羅學(xué)鋒

（中國(guó)冶金地質(zhì)總局二局，福建 閩侯 350108）

1 筏板類型選擇

筏形基礎(chǔ)分為平板式基礎(chǔ)和梁板式基礎(chǔ)，平板式基礎(chǔ)支持局部加厚筏板類型，梁板式基礎(chǔ)包括肋梁上平及下平2種形式。

筏形基礎(chǔ)形式應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)體系、柱墻間距、荷載大小及工程地質(zhì)條件、施工條件等綜合分析確定。在工程設(shè)計(jì)中，一般認(rèn)為柱距變化、柱間荷載變化不超過(guò)20%時(shí)，對(duì)于柱網(wǎng)均勻且間距較小及上部荷載不大的結(jié)構(gòu)，通?？紤]選用平板式筏形基礎(chǔ)；對(duì)于縱橫柱網(wǎng)尺寸相差較大，且上部結(jié)構(gòu)荷載也較大時(shí)，宜選用梁板式筏形基礎(chǔ)。對(duì)于上部結(jié)構(gòu)為剪力墻體系時(shí)，如果每道剪力墻均直通基礎(chǔ)，一般采用平板式筏形基礎(chǔ)。平板式筏形基礎(chǔ)由于施工工藝簡(jiǎn)單且快捷，在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。

2 筏形基礎(chǔ)厚度

2.1 設(shè)計(jì)規(guī)范

梁板式筏形基礎(chǔ)底板厚度，當(dāng)樓層數(shù)大于12層時(shí)，不應(yīng)小于1/14 Ld且不應(yīng)小于400mm，Ld為最大雙向板格的短邊凈跨，假設(shè)采用8m×8m雙向板，則最小厚度為570mm；當(dāng)樓層數(shù)不大于12層時(shí)，底板厚度不小于1/20 Ld且不小于300mm，假設(shè)采用8m×8m雙向板，則最小厚度為400mm；高層建筑的平板式筏形基礎(chǔ)板厚不應(yīng)小于500mm。

2.2 工程經(jīng)驗(yàn)

筏板厚度的選取應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定，其與樓高及柱墻間距關(guān)系最大，與混凝土強(qiáng)度、荷載均勻性及地基承載力大小等也有關(guān)系。當(dāng)建筑高度為15層以下時(shí)，可按每層50mm估算筏形基礎(chǔ)厚度。

實(shí)際上，筏形基礎(chǔ)厚度主要取決于混凝土的抗沖切計(jì)算。如有2個(gè)建設(shè)高度分別為25層和32層的工程項(xiàng)目，均設(shè)1層地下室，采用平板式筏形基礎(chǔ)，25層建筑筏形基礎(chǔ)厚度采用2000mm，而32層建筑筏形基礎(chǔ)厚度卻只用1200mm。因此，筏形基礎(chǔ)厚度按每層50mm估算，只是經(jīng)驗(yàn)值。

3 平板式筏形基礎(chǔ)沖切計(jì)算

3.1 平板式筏形基礎(chǔ)內(nèi)柱下板厚受沖切承載力計(jì)算

3.1.1 計(jì)算公式

內(nèi)柱沖切截面如圖1所示，計(jì)算公式如下。

圖1 平板式筏形基礎(chǔ)內(nèi)柱下板厚受沖切截面

式中，F(xiàn)l為相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的沖切力（kN）；um為距柱邊緣不小于h0/2處的沖切臨界截面的最小周長(zhǎng)（m）；h0為筏板的有效高度（m）；Munb為作用在沖切臨界截面重心上的不平衡彎矩（kN·m）；cAB為沿彎矩作用方向沖切臨界截面重心至沖切臨界截面最大剪應(yīng)力點(diǎn)的距離（m）；Is為沖切臨界截面對(duì)其重心的極慣性矩（m4）；βs為柱截面長(zhǎng)邊與短邊的比值；βhp為受沖切承載力截面高度影響系數(shù)；ft為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（kPa）；c1為與彎矩作用方向一致的沖切臨界截面的邊長(zhǎng)（m）；c2為垂直于 c1的沖切臨界截面邊長(zhǎng)（m）；as為不平衡彎矩通過(guò)沖切臨界截面上的偏心建立傳遞分配系數(shù)。

3.1.2 計(jì)算分析

1）公式（1）右側(cè)第1項(xiàng)是集中力作用下的沖切承載力，右側(cè)第2項(xiàng)是作用在沖切臨界截面重心上的不平衡彎矩產(chǎn)生的附加剪力。

