小议厂房基础设计的几个问题

朱志永 金辉 陈哲宇 彭国

1武汉平煤武钢联合焦化公司（430082）2河南建筑职业技术学院（450003）

小议厂房基础设计的几个问题

朱志永1金辉2陈哲宇1彭国1

1武汉平煤武钢联合焦化公司（430082）2河南建筑职业技术学院（450003）

工业厂房的基础通常采用柱下独立基础和柱下桩基础两种形式。通过对常用基础形式设计步骤的论述，总结了设计中容易忽视的的桩底构造、钢筋保护层、基础的抗浮等问题。并且重点论述了钢结构厂房的基础设计，软土地基的处理方法。

钢结构；基础设计；软土地基；环节

地基基础作为房屋结构的重要组成部分，承担着建筑物上部结构的所有荷载，并传于支撑它的地基。工业厂房的楼面荷载大，设备重量大，有些设备还产生动力荷载，因此对基础的强度、刚度、稳定性的要求极为重要。同时，基础又是地下隐蔽工程，一旦出现问题难以补救。所以，在建筑物的结构设计中，基础设计尤为重要。现就厂房基础设计的几个问题加以讨论。

1 基础形式

关于基础形式的选择,需要根据建筑物的规模，用途、荷载大小、性质以及对不均匀沉降的敏感性，再研究下部地质条件、土层分布、土的性质以及地下水的情况进行综合分析，因地制宜。对于厂房来说一般柱距不会太小,所以当地质条件比较好时，常采用独立基础；当地质条件比较差时，常采用桩基础，按桩的竖向受力情况可分为摩擦型桩和端承型桩。北方地区地质土以黏性土为主，故较多采用独立基础,杂填土较厚时可采用人工挖孔灌注桩；南方地区以及沿海地区以沙土和杂填土为主，填土厚度较大,地下水位也比较高，采用桩基础的比较多[1]。一般情况下，柱下采用独立承台，如果地面布置设备较多，设备自重又比较大，设备下亦需采用桩基时，可以考虑全部或者部分采用满堂桩基础。

2 基础设计

2.1 独立基础设计步骤

1）根据柱底位置以及基础埋置深度，初步拟定基础高度。

2）根据地基承载力特征值确定基底面积：A≥（Fk+Gk）/fa。若为偏心受压基础，基底最大应力不能超过1.2倍的地基承载力。对于有吊车的厂房，最小应力应大于零。

3）根据基础的冲切强度验算其高度。要求基础冲切面由土反力产生的局部荷载设计值，不能大于基础破坏斜截面的抗剪强度。

4）根据基础的抗弯强度计算基础底板内的受力钢筋。

5）建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值。地基变形特征可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。

6）最后进行基础的稳定性计算。

7）根据计算结果及构造要求绘制施工图。

2.2 桩基础的设计内容

1）单桩竖向承载力特征值（Ra）及水平承载力特征值（Rha）的确定。

2）桩本身的承载力及其抗裂计算。

3）根据上部结构荷载确定单柱下桩的根数。

4）承台分单桩承台和多桩承台，其构造及计算依照《建筑地基基础设计规范》进行。

3 地基设计中的重要环节

3.1 认真分析和正确使用地质勘查报告

加固方案基础的设计，不能以为有工程地质报告、有规范作为依据就取得了输入数据，就有了根据，这还远远不够。经验告诉我们，要对地质报告提供的数据及土层分布图认真分析，仔细推敲，注意所提供的各项物理力学指标的正确性，注意土层变化的规律和趋势，分析地基加固方案及基础方案建议是否合理，客观、正确地使用地质勘察报告。

3.2 要对不同的方案进行比较分析

任何建筑物的地基和基础,没有唯一可行方案，只有相对较好的方案。因而对不同技术、经济方案的比较，是必须的。

3.3 重视地基沉降计算的范围和要求

地基设计包括承载力计算和沉降计算两部分。地基计算应满足承载力计算的有关规定，同时应保证地基沉降值不大于地基沉降的允许值。基础设计是否合理可根据沉降计算或实测结果验证。一般建筑物有两种情况不需要验算沉降,一是承载力满足后，沉降肯定很小，可以不进行验算，例如端承桩基础，以及规范中给出的根据上部结构、地基条件、地基承载力等参数确定的不作变形验算的建筑物；另一种是对沉降没有严格要求的地基，例如一般路堤和砂石料等松散原料堆场地基等。对于在深厚软黏土地基上的建筑物，沉降量和差异沉降量控制尤为重要，决不能忽视。

3.3.1 合理控制基础沉降量和差异沉降量

软土地基地区的建筑地基工程事故大部分是由沉降量或沉降差过大造成的，特别是不均匀沉降对建筑物的危害最大。因此合理控制沉降量，既能满足使用要求，又可达到减少工程费用的目的。

