高層建筑基底高于相近地下車庫基底的設(shè)計探討

鄧天山

（甘肅省建筑設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 有高差基礎(chǔ)設(shè)計

隨著大中型小區(qū)的普遍興建，因使用功能及布局的需要，在高層住宅樓相鄰側(cè)邊設(shè)有滿鋪場地的地下停車庫。在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計時，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震要求，當(dāng)高層建筑的基礎(chǔ)底標(biāo)高低于相鄰地下車庫的基礎(chǔ)底標(biāo)高時，才符合建筑的抗震設(shè)計要求。而現(xiàn)在大多數(shù)情況下卻達(dá)不到上述要求。由于地下車庫的設(shè)備內(nèi)部管線、頂板上部場地景觀種植土及場地覆土厚度的需要，車庫基礎(chǔ)底標(biāo)高往往低于主樓基礎(chǔ)底標(biāo)高，相互關(guān)系如圖1所示。

圖1 高層建筑與地下車庫的關(guān)系

圖中“B”為高層基礎(chǔ)與車庫基礎(chǔ)的基礎(chǔ)外邊緣水平距離，“H”為高層基礎(chǔ)底標(biāo)高與地下車庫基礎(chǔ)底標(biāo)高的豎向高差。高層建筑基底應(yīng)力的擴(kuò)散角按照45°考慮，一般設(shè)計要求基礎(chǔ)間距B是基礎(chǔ)高差H的2倍，即B=2H。此時，主樓基礎(chǔ)是可以認(rèn)為安全可靠的。但是往往在設(shè)計中主樓與車庫基礎(chǔ)水平間距“B”不滿足基礎(chǔ)基底豎向高差“H”的2倍，此時地下車庫外擋墻受力比較復(fù)雜。從圖中可以看出，在非地震作用下，地下車庫外擋土墻除受到土壓力外，還受到高層基礎(chǔ)對地下車庫外擋土墻的產(chǎn)生的壓力；在地震作用下，地下車庫外擋土墻還受到高層基礎(chǔ)基底傳來的地震附加壓應(yīng)力[1]，故在此情況下高層建筑基礎(chǔ)是不穩(wěn)定的，若不采取措施，則高層建筑基礎(chǔ)存在一定的安全隱患。高層建筑基礎(chǔ)落在一個不穩(wěn)定的地下車庫外墻上，主樓地震力無法往下傳至可靠的地基上，對高層建筑抗震極為不利。

在設(shè)計中主樓與車庫基礎(chǔ)水平間距“B”不滿足基礎(chǔ)基底豎向高差“H”的2倍情況，經(jīng)分析可知：此時地下車庫外擋土墻主要承受4個方面的力：（1）高層建筑基礎(chǔ)下地基土壓縮對地下車庫外擋土墻產(chǎn)生的壓力；（2）高層建筑底部剪力所產(chǎn)生的附加壓力；（3）高層建筑自重及下面高差部分土重對地下車庫外擋墻產(chǎn)生的靜止土壓力；（4）地震時高層建筑下面地基土產(chǎn)生的壓力增量附加到地下車庫外墻上[2]。若地下車庫外擋土墻按此受力情況計算，則計算出的斷面很厚，配筋較大，且墻的剛度難以保證，高層建筑任何微小的變形和支座的轉(zhuǎn)動都將使地震力轉(zhuǎn)嫁到車庫框架上，使其內(nèi)力大為增加，從而增加其危險性，尤其在罕遇地震下就更加危險。

2 結(jié)構(gòu)采取措施

上述情況下，地下車庫外擋土墻的設(shè)計對高層建筑的基礎(chǔ)穩(wěn)定性有至關(guān)重要的作用，即使在罕遇地震作用下，也應(yīng)該保證高層建筑基礎(chǔ)的安全。為保證高層建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定，提出以下幾種解決方案：

（1）增大高層建筑基礎(chǔ)與地下車庫基礎(chǔ)的水平距離，增大后的水平距離宜為2倍的基底豎向高差，即B≥2H。此方案將會影響建筑場地的布局，浪費場地的土地使用面積，建設(shè)單位一般也難以接受，故不建議采用。

（2）降低地下車庫的層高或減小車庫頂板的覆土厚度。地下車庫頂板布局常見選型為無梁屋蓋和梁板式屋蓋，其中無梁屋蓋應(yīng)用較少，梁板式屋蓋應(yīng)用較多。由于地下車庫一般柱網(wǎng)較大，故梁高取為1/10～1/12柱距，再加上設(shè)備各種管線、風(fēng)管的高度，車庫層高降低的余地并不會太大；而地上覆土要滿足設(shè)備室外管線在凍土以下的埋深，加上種植綠化的要求，覆土減薄幅度也不會太高。當(dāng)主樓基礎(chǔ)底標(biāo)高與車庫基礎(chǔ)底標(biāo)高豎向相差不大時，且降低地下車庫的層高、減小車庫頂板的覆土厚度滿足建筑使用功能要求時可優(yōu)先采用此方案。

（3）高層建筑基礎(chǔ)與車庫基礎(chǔ)相鄰處采用主樓基礎(chǔ)跌落的方式使主樓基礎(chǔ)與車庫基礎(chǔ)底面在同一個標(biāo)高上或使其滿足B≥2H。這樣高層建筑基礎(chǔ)對車庫不會產(chǎn)生影響，亦可保證自身基礎(chǔ)的安全。但是基礎(chǔ)高差相差較大時，并不能完全解決主樓基礎(chǔ)穩(wěn)定性的要求，如圖2所示。

