地基基础设计常见问题及对策姜小峰

发表时间:2020/5/9   来源:《工程管理前沿》2020年2月5期   作者:姜小峰
[导读] 在工业及民用建筑结构的设计当中,地基基础作为其重要组成部分之一
        摘要:在工业及民用建筑结构的设计当中,地基基础作为其重要组成部分之一,所选基础设计方案是否妥当、基础设计是否适应工程施工现场的实际情况,直接决定了建筑设计的成败。这就要求施工现场的管理人员必须清楚掌握地基基础设计常见问题,并针对这些问题制定相应的方案,以便能够科学有效的解决相关问题。基于此,本文重点分析了地基基础设计常见问题以及解决这些常见问题的对策,以期能够从根本上提升地基基础的设计水平。
关键词:地基基础;基础设计;常见问题;对策
1.概念设计
        1.1确定控制点的位置,确定设计方案
        设计地基基础时,必须找准控制点的位置,以防基础变形,所以,设计地基基础时,首先,设计人员需根据施工现场的地质条件、施工环境以及上部建筑的形态,选择适合于该施工现场的地基基础设计方案。比如,在主裙楼连体建筑当中,主裙楼间的不均衡沉降作为关键控制点,在选择地基基础方案时,为有效防止主裙楼间的不均匀沉降,不能盲目的增加地基基础的刚度,应提升主楼地基基础的刚度,降低裙楼基础刚度。假如某一建筑的主体高度为10层,裙楼为两层高的公共建筑,支撑层由细砂砌筑而成,承载力仅为130kPa。为了减弱不均匀沉降,主楼使用的是由CFG桩形成的复合地基,而裙楼则使用天然地基,就该建筑地基基础方案的选定,就为开发商节省了大量成本。
        1.2利用概念指导计算
        在地基基础设计当中,使用PKPM、盈建科等设计软件可大大减轻设计人员的劳动强度,但却限制了设计人员的思考。使用这些软件时,由于绝大多数人都不能完全理解这类设计软件的计算原理,填写相关参数时往往是随心所欲,根据自己的理解填写相关参数,使得计算结果失去了准确性。比如,某些建筑的上部结构没有使用PKPM计算,基础部分的计算依然使用JC-CAD, 一些设计人员就会把建筑上部结构的柱底内力采用附加载荷输入,然而,在JC-CAD软件中,附加载荷仅仅只能输入恒荷载和活荷载等一些标准值,假如上部结构为多层,在附加载荷内则无法考虑水平载荷,则将可能会产生安全隐患。
2.地基基础设计需要考虑的因素
        在设计建筑结构时,地基基础的设计作为其最为重要的部分之一,地基基础设计是否妥当、是否能够适应工程施工现场的实际情况,直接决定了建筑设计的成败,决定了建筑物的使用期限,所以,地基基础的设计必须满足以下要求:地基底部的附加压力必须大于地基承载力或者桩基的承载力;必须将地基基础的整体沉降量及差异沉降量控制在允许范围内; 需考虑桩基的实际使用情况;设计之初需考虑地基基础施工期间对周围建筑物的影响;不但要考虑地基基础施工所要使用的材料及工程施工成本,还需考虑施工过程中、施工现场的施工环境以及施工时间等相关因素对整体经济效果的影响。
3.地基基础设计常见问题
        3.1桩端进入持力层的最小深度问题
        桩端的持力层应选择相对较硬的砂层或者岩层。粘性土及粉土场地,桩端进入持力层的深度必须大于等于两倍桩径;砂土和强风化软质岩场地,桩端进入持力层的深度必须大于等于1.5倍桩径;碎石土以及强风化硬质岩场地,桩端进入持力层的深度必须大于等于0.5m且不小于桩径。如桩端进入中、微风化岩的嵌岩桩,桩在岩石层中的深度应大于等于0.5m。如桩端进入灰岩或未风化的坚实岩层时,嵌入岩石的深度可以相应减小,但必须大于等于0.2 m。如现场有液化土壤,此时桩体应穿过液化土壤进入液化土层以下的稳定土层,桩端进入持力层的深度应进行计算确定。碎石土、砾石、粗砂、中砂、坚硬的粘性土和密实的粉土而言,桩端插入持力层的深度必须大于等于0.5m,其他非岩石土,桩端插入持力层的深度不小于1.5m。如场地存在季节性冻土或膨胀土层,则应通过抗拔稳定性试验确定桩体进入上述土层的深度,其深度不应小于4倍桩径。
        3.2地基土以及结构的共同作用问题
