(建筑工程管理]建筑基础设计理论与施工方法

（建筑工程管理）建筑基础设计理论与施工方法

建筑基础设计理论和施工方法

地基和基础工程是建筑施工的主导工程之壹，也是建筑施工技术最为复杂、难度最大、工期最长、占投资最多的分部工程。它的施工质量的好坏，直接影响到建筑物的安危和寿命，以及施工成本和工程整体的顺利进行。下面仅以我个人的学习成果为基础，分享我对建筑基础的认识。

地基和基础的概念：

基础指建筑底部和地基接触的承重构件，它的作用是把建筑上部的荷载传给地基。因此地基必须坚固、稳定而可靠。

基础下面承受建筑物全部荷载的土体或岩体称为地基。地基不属于建筑的组成部分，但它对保证建筑物的坚固耐久具有非常重要的作用。是地球的壹部分。承受建筑物基础所传递的上部结构荷载的土层（或岩层）。地基就其受力情况而言，于建筑物基础荷载作用影响范围内的部分，称为持力层；于持力层以下的部分，称为下卧层。

基础的发展方向：

（壹）基础形状的理论研究不断深入

由于计算机的应用日趋广泛，许多计算方法如有限元法、边界元法、特征线法等于基础工程形状的分析中得到应用；土工离心机模型实验，已成为验证计算方法和解决包括基础工程于内的土工问题的有理手段。土的本构模型也是基础工程分析中的壹个重要组成部分。

（二）现场原位测试技术和基础工程质量检测技术的发展

为了改善取样实验质量或者进行现场施工监测，原位测试技术和方法有很大发展。如旁压实验、动静触探、测斜仪、压力传感器和空隙水压力测试仪等测试仪器和手段已被广泛应用。测试数据采集和资料整理自动化、实验设备和实验方法的标准化以及广泛采用新技术已成为发展方向。

（三）高层建筑深基础继续受到重视

随着高层建筑物数量的增多，各类高层建筑深基础大量修建，尤其是大直径桩墩基础、筏板带桩、箱基带桩等基础类型更受重视。

由于深基坑开挖支护工程的需要，如地下连续墙、挡土灌注桩、深层搅拌挡土结构、锚杆支护、钢板桩、铅丝网水泥护坡和沉井等地下支护结构的设计、施工方法均引起人们极大兴趣。

（四）软弱地基处理技术的发展

于我国各地区的经济建设中，有许多建筑物不得不建造于比较松软的不良地基上。这类地基如不加特殊处理就很难满足上不建筑物对控制变形、保证稳定和抗震的要求。因此，各种不同类型的地基处理新技术因需要而产生和发展，成为岩土工程中的壹个重要专题。

地基处理的目的于于改善地基土的工程性质，例如提高土的强度、改善变形模量或提高抗液化性能等。地基处理的方法很多，每种方法均有其不同的加固原理和适用条件，于实际工程中必须根据地基上的特点选用最适宜的方法。今后随着建筑物的层高和荷载不断增大，软弱地基的概念和范围也有新的变化，各种新的处理方法会不断出现，地基处理技术必然会进壹步发展。

（五）既有房屋增层和基础加固和托换

对于房屋的需求量于今后较长时期内均会很大，目前国家资金困难，基本建设投资不会很多，为了满足当前的急需，对现有房屋的改建增层工程会日趋增多，为此必须对已有建筑物的地基进行正确的评价，提出合理的承载力值，重视地基加固和托换技术的探讨和应用。

地基的种类：

地基有天然地基和人工地基俩类：

天然地基具有足够的承载能力，于荷载作用下的压缩变形不超过允许范围，能够支承建筑物基础的天然土（岩）层。凡能保证地基稳定的岩石、碎石土、砂土、粘性土等均可作为

天然地基。设计时要充分掌握地基土（岩）层的压缩和沉降、抗剪和滑坡、土中含水量等因素，以保证地基安全可靠。

人工地基不具有充分承载能力的淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性的软弱土层经过人工加固处理而成的建筑物地基。设计时既要注意分析和合理利用基土的持力层，又要正确选择加固处理措施。

地基的处理方法：

人工地基的处理方法有密实法、换土法和加固法三类：

（1）密实法用密实法处理地基又可分为：①碾压夯实法：对含水量于壹定范围内的土层进行碾压或夯实。此法影响深度约为200毫米,仅适于平整基槽或填土分层夯实。②重锤夯实法：利用起重机械提起重锤，反复夯打，其有效加固深度可达1.2米。此法适用于处理粘性土、砂土、杂填土、湿陷性黄土地基和对大面积填土的压实以及杂填土地基的处理。③机械碾压法：用平碾、羊足碾、压路机、推土机及其他压实机械压实松散土层。碾压效果取决于被压土层的含水量和压实机械的能量。对于杂填土地基常用8～12吨的平碾或13～16吨的羊足碾，逐层填土，逐层碾压。④振动压实法：于地基表面施加振动力,以振实浅层松散土。振动压实效果取决于振动力、被振的成分和振动时间等因素。用此法处理以砂土、炉渣、碎石等无粘性土为主的填土地基，效果良好。⑤强夯法：利用重量为8～40吨的重锤从6～40米的高处自由落下，对地基进行强力夯实的处理方法。经过强夯的地基承载能力可提高3～4倍,以至6倍，压缩性可降低200～1000％,影响深度于10米之上。此法适用于处理砂土、粉砂、黄土、杂填土和含粉砂的粘性土等。施工时噪声和振动较大。⑥堆载预压法：于堆积荷载作用下，使饱和软土层排水固结，提高抗剪能力，增加地基的稳定性。⑦砂井堆载预压法:于软土层中按壹定距离打入管井,井中灌入透水性良好的砂,形成排水“砂井”，于堆载预压下，加速地基排水固结，提高地基承载能力。此外，仍有挤密砂桩法和振动水冲桩法等。

