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摘要：随着高层建筑如雨后春笋般拔地而起，建筑结构上部荷载越来越大，遇到地质条件不好时，选用筏板基础不仅可以增加结构整体稳定性，而且可减少不均匀沉降，是较好的选择。本文对筏板基础设计常见问题进行了分析，并结合具体案例阐述复杂情况下筏板基础的设计，通过设计优化达到提高项目经济效益的目的。
关键词：筏板基础;承载力;补偿性基础
前言
多层建筑和高层建筑的水平和垂直载荷都比较大，而且随着建筑物层数的增加，由水平载荷产生的剪切力显著增加，导致倾覆力呈指数增加，造成建筑物受力分析非常复杂。因此，就要求基础可以提供较高的水平和垂直承载力，同时将沉降和倾斜度控制在合理范围内。筏板基础具有抗弯刚度大，整体性好，可充分利用地基载力，调整上部结构的不均匀荷载和地基的不均匀沉降。因此当地基不均匀，其他基础形式承载力和不均匀沉降不满足时我们多选用筏板基础。结构的基础设计尤为重要，在整个建筑物的结构中起着关键作用。有效合理的筏板基础设计可以为增加整个建筑结构的安全性提供基础保证，并且也是整体建筑质量的基础。
1.筏板基础设计常见问题分析
1.1确定筏板基础的埋深和承载力
有地下室的筏形基础属于补偿性基础的一种，因此，可以通过下列方式确定基础的埋深和承载力。（1）直接确定承载力设计值，是基于基准承载力标准值，并根据相关规范的计算值通过通过深度和宽度的修正得到承载力设计值，并采用原位试验（如标惯试验、压板试验等）与室内土工试验相结合的综合判断法来确定岩土的特性。（2）基于补偿基础的基础承载力分析。例如：某多层建筑和高层建筑物地面以上28层，地下2层（埋深10 m），原土往下开挖10米其卸土压力达到180 kPa，约相当11层建筑负荷;如果地下水位在地下2 m，则水的浮力为80 kPa，约与5层建筑负荷相同，因此实际所需的基础承载力为14层建筑负荷。也就是说，f≥250kPa的基础承载力标准值可以满足设计要求。
1.2筏板基础自然变形的计算
基础的计算应包括基础承载力和变形，变形通常起决定性作用，尤其是在多层或带裙房的多层结构建筑中。可以说，在目前的理论水平上，难以准确计算地基的变形。这是多种因素的共同结果，主要包括：（1）该理论的假设遵循胡克定律，即应力对变形的依赖性是线性的，并且土体不会产生塑性变形，这与实际状态不同;（2）公式中将计算出的参数仅是在室内压实测试中测得的压缩模量，测试条件与实际情况有所区别，尤其极限条件不同。（3）通过公式计算得出的建筑物沉降仅取决于基础尺寸，而没有考虑结构刚度的调整。
对于多层建筑和高层建筑的筏板基础，由于高荷载和宽基础，压缩层的深度会更深。传统建筑不同，地质承力并不均匀，所以需要在地基计算中引入经验沉降系数，通过比较实际沉降量适配计算多层建筑和高层建筑的筏板基础。该经验沉降系数主要是由于压力和地层条件决定，尤其是附加压力和主压缩层中的砂石的百分比（基础宽度0.5倍之内）。由于经验沉降系数仅用于校正由附加压力引起的基础沉降变形，因此规范规定可以根据区域沉降观测和经验确定该值。
在多层建筑和高层建筑中，由于深坑开挖较深卸土层较厚，通常会导致基础回弹变形，从而使基础略微升高。根据经验回弹量约为公式计算的变形量的10%至30%。因此，多层建筑和高层建筑的沉降实际结果大约是上述计算值的1.1-1.3倍。值得注意的是，由于多层建筑和高层建筑的基础太深，回弹和压缩变形在整个沉降过程中起着重要作用。