2）基礎(chǔ)邊柱和角柱的沖切驗(yàn)算，其沖切力應(yīng)分別乘以1.1和1.2的增大系數(shù)。

3）試驗(yàn)結(jié)果表明，內(nèi)柱的沖切破壞呈完整的錐體狀。

4）對(duì)于內(nèi)柱，柱截面形心與臨界截面重心重合，沖切臨界截面重心上的彎矩取柱根彎矩設(shè)計(jì)值。當(dāng)結(jié)構(gòu)體系較簡(jiǎn)單柱根彎矩較小時(shí)，最大剪應(yīng)力可以按公式（1）右側(cè)第1項(xiàng)進(jìn)行估算。

3.2 平板式筏形基礎(chǔ)在內(nèi)筒下的板厚受沖切承載力計(jì)算

3.2.1 計(jì)算公式

式中，F(xiàn)l為相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)內(nèi)筒所承受的軸力設(shè)計(jì)值與內(nèi)筒下筏板沖切破壞錐體內(nèi)的基底凈反力設(shè)計(jì)值（kN）；um為距內(nèi)筒外表面h0/2處沖切臨界截面的周長(zhǎng)（m）；η為內(nèi)筒沖切臨界截面周長(zhǎng)影響系數(shù)，取1.25。

3.2.2 計(jì)算分析

1）混凝土抗沖切承載力隨臨界截面的周長(zhǎng)與有效高度比值的增加而降低，核心筒占有相當(dāng)大的面積，其下筏板的受沖切承載力實(shí)際上降低了，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提高核心筒下筏板的厚度。

2）框筒結(jié)構(gòu)下筏板底部最大應(yīng)力出現(xiàn)在核心筒邊緣處，提高厚度有利力核心筒邊緣處筏板應(yīng)力較大部位的配筋。

4 筏形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)步驟

JCCAD→選擇基礎(chǔ)模型數(shù)據(jù)→地質(zhì)資料→地基承載力參數(shù)及深寬修正系數(shù)→基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)→荷載輸入→荷載組合→選擇目標(biāo)荷載（最大和最小軸力、最大偏心矩、最大彎矩等）→圍區(qū)生成，完成筏板布置設(shè)計(jì)。

4.2 沉降計(jì)算

一般采用文克爾模型，輸入回彈再壓縮模量/壓縮模量（目前地勘單位提交的工程勘察報(bào)告一般不提供回彈再壓縮模量指標(biāo)，可采用壓縮模量參數(shù)）→選擇廣義文克爾模型進(jìn)行地梁內(nèi)力計(jì)算。廣義文克爾假定計(jì)算，基礎(chǔ)邊角部分的K值大，中部的K值小，以剛性樓板假定進(jìn)行沉降計(jì)算，不選擇該項(xiàng)。按一般文克爾假定計(jì)算，K值為常量，不考慮地基土的相互影響。

4.3 彈性地基梁結(jié)構(gòu)計(jì)算

彈性地基基床反力系數(shù)K由于地勘單位的勘察報(bào)告一般不會(huì)提供，可采用經(jīng)驗(yàn)參考值進(jìn)行估算，基床反力系數(shù)的合理性是看沉降技術(shù)結(jié)果，要不斷調(diào)整基床系數(shù)，使與經(jīng)驗(yàn)值或分層總和法手算結(jié)果相近，從而得出合理的K值，再由K值計(jì)算彈性位移。

5 地下室抗浮與防水設(shè)計(jì)

對(duì)于地下室連接體，由于其自身重量較小，地下水的浮力作用對(duì)地下室的穩(wěn)定性、基礎(chǔ)選型、底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程施工及建成后的正常使用等有全方位影響，因此地下室抗浮設(shè)計(jì)極為重要。

5.1 抗浮設(shè)計(jì)

地下室抗浮設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)滿足整體抗浮和局部抗浮，施工期間和使用期間的抗浮驗(yàn)算應(yīng)保證地下室的梁板柱有足夠的強(qiáng)度和剛度。

地下室結(jié)構(gòu)及頂板覆土自重除以水浮力作用值應(yīng)不小于1.05（安全系數(shù)），當(dāng)抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算不能滿足要求時(shí)，可采用配重法、抗拔樁或抗浮錨桿、增加結(jié)構(gòu)剛度等措施加以保證，對(duì)于地下水位或使用荷載變化較大的地下建（構(gòu)）筑物宜優(yōu)先使用抗浮樁?？垢≡O(shè)計(jì)常用方法如下。

1）結(jié)構(gòu)自重＋頂板覆土壓重方法 采用回填土、磚石或混凝土等壓重措施平衡地下水浮力。

2）增加抗拔力方法采用抗拔樁（錨）構(gòu)件承擔(dān)部分地下水浮力。

3）浮力控制方法 采取截水、疏水、排水等措施，使地下水位控制在預(yù)定的標(biāo)高以下或減小地下水對(duì)建筑物的浮力作用。

5.2 防水板設(shè)計(jì)