3.3.2 沉降计算的基本原则

深厚软黏土地基的沉降验算是必须的。另外，相邻基础荷重差别特别大或相邻基础地基承载力变化大等也必须验算沉降。这些情况下的沉降验算甚至比承载力计算还重要。按沉降控制设计,既可保证安全可靠又节省工程投资。设计时应注意以下原则：

1）计算沉降的荷载只考虑静荷载及准永久荷载，而不考虑风荷载、吊车荷载、地震瞬间荷载。所以,计算地基承载力与计算沉降的荷载组合不同。这一区别规范中有明确规定,但在设计中往往被忽视。

2）注意对计算沉降点的地质资料分析，更要注意分析土层分布不均匀性及地下水位变化对地基差异沉降带来的影响。

3）沉降计算的应力值只采用附加应力值，而自重应力随深度增大形成的固结已经完成，不产生新的沉降量。

4 钢结构厂房的基础

时下，越来越多的大中型工业厂房、仓库等均采用了钢结构形式。钢结构厂房以其重量轻、施工速度快、构件布置修改相对方便的优点被社会接受和认可。钢结构厂房的基础施工，既要满足其本身的强度、刚度要求，又要满足与其上部钢结构连接的要求[2]。

4.1 基础混凝土表面的标高要求

1）对于单层厂房，柱底支撑面标高允许偏差值为正负3.0 mm。

2）对于多层厂房，首先应符合设计要求，当设计无要求时其柱底支撑面标高允许偏差值为正负2.0 mm。

4.2 预埋地脚螺栓本身及其位置的允许偏差要求

1）地脚螺栓尺寸的允许偏差为：0～+30 mm（螺栓露出长度）；0～+30 mm（螺纹长度）。

2）地脚螺栓中心偏移的允许偏差：单层厂房为5.0 mm，多高厂房为2.0 mm。

4.3 预埋螺栓的定位方法

1）加设钢板开孔定位法

此方法所用钢板为永久性、一次性模具，定位准确，但造价较高。

2）木模定位法

依据柱脚预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，柱脚设计亦不尽相同，所以木模也不好得到多次利用，木模的制作也相当烦琐。

3）软定位法[3]

也就是待预埋螺栓就位固定后，用草绳等物缠绕于其上部，然后浇注混凝土基础，混凝土初凝后拨出缠绕物，再按要求调整预埋螺栓位置，预湿混凝土表面后用细石混凝土进行二次浇灌即可。此种方法比较经济。

5 实例分析

5.1 某焦化公司解冻库项目

5.1.1 项目概况

本项目建在该公司原3#翻车机附近13#、15#料线之间且跨越14#车道，表面土层为3 m厚的杂填土，承载力低。但因为场地狭小，无法进行地勘作业。解冻库主体部分采用钢结构，6 m的柱距，全长150 m，高度6.6 m，宽5.4 m，墙面及屋面均采用彩钢板，用檩条连接，上部承受一根主煤气管道及两个废气管道的重量。风机燃烧室部分采用钢筋混凝土框架结构，二层采用钢结构平台，但设备重量达250 t，①②轴线之间有2.2 m的高度差。

5.1.2 基础设计

解冻库主体部分由于没有确切的地勘资料，再加上场地限制，无法进行土层的换填。采用素填土作为持力土层，设计土层承载力为80 kPa，根据荷载计算确定采用2 m×2 m的独立基础，埋深1.0 m，由于中间跨越14#料线，只有纵向可以设置基础梁。但经过实地勘察后，施工单位反映由于施工放坡作业面可能达到2.8 m×2.8 m，会施工影响到13#料线，并且施工不安全，容易被过往火车伤害。只有将基础改成矩形1.5 m×2 m，埋深1.5 m，将设计土层承载力变为100 kPa。同样，风机燃烧室部分长11 m，宽5 m，高7.8 m，没有确切的地勘资料，再加上场地限制，上部设备自重较大，所以采用桩基础如图1。由于大型设备无法进入场地，桩基础采用人工挖孔桩，桩长大体设计为10 m，设计桩端承载力为300 kPa，但具体持力层需要基坑开挖后方可确定。根据承载力计算稳定性验算设计桩直径为1.5 m，扩底直径为2.1 m，如图2。

图1 柱下独立基础

图2 桩基础

6 结语

1）地基及基础的设计,关乎建筑物的安全可靠、经济合理，因此必须给予足够的重视。

2）结构工程师应认真分析、鉴别岩土工程报告,不能片面引用。岩工工程报告非常重要，没有初勘报告，不交付初步设计文件；详细勘察报告没有经过政府指定的审图部门的审核，不交付基础施工图是必须遵守的原则。

3）地基及基础设计包括承载力计算和沉降计算两部分。承载力计算虽然重要，但沉降计算更重要。沉降值不应大于地基沉降的允许值，这是一个非常重要的原则。控制沉降越小，工程造价越高，合理控制沉降量很关键。

[1]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[2]GB 50205-2002,钢结构工程施工质量验收规范[S].

[3]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].