多层建筑和高层建筑的筏板基礎的计算与普通的中小型建筑计算不同。如上所述，除了地下大面积和多层建筑和高层建筑物的埋深之外，还有地基回弹等影响，有时会成为补偿性基础，附加压力被认为非常小或等于零与实际情况不符。设计者可以根据具体工程情况选择沉降计算方法。根据楼层平面规则，高度大致一致的建筑物，当基础层的压实土层中的垂直土层和水平土层更加均匀时，建筑物周围每个点的沉降较少受到其他点的荷载的影响，而中间的每个点的沉降则对每个点的荷载影响更大;如果将基础设计为整片筏板基础，且具有相同的基础承载力，则不可避免地会在中部产生大的沉降，而周围的沉降会很小。
当筏板基础的厚度相同时，筏板基础的刚度随着长度×宽度（例如矩形）的增加而减小。因此，在设计时可以选择筏板基础+独立柱基的组合。换句话说，在中间（例如电梯井）使用筏板基础，而周围柱基则采用独立基础或联合基础。减小筏板基础长度×宽度，增加刚性，这不仅减小了沉降变形的挠度，提高了筏板基础的抗冲性，还减小了筏板基础中钢筋的应力。为了协调变形并使之一致，还可以使用变形检查调整独立柱基。这样不仅满足建设使用的要求，而且有显著的经济效益。在选择和设计筏板基础时，应考虑项目的具体情况，包括各种因素的影响，并充分利用自然基础的承载力。比较不同方案的工程成本，选择合适的方案。当由于筏板基础结构上的载荷分布不均而导致筏板基础各部分的沉降差异较大时，可以综合考虑以下处理措施：（1）开挖不良地基，并用低强度混凝土代替，形成厚垫层，以改变和调节不均匀的基础变形，提高基础的承受力;（2）调整上部结构载荷或柱间距以减少压力差;（3）调整筏板基础的形状和面积，正确安装悬臂板，平衡并减轻基础压力;（4）增强底板的刚度和强度，并在大跨度柱间安装暗梁。
1.3筏板基础结构的设计要点
筏板基础的主要结构形式是平板式或者肋梁式，包括厚度相等或可变厚度底板以及垂直和水平带肋梁。在设计筏板基础结构时，必须考虑以下几点：（1）使上部结构荷载的重心与筏板基础的中心重合，以确定底板的形状和尺寸。当将底板设计为悬臂板时，应考虑多方因素以减少基础反作用力过大对基础弯距的影响;（2）底板的厚度由抗冲压和抗剪强度的验证计算确定。当立柱间距较大时，可以在立柱之间安装加强带（暗梁），以增加抗冲切强度并减小板厚度。冲切是确定板厚的关键因素，必须在筏板基础上进行详细的计算;（3）无肋梁筏板基础的加固可以使用有限元法精确计算;肋梁筏板基础的高度远大于板厚度时，可以分别计算底板和肋梁的配筋，即底板将梁作为固定支撑根据双向板计算支架的跨度和弯矩，并适当调整支架的跨度和配筋;（4）筏板基础配筋受力必须满足规范中0.15%的要求。 1.4筏板基础的防浮锚杆
施工中的浮力是由于坑内积水（雨水、施工水或地下水的渗漏）引起的;浮力的大小取决于地下室的体积和积水的高度。因此，在地下室的建造过程中，只要有条件，就应该有序地排水或限制水的使用。对于地下室面积较大和埋深较深的地下室，必须根据平衡原理来计算筏板基础的防浮锚杆的设置。对于地下室面积较大且主塔面积较小的建筑物，检查裙房是否可以平衡建筑的浮力和重量，否则应设置防浮锚杆。当底板配备有防浮锚杆时，可以相应地减少底板的配筋量。
1.5裙房基础的设计
由于裙房柱上的荷载比高层主楼的要少得多，因此无需使用厚的筏板基础，可以使用薄板配合立柱。应该强调的是，独立的裙房立柱基础沉降应与主体建筑相同，即沉降差异必须控制在可接受的范围内。
2.筏板基础的应用实例
2.1工程概况