1）抗浮水頭×1.35（1.40）－（抗水板＋面層）自重作為浮力，進(jìn)行抗水板受彎計(jì)算。

2）獨(dú)基＋梁＋抗水板時(shí)，可按倒置的肋形樓蓋模型計(jì)算板底筋及支座筋。

3）獨(dú)基＋抗水板時(shí)，可采用有限元計(jì)算，或按倒置的無(wú)梁樓蓋的計(jì)算。

4）裂縫應(yīng)按0.20mm控制。

6 倒樓蓋模型計(jì)算方法

倒樓蓋法類似于計(jì)算柱下條形基礎(chǔ)的倒梁法，按該方法計(jì)算平板式筏形基礎(chǔ)的內(nèi)力，是把筏形基礎(chǔ)看成倒置的無(wú)梁樓蓋，計(jì)算時(shí)在平面上將基礎(chǔ)劃分為柱下板帶和跨中板帶，邊排柱下的板帶寬度取相鄰柱間距的1/4與柱軸線至基底邊緣距離之和，其余板帶寬度為柱距的1/2；若柱距不相等，則為相鄰柱距平均值的1/2。然后根據(jù)柱荷載和均勻分布的地基凈反力，按無(wú)梁樓蓋計(jì)算基礎(chǔ)內(nèi)力。

在計(jì)算筏形基礎(chǔ)時(shí)，假設(shè)基底凈反力為直線分布，當(dāng)?shù)鼗容^均勻，上部結(jié)構(gòu)剛度較好，梁板式筏形基礎(chǔ)的高跨比或平板式筏形基礎(chǔ)的高厚比不小于1/6，且相鄰柱荷載及柱距變化不超過(guò)20%，筏形基礎(chǔ)可僅考慮局部彎曲作用，按倒樓蓋計(jì)算。地下室防水板宜采用相關(guān)程序按復(fù)雜樓板計(jì)算，也可按無(wú)梁樓蓋雙向板計(jì)算。無(wú)梁樓蓋雙向板計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法如下。

1）劃分防水板柱下板帶和跨中板帶。

2）先算出垂直荷載產(chǎn)生的板的總彎矩設(shè)計(jì)值，然后按表1確定柱下板帶和跨中板帶的彎矩設(shè)計(jì)值。

Mx＝qly（lx－2bce/3）2/8 My＝qly（lx－2bce/3）2/8

表1 柱下板帶和跨中板帶彎矩分配值 kN·m

7 超高層建筑筏形基礎(chǔ)勘察要點(diǎn)

1）查明筏形基礎(chǔ)底下持力層和主要受力層的均勻性、地基承載力和變形特征。這里需強(qiáng)調(diào)的是地基均勻性，因?yàn)橛行┕こ碳夹g(shù)人員認(rèn)為筏形基礎(chǔ)剛度大，具有較好地調(diào)整基礎(chǔ)不均勻變形的作用，而輕視了地基不均勻性的影響，這實(shí)際上是一個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)，超高層建筑一般采用剪力墻結(jié)構(gòu)，荷載很大且集中，當(dāng)剪力墻下部地基較軟或不均勻時(shí)，也可能造成結(jié)構(gòu)損傷；另外，超高層建筑不允許出現(xiàn)過(guò)大的偏心受壓和整體傾斜。

2）當(dāng)?shù)叵率衣裆钶^大需分析基坑開挖卸荷與再加荷對(duì)地基變形的影響時(shí)，應(yīng)進(jìn)行回彈再壓縮試驗(yàn)，其壓力的施加情況應(yīng)模擬實(shí)際加卸荷的應(yīng)力狀態(tài)。

3）當(dāng)設(shè)計(jì)需要地基土的基床系數(shù)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行基床系數(shù)載荷試驗(yàn)。在工程實(shí)踐中，現(xiàn)場(chǎng)往往采用面積0.5m2的方形承壓板進(jìn)行載荷試驗(yàn)，通過(guò)換算，實(shí)際基礎(chǔ)尺寸的修正地基基床系數(shù)Ks可按下列公式計(jì)算（P、s的取值方法同基床系數(shù)載荷試驗(yàn)）：

黏性土：Ks＝［0.8（2L＋B）P］/（3LBs）

砂土：Ks＝［0.582（B＋0.3）2P］/（B2s）

4）筏形基礎(chǔ)的地基反力和施工驗(yàn)槽對(duì)于筏形基礎(chǔ)，基坑開挖時(shí)，若坑內(nèi)排水需采用簡(jiǎn)易集水井，集水井宜設(shè)置在地基反力系數(shù)較小的部位；施工驗(yàn)槽時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢驗(yàn)地基反力系數(shù)較大的部位，驗(yàn)正有關(guān)基底部位的巖土地基情況。

