朱志永 金輝 陳哲宇 彭國(guó)

1武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化公司（430082）2河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院（450003）

小議廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題

朱志永1金輝2陳哲宇1彭國(guó)1

1武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化公司（430082）2河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院（450003）

工業(yè)廠房的基礎(chǔ)通常采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)和柱下樁基礎(chǔ)兩種形式。通過對(duì)常用基礎(chǔ)形式設(shè)計(jì)步驟的論述，總結(jié)了設(shè)計(jì)中容易忽視的的樁底構(gòu)造、鋼筋保護(hù)層、基礎(chǔ)的抗浮等問題。并且重點(diǎn)論述了鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，軟土地基的處理方法。

鋼結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；軟土地基；環(huán)節(jié)

地基基礎(chǔ)作為房屋結(jié)構(gòu)的重要組成部分，承擔(dān)著建筑物上部結(jié)構(gòu)的所有荷載，并傳于支撐它的地基。工業(yè)廠房的樓面荷載大，設(shè)備重量大，有些設(shè)備還產(chǎn)生動(dòng)力荷載，因此對(duì)基礎(chǔ)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的要求極為重要。同時(shí)，基礎(chǔ)又是地下隱蔽工程，一旦出現(xiàn)問題難以補(bǔ)救。所以，在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尤為重要?，F(xiàn)就廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題加以討論。

1 基礎(chǔ)形式

關(guān)于基礎(chǔ)形式的選擇,需要根據(jù)建筑物的規(guī)模，用途、荷載大小、性質(zhì)以及對(duì)不均勻沉降的敏感性，再研究下部地質(zhì)條件、土層分布、土的性質(zhì)以及地下水的情況進(jìn)行綜合分析，因地制宜。對(duì)于廠房來說一般柱距不會(huì)太小,所以當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件比較好時(shí)，常采用獨(dú)立基礎(chǔ)；當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件比較差時(shí)，常采用樁基礎(chǔ)，按樁的豎向受力情況可分為摩擦型樁和端承型樁。北方地區(qū)地質(zhì)土以黏性土為主，故較多采用獨(dú)立基礎(chǔ),雜填土較厚時(shí)可采用人工挖孔灌注樁；南方地區(qū)以及沿海地區(qū)以沙土和雜填土為主，填土厚度較大,地下水位也比較高，采用樁基礎(chǔ)的比較多[1]。一般情況下，柱下采用獨(dú)立承臺(tái)，如果地面布置設(shè)備較多，設(shè)備自重又比較大，設(shè)備下亦需采用樁基時(shí)，可以考慮全部或者部分采用滿堂樁基礎(chǔ)。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1 獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟

1）根據(jù)柱底位置以及基礎(chǔ)埋置深度，初步擬定基礎(chǔ)高度。

2）根據(jù)地基承載力特征值確定基底面積：A≥（Fk+Gk）/fa。若為偏心受壓基礎(chǔ)，基底最大應(yīng)力不能超過1.2倍的地基承載力。對(duì)于有吊車的廠房，最小應(yīng)力應(yīng)大于零。

3）根據(jù)基礎(chǔ)的沖切強(qiáng)度驗(yàn)算其高度。要求基礎(chǔ)沖切面由土反力產(chǎn)生的局部荷載設(shè)計(jì)值，不能大于基礎(chǔ)破壞斜截面的抗剪強(qiáng)度。

4）根據(jù)基礎(chǔ)的抗彎強(qiáng)度計(jì)算基礎(chǔ)底板內(nèi)的受力鋼筋。

5）建筑物的地基變形計(jì)算值，不應(yīng)大于地基變形允許值。地基變形特征可分為沉降量、沉降差、傾斜、局部?jī)A斜。

6）最后進(jìn)行基礎(chǔ)的穩(wěn)定性計(jì)算。

7）根據(jù)計(jì)算結(jié)果及構(gòu)造要求繪制施工圖。

2.2 樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

1）單樁豎向承載力特征值（Ra）及水平承載力特征值（Rha）的確定。

2）樁本身的承載力及其抗裂計(jì)算。

3）根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載確定單柱下樁的根數(shù)。

4）承臺(tái)分單樁承臺(tái)和多樁承臺(tái)，其構(gòu)造及計(jì)算依照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行。

3 地基設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)