该项目包括6栋多层住宅楼和1栋综合楼，下部是两层的地下室，带有大型底盘。高层建筑26层至33层，层高为2.95 m，一些建筑之间有2层裙房，总建筑面积为125040平方米。多层住宅项目的主体为剪力墙结构，综合楼为框架结构，抗震强度为6度。根据地质勘查研究报告，项目现场的土质由上至下依次为：填土层、粉质黏土层、圆形砾石层、高风化黏土粉砂层和中度风化黏土粉砂层。在本项目中，混凝土和混凝土钢筋受地下水的腐蚀为微腐蚀，设计抗浮水位可达8.5m。
2.2筏板基础设计选择
在本项目中，由于整体结构的复杂性，主楼与裙楼之间的总规模差距导致了两者之间的荷载大小差异巨大，这很容易导致基础沉降和承载力差异很大，影响整个结构的安全性。根据勘探报告，卵石层的压缩模量为30 MPa，地基承载力的标准值为300 kPa。对基础承载力进行修正以满足建筑物基础设计规范的要求，修正后的基础承载力计算为786 kPa。为了有效地控制地基的变形并减少主体建筑物和裙房之间的不均匀沉降差，地基的设计和选择将对整个建筑物的结构和地基的变形产生更大的影响。本文主要选择筏板柱配合与天然地基筏板两种形式进行比较和选择。
（1）筏板柱基：如果将主建筑的基础设计为筏板柱基础，则应使用柱作为主要承受竖向力的基础。柱基的设计直径为800 mm，长度约为14 m，最大沉降量为25 mm，单柱的竖向承载力为4576 kN。柱间的距离必须控制在柱直径的3倍以内。同时，在裙房上使用不同的柱基。使用筏板柱基可以有效地控制主楼和裙房之间的不均匀沉降，但可能需要大量的投资。
（2）天然地基筏板基础：根据施工现场的特点和建筑结构要求，可以使用平板式筏板基础作为主体基础，其中，多层住宅建筑物的下部筏板的厚度为1500mm，地下室，裙楼和综合楼的下部筏板的厚度为700mm。裙房具有独立的基础结构，并配有防水板。防水板必须根据实际的防浮要求进行安装。在这种情况下，防水板底部需要50毫米厚的聚苯乙烯板。
2.3天然地基筏板基础设计方案
（1）基础结构计算与分析：为了减小主体建筑的基础和裙房之间的沉降差异，有必要将主体建筑物的基础延伸到裙房，以减小多层建筑和高层建筑物基础的反作用力。经计算，多层住宅楼基础的平均反作用力为312 kPa。多层住宅楼电梯井底板的厚度为1800mm，满足了主体基础变形的要求。同时，在地下室中增加了一定的混凝土隔墙，以提高筏板基础的整体刚度。同时隔板之间的距离在基础梁支架上适当加密，以提高整体梁的抗剪强度。
（2）筏板基础受力：在筏板基础的纵向，土体反作用力从主体建筑的地面结构开始，并呈马鞍状分布。随建筑高度值持续增长，当主楼建造超过5层时，每个部分的土体反作用力的最大差异达到约1.3倍。在筏板基础的水平方向上，由于跨度小，土体反作用力稳定的增长。另外，混凝土隔板下的基础土的反作用力大于其余区域。因此，基础刚度将对土体的反作用力产生一定的影响。在筏板基础厚度突然变化的地方，土体的反作用力也随之变化。筏板越厚，地面反作用力越大。由于筏板基础在主楼边缘处的刚度较高，因此地面反作用力主要集中在该区域。
（3）建设措施分析：主体的筏板基础与裙房独立基础之间的防水板配备混凝土防水墙。在浇筑主楼屋顶的混凝土后14天之内完成，以减小基础沉降之间的差异。采用这种方法可以有效减少主体建筑物的整体沉降，并使其保持在可接受的范围内。裙房采用独立基础和防水板的形式来控制基础沉降。此外，该建筑的大部分沉降都发生在施工期间，这对于控制整个项目的沉降非常重要。该项目的主要重点是主体建筑的基础设计。建筑物主体结构垂直恒定荷载的重心与筏板基础中心之间的偏心率小于0.1，符合规范要求。另外，通过检查墙体的抗剪设计，冲切抗剪强度，可以确定筏板基础的抗冲切强度和抗剪强度满足规范要求。
结束语：
