某高层建筑的基础选型设计研究

谷丰 田志磊

摘 要：基础作为建筑结构体系的一个重要组成部分，承担着将建筑上部结构的荷载传递给地基的重要作用，在设计过程中，应将建筑上部结构、基础与地基协同考虑，选择合理的基础形式。随着城市工程建设规模的不断扩大，部分建筑不可避免地在软弱地基上建设，物理力学性质不佳且承载力能力不高的软弱地基对建筑基础性能提出了较高要求，因此必须对结构基础进行严密的设计。

关键词：高层建筑;基础选型;设计要点

建筑地基与基础工程设计方法由于受到诸多不确定因素的影响，具体的设计实践仍不太成熟。尤其是地势起伏变化很大，工程地质情况复杂，地基处理和基础设计难度较大的工程建设中，更应该根据场地条件、建筑情况，综合考虑技术、经济和工期等多方面的因素，选择合理的建筑地基基础方案对工程建设显得尤为重要。

1 地基基础方案选型的影响因素

1）建筑场地环境条件的影响。建筑场地的地形环境对建筑物地基的稳定性具有很大的影响。场地选择时，应选择稳固基岩，开阔平坦坚硬密实的均匀地基，避免选择软弱土，分布不均匀的土层。建筑场地存在邻近建筑物时，应避免开挖新基槽危及原有基础的安全稳定性。当新建工程的基础埋深大于原有建筑基础时，两基础之间的净距应大于两基础底面高差的1～2倍，若不满足此条件，应采取护坡桩、地下连续墙结构、加固原有基础等措施，以确保原有基础的安全。

2）震害影响。建筑地基的震害大小与场地土的性质及类别有密切关系。地震时地基液化导致承载力丧失，造成地基不均匀沉降;软土地基抗剪强度降低，地基土发生剪切破坏，导致建筑物发生严重沉降、倾斜;危险地段，地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、泥石流等;地震断裂带上可能发生地表错位。因此，建筑场地选择时应尽量避开宜发生震害地段，并采取相应的建筑结构抗震措施。

3）建筑物下部工程地质水文条件的影响。建筑物下部土层结构、各土层的物理力学性质、地基承载力、地下水位埋深与水质、不良地质条件等因素都会影响持力层、地基处理、基础的埋深和基础的选型。许多由地基问题造成的工程事故，往往是由于对工程地质条件了解不够全面而造成的。工程中主要通过地质勘察查明地基土层的分布规律、土的物理力学指标以及地下水的情况，确定有无滑坡、崩塌、岩溶、土洞、冲沟及泥石流等不良地质现象，对场地的稳定性、适宜性，地基的均匀性、承载力和变形特性等进行评价。

4）建筑物上部结构的影响。建筑物上部结构的型式、规模、用途、荷载大小与性质、整体刚度以及对不均匀沉降的敏感性等，对地基基础方案都提出了要求。地基基础方案需要根据上部结构的建筑和结构要求，综合考虑下部地基水文情况进行优化设计。

5）建筑施工条件、造价、工期等方面的综合影响。工程现场的水、电、交通运输和场地等施工条件，建设单位对工期的要求、工程造价控制范围等，也会影响到地基处理和基础的选型。因此，在选用地基处理方法和基础方案时，要因地制宜，具体工程具体分析，要充分发挥地方优势，利用地方资源。