3.1 認(rèn)真分析和正確使用地質(zhì)勘查報(bào)告

加固方案基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，不能以為有工程地質(zhì)報(bào)告、有規(guī)范作為依據(jù)就取得了輸入數(shù)據(jù)，就有了根據(jù)，這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，要對(duì)地質(zhì)報(bào)告提供的數(shù)據(jù)及土層分布圖認(rèn)真分析，仔細(xì)推敲，注意所提供的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)的正確性，注意土層變化的規(guī)律和趨勢(shì)，分析地基加固方案及基礎(chǔ)方案建議是否合理，客觀、正確地使用地質(zhì)勘察報(bào)告。

3.2 要對(duì)不同的方案進(jìn)行比較分析

任何建筑物的地基和基礎(chǔ),沒有唯一可行方案，只有相對(duì)較好的方案。因而對(duì)不同技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方案的比較，是必須的。

3.3 重視地基沉降計(jì)算的范圍和要求

地基設(shè)計(jì)包括承載力計(jì)算和沉降計(jì)算兩部分。地基計(jì)算應(yīng)滿足承載力計(jì)算的有關(guān)規(guī)定，同時(shí)應(yīng)保證地基沉降值不大于地基沉降的允許值?；A(chǔ)設(shè)計(jì)是否合理可根據(jù)沉降計(jì)算或?qū)崪y(cè)結(jié)果驗(yàn)證。一般建筑物有兩種情況不需要驗(yàn)算沉降,一是承載力滿足后，沉降肯定很小，可以不進(jìn)行驗(yàn)算，例如端承樁基礎(chǔ)，以及規(guī)范中給出的根據(jù)上部結(jié)構(gòu)、地基條件、地基承載力等參數(shù)確定的不作變形驗(yàn)算的建筑物；另一種是對(duì)沉降沒有嚴(yán)格要求的地基，例如一般路堤和砂石料等松散原料堆場(chǎng)地基等。對(duì)于在深厚軟黏土地基上的建筑物，沉降量和差異沉降量控制尤為重要，決不能忽視。

3.3.1 合理控制基礎(chǔ)沉降量和差異沉降量

軟土地基地區(qū)的建筑地基工程事故大部分是由沉降量或沉降差過大造成的，特別是不均勻沉降對(duì)建筑物的危害最大。因此合理控制沉降量，既能滿足使用要求，又可達(dá)到減少工程費(fèi)用的目的。

3.3.2 沉降計(jì)算的基本原則

深厚軟黏土地基的沉降驗(yàn)算是必須的。另外，相鄰基礎(chǔ)荷重差別特別大或相鄰基礎(chǔ)地基承載力變化大等也必須驗(yàn)算沉降。這些情況下的沉降驗(yàn)算甚至比承載力計(jì)算還重要。按沉降控制設(shè)計(jì),既可保證安全可靠又節(jié)省工程投資。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下原則：

1）計(jì)算沉降的荷載只考慮靜荷載及準(zhǔn)永久荷載，而不考慮風(fēng)荷載、吊車荷載、地震瞬間荷載。所以,計(jì)算地基承載力與計(jì)算沉降的荷載組合不同。這一區(qū)別規(guī)范中有明確規(guī)定,但在設(shè)計(jì)中往往被忽視。

2）注意對(duì)計(jì)算沉降點(diǎn)的地質(zhì)資料分析，更要注意分析土層分布不均勻性及地下水位變化對(duì)地基差異沉降帶來的影響。

3）沉降計(jì)算的應(yīng)力值只采用附加應(yīng)力值，而自重應(yīng)力隨深度增大形成的固結(jié)已經(jīng)完成，不產(chǎn)生新的沉降量。

4 鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎(chǔ)

時(shí)下，越來越多的大中型工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)等均采用了鋼結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)廠房以其重量輕、施工速度快、構(gòu)件布置修改相對(duì)方便的優(yōu)點(diǎn)被社會(huì)接受和認(rèn)可。鋼結(jié)構(gòu)廠房的基礎(chǔ)施工，既要滿足其本身的強(qiáng)度、剛度要求，又要滿足與其上部鋼結(jié)構(gòu)連接的要求[2]。

4.1 基礎(chǔ)混凝土表面的標(biāo)高要求

1）對(duì)于單層廠房，柱底支撐面標(biāo)高允許偏差值為正負(fù)3.0 mm。

2）對(duì)于多層廠房，首先應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)其柱底支撐面標(biāo)高允許偏差值為正負(fù)2.0 mm。

