高層建筑嵌巖樁基礎(chǔ)埋深設(shè)計(jì)問題的探討

劉文龍

【摘要】建筑工程的地基基礎(chǔ)對(duì)于整個(gè)建筑工程的結(jié)構(gòu)安全性具有十分重要的作用，基礎(chǔ)的選型和設(shè)計(jì)還會(huì)直接關(guān)系到整體工程的造價(jià)及工期。因此合理確定建筑工程的地基基礎(chǔ)尤為重要。文章結(jié)合工程實(shí)例重點(diǎn)探討了高層建筑嵌巖樁基礎(chǔ)埋深設(shè)計(jì)問題。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；嵌巖樁；基礎(chǔ)埋深；探討

一、高層建筑基礎(chǔ)埋深及結(jié)構(gòu)嵌固端概述

（一）基礎(chǔ)埋深及結(jié)構(gòu)嵌固端的概念

地基基礎(chǔ)的埋深主要是指室外設(shè)計(jì)地面到基礎(chǔ)底面的垂直距離，通常簡稱為基礎(chǔ)埋深。通常從室外地面的標(biāo)高開始計(jì)算，在填方整平的地區(qū)可以直接從填土地面的標(biāo)高開始計(jì)算，如果填土是在完成上部結(jié)構(gòu)施工之后進(jìn)行的，則應(yīng)該從天然地面的標(biāo)高算起。針對(duì)地下室，若采取的是箱形的基礎(chǔ)或者是筏形的基礎(chǔ)的時(shí)候，基礎(chǔ)的埋深就應(yīng)該從室外地面的標(biāo)高算起；若采取的是獨(dú)立基礎(chǔ)或者是條形基礎(chǔ)的時(shí)候，則應(yīng)該從室內(nèi)地面的標(biāo)高算起；天然的地基則從箱形基礎(chǔ)及筏形基礎(chǔ)的底板下皮高程算起；樁基從承臺(tái)的下皮高程算起；如果室內(nèi)的地坪不等高，則應(yīng)該從較低的一側(cè)開始計(jì)算。

嵌固端的定義，若按計(jì)算模型而言，是指除能承受軸力（N）、彎矩（M），剪力（V）之外，X方向水平位移（U），Y方向水平位移（（V）、豎向位移（ ）、轉(zhuǎn)角位移（e）均為零的部位；若按在地震作用下的屈服機(jī)制而言，就是預(yù)期塑性鉸出現(xiàn)的部位。

（二）合理確定及選取高層建筑基礎(chǔ)埋深及結(jié)構(gòu)嵌固端的重要意義

第一，合理確定高層基礎(chǔ)埋深的重要性：一是能夠確保地基的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)傾覆及滑移現(xiàn)象；二是能夠滿足地基的承載力及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求，有效降低地基的沉降量及不均勻沉降所導(dǎo)致的房屋整體傾斜；三是能夠防范建筑物在風(fēng)荷載及地震作用等水平作用影響下的傾斜和滑移；四是能夠降低地震的反應(yīng)。第二，合理選取高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的意義：一是高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端是上部結(jié)構(gòu)的底部嵌固部位；二是通過剛度和承載力調(diào)整，迫使塑性鉸在該預(yù)期部位出現(xiàn)，并能承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)在該處屈服超強(qiáng)引起的極限彎矩和出現(xiàn)塑性鉸時(shí)的最大剪力以及相應(yīng)的最大最小的軸向力；三是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選取合理的嵌固端對(duì)保證地基基礎(chǔ)的承載力、剛度和有足夠的抗滑移、抗轉(zhuǎn)動(dòng)能力，使整個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)成為一個(gè)穩(wěn)定的體系，防止產(chǎn)生過大的差異沉降和傾覆有重要作用。

二、工程實(shí)例

某工程項(xiàng)目擬建總建筑面積為79650平方米，其主要組成部分為四棟一類高層住宅，其中一號(hào)樓的的總建筑高度為79米，二號(hào)樓的總建筑高度為98.7米，建筑結(jié)構(gòu)全部采用的是框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。依據(jù)該建筑工程的整體使用功能及工程造價(jià)的具體要求，該建筑工程未設(shè)置地下室。該擬建工程項(xiàng)目位于山區(qū)附近，總體地勢(shì)呈現(xiàn)西高東低的趨勢(shì)，經(jīng)勘查，地勢(shì)高低最大差為6m左右。同時(shí)該施工場地地質(zhì)條件良好，適宜進(jìn)行建筑。

（一）地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1.基礎(chǔ)選型

根據(jù)地勘報(bào)告揭示地層分布特征及場地土的持力層底面坡度、持力層及其下臥層在基礎(chǔ)寬度方向上厚度的差值及土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、建筑的基礎(chǔ)型式，綜合判定建筑在天然地基條件下，地基屬不均勻地基。根據(jù)當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)及巖土工程條件，該工程選用嵌巖樁基礎(chǔ)。持力層選用場地內(nèi)連續(xù)分布的中風(fēng)化花崗巖，并做擴(kuò)底灌注樁。

2.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

（1）柱下單樁

本工程一、二號(hào)樓均采用框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)嵌固部位均為樁頂，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)均為三級(jí)。基礎(chǔ)采用嵌巖樁基礎(chǔ)，樁嵌入完整中風(fēng)化花崗巖層不小于一倍樁徑。樁基礎(chǔ)采用單柱單樁。

（2）樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)埋深的選定

由于本工程未設(shè)置地下室，本著安全、經(jīng)濟(jì)的原則，在盡量滿足規(guī)范要求的前提下將擬建建筑樁頂標(biāo)高適當(dāng)淺埋。

