浅谈建筑地基结构设计

田 浩 容海川城乡规划设计有限公司

1 前言

地基基础结构与建筑工程的质量与安全息息相关，科学、合理的结构设计方案与高质量的施工，是保证建筑质量、安全与使用寿命的必要条件。为此，在建筑工程结构设计阶段，就应重视地基结构设计工作，掌握前期设计计算及后期各类型地基结构的设计要点，以此保证地基结构设计的质量，保证地基结构的合理性。

2 建筑工程地基结构设计的重要性

随着建筑业的发展，建筑规模的不断加大，高度也在不断提升，由此建筑上部结构的荷载值较大，地基基础主要指地下隐蔽工程，若无法保证结构设计方案的合理性，则会直接影响建筑物的承载力，进而出现不均匀沉降，甚至产生建筑裂缝和倒塌等问题，降低工程质量。且这种问题是很难修复的。为此，就应重视地基结构的设计工作。地基结构设计中，设计人员应全方位考量项目区域的地基特征，建筑结构的体积、自重和上不结构及下部结构概况，从而确保地基基础结构的承载力，防止出现承载力不足等问题，一方面充分保证工程项目的质量，另一方面有效维护工程的安全性与稳定性。

3 建筑工程地基结构设计前期计算要点

3.1 埋深

在地基埋深确定方面，应从对下列内容进行合理考虑，具体为：建筑的使用功能。例如，是否存在地下室，地下室的设施和设备主要构造形式。（1）项目所在地的水文与地质条件；（2）与项目相邻的建筑物基础埋深；（3）地基结构需要承担的荷载力大小与性质；（4）考虑地基土壤融陷与冻胀影响。

岩土结构地基除外，地基深度不得小于0.5m。高层建筑地基结构设计的过程中，地基的埋深需充分保证高层建筑地基承载力的稳定性要求。岩土结构的地基深度既要注重结构的抗滑性，又需维持整体建筑结构的稳定性。抗震设防区域，非岩土结构地基基础埋深不得小于建筑物总高度的1/15。如项目周围有相邻建筑，新建结构地基埋深不得超过相邻建筑的埋深，同时建筑间要保持适度的距离。具体的埋深、距离数值应综合项目所在区域的土质、地基结构的基础形式与建筑承载能力要求确定。

3.2 稳定性

建筑地基基础设计规范中，地基稳定性计算是十分重要的内容。设计人员必须严格依据规定完成建筑稳定性计算，合理应用圆弧滑动面的方式检测地基的稳定性。在山地和丘陵地区地基设计中，设计人员要结合规范要求认定可能出现的设计条件，以规避山体滑坡等多种事故。

3.3 承载力及变形

与稳定性计算相同，在《建筑地基基础设计规范》中规定地基的承载力与变形计算要求，设计人员要按照规范要求进行承载能力及变形计算。在进行地基变形值计算时，设计人员应结合沉降差、沉降量、局部倾斜及倾斜等实际情况进行考虑，以确保变形计算结果的准确性。

4 建筑工程地基结构设计及选型

4.1 建筑物设有地下室

随着建筑行业快速发展，建筑物的使用功能也日益丰富，很多建筑均设有地下室，设有地下室的建筑结构主要应用筏板基础形式，在建筑物中并未设置明确的防水要求。如地基条件较为理想，柱网与荷载相对均匀时，设计人员可应用独立柱基，筏板基础或钢筋混凝土交叉条形基础。在地震防御区域可以加设柱基拉梁；建筑地基条件交叉中，为满足建筑地基沉降和强度的总体要求，可选取人工处理地基或桩基形式。如建筑防水要求较为严格，设计人员可以选择箱型或筏板基础。如建筑防水和不均匀沉降要求较为严格，则可选择箱型基础，若柱网的均匀度不足，可选择筏板基础。如地下室中设置均匀混凝土隔墙，就需采用箱形基础。综上，无论选择何种基础，设计人员都应做好地下室外墙与基础底板之间的连结节点。