多层建筑和高层建筑基礎的选择很大程度上取决于建筑物本身的结构形式。在实际工程中，有必要仔细研究场地的岩土特征和上部结构的特征，通过适当增加筏板基础的占地面积以减小地基反作用力，还可以减小筏板基础中配筋的应力和数量，这对于提高项目经济效益具有重要意义。
南瑞电力设计有限公司江苏 南京 211100
关键词：筏板基础;承载力;补偿性基础
前言
多层建筑和高层建筑的水平和垂直载荷都比较大，而且随着建筑物层数的增加，由水平载荷产生的剪切力显著增加，导致倾覆力呈指数增加，造成建筑物受力分析非常复杂。因此，就要求基础可以提供较高的水平和垂直承载力，同时将沉降和倾斜度控制在合理范围内。筏板基础具有抗弯刚度大，整体性好，可充分利用地基载力，调整上部结构的不均匀荷载和地基的不均匀沉降。因此当地基不均匀，其他基础形式承载力和不均匀沉降不满足时我们多选用筏板基础。结构的基础设计尤为重要，在整个建筑物的结构中起着关键作用。有效合理的筏板基础设计可以为增加整个建筑结构的安全性提供基础保证，并且也是整体建筑质量的基础。
1.筏板基础设计常见问题分析
1.1确定筏板基础的埋深和承载力
有地下室的筏形基础属于补偿性基础的一种，因此，可以通过下列方式确定基础的埋深和承载力。（1）直接确定承载力设计值，是基于基准承载力标准值，并根据相关规范的计算值通过通过深度和宽度的修正得到承载力设计值，并采用原位试验（如标惯试验、压板试验等）与室内土工试验相结合的综合判断法来确定岩土的特性。（2）基于补偿基础的基础承载力分析。例如：某多层建筑和高层建筑物地面以上28层，地下2层（埋深10 m），原土往下开挖10米其卸土压力达到180 kPa，约相当11层建筑负荷;如果地下水位在地下2 m，则水的浮力为80 kPa，约与5层建筑负荷相同，因此实际所需的基础承载力为14层建筑负荷。也就是说，f≥250kPa的基础承载力标准值可以满足设计要求。
1.2筏板基础自然变形的计算
基础的计算应包括基础承载力和变形，变形通常起决定性作用，尤其是在多层或带裙房的多层结构建筑中。可以说，在目前的理论水平上，难以准确计算地基的变形。这是多种因素的共同结果，主要包括：（1）该理论的假设遵循胡克定律，即应力对变形的依赖性是线性的，并且土体不会产生塑性变形，这与实际状态不同;（2）公式中将计算出的参数仅是在室内压实测试中测得的压缩模量，测试条件与实际情况有所区别，尤其极限条件不同。（3）通过公式计算得出的建筑物沉降仅取决于基础尺寸，而没有考虑结构刚度的调整。
对于多层建筑和高层建筑的筏板基础，由于高荷载和宽基础，压缩层的深度会更深。传统建筑不同，地质承力并不均匀，所以需要在地基计算中引入经验沉降系数，通过比较实际沉降量适配计算多层建筑和高层建筑的筏板基础。该经验沉降系数主要是由于压力和地层条件决定，尤其是附加压力和主压缩层中的砂石的百分比（基础宽度0.5倍之内）。由于经验沉降系数仅用于校正由附加压力引起的基础沉降变形，因此规范规定可以根据区域沉降观测和经验确定该值。
在多层建筑和高层建筑中，由于深坑开挖较深卸土层较厚，通常会导致基础回弹变形，从而使基础略微升高。根据经验回弹量约为公式计算的变形量的10%至30%。因此，多层建筑和高层建筑的沉降实际结果大约是上述计算值的1.1-1.3倍。值得注意的是，由于多层建筑和高层建筑的基础太深，回弹和压缩变形在整个沉降过程中起着重要作用。
多层建筑和高层建筑的筏板基礎的计算与普通的中小型建筑计算不同。如上所述，除了地下大面积和多层建筑和高层建筑物的埋深之外，还有地基回弹等影响，有时会成为补偿性基础，附加压力被认为非常小或等于零与实际情况不符。设计者可以根据具体工程情况选择沉降计算方法。根据楼层平面规则，高度大致一致的建筑物，当基础层的压实土层中的垂直土层和水平土层更加均匀时，建筑物周围每个点的沉降较少受到其他点的荷载的影响，而中间的每个点的沉降则对每个点的荷载影响更大;如果将基础设计为整片筏板基础，且具有相同的基础承载力，则不可避免地会在中部产生大的沉降，而周围的沉降会很小。
