地基基础对建筑稳定性影响的研究

引言

我国的建筑工程过程被划分为不同的施工阶段，其中地基施工工作作为基础环节，同时也发挥着重要的作用，对于提升建筑的稳定性具有重要意义。但一些建筑企业并没有意识到地基施工作业的重要性，导致一些建筑项目因地基的建设质量不达标而引发了一些安全问题，不但会造成人员伤亡，而且会阻碍建筑行业的发展。建筑稳定性属于结构工程的核心话题，地基基础是建筑物与岩土体的直接链接纽带，它担负着荷载传递，变形调控以及环境适应等众多功能，随着高层建筑，大跨度结构变得越来越普遍，地基基础的设计与施工就面临着更高的要求，本文从理论角度分析地基基础和建筑稳定性的联系，找出关键要素的影响途径，给工程操作赋予理论支持。

1 地基基础与建筑稳定性基础关系

1.1 地基基础的功能与分类

地基基础的主要功能是把上部结构传来的荷载安全传给岩土体，同时控制变形满足建筑使用要求，其功能表现为荷载分散功能、稳定性保持功能和环境适应性调整功能。荷载分散功能即扩大受力面积降低基底压力，防止岩土体局部破坏；稳定性保持功能即依靠地基的抗滑移、抗倾覆能力保证建筑物在自重与外力作用下保持平衡；环境适应性调整功能即抵抗温度变化、地下水波动等外界影响。地基基础按照材料、结构形式以及埋置深度可以分为天然地基与人工地基、浅基础与深基础，天然地基直接使用原位岩土体来承载，适用于地质条件较好的情况，人工地基借助换填、强夯等手段改良岩土性能，用以应对软弱地基，浅基础埋深较小，便于施工，常常被中小型建筑采用，深基础凭借桩基或者沉井等形式穿透软弱土层，抵达稳定持力层，适合高层建筑或者地质复杂的地区，不同种类的基础选用还要考量荷载大小、地质状况和经济性。

1.2 地基基础对建筑稳定性的核心要求

建筑稳定性要地基基础有足够承载力，变形控制能力和长期耐久性，承载力是地基抵抗破坏的能力，要符合上部结构荷载的极限状态需求，不能让地基失稳造成整体坍塌，变形控制要求地基在荷载作用下均匀沉降，限制差异沉降幅度，不让上部结构因为倾斜或者开裂失去使用功能，长期耐久性强调地基材料在地下水，化学腐蚀等环境作用下的性能稳定性，保证建筑物全生命周期的安全性。而且建筑稳定需求因功能种类及使用环境的不同而存在明显差别，工业建筑要承担重型设备的震动荷载，要求地基具备更高的刚度，高层建筑由于重心较高，荷载集中，要严格控制基础沉降速度，滨海建筑还要应对海水侵蚀和潮汐压力，给地基材料的抗渗性和耐腐蚀性提出额外的要求。

2 地基基础性能的关键影响因素分析

2.1 地质条件对地基承载力的影响研究

地质条件是地基承载力的根本因素，包含岩土种类，密实度，层理情况以及地质构造等，岩土种类会直接影响到地基的力学性能，砂土颗粒间的摩擦力比较大，承载力比较高，不过容易受到液化的影响，黏土有比较高的压缩性，在承受荷载的时候会产生比较大的沉降，岩石类地基的强度最高，不过要考虑到节理裂隙发育状况对承载力的削弱情况。密实度和层理也影响地基性能，密实砂土的抗剪强度远好于松散状态，层理倾斜的地基可能会因为荷载偏心产生剪切滑移，地质构造中的断层、溶洞等缺陷会形成应力集中区，使局部承载力骤降，岩土体的非均质性造成同一场地不同地方承载力不同，要靠地质勘察明确分布情况，不然基础设计时用一个参数会导致承载力判断错误。

