試論高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計

■陶 武 ■江西省土木建筑設(shè)計院有限公司，江西 南昌 330038

高層建筑逐漸發(fā)展成為城市建設(shè)的主要內(nèi)容，因為它可以緩解城市用地問題，同時還緩解城市人口問題，成為了城市建筑物的極優(yōu)之選。但是，由于由于高層建筑自身的垂直高度大，層數(shù)多，重量較大，所以承受的荷載力所導致的傾斜力矩也會成倍的呈增長的勢頭，在這種情況下，就需要基礎(chǔ)具有較強的承載力，從而實現(xiàn)對沉降和傾斜的有效控制，使建筑具有更好的安全性和穩(wěn)定性。

1 高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計概述

當前在我國高層建筑基礎(chǔ)工程施工中，通常都會采用深樁基礎(chǔ)來進行施工，利用樁基礎(chǔ)進行施工，不僅施工較為簡單，而且樁基礎(chǔ)受力較為合理，可以使深部土層的承載能力充分的發(fā)揮出來。同時樁基礎(chǔ)與現(xiàn)代施工技術(shù)和材料實現(xiàn)了完美的結(jié)合，這有效的提高了樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的水平，使其在基礎(chǔ)工程中發(fā)揮著更好的性能。在進行高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計時，需要考慮的因素較多，其基礎(chǔ)的面積、承載力、內(nèi)力及配筋等的確走，需要進行相應的計算才能取得準確的數(shù)據(jù)，所以在計算過程中需要結(jié)合工程地質(zhì)勘察報告、上部結(jié)構(gòu)類型、需要承受的工作荷載效應、施工技術(shù)水平及材料等多個方面的因素，只有進行周全的考慮，才能確?；A(chǔ)設(shè)計時各項計算的準確性，確?；A(chǔ)的安全和穩(wěn)定。目前在基礎(chǔ)施工中通常會采用端承樁和摩擦樁，由于端承樁其樁底處于巖層和硬土層中，土層具有較好的非壓縮性，這樣就有效的避免了樁發(fā)生沉積，樁具有良好的承載力。而摩擦樁主要是依靠樁側(cè)摩擦阻力來承擔豎向荷載，而且樁底土層也會對豎向荷載具有一定的支承力，但由于底部支承的土層具有可壓縮性，所以樁基的沉降量還是會較大的。

在建筑基礎(chǔ)施工時利用樁基礎(chǔ)進行施工時，其受力方式有獨自受力和樁土共同受力兩種情況，其目的都是為了將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給地基。在基礎(chǔ)施工時，如果利用天然地基，則無法對建筑物不同部位下的土層厚度進行有效的控制，所以土層薄、厚及缺失情況都會存在，這樣在建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載下不可避免的會導致沉降的發(fā)生，但利用樁基礎(chǔ)作為基礎(chǔ)工程承載時，其承載力則會傳遞給下層的硬土層或是巖石層，能夠更好的實現(xiàn)對建筑物沉降量實現(xiàn)控制。

2 高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的依據(jù)和基本要求

2.1 高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本要求

高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本要求是要滿足建筑結(jié)構(gòu)的抗震性與穩(wěn)定性;滿足地基的牢固性，確保地基豎向的承載力和橫向抗滑移能力;注意地基土層壓力變形范圍和抗壓能力;還需要注意沉降指數(shù)等問題。

2.2 高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的主要依據(jù)

高層建筑的地基基礎(chǔ)設(shè)計受很多因素影響，需要同時滿足不同要素需求。地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本依據(jù)是地面土質(zhì)結(jié)構(gòu)和地下的巖土成分等;限制依據(jù)是地下室層數(shù)和建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對地基的壓迫程度;更高的設(shè)計依據(jù)是對于抗震等外部問題的的要求。

3 高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計應注意的問題

3.1 沉降縫的問題

由于地基不均勻沉降可能會引起建筑物各部分的破壞，因此需要設(shè)置一道垂直縫，即沉降縫。由于建筑建造時所處的土質(zhì)基礎(chǔ)各不相同，并且建筑物相鄰部分的荷載、高度和結(jié)構(gòu)形式差別較大，常會因為各部分不均勻的沉降而導致開裂或錯動，為有效防止此類問題，通常在差異處設(shè)置垂直縫隙，將建筑物分割成若干個獨立單元。但是，在實際工程效果中，沉降縫并不適用于高層建筑。因為高層建筑本身的結(jié)構(gòu)壓力會使逄筑地基基礎(chǔ)設(shè)計十分復雜，而沉降縫的設(shè)計會對地下室在土層中的嵌固作用產(chǎn)生一定的影響，產(chǎn)生額外的壓力負擔，不利于高層建筑的安全性與穩(wěn)定性，并且高層中沉降縫對于設(shè)備、安裝以及后期使用都會帶來不便，所以在高層建筑中，盡量不留沉降縫，而是用不同的基礎(chǔ)類型或采用不同的地基處理方式來協(xié)調(diào)不同地地基條件引起的沉降差異。

