，基础形式采用筏板+柱墩的形式。计算方法建议采用弹性地基梁板法，亦可采用倒楼盖法。
2.如不符合上条要求，则采用桩基础，桩本身既考虑抗拔也考虑抗压，土体适当分担部分竖向荷载。基础形式为桩承台+筏板。计算方式建议采用弹性地基梁板法。
3.采用弹性地基梁板法计算时，应注意一下事项：对于第1条的情况，应取用相对较低的基床系数（或根据土层参数计算），对于第2种情况，则需要根据实际土层情况输入地质资料。对于以上两种情况均需要准确模拟地库内单体的基础沉降量。
参考文献：
[1]GB50007-2011. 建筑地基基础设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011 .
[2] GB50010-2010. 混凝土结构设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010.
论文作者:任忠文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：地基论文; 基础论文; 楼盖论文; 荷载论文; 刚度论文; 桩基论文; 形式论文; 《基层建设》2018年第26期论文;