當(dāng)基礎(chǔ)底面形狀為矩形（L×B）時(shí)，對(duì)于不同的地基土，其地基反力系數(shù)的分布特點(diǎn)為：①軟土地基總體受力沿短邊B方向呈帶狀分布，中間較大，兩邊較小，在長(zhǎng)邊L邊緣的中間部位最小，短邊B邊緣的中間部位最大；②黏性土、砂土地基總體上周邊較大，中間較小，4個(gè)角部最大，砂土地基比黏性土地基更明顯；③巖石地基由于其強(qiáng)度非常高，在荷載作用下，只是裂隙可能被壓密，然后呈現(xiàn)彈性變形，沉降變形量非常小，地基反力易向中間部位及柱墻位置集中，具有與普通地基不同的特征。

8 結(jié)語(yǔ)

1）壓線設(shè)計(jì)問題 目前，特別是房地產(chǎn)業(yè)，為趕進(jìn)度和節(jié)約造價(jià)，采取低限壓線設(shè)計(jì)的行為時(shí)而有之。如某已建工程為30層住宅樓，地下1層，基礎(chǔ)方案原設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力管樁，業(yè)主為滿足進(jìn)度需要，多次召開專家論證，基礎(chǔ)方案不斷調(diào)整，從管樁調(diào)整為筏板加減沉樁，最后調(diào)整為平板式筏形基礎(chǔ)，該工程封頂后，由于筏形基礎(chǔ)下的持力層卵石層均勻性較差，出現(xiàn)較大差異沉降和整體傾斜，最終需要對(duì)基礎(chǔ)采取補(bǔ)強(qiáng)加固處理。

2）基礎(chǔ)作為建筑物的地下結(jié)構(gòu)部分，在使用中受上部結(jié)構(gòu)體系、上部荷載、地基反力、地下水作用力等因素影響，其理論基礎(chǔ)研究水平卻明顯落后于上部結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)?shù)玫较嚓P(guān)建設(shè)部門更多的關(guān)注和研究。

對(duì)于一般地基上的高層建筑，采用筏形基礎(chǔ)或均勻布樁的樁基礎(chǔ)時(shí)，其變形特征往往是中部變形較大，呈碟形沉降和馬鞍形反力分布。而位于巖石地基上的各種淺基礎(chǔ)，變形特征卻有所不同，由于巖石地基強(qiáng)度非常大，變形量非常微小，導(dǎo)致地基反力向中部和柱墻集中，呈現(xiàn)出與普通地基不同的特征。期望業(yè)界今后更多地總結(jié)巖石地基基礎(chǔ)方面的經(jīng)驗(yàn)。

3）在以往工程建設(shè)中，地下室常出現(xiàn)裂縫滲水問題，不僅是施工原因。因?yàn)閷?duì)于地下室連接體的底板，許多工程項(xiàng)目只按抗水板考慮，實(shí)際上地下水的作用很復(fù)雜，地下室底板的防水層也容易失效，大面積滿鋪地下室很容易在局部地段出現(xiàn)底板承受過(guò)大的水浮力或地基反力現(xiàn)象。

對(duì)于地下室底板設(shè)計(jì)要求，新的規(guī)定有所加強(qiáng)，例如1層地下室，新規(guī)要求底板厚度不小于350mm，板筋不小于φ14且間距不小于150mm。

4）變形控制是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工的主要內(nèi)容：①高層建筑筏形基礎(chǔ) 當(dāng)深基坑開挖后，基底卸荷可能產(chǎn)生較大回彈，而應(yīng)力釋放、浸水軟化或地基土被擾動(dòng)等因素又會(huì)加劇回彈影響，有時(shí)回彈再壓縮的沉降量占總沉降變形量比例較大，此時(shí)在沉降計(jì)算中應(yīng)當(dāng)考慮回彈再壓縮引起的沉降量；②地下室防水板 由于地下室與高層建筑荷載差異很大，易產(chǎn)生差異沉降變形，因此應(yīng)合理設(shè)置沉降后澆帶，施工過(guò)程主樓和地下室均應(yīng)當(dāng)進(jìn)行沉降變形監(jiān)測(cè)，在主樓砌體大部分完成且沉降變形速率較小后，再進(jìn)行后澆帶封閉施工。當(dāng)后澆帶封閉后，如果沉降變形量仍然較大，地下室鄰近主樓部位的防水板可能產(chǎn)生過(guò)大的地基反力，設(shè)計(jì)宜適當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，或在防水板底下增設(shè)軟墊層。

5）地基基礎(chǔ)很重要又屬于隱蔽工程，一旦出現(xiàn)了質(zhì)量問題，往往難以查找原因。應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)研究和地基驗(yàn)槽工作，發(fā)揮專業(yè)作用，確保工程質(zhì)量和可靠度。