当筏板基础的厚度相同时，筏板基础的刚度随着长度×宽度（例如矩形）的增加而减小。因此，在设计时可以选择筏板基础+独立柱基的组合。换句话说，在中间（例如电梯井）使用筏板基础，而周围柱基则采用独立基础或联合基础。减小筏板基础长度×宽度，增加刚性，这不仅减小了沉降变形的挠度，提高了筏板基础的抗冲性，还减小了筏板基础中钢筋的应力。为了协调变形并使之一致，还可以使用变形检查调整独立柱基。这样不仅满足建设使用的要求，而且有显著的经济效益。在选择和设计筏板基础时，应考虑项目的具体情况，包括各种因素的影响，并充分利用自然基础的承载力。比较不同方案的工程成本，选择合适的方案。当由于筏板基础结构上的载荷分布不均而导致筏板基础各部分的沉降差异较大时，可以综合考虑以下处理措施：（1）开挖不良地基，并用低强度混凝土代替，形成厚垫层，以改变和调节不均匀的基础变形，提高基础的承受力;（2）调整上部结构载荷或柱间距以减少压力差;（3）调整筏板基础的形状和面积，正确安装悬臂板，平衡并减轻基础压力;（4）增强底板的刚度和强度，并在大跨度柱间安装暗梁。
1.3筏板基础结构的设计要点
筏板基础的主要结构形式是平板式或者肋梁式，包括厚度相等或可变厚度底板以及垂直和水平带肋梁。在设计筏板基础结构时，必须考虑以下几点：（1）使上部结构荷载的重心与筏板基础的中心重合，以确定底板的形状和尺寸。当将底板设计为悬臂板时，应考虑多方因素以减少基础反作用力过大对基础弯距的影响;（2）底板的厚度由抗冲压和抗剪强度的验证计算确定。当立柱间距较大时，可以在立柱之间安装加强带（暗梁），以增加抗冲切强度并减小板厚度。冲切是确定板厚的关键因素，必须在筏板基础上进行详细的计算;（3）无肋梁筏板基础的加固可以使用有限元法精确计算;肋梁筏板基础的高度远大于板厚度时，可以分别计算底板和肋梁的配筋，即底板将梁作为固定支撑根据双向板计算支架的跨度和弯矩，并适当调整支架的跨度和配筋;（4）筏板基础配筋受力必须满足规范中0.15%的要求。 1.4筏板基础的防浮锚杆
施工中的浮力是由于坑内积水（雨水、施工水或地下水的渗漏）引起的;浮力的大小取决于地下室的体积和积水的高度。因此，在地下室的建造过程中，只要有条件，就应该有序地排水或限制水的使用。对于地下室面积较大和埋深较深的地下室，必须根据平衡原理来计算筏板基础的防浮锚杆的设置。对于地下室面积较大且主塔面积较小的建筑物，检查裙房是否可以平衡建筑的浮力和重量，否则应设置防浮锚杆。当底板配备有防浮锚杆时，可以相应地减少底板的配筋量。
1.5裙房基础的设计
由于裙房柱上的荷载比高层主楼的要少得多，因此无需使用厚的筏板基础，可以使用薄板配合立柱。应该强调的是，独立的裙房立柱基础沉降应与主体建筑相同，即沉降差异必须控制在可接受的范围内。
2.筏板基础的应用实例
2.1工程概况
该项目包括6栋多层住宅楼和1栋综合楼，下部是两层的地下室，带有大型底盘。高层建筑26层至33层，层高为2.95 m，一些建筑之间有2层裙房，总建筑面积为125040平方米。多层住宅项目的主体为剪力墙结构，综合楼为框架结构，抗震强度为6度。根据地质勘查研究报告，项目现场的土质由上至下依次为：填土层、粉质黏土层、圆形砾石层、高风化黏土粉砂层和中度风化黏土粉砂层。在本项目中，混凝土和混凝土钢筋受地下水的腐蚀为微腐蚀，设计抗浮水位可达8.5m。