（2）换土法当地基持力层软弱，密集法不能满足建筑物荷载要求时，可采用换土垫层的办法处理土层。此法是先将基础底下壹定深度的软弱土层挖出，回填砂、碎石、素土或灰土等，逐层夯实，便成为承载能力较高的垫层。

（3）加固法用加固法处理地基可分为：①化学加固法：通过压力灌注或搅拌混合等措施，使化学溶液或胶结剂进入土层，使土粒胶结。所用浆液主要有：高标号硅酸盐水泥和速凝剂配制成的水泥浆液；以水玻璃为主加氯化钙配制成的水玻璃浆液；以丙烯酸氨为主的浆液；以重铬酸盐木质素浆等纸浆液为主的浆液。目前应用较多的是水泥浆液；纸浆液虽加固效果较好，但有毒，会污染地下水。②高压旋喷法：利用喷射化学浆液和土粒混合搅拌处理地基。目前多使用水泥浆液。为防止浆液流失，常加入三乙醇胺和氯化钙等速凝剂。此法仍可用于建筑物地基的补强。③硅化加固法：此法是于渗透性较强的土层，利用壹定的压力，把浆液通过下端带孔的管子注入土中，使土粒胶结起来。其加固效果同所用的化学溶液浓度、土壤渗透性和注液压力有关。对于渗透系数每分钟小于10-6米的粘性土，压力注入的硅酸钠溶液要依靠电渗作用，才能进入土层空隙，这种方法称为电硅化法。此法加固作用快，工期短，仍可用来制止流砂、堵塞泉眼，也可用于加固已建工程。

建筑地基的处理：

人工地基的处理于建筑学中十分重要的，上层建筑是否牢固，地基是有无可替代的作用的。建筑物的地基不够好，上层建筑很可能倒塌，这样说壹点也不为过，而地基处理的主要目的是采用各种地基处理方法以改善地基条件。地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。中国的《建筑地基基础设计规范》（GBJ7－89）中明确规定：“软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基”。特殊土地基带有地区性的特点，它包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。

地基改善措施：

对于地基的改善措施主要有以下五方面：

1.改善剪切特性：地基的剪切破坏表当下建筑物的地基承载力不够；使结构失稳或土方开挖时边坡失稳；使临近地基产生隆起或基坑开挖时坑底隆起。因此，为了防止剪切破坏，就需要采取增加地基土的抗剪强度的措施。

2.改善压缩特性：地基的高压缩性表当下建筑物的沉降和差异沉降大，因此需要采取措施提高地基土的压缩模量。

3.改善透水特性：地基的透水性表当下堤坝、房屋等基础产生的地基渗漏；基坑开挖过程中产生流沙和管涌。因此需要研究和采取使地基土变成不透水或减少其水压力的措施。

4.改善动力特性：地基的动力特性表当下地震时粉、砂土将会产生液化；由于交通荷载或打桩等原因，使邻近地基产生振动下沉。因此需要研究和采取使地基土防止液化，且改善振动特性以提高地基抗震性能的措施。

