摘要：本文對地基設計中幾個重要問題進行了深入探討，對地基基礎設計時的荷載取值問題、復合地基設計樁與樁土承載力、基礎剛度等影響地基基礎設計的技術難題進行了分析，并提出了相關的解決辦法和應措施，以供基礎設計時參考借鑒。
關鍵詞：地基設計,復合地基,荷載取值,基礎剛度
引 言
地基是建筑結構中重要的組成部分，地基基礎的設計是一棟建筑物設計中首要解決的問題，眾多工程實踐表明，只有穩定的地基支撐，才能成就萬丈高樓的屹立不倒。在設計行業領域內，地基的設計有著獨立的設計規范，可見地基設計中所涉及的參數之多和它的重要性。文章結合了近幾年來個人的工程實踐心得體會，對地基設計過程中幾個難點問題進行分析研究，希望對地基工程設計有一定的指導作用。
1 設計荷載的取值問題
進行地基設計時，主要考慮以下三個方面：地基承載力計算、地基穩定性驗算、地基變形驗算。對于每個工程項目中都必須對其地基承載力進行計算與驗算，這也是設計的基本內容;對于經常受水平荷載(主要受風荷載)的高聳結構和高層建筑結構以及建造在斜坡上的結構，還必須對其的穩定性進行驗算。
設計規范中明確規定對于基礎設計時其荷載規定包含了荷載取值與荷載組合兩方面。地基基礎設計的5個計算項目：地基承載力計算、地基變形計算、地基穩定性驗算、基礎結構承載力驗算、基礎抗裂驗算。在這5個中對于荷載組合和荷載取值的規定是不一樣的，下面將分別深入分析其取不同值的原因。
1.1地基承載力計算
根據《建筑地基基礎設計規范》，地基承載力計算中荷載取標準組合來計算正常使用極限狀態值。其抗力限值取地基承載力特征值或單樁承載力特征值，這里的特征值與《建筑結構可靠度設計統一標準》中的抗力為標準值類似，它既是土力學概念中的地基容許承載力和單樁容許承載力。容許承載力是在壓力變形曲線中的第一個轉折點的所對應壓力值，也就是比例極限;或者某一特定變形值所對應的壓力，它也取極限承載力和安全系數的比值所得。
1.2地基穩定性驗算
地基穩定性驗算中的荷載組合取基本組合，這組合中的荷載取值應取設計值，因為它屬于按極限狀態承載力設計的范圍。而規范卻規定分項系數取1.0，即實際采用的荷載仍是標準值。根據《建筑地基基礎設計規范》中規定：當作用和抗力都由土的體積力所引起時，穩定性驗算仍采用安全系數的設計方法，即荷載取標準值。但如果將計算得到的滑坡推力或土壓力用于抗滑樁的截面和配筋計算時，分項系數必須乘以1.35，在對樁的水平承載力進行驗算時，則分項系數應該取1.0。
1.3變形驗算
由于地基變形主要是由土層的固結引起的, 而土的固結通常要延續很長的時間，對于作用時間較短的風荷載和地震荷載不會引起土的固結沉降。所以變形驗算的荷載組合可選用長期效應組合，荷載值取準永久組合。
1.4基礎結構設計
基礎結構設計與上部結構設計原則幾乎完全相同，荷載取極限狀態承載能力的基本組合，抗力取材料的強度設計值。
2 復合地基的設計
復合地基在較多地基工程設計得到應用，在采用復合地基進行工程設計時都必須同時滿足承載力和沉降的要求。在進行地基設計時的通常設計思路是先對地基承載力進行計算設計，在滿足承載力要求后再驗算沉降值是否在規定的數值范圍內，如超出這一范圍則通過考慮提高承載力設計來使沉降量達到規定的數值范圍內，這種方法稱為承載力控制設計。同時，與之對應的方法是按沉降控制設計，其設計思路為：先按沉降控制的要求對地基進行計算設計，當建筑物滿足沉降要求后再驗算該基礎的承載力大小是否滿足要求。如承載力不滿足要求，則通過考慮增加復合地基置換率或增加樁的長度來滿足承載力的要求。而對于復合地基的設計，其特點尤為突出。在進行其設計時，一般情況下，若沉降量滿足了設計規范的要求，地基承載力基本上都能滿足要求，這已經在眾多工程實踐中已經得到了驗證。因此，在進行復合地基設計時，采用沉降控制設計的方法尤其適用于復合地基應用。
3樁與樁間土共同承擔荷載的設計
在外部荷載的作用下，復合地基中樁與土是呈等變形工作的，因此兩者變形的協調是地基基礎設計的關鍵問題。由于樁與土的剛度差異較大，樁身的變形量要小于土的壓縮變形量，為使變形協調，這就要求靠樁土之間的相對位移來縮短兩者的變形差。對于柔性樁復合地基，由于樁土的壓縮模量比和壓縮模量比均比較小，兩者容易達到變形協調。但對于剛性樁復合地基，尤其是剛性端為較好的土層時，樁土的壓縮模量比和壓縮模量比要比柔性地基大出很多，樁身長度較大，樁身很難以向下產生相對位移來滿足變形協調條件，為此，可以在剛性樁復合地基的樁頂加置一層顆粒狀材料的褥墊層，為樁身向上運動提供條件，從而達到變形協調的效果;通過了很多的實踐工程的效果反應，這種方法效果顯著。