（3）可行性分析

第一，高層建筑要求一定埋置深度，埋置深度可從室外地坪算至基礎(chǔ)底。其主要目的是：其一，提高基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，防止基礎(chǔ)在水平風(fēng)力和水平地震作用下發(fā)生滑移和傾斜；其二，提高地基的承載力，減少基礎(chǔ)的沉降量；其三，增大地下室外墻的土壓力、摩擦力，限制基礎(chǔ)的傾斜，使基底下土反力的分布趨于平緩；其四，增大結(jié)構(gòu)阻尼，減少輸人加速度，減少底部地震剪力，減輕地震災(zāi)害影響。第二，據(jù)相關(guān)資料表明，地基基礎(chǔ)的埋深不是必須滿足1/15—1/18的要求，但應(yīng)滿足規(guī)范抗滑及抗傾覆穩(wěn)定的要求。尤其對(duì)于巖石地基，當(dāng)采取有效措施時(shí)，可適當(dāng)放寬基礎(chǔ)埋深要求。

（二）該工程基礎(chǔ)埋深設(shè)計(jì)

對(duì)于本工程，因建筑使用功能無地下室，若按《高規(guī)》要求，基礎(chǔ)埋置深度宜為房屋高度的1/18，對(duì)施工不便且不經(jīng)濟(jì)。綜合考慮本工程建筑物高度、體型、地基土質(zhì)、設(shè)防烈度等因素，并在采取有效措施的情況下，可適當(dāng)降低基礎(chǔ)埋置深度要求。主要依據(jù)如下：第一，本工程擬建場地內(nèi)及附近無不良地質(zhì)情況，場地穩(wěn)定；基礎(chǔ)持力層為完整中風(fēng)化巖層，地基承載力高，基礎(chǔ)變形小，不需要通過加大基礎(chǔ)埋深來提高地基的承載力和減少基礎(chǔ)的沉降量；第二，本工程設(shè)防烈度低（6度），場地條件好（II類場地，上部覆蓋層?。Y(jié)構(gòu)地震作用?。ǖ撞繕菍铀降卣鸺袅Σ捎萌斯ふ{(diào)整以達(dá)到規(guī)范樓層最小地震剪力系數(shù)值），基礎(chǔ)埋深對(duì)增大結(jié)構(gòu)阻尼，減少輸人加速度，減少地震剪力，減輕地震災(zāi)害的作用有限。第三，本工程結(jié)構(gòu)采用框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置合理，結(jié)構(gòu)抗傾覆彎矩遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)傾覆彎矩且基礎(chǔ)無零應(yīng)力區(qū)，結(jié)構(gòu)在水平荷載下能保持整體穩(wěn)定。

（三）抗滑移驗(yàn)算

1#樓：結(jié)構(gòu)總豎向恒荷載225700kN，結(jié)構(gòu)抗滑移力225700 x 0.40（軟質(zhì)巖石摩擦系數(shù)）=90280kN；均大于風(fēng)荷載底層剪力（X向2760KN ； Y向2240KN）及底層地震剪力（X向1553KN；Y向1609KN）。

1#樓結(jié)構(gòu)抗滑移滿足要求。

2#樓：結(jié)構(gòu)總豎向恒荷載362800kN，結(jié)構(gòu)抗滑移力362800 x 0.40（軟質(zhì)巖石摩擦系數(shù)）=145120kN，均大于風(fēng)荷載底層剪力（X向4700kN；Y向3500kN）及底層地震剪力（X向2500kN；Y向2500kN）。

2#樓結(jié)構(gòu)抗滑移滿足要求。

（四）注意事項(xiàng)

第一，對(duì)柱及墻和樁的連接節(jié)點(diǎn)位置依據(jù)一般結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，建議將基礎(chǔ)層直接按照結(jié)構(gòu)層進(jìn)行計(jì)算，依據(jù)計(jì)算的結(jié)果，對(duì)于樁頂下3倍樁徑且大于5米范圍之內(nèi)及基礎(chǔ)梁采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，例如可以采用加密箍筋的方法；第二，在室內(nèi)地坪的標(biāo)高為-5.9米位置增設(shè)剛性板，用于提高地基基礎(chǔ)的整體性，并確保其能有效傳遞水平荷載力。且剛性板的厚度不能低于120mm，板雙層雙向配筋率不得低于0.25%；第三，應(yīng)將建筑周邊的回填土密實(shí)回填，且分層夯實(shí)，確保每層回填土的厚度小于250mm，壓實(shí)的系數(shù)不低于0.94；第四，做好施工過程中的沉降觀測(cè)。第一層施工結(jié)束就觀測(cè)一次，后期沒施工完畢一層即觀測(cè)一層?？⒐ぶ竺磕暧^測(cè)4次，第二年觀測(cè)不得少于2次。后期則每年一次即可，待其沉降穩(wěn)定位置。觀測(cè)中若出現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理。

總之，地基基礎(chǔ)的選型及設(shè)計(jì)對(duì)于建筑工程的結(jié)構(gòu)安全發(fā)揮著十分重要的作用。文章結(jié)合工程實(shí)例，通過分析和計(jì)算，探討了高層建筑嵌巖樁基礎(chǔ)埋深設(shè)計(jì)問題，經(jīng)計(jì)算，該設(shè)計(jì)方案能夠?qū)嵃踩?、?jīng)濟(jì)且適用的目標(biāo)，希望能夠給予同類工程提供參考和借鑒。

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