某高層建筑的基礎選型設計研究

谷豐 田志磊

摘 要：基礎作為建筑結構體系的一個重要組成部分，承擔著將建筑上部結構的荷載傳遞給地基的重要作用，在設計過程中，應將建筑上部結構、基礎與地基協(xié)同考慮，選擇合理的基礎形式。隨著城市工程建設規(guī)模的不斷擴大，部分建筑不可避免地在軟弱地基上建設，物理力學性質不佳且承載力能力不高的軟弱地基對建筑基礎性能提出了較高要求，因此必須對結構基礎進行嚴密的設計。

關鍵詞：高層建筑;基礎選型;設計要點

建筑地基與基礎工程設計方法由于受到諸多不確定因素的影響，具體的設計實踐仍不太成熟。尤其是地勢起伏變化很大，工程地質情況復雜，地基處理和基礎設計難度較大的工程建設中，更應該根據場地條件、建筑情況，綜合考慮技術、經濟和工期等多方面的因素，選擇合理的建筑地基基礎方案對工程建設顯得尤為重要。

1 地基基礎方案選型的影響因素

1）建筑場地環(huán)境條件的影響。建筑場地的地形環(huán)境對建筑物地基的穩(wěn)定性具有很大的影響。場地選擇時，應選擇穩(wěn)固基巖，開闊平坦堅硬密實的均勻地基，避免選擇軟弱土，分布不均勻的土層。建筑場地存在鄰近建筑物時，應避免開挖新基槽危及原有基礎的安全穩(wěn)定性。當新建工程的基礎埋深大于原有建筑基礎時，兩基礎之間的凈距應大于兩基礎底面高差的1～2倍，若不滿足此條件，應采取護坡樁、地下連續(xù)墻結構、加固原有基礎等措施，以確保原有基礎的安全。

2）震害影響。建筑地基的震害大小與場地土的性質及類別有密切關系。地震時地基液化導致承載力喪失，造成地基不均勻沉降;軟土地基抗剪強度降低，地基土發(fā)生剪切破壞，導致建筑物發(fā)生嚴重沉降、傾斜;危險地段，地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、泥石流等;地震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯位。因此，建筑場地選擇時應盡量避開宜發(fā)生震害地段，并采取相應的建筑結構抗震措施。

3）建筑物下部工程地質水文條件的影響。建筑物下部土層結構、各土層的物理力學性質、地基承載力、地下水位埋深與水質、不良地質條件等因素都會影響持力層、地基處理、基礎的埋深和基礎的選型。許多由地基問題造成的工程事故，往往是由于對工程地質條件了解不夠全面而造成的。工程中主要通過地質勘察查明地基土層的分布規(guī)律、土的物理力學指標以及地下水的情況，確定有無滑坡、崩塌、巖溶、土洞、沖溝及泥石流等不良地質現象，對場地的穩(wěn)定性、適宜性，地基的均勻性、承載力和變形特性等進行評價。

4）建筑物上部結構的影響。建筑物上部結構的型式、規(guī)模、用途、荷載大小與性質、整體剛度以及對不均勻沉降的敏感性等，對地基基礎方案都提出了要求。地基基礎方案需要根據上部結構的建筑和結構要求，綜合考慮下部地基水文情況進行優(yōu)化設計。

5）建筑施工條件、造價、工期等方面的綜合影響。工程現場的水、電、交通運輸和場地等施工條件，建設單位對工期的要求、工程造價控制范圍等，也會影響到地基處理和基礎的選型。因此，在選用地基處理方法和基礎方案時，要因地制宜，具體工程具體分析，要充分發(fā)揮地方優(yōu)勢，利用地方資源。

2 工程概況

某高層建筑工程，規(guī)劃在A1、A2、A4、A5四個地塊共建1#～6#樓。建筑結構均采用主樓和裙樓組合形式，主樓地上20～31層不等，地下為二層，框剪結構;裙樓地上六層，地下二層，框架結構。6棟建筑總用地面積47119m2，設計總建筑面積353282m2。場地原始地貌屬后溪河下游入?？诙螞_洪積階（臺）地類型，后經人工圍墾成養(yǎng)殖區(qū)。場地內普遍存在積水，主要分布有三個水塘，水塘水深0.5～3.0m不等，整個場地地勢總體由四周向中間傾斜，整體起伏不大，局部地段稍有變化。根據勘察鉆探揭露，擬建場地內地層結構較復雜，地層巖性、厚度和埋藏分布等在橫縱方向上差異明顯?，F根據各地層時代、成因類型、巖性等因素，可將本場地地基土自上而下分為10個工程地質層。A1、A2地塊的1#、2#、3#樓屬于高層～超高層建筑，27～31層，采用框剪結構，單柱荷重15000～18000KN，設有二層地下室，埋深10.0m。A4、A5地塊的4#、5#、6#樓屬于高層建筑，20～26層，采用框剪結構，單柱荷重10000～15000KN，設有二層地下室，埋深10.0m?；又ёo設計基坑底標高為-6.5m，基坑開挖后基底土層一般為（2）、（3）層及（4）層，其下為（5）層和（6）層及各類風化基巖?？紤]擬建物荷重大，對差異沉降敏感，根據擬建物基坑開挖后地基土條件，若采用天然地基，基底土層承載力難以滿足上部結構的荷重及變形要求，故基礎型式采用樁基礎。

