高層建筑的基礎設計

龐新鳳

中廣電廣播電影電視設計研究院，北京 100045

0 引言

高層商住樓相鄰部分設有多層裙房及地下車庫，其主樓地下室與裙房地下室及地下車庫連成一體，本文介紹了基礎設計方案的選擇，如何解決主樓與裙房、地下車庫間的沉降差異及超長地下室結構的裂縫問題。

1 工程概述

擬建北京市某高層建筑及配套項目總建筑面積96299m2。中國建筑技術集團有限公司承擔了本工程建筑場地的巖土工程勘察工作。建設場地位于北京市朝陽區(qū)十八里店鄉(xiāng)，原弘善市場內(nèi)，北京華威南路。南依潘家園路，場地地勢平坦。主體部分分為G1，G2，G3及G4,中間地段為大面積的純地下車庫。G1部分為裙房，2～6層，高8.70m～23.80m，框架結構；G2部分為高層住宅，24～28層，高69.00m～80.00m，框支剪力墻結構；G3部分為高層住宅，24層高69.00m，剪力墻結構，G4部分為高層住宅，25～28層，高71.70m～80.00m ，框支剪力墻結構。高層住宅，裙房及純地下車庫各部分均設3層地下室，基礎設計埋深在自然地面下11.0m。

建筑總平面

2 地質(zhì)背景

北京市區(qū)的西、北及東北方向三面環(huán)山，東、南及東南面為廣闊的平原區(qū)，地貌單元自西部山前向東部平原區(qū)，由沖洪積扇過渡為沖擊平原區(qū)。本工程擬建場區(qū)位于永定沙沖洪積扇中下部。場區(qū)地層土質(zhì)以粘性土、粉土與砂土、卵石土交互為主。根據(jù)擬建場地周邊揭示基巖的深部地質(zhì)資料，本場區(qū)第四紀沉積層厚度（相當于基巖埋深）在130m左右，在本工程擬建場區(qū)范圍內(nèi)，不存在影響擬建場地整體穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用。建筑場地類別Ⅲ類。

3 地基方案

3.1 建筑工程特點

1）根據(jù)設計計算，本工程高層住宅部分基底平均荷載約為420kN/m2～491kN/m2，與裙房及純地下車庫部分之間的基底荷載差異懸殊，而且高層住宅部分本身也高低錯落，基底荷載也有較大差異。因此，高層住宅部分的總沉降控制，建筑物各部分之間的基礎差異沉降的協(xié)調(diào)與控制是本工程基礎設計時須重點考慮解決的問題。

2）本工程建筑物基礎埋置較深，在自然地面以下11.0m，裙房和純地下車庫基礎處于超補償狀態(tài)，與其相鄰的高層住宅的建筑基礎的側限條件則受到永久性削弱，并對本工程高層建筑部分地基承載力控制具有一定影響，也使本工程地基基礎共同作用條件趨于復雜。

3）裙房及純地下車庫豎向荷重較小，場區(qū)地下水歷史水位較高且動態(tài)變化規(guī)律較復雜，因此對該部分須仔細研究和校核建筑基礎抗浮穩(wěn)定性，地下水壓力作用下地下室外墻和基礎底板的承載力問題。

3.2 地基巖土工程條件分析

1）本次勘察所揭示的地層土質(zhì)在垂向分布上具有粗細顆粒交互沉積的特征。擬建場區(qū)在人工堆積層以下交互沉積的粗細顆粒土層具有良好的成層性，水平向分布也基本穩(wěn)定。在本工程設計基底附近分布的土層主要為粉質(zhì)粘土④層（局部為細砂⑤層）。該土層以下的主要下臥層為細砂⑤層和粉質(zhì)粘土⑥層。上述土層在基底以下的分布，巖性相合，工程性質(zhì)的差異性，均會對本工程地基方案產(chǎn)生直接影響。同時，由于基坑開挖較深，場區(qū)內(nèi)分布的第一層地下水（上層滯水），將會對地基基礎、基坑工程設計與施工帶來直接影響；

2）根據(jù)設計條件，本工程高層住宅及裙房和純地下車庫部分基礎設計埋深在自然地面以下約11.00m，相當于絕對標高約為27.40m。勘察結果表明上述基底標高處的直接持力層主要為第四紀粉質(zhì)粘土④層，但該持力層的厚度不大，局部地段的持力導為細砂⑤層。由于本工程同一基礎底面上高層住宅，裙房和純地下車庫各部分建筑高低錯落。荷載分布很不均勻，基底以下直接持力層厚度較大的細砂⑤層時，使得對基礎總沉降和差異沉降控制較為有利，這也是本工程基礎方案設計時重點考慮的問題之一；