4.2 建筑物没有设置地下室

如建筑物不设地下室，主要采取砌体结构。此时，需以刚性条形基础为首选。常见的基础形式有四合土条形基础、毛石条形基础、灰土条形基础、混凝土条形基础及毛石混凝土条形基础等。如基础结构宽超过2.5m，可选择柔性基础。如建筑结构为多层框架结构，且地基条件不佳，存在较大荷载时，则可选择十字交叉梁条形基础，以维持结构的整体性，有效控制不均匀沉降。如地基条件较为理想，且荷载不大时，可使用独立柱基础。在地震高发区域，应设置柱基拉梁。如建筑物结构为框剪结构，且地基条件较为理想，就可选取框架柱独立柱基础。在实际设计阶段，如果基础形式不符合地基变形及强度要求，都可以选择筏板基础。

4.3 桩基础设计

4.3.1 平面布置

（1）桩基平面布置中，要确保桩顶荷载的均匀性，上部荷载的重心要与桩中心处于同一位置，同时，群桩的承受能力和弯矩方向上的抵抗矩较大。（2）同一个单元不可以同时使用端承桩与摩擦桩；（3）直径较大的桩需要采取一柱一桩的形式；（4）筒体若为群桩结构，为达到桩中心矩最小化的要求，应在筒体内部或筒体外部不大于一倍板厚的距离内设置桩；（5）抗震缝和伸缩缝需采取两柱同共同承台的形式完成桩的布置；（6）剪力墙下进行桩基布置时，应综合考虑结构两端应力集中影响，在剪力墙结构的中和轴周围布置桩基时，可以按照受力均匀布置；（7）在布桩施工中，横墙、纵墙存在明显不足的位置，若为横墙较多的多层建筑，可在横墙两端位置的纵墙上布置桩，不得在门洞口位置布桩。

4.3.2 桩端直入持力层的最小深度

（1）桩端持力层应以岩层或硬度较大的土层，粉土或粘土结构持力层当中，规定桩端植入的深度在2倍桩径以上。砂土或强风化软质岩结构持力层当中，桩端植入深度不得小于1.5倍桩径。桩端植入深度不得小于桩径，规定其深度在0.5m以上。

（2）在中风化或微风化岩持力层当中，桩端植入的深度不得小于0.5m。桩端嵌入没有风化问题的硬质岩层或灰岩时，其嵌入深度可以适当控制，但不得小于0.2m。

（3）建筑所在区域为液化土层，桩身需要进入液化土层下方面的稳定层，深度需要计算得出。

（4）建筑所在地区若为膨胀土层或季节性冻土，可以依据抗拔稳定性试验确定进入的深度。

4.3.3 桩型选择

（1）预制桩

图1 预制桩

此类桩型适用于风化残积层、强风化层、碎石层及砂层等层面起伏不大的持力层（如图1），桩身穿过的土层多为中高压缩性粘土。如果穿越层结构中存在孤石等石灰岩障碍，或穿越层由软塑层突变为坚硬岩层，则不适合预制桩。

（2）沉管灌注桩

此类桩型适用于层面起伏大的持力层，穿越土层的土壤性质与预制桩相同，属于中高压缩性粘土（如图2）。沉管灌注桩的稳定性较差，如果桩群结构密集，穿越层的结构是具有较高灵敏度的软土时，此灌注桩不适用。

图2 沉管灌注桩

（3）人工挖孔桩

人工挖土桩主要用于使用井点降水的较浅水位地下水，或较深水位的地下水环境下，持力层上方没有流动淤泥或持力层较浅的情况。如果成孔阶段，容易出现涌水、流砂等情况，则不能使用此桩型。

（4）钢桩

此类桩型的成本较高，在工程中并未广泛推广，其适用于风化岩层或较硬土层。在项目所在区域为极深的硬持力层，仅可以使用超长的摩擦桩，预制桩与灌注桩等无法保证施工质量，或工期紧张时，可以选择钢桩。

（5）夯扩桩

当桩端进入的持力层结构为密实砂层或硬粘土层。而桩身穿越的土层结构为粘性土、软土或粉土时，为提升桩端的承载能力，可以选择夯扩桩。

5 结束语

地基设计是建筑结构设计的重要内容，优秀的设计方案可以保证建筑物的稳定性，保证建筑质量与安全。为此，我们就应严格按照相关规范要求进行设计计算，并做好地基结构设计与选型，借此保证地基结构设计工作的质量。