高层建筑采用天然地基的可行性分析

施文俊，王 飞

（常州市中元建设工程勘察院有限公司，江苏 常州 213300）

1 概述

随着城市建设中高层建筑的发展，采用的桩基础工程也越来越多，而桩基础对环境的影响不容忽视。其中，短期影响包括施工时噪声及振动的污染和危害、地基的挤压危害，另外钻孔灌注桩基础施工过程也会影响地下水系统。长期影响则更为严重。目前，对于废弃工程桩的利用和清除尚未取得较为有效的办法，而废弃桩对于今后的城市地下综合管网、城市地下快速交通线和地下建筑的大规模建设都有长远的影响。基于此，文章以常州市某高层建筑为例，讨论并分析了在高层建筑建设中采用天然地基方案的可行性，得出结论：在满足结构要求的前提下，从经济、环保、可操作性等角度考虑，高层建筑采用天然地基为更优选择。

2 工程实例

2.1 工程概况和特征

该建设场地内含2幢21层住宅（地下1层），该2幢高层建筑尺寸（长×宽）分别为36.0m×19.2m、36.6m×18.3m，高度为60.9m，剪力墙结构，±0.00为黄海高程4.45m，基础埋深为-1.55m，基底平均压力值分别为313kPa和315kPa，原地面标高平均为黄海高程4.22m。

2.2 工程地质、水文地质条件

地区地质分布主要是第四系覆盖层，为全新统现代沉积以及更新统沉积物。该场地除表层①素填土土层地质年代为Q4外，其余②黏土～⑨粉砂层均为第四系长江冲积土层，地质年代为Q3。

场地内地下水有上层滞水和承压水。上层滞水主要分布于地表松散填土层内，含水层为①素填土，勘察期间测得稳定水位（为黄海高程）为3.67～4.07m，平均为3.83m；承压水埋藏于④粉土、⑤粉砂至⑨粉砂层中，在勘察期间测得承压水稳定水位（为黄海高程）为-1.95～-2.03m，平均为-2.0m。

2.3 基坑坑底稳定性

影响坑底稳定性的地下水为浅层承压水，勘察期间实测承压水水头（为黄海标高）为-2.00m，结合地区年最高水头特征，经计算，在基坑开挖时不会产生突涌。

2.4 地基承载力

据建筑物的基础埋深、基底压力、上部荷载情况，结合勘察成果，拟建物若采用天然地基浅基础，选用③粉质黏土层上为基础持力层，则④粉土为其下卧层，采用旁压试验及其他勘察手段综合确定其地基承载力。旁压试验成果统计如表1所示；土的厚度、物理力学性质指标及承载力如表2所示；勘探孔平面布置图如图1所示。

表1 旁压试验成果统计表

2.5 天然地基分析与评价

（1）强度验算。第一，持力层强度验算。以2号楼为例，进行持力层强度验算，基础埋深为现地面下5.77m，基础持力层为③层粉质黏土，该层承载力特征值为280kPa，其持力层强度可按两种方法验算。按《高层建筑岩土工程勘察标准》（JGJ/T 72—2017）附录B中B.0.1计算承载力极限值，其承载力fu计算公式如下：

根据计算，可得fu=664kPa；fak=fu/K。取安全系数K=2.5，则fak=266kPa。

按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）第5.2.4条，深度修正公式如下：

可算得修正后地基承载力fa=349kPa。

按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）第5.2.5条计算地基承载力特征值，其计算公式如下：

表2 各层土的岩土工程指标

图1 勘探孔平面布置图

可算得fa=334kPa。2号楼基底压力设计值为313kPa，由此可知，以上两种计算方式计算的持力层强度均能满足要求。

第二，下卧层强度验算。以2号楼为例，进行下卧层强度验算。根据场地地层情况，该场地持力层在③层粉质黏土（fak=280kPa），下卧层为④粉土层（fak=260kPa）、⑤粉砂层（fak=250kPa），构成软弱下卧层，应进行下卧层强度验算。现对④粉土层、⑤粉砂层强度进行验算：按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）第5.2.4条及5.2.7-1条，其计算公式如下：

经计算：④粉土层pz=233.6kPa，pcz=95.5kPa，faz=367.8kPa； ⑤ 粉 砂 层pz=233.6kPa，pcz=109.4kPa，faz=445.2kPa；满足上式要求。

（2）地基均匀性评价。根据工程地质剖面图，拟建住宅地基持力层同属一个地貌单元及工程地质单元，分布稳定，工程特性均一；持力层底面坡度≤10%，持力层及其下卧层在基础宽度方向的厚度差值＜0.05b（b为基础宽度）；各钻孔地基变形计算深度范围内当量模量Esmax/Esmin（Esmax=15.19，Esmin=14.44）近似为 1.00，计算值小于不均匀系数界限值K。按《高层建筑岩土工程勘察标准》（JGJ/T 72—2017）表8.2.4，K值为1.77。因此，结论为均匀地基。

（3）沉降计算。以2号楼为例来计算，按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011），建筑基底面积按建筑边线每边各扩出1.0m计算，相应于准永久组合时基础底面处附加压力取P0=170kPa，采用如下公式计算对建筑物的角点进行沉降计算：

计算结果如表3所示。根据表3可知，拟建住宅整体倾斜值＜0.0025，平均沉降量及倾斜值均满足规范要求。

表3 拟建住宅天然地基沉降估算表

3 结论

高层建筑由于其上部竖向与水平荷载大，基础埋置较深，各工程地质条件又不相同，采用的基础方案各异。文章通过分析与探讨，明确了天然地基土的评价方法，评价采用天然地基的可能性，从其强度、均匀性、沉降等各方面进行评价。得出结论：在持力层的强度满足要求的情况下，从地基土均匀性及沉降方面计算其稳定性，在满足建筑安全的前提下，采用环保、经济、可操作性强的天然地基方案是合理可行的，值得推广。