高層建筑基礎工程的作用及發(fā)展概況

楊慧娟

【摘 要】由于建筑物高聳，豎向荷載大而集中，風荷載和地震作用引起的傾覆力矩成倍增長，因此對基礎的設計與施工提出了更高、更嚴的要求。因此基礎工程設計與施工對于高層建筑的穩(wěn)定性起著非常重要的作用，文章基于此主要探討了高層建筑基礎工程在整體施工中的重要性以及其發(fā)展概況。

【關鍵詞】高層建筑；基礎施工；建筑施工

0.引言

多數(shù)情況下多層房屋慣用的基礎形式、設計與施工方法，不能簡單地搬用于高層建筑，而必須在認識高層建筑地基基礎工作特性的基礎上選擇和創(chuàng)造與高層建筑特性及要求相適應的基礎形式、設計理論與設計方法。因此，本文主要對高層建筑中基礎工程的地位、現(xiàn)狀及進展進行了論述。

1.高層建筑中基礎工程的地位

基礎是高樓正常使用和穩(wěn)定與安全的根本。高層建筑基礎工程需要保證建筑物具足夠的穩(wěn)定性，同時要求基礎和地基具有足夠的剛度使沉降和傾斜控制在允許的范圍內。因此高層建筑基礎工程設計與施工的情況更復雜，難度更大，技術要求更高更嚴、責任更重。由于它的高、重、大、深的特征，一旦考慮不周或處理不當，將導致遠比一般多層房屋更為嚴重的不良后果。輕則產生難以糾正的過大沉降、傾斜和不均勻沉降，造成結構局部損壞或幾乎永久地影響使用功能和美觀；重則導致整個建筑的傾覆或破壞，造成比一般多層房屋大許多倍的經濟損失。例如，上海某賓館，地基為深厚軟土，采用振沖碎石樁加固地基，箱型基礎。由于這種加固方法在軟土中的設計理論尚不夠成熟，對施工質量與加固效果還缺乏完善的檢測手段，加之承包商施工管理不嚴，偷工減料，致使該建筑物建成后產生不能允許的沉降與傾斜，裙房局部擠壓損壞，不得不采取昂貴的地基加固措施。又如南美洲某大廈，設計時未查明地質情況，樁長不足，未達到堅硬土層，樁基承載力也不足，結果當結構施工到頂尚未裝修時便開始傾斜，幾天后，一夜之間整個大樓傾覆于地面。

很多高層建筑出問題的例子有力地說明了基礎工程的設計與施工質量乃高層建筑安全之所系，設計、施工人員必須給予極度重視。此外，高層建筑基礎工程的造價和施工工期在建筑總造價和總工期中所占的比例，與上部結構形式和層數(shù)、基礎結構形式、樁型以及地質復雜程度和環(huán)境條件等因素有關。除了鋼結構和直接建造在基巖上的淺基礎以及巖層埋藏很淺的樁基礎以外，就鋼筋混凝土結構和一般地質條件而言，采用箱形基礎或筏基的高層建筑，其基礎工程（包括基坑支護與開挖施工）的費用約占建筑總造價的1/10-1/5，相應的施工工期約占建筑總工期的1/5-1/4，因此在高層建筑中，基礎工程設計與施工的合理與否對整個高層建筑工程總造價與總工期的影響是很顯著的?？蓪⒏邔咏ㄖ谢A工程的地位概括成兩句話：基礎工程的設計與施工是高層建筑正常使用與穩(wěn)定安全的根本，其造價與工期對高層建筑總造價與總工期有舉足輕重的影響。

2.高層建筑基礎施工發(fā)展現(xiàn)狀

高層建筑是隨著社會的經濟發(fā)展與技術進步而發(fā)展起來的，而高層建筑基礎工程則是隨著現(xiàn)代高層建筑的大量興起和設計理論研究的發(fā)展而產生的新興科學。我國現(xiàn)代高層建筑是從20世紀70年代后期，隨著改革開放和大規(guī)模的現(xiàn)代化建設的推進而迅速興起的。在短短30多年的時間，千百幢各種類型的高層建筑在各大中城市中迅速地興起。我國地域遼闊，各地區(qū)的地質條件差別極大、地震區(qū)覆蓋面又很廣，因而各地高層建筑的基礎形式多種多樣。有采用筏形基礎、箱形基礎及少數(shù)條形基礎的，也有采用大直徑嵌巖樁、中長混凝土預制樁和超長鋼管樁的。建造在良好地基上采用筏（或箱）形基礎的高層建筑已達52層170米（廣東國際大廈）和67層190米以上（北京京城大廈）；建造在深厚高壓縮性軟層土地基上的箱形基礎高層建筑達到14層41.6米（上海陸家宅高層住宅）。