        何为共同作用,即高层建筑和地基基础的共同作用,具体指的是将高层建筑、基础以及地基当做一个整体来看待,与此同时,还必须保证地基、基础以及上部结构之间接触部位的变形能够达到共同要求。地基基础的共同作用指的是地基土与柔性桩、半柔性桩、刚性桩等基础要能共同承受上部结构的荷载。

然而,地基以及基础间的载荷分配系数则是依据基础变形共同要求来确定。由此可以看出,设计地基基础时,所运用的正是地基基础共同作用的概念,地基基础的处理或地基基础的处理是基于基础沉降量的高低,确定基础的处理程度以及基础的初始承载能力的数值。基础的刚度、地基土的类别以及基础的类型等都会直接影响地基土和基础载荷的分担比。
4.解决地基基础设计常见问题的对策
        4.1勘察施工现场的地质条件,制定切实可行的地基基础设计方案
        岩石及土体的形成需要很长的时间,在地质作用的影响下,地质结构及地质条件也会随之发生变化,不同场地的地下土质都是不一样的,我国国土资源丰富,土地面积辽阔,受气候及地形影响,每个地区都存在许多的软土、冻土等特殊地质。
        为保证整个工程项目的施工质量,地基基础的设计起着非常重要的作用。 所以,在制定设计方案前期,必须指派专人前往工程施工现场,勘查施工现场的地形以及地质构成,同时设计过程中还需将理论与该地区的实际相结合,制定切实可行的地基基础设计方案,以保证工程施工质量。
        4.2针对特殊地基的处理方法
        4.2.1换填土处理法
        换填土法指的是当地基的承载力及稳定性无法满足工程施工要求,或者软土层厚度较小,采挖软土层的过程中,需结合施工现场的实际情况分层填充粉煤灰、砂石等稳定性比较好的材料。为确保换填后的软土地基能够满足工程施工的设计要求,确保工程施工人员的生命安全,还需要进一步对软土地基进行压实,以此来提升地基承载力,增加地基密度,降低沉降幅度,加速软土地基的排水固结。采用换填土处理法,依据的是土层附加应力的分布规律,此方法适用于土质结构不均匀、排水不畅的软土地基。
        在一些较为特殊的土层,比如软土层,基础较差的土壤会被具有良好物理硬度的岩石或土壤材料所替代,从而形成双层地基或者多层地基,这样做的目的是为了增大地基的荷载力,施工过程中,应尽量减少沉降,通常所使用的换填土方法包括:振冲置换法、褥垫层法以及换土垫层法等。
        4.2.2动力固结或强夯法
        动力软土地基加固法又被称之为强夯法,通常使用8至30吨的重锤,在8至20米的高度上对地基基础进行强夯打压,以提升地基基础的密实度,加固基础、增加基础强度,降低抗压性能,进而改善沙土的抗液化条件,以此来提升地基基础的承载力。
        饱和性黏土地基较适用于使用动力固结法,其是在过去所使用的动力固结置换法的基础上进一步的延伸,通过外部夯打力,将高强度材料打入地基,当这些材料形成碎石墩以后会与原有的地基形成承载力较强的复合地基,这将会进一步提升地基基础的承载力。
        4.2.3灌入浆料固化物
        若要增强地基基础的强度,提升地基基础稳定性,尽可能的降低沉降幅度,可向土体内灌入水泥、石灰等固化浆料。灌入固化物时所使用的方法主要包含:深层搅拌法、高压喷射灌注法以及挤密灌注加固法等等。
结束语
        综上所述,设计人员设计地基基础时,必须全面分析所建项目施工现场的地质特性、地貌特征以及项目所在区域的周围环境;进行地基基础设计计算时,还需分析、研究相关参数、理论精准度及其适应性,通过分析、对比多个方案,再结合施工现场的实际情况适当调整施工方案,从中选择技术上最为合理、经济效果最佳的设计方案,建设高品质的建筑项目。
参考文献:
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[2]陈文亮.关于地基基础设计的热点问题与对策[J].中国科技投资,2018,29(13):145.
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