圖2 主樓與車庫基礎(chǔ)示意

（4）主樓基礎(chǔ)降低標(biāo)高與基礎(chǔ)跌落同時使用。當(dāng)主樓基礎(chǔ)與車庫基礎(chǔ)高差較大時，且無法增加地下室層數(shù)時可采用此方案。為滿足高層建筑地下室地面標(biāo)高的要求，由于基礎(chǔ)的降低則需在基礎(chǔ)頂面以上回填材料至建筑標(biāo)高，再在其頂面設(shè)置厚度100 mm的鋼筋混凝土疊合層（內(nèi)配直徑8@200雙向單層鋼筋網(wǎng)片），以減小地下室外墻的計算高度，如圖3所示。

圖3 主樓與車庫基礎(chǔ)示意

（5）增加高層建筑地下室層數(shù)。此方案一般用于主樓基礎(chǔ)與車庫基礎(chǔ)高差較大，且基本達(dá)到層高使用功能要求。但此方案需在方案初期與建筑專業(yè)及建設(shè)單位協(xié)商，若建筑專業(yè)及建設(shè)單位同意增加地下室層數(shù)，相應(yīng)地下建筑面積也得到了增加。雖然此方案增加了造價，同時也增加了建筑使用面積，但可以認(rèn)為是基礎(chǔ)高差較大時性價比較高的方案措施。

（6）在車庫內(nèi)增加橫墻作為車庫外擋土墻的側(cè)向支撐[4]，可利用柱軸網(wǎng)的位置在緊鄰?fù)鈸跬翂Φ牡谝豢玳g增加橫墻，如圖4所示。此時，橫墻與外擋土墻及車庫底板和頂板形成了穩(wěn)定的箱體結(jié)構(gòu)，使得外墻的穩(wěn)定性有了很大的提高，且外擋土墻的承載力也可以按四邊支撐來計算。此方案優(yōu)點比較明顯，建筑場地布局基本不變，受力也比較合理。但是此方案有一定的局限性，當(dāng)車庫外擋土墻內(nèi)側(cè)為車道時，則無法增加橫墻支撐，且在設(shè)置沉降后澆帶時對施工有一定的困難。

圖4 橫墻支撐示意圖

3 工程實例

甘肅省張掖市某項目住宅小區(qū)，10棟高層住宅樓，場地滿鋪地下停車庫，主樓地下室與車庫采用連通口連接。其中主樓地下1F，地上18F，室內(nèi)外高差0.30 m，地下室層高3.90 m，基礎(chǔ)采用平板式筏形基礎(chǔ)，筏板厚度1.00 m，持力層為卵石層。由于左側(cè)相近地下車庫采用機(jī)械停車庫，故層高為5.10 m，車庫頂板覆土厚1.50 m，車庫外擋土墻采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)厚0.60 m，持力層亦為卵石層。主樓基礎(chǔ)基底標(biāo)高為-4.90m，車庫外擋土墻基礎(chǔ)基底標(biāo)高為-7.20 m，兩者基底高差2.30 m，基礎(chǔ)外邊緣水平距離為1.40 m，故不滿足B≥2H的設(shè)計要求；且與主樓相近車庫一跨為汽車車道，無法布置橫墻支撐，如圖5所示。

圖5 高層建筑基礎(chǔ)與地下車庫基礎(chǔ)高差

在設(shè)計初期結(jié)構(gòu)設(shè)計人員向建設(shè)單位提供了增加主樓地下室層高或增加一層地下室的方案。建設(shè)單位認(rèn)為增加一層地下室成本太高，且該工程為住宅建筑，地下2層的利用率較低，故建設(shè)單位未采納增加地下室的建議。建設(shè)單位要求在不增加地下室層高的情況下，結(jié)構(gòu)采取合理措施滿足建筑功能使用、結(jié)構(gòu)安全要求。經(jīng)過設(shè)計多方對比，地下室基礎(chǔ)整體下降1.90 m，則需回填1.90 m的素土，回填量較大。經(jīng)建設(shè)單位同意，設(shè)計人員采用了上述第（4）種方案，主樓地下室基礎(chǔ)整體下降0.90 m且基礎(chǔ)局部跌落1.00 m，主樓室內(nèi)跌落部分采用素土分層夯實回填，每層壓實系數(shù)不小于0.95，并在回填頂部增設(shè)鋼筋混凝土疊合層，厚度100 mm，內(nèi)配直徑8@200雙向單層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋錨入主樓外墻內(nèi)，此時高層基礎(chǔ)與車庫基礎(chǔ)的基礎(chǔ)外邊緣線的豎向高差為0.70 m，滿足B=2H，主樓安全得到了保障，如圖6所示。

圖6 處理后高層建筑基礎(chǔ)與地下車庫基礎(chǔ)高差

4 結(jié)論

（1）地下車庫基礎(chǔ)低于相鄰高層建筑基礎(chǔ)時，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)采取必要的措施保證基礎(chǔ)的安全性。尤其在高壓縮性土層上尤為重要，若場地為高壓縮性土層時，應(yīng)對高層建筑地基土進(jìn)行處理，以避免不均勻沉降造成高層建筑傾斜。

（2）基礎(chǔ)方案的選取應(yīng)考慮到場地的可實施性、經(jīng)濟(jì)性及建設(shè)單位需求，滿足建筑功能需要。若增加高層建筑地下室層數(shù)及增加地下室層高的方案需在方案初期就要征得建設(shè)單位及建筑專業(yè)的同意，避免方案的先天不足。

（3）高低基礎(chǔ)除采取相應(yīng)的措施還應(yīng)對建筑施工的順序做出要求，一般要求先施工基礎(chǔ)較低的地下車庫，待車庫側(cè)墻施工完畢且強(qiáng)度達(dá)到100%以上再進(jìn)行周邊高層建筑基礎(chǔ)的施工。必要時還要采取支護(hù)等措施，確保高層建筑的基礎(chǔ)安全。