3）通過對本工程建筑設計條件和地基土層工程條件分析，按照有關規(guī)范的要求，以控制建筑物的總沉降，差異沉降及傾斜和穩(wěn)定為基本原則。如果本工程高層住宅與裙房及純地下車庫部分不設永久性的沉降縫，通過對驗算結果的分析，并結合實際工程分析評價的經(jīng)驗，如考慮采用天然地基方案時，地基持力土層的承載力不能完全滿足基礎設計的要求，并且基礎總沉降特別是高低建筑基礎差異沉降較大，難以控制在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)，并有不能對本工程后期正常使用帶來不利影響。因此綜合考慮地基基礎方案安全性及經(jīng)濟適用性后，本工程高層住宅部分可主要考慮采用CFG復合地基或樁基礎（灌注樁）方案，裙房及純地下車庫部位采用天然地基方案。

3.3 地基方案

方案：高層采用CFG復合地基或樁基礎（灌注樁）方案，裙房及純地下車庫部位采用天然地基方案。

1）為解決本工程高層住宅部分高低層之間以及高層建筑與裙房、純地下車庫之間差異沉降問題。本工程高層住宅部分考慮采用CFG樁復合地基方案，確保CFG樁復合地基的承載力、變形滿足設計要求，使本工程差異沉降能夠安全可靠地控制在設計允許范圍之內(nèi)。裙房及純地下車庫部分仍采用天然地基方案；

2）高層住宅部分采用CFG樁復合地基方案

（1）基礎砌置標高及樁間天然直接持力層土質(zhì)。本工程高層住宅部分的基底設計標高約在27.4m左右。該標高處分布的CFG樁復合地基的槽底天然土層為粉質(zhì)粘土④層，局部為細砂⑤層；

（2）CFG樁加固處理到中砂⑦層，根據(jù)有關規(guī)程，基底下地層分布特點，結合工程實踐經(jīng)驗，計算滿足擬建高層住宅對地基承載力，建筑基礎沉降控制的設計要求；

（3）主樓采用筏板基礎，裙房及地下車庫采用獨立柱基加防水板；

（4）為解決主樓與裙房間的不均勻沉降，在主樓和裙房之間設置了沉降后澆帶，后澆帶待主樓封頂后在澆注。

后澆帶設置平面：

3）為控制超長地下室基礎底板混凝土裂縫采取了下列措施：

基礎底板混凝土強度等級采用C35。為減少混凝土硬化過程中的收縮應力，設置施工后澆帶。基礎底板采取分層澆注、階梯式推進，每層混凝土在初凝前完成上層澆注；

4）為控制超長地下室的外墻混凝土裂縫也采取了以下措施：墻體一般養(yǎng)護困難，受溫度影響大，容易開裂。為了控制溫差和干縮引起的豎向裂縫，水平鋼筋間距不大于150mm，配筋率不小于0.5%混凝土強度等級采用C35；

5）本工程建筑場區(qū)范圍較大，高層住宅部分高低錯落，且與其周邊裙房、純地下車庫之間基底壓力分布差異懸殊，因此差異沉降能否得到有效控制是本工程地基與基礎設計的關鍵問題。根據(jù)地質(zhì)報告提供的地層條件，結合建筑物實際荷載分布，基礎形式、基底埋深等條件進行地基變形預測分析，并根據(jù)計算分析結果，采取在建筑荷載變化懸殊部位合理設置施工后澆帶及合理安排高低層施工順序等設計施工措施。且充分考慮高層住宅與裙房、純地下車庫之間因地基方案、基礎形式不同以及施工順序等所造成的相互影響問題。

3.4 觀測結果（沉降后澆帶兩側部分觀測點的觀測成果）

4 結論及建議

在一般多層建筑中主樓與裙房層數(shù)差異較大或建筑物平面形狀較復雜時常常采用設沉降縫，但用于高層建筑時，情況比一般建筑更不好處理，主要因為：

1）高層建筑的使用要求及立面效果要求高。主－裙接縫的沉降差妨礙通行，降低立面效果，管線設置不便，防水處理困難；

2）在地震區(qū)上部結構間設縫會出現(xiàn)縫兩側結構在地震時的撞沖問題，為了避免相互撞懷，則要求拉大縫的寬度，這又使上面的問題進一步尖銳；

3）沉降縫處要設雙墻雙柱，造成浪費和建筑立面處理困難。結構上出現(xiàn)基礎板懸挑，基礎偏心受力，布樁困難等問題；

4）設了沉降縫只是人為地限定了上部結構出現(xiàn)豎向錯位的位置，但并不能減少地基中主－裙樓應力區(qū)的重迭。主樓下沉大，依然會對裙房有影響，造成裙房在沉降縫處的下沉較大，傾斜甚至裂縫。

所以，高層與裙房之間設置沉降縫會帶來很多麻煩。不設沉降縫需注意沉降計算要精確且后期要保證定期觀測。

[1]GB50011-2001建筑抗震設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]李國勝 李軍軍.高層主樓與裙房之間的基礎設計[J].建筑結構，2005，7.

[3]建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2002)[S].中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[4]高層建筑混凝土結構技術規(guī)程（JGJ3-2002）[S].中國建筑工業(yè)出版社，2002.