3.2 地基土與結(jié)構(gòu)的問題

把高層建筑、基礎(chǔ)和地基三者看成一個整體，并要滿足三者在接觸部位的變形協(xié)調(diào)條件，這就是高層建筑與地基基礎(chǔ)的共同作用。具體是指:地基與基礎(chǔ)里的剛性樁、柔性樁、半柔性樁等各類型樁共同承擔上部結(jié)構(gòu)荷載，兩者之間的荷載分擔比列是按照基礎(chǔ)變形協(xié)調(diào)條件確定的。從這里可以看出:共同作用概念具體運用表現(xiàn)在，用沉降控制來設(shè)計地基基礎(chǔ)。根據(jù)基礎(chǔ)沉陷量大小的控制要求，確定地基補強的程度和發(fā)揮原地基土承載力的程度，以此來進行地基處理或地基加固。

3.3 地下室底板受力問題

現(xiàn)代高層建筑通常會設(shè)置地下室。地下室底板受力問題是地基基礎(chǔ)設(shè)計時常要考慮的問題，許多設(shè)計人員在地下室底板計算中，只片面的考慮到底板的水浮力和活荷載。采用常規(guī)樁基礎(chǔ)時，會下意識的假定底板與土是脫離狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上，就算完全考慮底板底面以上的全部荷載，也不過是一種假定計算。研究表明，以側(cè)阻承受荷載為主的樁，由于實際情況下土與底板底部常有接觸的情況，使得底板承受荷載最大可達上部的24-30%，因此，這部分荷載也是底板計算時必須考慮。

3.4 樁端進入持力層的問題

(1)持力層通常應選擇巖石層或者較硬圖層，如果以d為樁徑，那么，強風化軟質(zhì)巖和砂土不宜小于1.5d;樁端進入持力層深度，對粘性土不宜小于2d;對于碎石土及強風化硬質(zhì)巖不宜小于ld旦不小于0.5m。(2)樁端進入中、微風化巖的嵌巖樁，通常情況下，樁全段面進入巖層的深度不宜小于0.5m，若嵌入未風化硬質(zhì)巖，嵌巖深度可根據(jù)具體情況做減少，但最好不小于0.2m。(3)如果場地中有液化土層，樁身必須穿過此類土層進入下方的穩(wěn)定土層，根據(jù)具體情況計算進入深度，對礫、粗中砂、密實粉土和堅硬粘性土不應小于0.5m，對其他非巖石土不宜小于1.5m。(4)當樁身進入膨脹土或者季節(jié)性凍土時，進入深度應通過抗拔穩(wěn)定性驗算確定，通常情況下，其深度不應小于4倍樁徑。

4 對高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的建議

高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計是建筑整體設(shè)計的重中之重，因此在進行設(shè)計的過程當中，作為設(shè)計人員我們需要從建筑整體來進行周全的考慮。在充分考慮與上部結(jié)構(gòu)關(guān)系的同時，我們還要做好各項假定情況，但很多時候在實際設(shè)計過程當中，設(shè)計人員通常都是先對基礎(chǔ)進行設(shè)計，而對上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計相對往后一些，所以，這就需要在對基礎(chǔ)進行設(shè)計時需要周全的考慮好相關(guān)的影響因素，并采取相關(guān)的對策，盡量避免或減少在設(shè)計過程中可能帶來的誤差，使結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的質(zhì)量能夠得以保障。

5 結(jié)束語

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項復雜的系統(tǒng)工程，作為設(shè)計工作者，在對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中不斷地創(chuàng)新，不斷地總結(jié)經(jīng)驗，考慮設(shè)計的各個因素，同時對基礎(chǔ)設(shè)計和施工提出更加嚴格的要求，這不僅由于基礎(chǔ)工程所占造價比重較大，同時還由于基礎(chǔ)工程質(zhì)量直接影響到建筑整體工程的質(zhì)量，進而決定著整個項目工程的投資效益，還事關(guān)人民生命、財產(chǎn)安全。

［1］張玉娣，劉強一.淺析房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基礎(chǔ)設(shè)計.黑龍江科技信息，2011(01).