3 高層建筑樁基礎選型設計要點

以往經驗表明，一般以全風化巖、散體狀強風化巖作為樁端持力層的較適合以擠土樁為主的端承摩擦樁，如沉管灌注樁和預應力管樁;以碎塊狀強風化巖及中、微風化巖作為樁端持力層的較適合非擠土樁為主的摩擦端承樁，如沖、鉆孔灌注樁和人工挖孔樁。根據勘察方建議結合場地巖土條件施工工期及工程造價和工程安全等各方面綜合考慮，提出主樓、裙樓及純地下室基礎優(yōu)先考慮采用大直徑沉管灌注樁，主樓、裙樓宜以（7）層或（8）-1層為樁端持力層，純地下室部分也可采用（6）層下段為持力層;其次是沖（鉆）孔灌注樁，主樓（高層）以（9）中風化巖為樁端持力層，裙樓及純地下室可選擇（8）-1或（8）-2為樁端持力層。

3.1 持力層選擇

根據勘察揭露場地巖土層分布及其工程地質條件，可供選擇的樁端持力層有五層，即（8）-1散體狀強風化花崗巖、（8）-2碎塊狀強風化花崗巖、（9）中風化花崗巖、（10）微風化花崗巖層。（8）-1散體狀強風化花崗巖和（8）-2碎塊狀強風化花崗巖巖體破碎，屬極軟巖，巖體基本質量等級為V級，層頂埋深18.10～49.60m，端阻力可達6000kN。對于（9）中風化花崗巖和（10）微風化花崗巖層，除少數鉆孔揭露較淺外其余皆埋深較大，雖強度高，樁壓縮變形小，也可作為大直徑沉管灌注樁持力層，但埋深太大，樁長較長，且硬質巖夯錘施工難度大造價高。綜合比較，大直徑沉管灌注樁樁端持力層選為（8）-1散體狀強風化花崗巖和（8）-2碎塊狀強風化花崗巖樁直徑為700mm;其有效樁長不小于18m，要求樁端全斷面進入持力層深度≥5.0m。

3.2 單樁承載力計算

單樁豎向承載力標準值按JGJ94-2008規(guī)范中5.3.6計算，計算公式如下：

經計算，其承載力特征值為3250kN?？紤]本工程采用樁基兼具抗拔要求，從而計得到單樁豎向抗拔承載力標準值為1700kN，其承載力特征值為850kN。

本工程1-6#樓選擇直徑為700mm的錘擊沉管灌注樁作為建筑的基礎，1-6#樓設計共有3244根基樁樁，從中選取了21根進行單樁豎向抗壓靜載試驗和14根進行單樁豎向抗拔靜載試驗。靜載試驗按國家地基基礎設計規(guī)范要求進行，采用液壓千斤頂加載，加載反力裝置為壓重平臺反力方式，以慢速維持荷載法進行試驗。經試驗結果可知，大直徑錘擊沉管灌注樁工程優(yōu)點顯著，該樁型單樁承載力高，樁身質量可靠，Q-S曲線多呈緩變型，樁頂沉降較小，具有顯著的經濟效益和廣闊的應用前景。

4 結束語

綜上所述，建筑地基和基礎方案的選型要充分考慮場地環(huán)境、地質水文條件和上部結構的特點，結合施工條件，從技術安全、經濟適用的角度進行方案設計，以在工程質量、施工安全、建筑造價和工期等方面取得良好的綜合效益。

參考文獻

[1]吳峰.高層建筑基礎選型與設計[J].城市建設理論研究（電子版），2015，（12）：1595.

[2]汪興.高層建筑結構體系分析及基礎選型研究[J].建筑工程技術與設計，2015，（18）：1796-1796.

[3]安麗麗.高層建筑基礎的設計選型與應用[J].城市建設理論研究（電子版），2013，（23）.

[4]吳峰.高層建筑基礎選型與設計[J].城市建設理論研究（電子版），2015，5（12）：1595.

[5]張東偉，辛偉杰.關于高層建筑基礎選型問題的設計研究[J].建筑工程技術與設計，2016，（23）：711-711.