5.改善特殊土的不良地基的特性：主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等地基处理的措施。

建筑基础的类型：

基础按受力特点及材料性能可分为刚性基础和柔性基础；

按构造的方式可分为条形基础、独立基础、片筏基础、箱形基础等。

1．按材料及受力特点分类

(1)刚性基础:受刚性角限制的基础称为刚性基础。

刚性基础所用的材料的抗压强度较高，但抗拉及抗剪强度偏低。

刚性基础中压力分布角a称为刚性角。于设计中，应尽力使基础大放脚和基础材料的刚性角相壹致，目的：确保基础底面不产生拉应力，最大限度地节约基础材

料。构造上通过限制刚性基础宽高比来满足刚性角的要求。常用的有：砖基础。灰土基础。三合土基础。毛石基础。混凝土基础。毛石混凝土基础。

1)大放脚为保证基础外挑部分于基底反力作用下不至发生破坏。

2)灰土基础灰土基础适用于地下水位较低的地区，且和其他材料基础共用，充当基础垫层。

3)三合土基础三合土基础壹般多用于地下水位较低的四层和四层以下的民用建筑施工中。

4)毛石基础具有强度较高、抗冻、耐水、经济等特点。

5)混凝土基础常用于地下水位高，受冰冻影响的建筑物。

6)于上述混凝土基础中加入壹定体积毛石，称为毛石混凝土基础。

2)柔性基础。于混凝土基础底部配置受力钢筋，利用钢筋受拉，这样基础能够承受弯矩，也就不受刚性角的限制。所以钢筋混凝土基础也称为柔性基础。

钢筋混凝土基础断面可做成梯形，最薄处高度不小于200mm；也可做成阶梯形，每踏步高300-500mm。通常情况下，钢筋混凝土基础下面设有C7．5或C10素混凝土垫层，厚度lOOmm左右；无垫层时，钢筋保护层为75mm，以保护受力钢筋不受锈蚀。

2．按构造分类

(1)独立基础(单独基础)。

1)柱下单独基础。单独基础是柱子基础的主要类型。

2)墙下单独基础。墙下单独基础是当上层土质松软，而于不深处有较好的土层时，为了节约基础材料和减少开挖土方量而采用的壹种基础形式。

(2)条形基础。

1)墙下条形基础。条形基础是承重墙基础的主要形式。当上部结构荷载较大而土质较差时，可采用钢筋混凝土建造，墙下钢筋混凝土条形基础壹般做成无肋式；肋式的条形基础条件：地基于水平方向上压缩性不均匀，为了增加基础的整体性，减少不均匀沉降。

2)柱下钢筋混凝土条形基础。当地基软弱而荷载较大时为增强基础的整体性且节约造价，可做成钢筋混凝土条形基础。

(3)柱下十字交叉基础。荷载较大的高层建筑，如土质较弱，可做成十字交叉基础。

(4)片筏基础。如地基基础软弱而荷载又很大，采用十字基础仍不能满足要求或相邻基槽距离很小时，可用钢筋混凝土做成整块的片筏基础。按构造不同它可分为平板式和梁板式俩类。

(5)箱形基础。它的主要特点是刚性大，减少了基础底面的附加应力，因而适用于地基软弱土层厚、荷载大和建筑面积不太大的壹些重要建筑物，目前高层建筑中多采用箱形基础。

基础的选择：

房屋基础设计应根据工程地质和水文地质条件、建筑体型和功能要求、荷载大小和分布情况、相邻建筑基础情况、施工条件和材料供应以及地区抗震烈度等综合考虑，选择经济合理的基础型式。[3]

砌体结构优先采用刚性条形基础，如灰土条形基础、Cl5素混凝土条形基础、毛石混凝土条形基础和四合土条形基础等，当基础宽度大于2.5m时，可采用钢筋混凝土扩展基础即柔性基础。

多层内框架结构，如地基土较差时，中柱宜选用柱下钢筋混凝土条形基础，中柱宜用钢筋混凝土柱。

无地下室、地基较差、荷载较大为增强整体性，减少不均匀沉降，可采用十字交叉梁条形基础。

如采用上述基础不能满足地基基础强度和变形要求，又不宜采用桩基或人工地基时，可采用筏板基础（有梁或无梁）。

框架结构、有地下室、上部结构对不均匀沉降要求严、防水要求高、柱网较均匀，可采用箱形基础；柱网不均匀时，可采用筏板基础。

有地下室，无防水要求，柱网、荷载较均匀、地基较好，可采用独立柱基，抗震设防区加柱基拉梁。或采用钢筋混凝土交叉条形基础或筏板基础。

筏板基础上的柱荷载不大、柱网较小且均匀，可采用板式筏形基础。当柱荷载不同、柱距较大时，宜采用梁板式筏基。

无论采用何种基础均要处理好基础底板和地下室外墙的连结节点。

框剪结构无地下室、地基较好、荷载较均匀，可选用单独柱基，墙下条基，抗震设防地区柱基下设拉梁且和墙下条基连结于壹起。

无地下室，地基较差，荷载较大，柱下可选用交叉条形基础且和墙下条基连结于壹起，以加强整体性，如仍不能满足地基承载力或变形要求，可采用筏板基础。剪力墙结构无地下室或有地下室，无防水要求，地基较好，宜选用交叉条形基础。当有防水要求时，可选用筏板基础或箱形基础。高层建筑壹般均设有地下室，可采用筏板基础；如地下室设置有均匀的钢筋混凝土隔墙时，采用箱形基础。

当地基较差，为满足地基强度和沉降要求，可采用桩基或人工处理地基。

多栋高楼和裙房于地基较好（如卵石层等）、沉降差较小、基础底标高相等时基础可不分缝（沉降缝）。当地基壹般，通过计算或采取措施（如高层设混凝土桩等）控制高层和裙房间的沉降差，则高层和裙房基础也可不设缝，建于同壹笺基上。施工时可设后浇带以调整

高层和裙房的初期沉降差。

当高层和裙房或地下车库基础为整块筏板钢筋混凝土基础时，于高层基础附近的裙房或地下车库基础内设后浇带，以调整地基的初期不均匀沉降和混凝土初期收缩。