建筑物地基基础设计探讨

在进行地基基础设计时，经常会遇到一些特殊情况的地基，如：地基持力层较深，陡坡地基等，按规范提供的地基处理方法，一般会采用垫层法和逐级放阶法。而在挡土墙设计时，也会碰到填方、挖方的问题，通常设计中会不加考虑直接用规范法提供的土压力计算公式进行设计。但在实际工程应用中，若照搬规范而不考虑实际情况，常会给工程造成不必要的浪费。为此针对上述问题进行了多方案设计、比较，总结出了一套简便、经济、合理的设计方案。

1 基础垫层的使用

一般当地基持力层较深时，往往采用垫层的办法，如图1所示。但后期观察发现，除非地基承载力不满足要求需要垫层扩散应力，或者用垫层找平持力层，否则不宜采用。当持力层较深时，可以采用基础短柱的办法，见图2。

图1 按垫层设计的基础

图2 按基础短柱法设计的基础

与短柱相比，垫层存在以下缺点：

(1)增加相邻建筑物基础开挖的难度，如图3所示。曾有两例实际工程，由于相邻建筑物基础采用垫层，基础开挖困难，不得不进行基坑支护。

图3 由砂垫层引起的基坑支护

(2)与基础短柱相比,当垫层压缩模量与地基土层压缩模量相近时,垫层反而加大了基础的沉降。
(3)基础短柱与垫层的工程量之比大约为1:150～1:100，而单位工程量造价比约为1:30，因此垫层法加大了工程造价。当短柱线刚度足够大(短柱与上部柱线刚度比大于5)时，可认为上部柱固接于短柱上，这样加短柱的办法并不改变原设计的计算简图。当短柱与上部柱的线刚度接近时，可按图4的计算简图计算。

图4 短柱与上柱线刚度相近时的计算简图

2 陡坡地层基础埋深的处理
设计中要求建筑物的相邻基础埋深高差不致过大，基础净距S 与高差D 之比一般控制在1:1～2:1，如图5所示。

图5 相邻基础的放阶做法

对于一般建筑物的柱下独立基础由于净距较小，当土层坡度较大时，为满足上述要求，必然需要大开挖地基(如图6所示)给工程带来很大浪费。规范建筑地基基础设计规范GBJ7-1998之所以做出上述规定是为了满足地基土的稳定要求，所以可采用局部设垫层的办法来处理此类问题，见图7。从图中可以看出，这种方法既保证了地基的稳定同时又大大减少了土方开挖量及基础埋深，实际工程采用了图7的处理方法，建筑物已竣工多年，使用情况良好。

图6 按放阶法设计的基础

图7 按局部垫层法设计的基础

3 挖方区挡土墙的设计

挖方区挡土墙设计不能直接照搬建筑地基基础设计规范GBJ7-1998的方法，因为规范法给出的挡土墙设计方法是基于先砌好挡土墙再在墙后填土，即墙后相当距离内为均质填土条件的，对于挖方区挡土墙是不适合的。
挖方区挡土墙设计首先要确定开挖的坡度(GBJ-1998中给出的坡度较缓，偏于保守，最好用土坡稳定分析计算)，然后根据开挖坡度选择挡土墙类型。
若坡度很大，则说明土体的稳定性很好，如果场地条件允许，只需做护坡即可。如果场地条件有限，不允许做护坡，则要根据坡度大小进行挡土墙的设计。
如果坡度大于土体的理论滑动面的倾角，即不可能在有限的填土范围内出现滑裂面，则应按有限范围填土的土压力计算公式计算挡土墙上的主动土压力，否则应按规范GBJ7—1998给出的公式计算主动土压力，设计挡土墙。
以济南高等交通专科学校挡土墙设计为例来说明这一问题。该校内台地高差12m，场地为砂质粘性土，c为26KPa，φ为28°，如按规范法给出的方法设计挡土墙，挡土墙体积庞大，见图8，不符合甲方要求。若采用极限分析法进行稳定分析计算，可知坡度为1:0.21时，稳定安全系数K为1.10，说明土坡基本稳定，只需采用薄挡土墙护面即可，图9即为实际工程采用的断面。护面后，土坡稳定安全系数K为1.30，该工程已建数年，使用情况良好。