褥墊層技術是復合地基設計中的核心技術。如不設置褥墊層，基礎與樁間土直接接觸，在外部荷載的作用下，樁承受著主要的荷載，隨著荷載的增大和基礎沉降變形，樁間土才開始慢慢承擔一部分荷載，但是這個比例比較小。若褥墊層設置在復合地基上，基礎不與樁間土直接接觸，而是通過褥墊層來傳遞。由于剛性樁與土的彈性模量的差值很大，樁頂沉降遠小于樁間土的變形，此時，樁頂的褥墊層則不斷向樁間土運動來補充沉降差，使樁頂向著墊層中運動，這就使得在任何荷載下樁與樁間土始終同時參加工作。當荷載不變時，工況相同的條件下，樁和樁間土分擔荷載的比例隨樁距、樁間土強度、樁長等的不同而不同。樁距越小、樁間土強度越低、樁越長，則樁分擔荷載的比例就越大。反之，樁間土分擔的荷載比例就越小。
同時，與樁基相比，復合地基由于褥墊層的設置，基礎與褥墊層的摩阻力還能夠抵抗一定由樁承擔的水平荷載，從而提高了復合地基抵抗水平荷載的能力。由于復合地基中樁間土所占的面積比例遠大于樁，因此樁身承擔的水平荷載也只占很小的一部分，從國內外的大量實驗和實際工程證明，當剛性樁復合地基的樁頂褥墊層厚度大于100mm時，剛性樁中不配筋也不會折斷的。
4基礎剛度對復合地基的影響
基礎剛度對復合地基的影響主要表現在，復合地基的工作狀態在柔性基礎下和剛性基礎下有較大的差異。柔性基礎下復合地基中的樁土承載力能夠得到比較充分的發揮，而破壞時樁身承載力卻只發揮一部分作用，樁與土的應力比隨荷載的增大而減小，當土體達到極限狀態時，應力比卻隨荷載的繼續增加而增大。而剛性基礎下復合地基中樁和土的承載力都能得到較充分的發揮，通常情況下，樁先達到極限承載力狀態，樁與土的應力比隨荷載的增加而增大，當樁體達到極限狀態時，應力比隨荷載的繼續增大而減小。
因此，對于復合地基的設計，無論是柔性基礎還是剛性基礎都是有必要設置褥墊層。而對于柔性基礎下復合地基的墊層，則應采用灰土或加筋土墊層作為褥墊層來增大樁與土之間的應力比，從而使樁體更好地發揮作用，從而有效地改善復合地基的工作性狀。而對于剛性基礎下的復合地基，則可采用砂石作為褥墊層來減小樁與土之間的應力比，從而改善淺層樁體與樁間土的受力狀態。
5 其他因素對地基設計的影響
在進行地基設計過程中，為減少由于地基沉降或不均勻沉降引起的構件開裂或破壞，可以從結構措施、建筑措施、基礎措施等方面來加以控制。例如，通過避免或減少采用平面結構形狀復雜、陰角多的布置方案;通過避免將荷載和高低差異大、體形復雜的建筑物分為多個單元造成立面體形變化過大;而對于同一建筑結構，則應盡量采取同一類型的基礎并埋置于相同的土層中，同時應該加強基礎和上部結構的剛度等措施。對于高層建筑的基礎則通常采用樁箱或樁筏結合的形式，除此之外，同時還應保證箱體的整體剛度，以保證群樁分布的形心和上部結構的重心重合，并考慮土層產生的液化影響。
6 結 語
地基基礎設計所需要考慮的因素眾多，地基的設計又是整個建筑設計的首重任務。本文對地基設計中幾個重要問題進行了深入探討，對地基基礎設計時的荷載取值問題、復合地基設計、樁與樁土承載力、基礎剛度等影響地基基礎設計的技術難題進行了分析，并提出了相關的解決辦法和應對措施。上述幾個問題的分析討論是地基基礎設計中的一些關鍵性重要問題，在實際工程中也得到了運用。地基設計的重要性同時也要求著設計人員不斷提高設計水平，提升設計質量，推動我國在此領域的發展。
參考文獻：
[1] GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范[S].2002.
[2] 建筑地基基礎設計規范理解與應用[M]. 北京：中國建筑工業出版社.2004.
[3] GB50068-2001，建筑結構可靠度設計統一標準[S].2001.
[4] 吳 強.地基基礎設計中的土與結構共同作用問題分析[J].西部探礦工程，2006，21(09)：31～34.
[5] 張亞軍，武中青，張繼宏.上部結構剛度類型的地基基礎設計[J].山西建筑，2004，27(10)：101～102.