2.2筏板基础设计选择
在本项目中，由于整体结构的复杂性，主楼与裙楼之间的总规模差距导致了两者之间的荷载大小差异巨大，这很容易导致基础沉降和承载力差异很大，影响整个结构的安全性。根据勘探报告，卵石层的压缩模量为30 MPa，地基承载力的标准值为300 kPa。对基础承载力进行修正以满足建筑物基础设计规范的要求，修正后的基础承载力计算为786 kPa。为了有效地控制地基的变形并减少主体建筑物和裙房之间的不均匀沉降差，地基的设计和选择将对整个建筑物的结构和地基的变形产生更大的影响。本文主要选择筏板柱配合与天然地基筏板两种形式进行比较和选择。
（1）筏板柱基：如果将主建筑的基础设计为筏板柱基础，则应使用柱作为主要承受竖向力的基础。柱基的设计直径为800 mm，长度约为14 m，最大沉降量为25 mm，单柱的竖向承载力为4576 kN。柱间的距离必须控制在柱直径的3倍以内。同时，在裙房上使用不同的柱基。使用筏板柱基可以有效地控制主楼和裙房之间的不均匀沉降，但可能需要大量的投资。
（2）天然地基筏板基础：根据施工现场的特点和建筑结构要求，可以使用平板式筏板基础作为主体基础，其中，多层住宅建筑物的下部筏板的厚度为1500mm，地下室，裙楼和综合楼的下部筏板的厚度为700mm。裙房具有独立的基础结构，并配有防水板。防水板必须根据实际的防浮要求进行安装。在这种情况下，防水板底部需要50毫米厚的聚苯乙烯板。
2.3天然地基筏板基础设计方案
（1）基础结构计算与分析：为了减小主体建筑的基础和裙房之间的沉降差异，有必要将主体建筑物的基础延伸到裙房，以减小多层建筑和高层建筑物基础的反作用力。经计算，多层住宅楼基础的平均反作用力为312 kPa。多层住宅楼电梯井底板的厚度为1800mm，满足了主体基础变形的要求。同时，在地下室中增加了一定的混凝土隔墙，以提高筏板基础的整体刚度。同时隔板之间的距离在基础梁支架上适当加密，以提高整体梁的抗剪强度。
（2）筏板基础受力：在筏板基础的纵向，土体反作用力从主体建筑的地面结构开始，并呈马鞍状分布。随建筑高度值持续增长，当主楼建造超过5层时，每个部分的土体反作用力的最大差异达到约1.3倍。在筏板基础的水平方向上，由于跨度小，土体反作用力稳定的增长。另外，混凝土隔板下的基础土的反作用力大于其余区域。因此，基础刚度将对土体的反作用力产生一定的影响。在筏板基础厚度突然变化的地方，土体的反作用力也随之变化。筏板越厚，地面反作用力越大。由于筏板基础在主楼边缘处的刚度较高，因此地面反作用力主要集中在该区域。
（3）建设措施分析：主体的筏板基础与裙房独立基础之间的防水板配备混凝土防水墙。在浇筑主楼屋顶的混凝土后14天之内完成，以减小基础沉降之间的差异。采用这种方法可以有效减少主体建筑物的整体沉降，并使其保持在可接受的范围内。裙房采用独立基础和防水板的形式来控制基础沉降。此外，该建筑的大部分沉降都发生在施工期间，这对于控制整个项目的沉降非常重要。该项目的主要重点是主体建筑的基础设计。建筑物主体结构垂直恒定荷载的重心与筏板基础中心之间的偏心率小于0.1，符合规范要求。另外，通过检查墙体的抗剪设计，冲切抗剪强度，可以确定筏板基础的抗冲切强度和抗剪强度满足规范要求。
结束语：
多层建筑和高层建筑基礎的选择很大程度上取决于建筑物本身的结构形式。在实际工程中，有必要仔细研究场地的岩土特征和上部结构的特征，通过适当增加筏板基础的占地面积以减小地基反作用力，还可以减小筏板基础中配筋的应力和数量，这对于提高项目经济效益具有重要意义。
南瑞电力设计有限公司江苏 南京 211100