4.2 預(yù)埋地腳螺栓本身及其位置的允許偏差要求

1）地腳螺栓尺寸的允許偏差為：0～+30 mm（螺栓露出長(zhǎng)度）；0～+30 mm（螺紋長(zhǎng)度）。

2）地腳螺栓中心偏移的允許偏差：?jiǎn)螌訌S房為5.0 mm，多高廠房為2.0 mm。

4.3 預(yù)埋螺栓的定位方法

1）加設(shè)鋼板開孔定位法

此方法所用鋼板為永久性、一次性模具，定位準(zhǔn)確，但造價(jià)較高。

2）木模定位法

依據(jù)柱腳預(yù)埋螺栓位置尺寸由木工下料制作。此法可制作部分模具，但需分段施工。由于建筑物的不同，柱腳設(shè)計(jì)亦不盡相同，所以木模也不好得到多次利用，木模的制作也相當(dāng)煩瑣。

3）軟定位法[3]

也就是待預(yù)埋螺栓就位固定后，用草繩等物纏繞于其上部，然后澆注混凝土基礎(chǔ)，混凝土初凝后撥出纏繞物，再按要求調(diào)整預(yù)埋螺栓位置，預(yù)濕混凝土表面后用細(xì)石混凝土進(jìn)行二次澆灌即可。此種方法比較經(jīng)濟(jì)。

5 實(shí)例分析

5.1 某焦化公司解凍庫(kù)項(xiàng)目

5.1.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目建在該公司原3#翻車機(jī)附近13#、15#料線之間且跨越14#車道，表面土層為3 m厚的雜填土，承載力低。但因?yàn)閳?chǎng)地狹小，無法進(jìn)行地勘作業(yè)。解凍庫(kù)主體部分采用鋼結(jié)構(gòu)，6 m的柱距，全長(zhǎng)150 m，高度6.6 m，寬5.4 m，墻面及屋面均采用彩鋼板，用檁條連接，上部承受一根主煤氣管道及兩個(gè)廢氣管道的重量。風(fēng)機(jī)燃燒室部分采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，二層采用鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，但設(shè)備重量達(dá)250 t，①②軸線之間有2.2 m的高度差。

5.1.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

解凍庫(kù)主體部分由于沒有確切的地勘資料，再加上場(chǎng)地限制，無法進(jìn)行土層的換填。采用素填土作為持力土層，設(shè)計(jì)土層承載力為80 kPa，根據(jù)荷載計(jì)算確定采用2 m×2 m的獨(dú)立基礎(chǔ)，埋深1.0 m，由于中間跨越14#料線，只有縱向可以設(shè)置基礎(chǔ)梁。但經(jīng)過實(shí)地勘察后，施工單位反映由于施工放坡作業(yè)面可能達(dá)到2.8 m×2.8 m，會(huì)施工影響到13#料線，并且施工不安全，容易被過往火車傷害。只有將基礎(chǔ)改成矩形1.5 m×2 m，埋深1.5 m，將設(shè)計(jì)土層承載力變?yōu)?00 kPa。同樣，風(fēng)機(jī)燃燒室部分長(zhǎng)11 m，寬5 m，高7.8 m，沒有確切的地勘資料，再加上場(chǎng)地限制，上部設(shè)備自重較大，所以采用樁基礎(chǔ)如圖1。由于大型設(shè)備無法進(jìn)入場(chǎng)地，樁基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，樁長(zhǎng)大體設(shè)計(jì)為10 m，設(shè)計(jì)樁端承載力為300 kPa，但具體持力層需要基坑開挖后方可確定。根據(jù)承載力計(jì)算穩(wěn)定性驗(yàn)算設(shè)計(jì)樁直徑為1.5 m，擴(kuò)底直徑為2.1 m，如圖2。

圖1 柱下獨(dú)立基礎(chǔ)

圖2 樁基礎(chǔ)

6 結(jié)語(yǔ)

1）地基及基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),關(guān)乎建筑物的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，因此必須給予足夠的重視。

2）結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)認(rèn)真分析、鑒別巖土工程報(bào)告,不能片面引用。巖工工程報(bào)告非常重要，沒有初勘報(bào)告，不交付初步設(shè)計(jì)文件；詳細(xì)勘察報(bào)告沒有經(jīng)過政府指定的審圖部門的審核，不交付基礎(chǔ)施工圖是必須遵守的原則。

3）地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)包括承載力計(jì)算和沉降計(jì)算兩部分。承載力計(jì)算雖然重要，但沉降計(jì)算更重要。沉降值不應(yīng)大于地基沉降的允許值，這是一個(gè)非常重要的原則?？刂瞥两翟叫。こ淘靸r(jià)越高，合理控制沉降量很關(guān)鍵。

[1]GB 50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB 50205-2002,鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].