2 工程概况

某高层建筑工程，规划在A1、A2、A4、A5四个地块共建1#～6#楼。建筑结构均采用主楼和裙楼组合形式，主楼地上20～31层不等，地下为二层，框剪结构;裙楼地上六层，地下二层，框架结构。6栋建筑总用地面积47119m2，设计总建筑面积353282m2。场地原始地貌属后溪河下游入海口段冲洪积阶（台）地类型，后经人工围垦成养殖区。场地内普遍存在积水，主要分布有三个水塘，水塘水深0.5～3.0m不等，整个场地地势总体由四周向中间倾斜，整体起伏不大，局部地段稍有变化。根据勘察钻探揭露，拟建场地内地层结构较复杂，地层岩性、厚度和埋藏分布等在横纵方向上差异明显。现根据各地层时代、成因类型、岩性等因素，可将本场地地基土自上而下分为10个工程地质层。A1、A2地块的1#、2#、3#楼属于高层～超高层建筑，27～31层，采用框剪结构，单柱荷重15000～18000KN，设有二层地下室，埋深10.0m。A4、A5地块的4#、5#、6#楼属于高层建筑，20～26层，采用框剪结构，单柱荷重10000～15000KN，设有二层地下室，埋深10.0m。基坑支护设计基坑底标高为-6.5m，基坑开挖后基底土层一般为（2）、（3）层及（4）层，其下为（5）层和（6）层及各类风化基岩。考虑拟建物荷重大，对差异沉降敏感，根据拟建物基坑开挖后地基土条件，若采用天然地基，基底土层承载力难以满足上部结构的荷重及变形要求，故基础型式采用桩基础。

3 高层建筑桩基础选型设计要点

以往经验表明，一般以全风化岩、散体状强风化岩作为桩端持力层的较适合以挤土桩为主的端承摩擦桩，如沉管灌注桩和预应力管桩;以碎块状强风化岩及中、微风化岩作为桩端持力层的较适合非挤土桩为主的摩擦端承桩，如冲、钻孔灌注桩和人工挖孔桩。根据勘察方建议结合场地岩土条件施工工期及工程造价和工程安全等各方面综合考虑，提出主楼、裙楼及纯地下室基础优先考虑采用大直径沉管灌注桩，主楼、裙楼宜以（7）层或（8）-1层为桩端持力层，纯地下室部分也可采用（6）层下段为持力层;其次是冲（钻）孔灌注桩，主楼（高层）以（9）中风化岩为桩端持力层，裙楼及纯地下室可选择（8）-1或（8）-2为桩端持力层。

3.1 持力层选择

根据勘察揭露场地岩土层分布及其工程地质条件，可供选择的桩端持力层有五层，即（8）-1散体状强风化花岗岩、（8）-2碎块状强风化花岗岩、（9）中风化花岗岩、（10）微风化花岗岩层。（8）-1散体状强风化花岗岩和（8）-2碎块状强风化花岗岩岩体破碎，属极软岩，岩体基本质量等级为V级，层顶埋深18.10～49.60m，端阻力可达6000kN。对于（9）中风化花岗岩和（10）微风化花岗岩层，除少数钻孔揭露较浅外其余皆埋深较大，虽强度高，桩压缩变形小，也可作为大直径沉管灌注桩持力层，但埋深太大，桩长较长，且硬质岩夯锤施工难度大造价高。综合比较，大直径沉管灌注桩桩端持力层选为（8）-1散体状强风化花岗岩和（8）-2碎块状强风化花岗岩桩直径为700mm;其有效桩长不小于18m，要求桩端全断面进入持力层深度≥5.0m。

3.2 单桩承载力计算

单桩竖向承载力标准值按JGJ94-2008规范中5.3.6计算，计算公式如下：

经计算，其承载力特征值为3250kN。考虑本工程采用桩基兼具抗拔要求，从而计得到单桩竖向抗拔承载力标准值为1700kN，其承载力特征值为850kN。

本工程1-6#楼选择直径为700mm的锤击沉管灌注桩作为建筑的基础，1-6#楼设计共有3244根基桩桩，从中选取了21根进行单桩竖向抗压静载试验和14根进行单桩竖向抗拔静载试验。静载试验按国家地基基础设计规范要求进行，采用液压千斤顶加载，加载反力装置为压重平台反力方式，以慢速维持荷载法进行试验。经试验结果可知，大直径锤击沉管灌注桩工程优点显著，该桩型单桩承载力高，桩身质量可靠，Q-S曲线多呈缓变型，桩顶沉降较小，具有显著的经济效益和广阔的应用前景。

4 结束语

综上所述，建筑地基和基础方案的选型要充分考虑场地环境、地质水文条件和上部结构的特点，结合施工条件，从技术安全、经济适用的角度进行方案设计，以在工程质量、施工安全、建筑造价和工期等方面取得良好的综合效益。

参考文献

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