2.2 基础类型与结构设计的匹配性研究

基础类型选择要和上部结构形式、荷载分布以及地质条件相适应，浅基础适合于荷载小且地基均匀的情形，其设计要点在于基底压力分布与地基反力的协调情况，独立基础多见于柱下的荷载传递，而条形基础则适用于墙下连续荷载分布，深基础通过桩体把荷载传送到深层稳定土层，端承桩依靠桩端阻力，摩擦桩依靠桩侧摩阻力，设计的时候要按照地质参数来确定荷载分担比例。

结构设计的适配性包含荷载传递路径与基础刚度的协调，刚性基础像混凝土基础，适合压缩性小的岩土体，能分散应力，柔性基础像筏板基础，可以应对不均匀沉降，用在软弱地基时，能减小差异沉降危险，基础尺寸和埋深的确定要顾及抗倾覆稳定性和抗滑移安全系数，还要看地基承载力特征值，保证在极端荷载工况下仍然安全。

3 地基基础问题对建筑稳定性的影响机制

3.1 不均匀沉降的诱因路径与破坏机制

不均匀沉降主要是由于地基压缩性不同、荷载分布不均、地质缺陷等原因造成，由于软弱土层厚度变化、地下水位变化等使地基各部位沉降速度不同而产生沉降差，当沉降差大于上部结构允许变形时，建筑墙体、梁柱等就会产生附加内力而导致开裂、解体，其破坏形态主要有斜裂缝(墙体两端沉降差)、窗台八字缝(楼板受弯拉应力)、基础局部倾斜(一侧地基沉降过大)。不均匀沉降的长期累积会引发地基土体发生塑性变形，从而加大沉降差，在软黏土地基里，蠕变特性造成沉降随时间持续发展，要靠预压固结，桩筏联合基础等手段来控制沉降速率和差异程度。

3.2 地基强度不足引发的结构失稳特性

地基强度不足是抗剪强度小于基底压力，产生局部或整体剪切破坏，局部剪切破坏时，地基表面出现滑动面，沉降大，无隆起，整体剪切破坏时，地基整体滑移，建筑物急剧倾斜倒塌，破坏时常伴有土体挤出，裂缝扩展等，使上部结构失去支撑。强度不足的原因有超载、地震荷载和地下水降低有效应力。超载直接加大基底压力，超过地基承载力特征值；地震荷载通过水平惯性力减小抗剪强度参数；地下水下降致使承压水位下降，有效应力增多造成剪切破坏。设计时要通过安全系数法留出强度余量，还要借助抗震措施加强地基抗滑移能力。

3.3 地下水变化对地基稳定性的影响研究

地下水位的升降直接关系到地基土体的有效应力和抗剪强度，水位上升，土体饱和度增大，孔隙水压力上升，有效应力减小，承载力下降，水位下降，地基固结沉降，粉土，砂土等渗透性较强的土层，快速排水易发生流砂，管涌等，地下水腐蚀基础材料，钢筋锈蚀，混凝土保护层剥落，基础承载力下降。动态水位改变，潮汐，季节性降雨之类的动态水位改变也会造成地基土体反复胀缩，进而引起基础不均匀变形，滨海地区氯盐腐蚀，内陆地区硫酸盐结晶交替作用，加快基础材料退化速度，要通过防水帷幕，排水系统规划以及耐久性材料选取来实施综合防范。

结语

地基基础的性能直接影响到建筑的稳定程度，其设计与施工要兼顾地质状况，荷载性质以及环境的动态变化，本文从理论角度剖析了地基的功能划分，承载能力的影响要素以及失稳的作用机理，给工程实际操作给予了一套系统性的参照，以后的研究可以进一步融合数值模拟手段和现场监测技术，加深对复杂地质条件下地基-结构相互影响规律的认识，促使地基基础设计理论得到改进和更新。

参考文献

[1] 雷 耀 士 . 地 基 基 础 施 工 技 术 与 加 固 技 术 [J]. 住 宅 与 房 地产,2020,(21):188.

[2]韦巍.建筑地基基础加固施工技术[J].科学中国人,2017,(20):40.