近30余年來高層建筑在我國各地迅速發(fā)展的事實有力地說明，我國工程技術人員成功地解決了廣大地域內各種地質條件下高層建筑基礎工程的設計與施工問題，積累了豐富的經驗。無論是設計理論還是試驗研究，都有長足的進步，取得了豐碩的成果。

近20年來在我國召開了多次有關高層建筑的國際會議。在全國性高層建筑學術會議上，基礎工程總是討論的重要議題之一，高層建筑基礎工程的設計與施工問題也往往是人們最關注的熱門話題，有關這方面的理論與試驗觀測的研究成果，以及新技術成果的報導從未間斷過，顯示出高層建筑基礎工程是一個非常活躍的技術領域。

這些經驗與成果已陸續(xù)反映到《建筑地基基礎設計規(guī)范》《建筑樁基技術規(guī)范》和各地區(qū)的地基基礎設計規(guī)范中，表明我國在高層建筑基礎的設計與施工方面已逐步形成整套的理論與經驗，并在今后將繼續(xù)不斷地發(fā)展。

3.高層建筑基礎設計的進展

地基基礎上部結構相互作用，即地基、基礎和上部結構三者實際上是相互聯(lián)系成靜力平衡、變形連續(xù)協(xié)調、彼此不可分離的整體系統(tǒng)來承擔荷載而發(fā)生變形的，在這個整體系統(tǒng)中每一部分的剛度均對自身及其他部分的工作性狀產生影響，每一部分的工作性狀都是自身及其他部分（三者）共同作用的結果。高層建筑基礎工程也是如此，它在上部結構荷載作用及上部結構剛度和地基壓縮性及均勻性等因素影響下的力學性狀（例如它的變形撓曲特征、基底反力和截面內力分布等）都與地基、基礎及上部結構的相對剛度特征有關。

高層建筑基礎的分析與設計不能不研究這個整體系統(tǒng)的共同作用性狀并進行計算分析。共同作用分析就是把上部結構、基礎和地基看成是一個彼此協(xié)調工作的整體，在連接點和接觸點上同時滿足靜力平衡和變形協(xié)調條件下求解整個系統(tǒng)的變形與內力。只有這樣才能揭示它們在外荷作用下相互制約、彼此影響的內在聯(lián)系，從而達到安全、經濟、合理和先進的設計目的。

整體共同作用分析是相當復雜的，這意味著不但要建立能正確反映結構剛度影響的分析理論與有效的計算方法，而且還要研究選用能合理反映土的變形特性的地基計算模型及其參數(shù)。而且整體共同作用分析是一個高維與無窮維的超靜定問題，只有在計算機技術與數(shù)值分析方法的迅、應變關系研究不斷深入的當代，共同作用的分析研究才能得以開展受到重視。

4.結論

利用共同作用理論可根本上提高和改善高層建筑基礎設計的水平與質量，取得比以往設計更大的經濟效果。有效地利用上部結構的剛度，使基礎的結構尺寸減小到最小程度。把上部結構與基礎作為一個整體來考慮，箱形基礎高度可大為減?。划斏喜拷Y構為剪力墻體系時，有可能將箱基改為筏基。在一定的地質條件下，考慮樁間土的承載作用，得以加大樁距、減少樁數(shù)，合理布樁、減少基礎差異沉降及內力，從而在整體上降低基礎工程的造價。 [科]

【參考文獻】

[1]咸大慶.基礎工程事故的主要原因剖析[J].巖土工程界，2004，（4）.

[2]田德武.地基基礎工程事故分析[J].大眾科技，2006，（5）.

[3]徐海航.建筑結構地基與基礎工程缺陷事故的分析與預防[J].內蒙古科技與經濟，2006，（7）.

[4]田允壽，吳義梅.工程事故實例剖析[J].工業(yè)建筑，1993，（7）.

[5]王雷，劉芳.地基基礎工程事故分析[J].民營科技，2009，（4）.