高層建筑地基基礎設計的問題探討

文/高斌 山東同圓設計集團有限公司 山東濟南 250101

高層建筑的地基基礎的設計包含著兩方面的工作，一是地基的設計；二是基礎的設計。隨著建筑先進設計技術(shù)在工程中的廣泛應用，高層建筑的地基基礎設計工作已經(jīng)取得了很大的突破，但是由于很多設計人員簡單地把地基基礎設計理解為建筑上部結(jié)構(gòu)的地下部分，造成了設計工作中的許多不足之處，從而給地基基礎的施工埋下安全隱患。針對高層建筑地基基礎設計過程中的一些常見的問題，本文進行了簡要的分析，并就相關的問題的解決提供了建議。

1、高層建筑地基基礎設計常見的問題

1.1 高層建筑地基基礎剛度和荷載的關系

在高層建筑設計中，地基基礎設計是整個建筑設計過程中的關鍵環(huán)節(jié)，地基基礎的設計對于整個建筑物的外觀結(jié)構(gòu)和整體穩(wěn)定性起著非常重要的作用。地基基礎的剛度和荷載兩者之間是互相制約和相互協(xié)調(diào)的關系，兩者缺一不可。然而，在高層建筑設計過程中，一些建筑設計人員總是把剛度放在次要的位置，并要求剛度一定要服從建筑的荷載，完全以荷載決定剛度的思維來設計地基基礎，這就完全割裂了剛度和荷載的完整性，從而忽略了建筑設計相關的力學規(guī)律，破壞了力的平衡，片面地追求剛度和荷載單一因素滿足地基基礎設計的要求，這樣做的后果就是給高層建筑工程質(zhì)量帶來了無窮的質(zhì)量隱患以及一些不安全因素。眾所周知，任何高層建筑地基基礎設計方案，都會對建筑上部的結(jié)構(gòu)設計產(chǎn)生直接影響，只有地基基礎設計滿足剛度和荷載的要求，才能保障上層建筑的安全施工。但是在實際的工程當中，少數(shù)建筑設計人員，片面地追求建筑的美觀、新穎性，從而開始標新立異，一味地強調(diào)建筑設計的自由度，從而給地基基礎的設計工作帶來很大的困難，作為高層建筑的基礎部分，地基本身需要承受巨大的建筑荷載和活載、水平力、地震力等多種荷載的綜合作用。一旦建筑設計人員在進行地基基礎設計工作時，沒有地基基礎基本的結(jié)構(gòu)技術(shù)原理和相關的結(jié)構(gòu)受力特征，設計出來的地基結(jié)構(gòu)就會存在不穩(wěn)定的問題，兼顧不了剛度和荷載的統(tǒng)一，例如將高層建筑地基基礎截面設計成為三角形，那么地基的抗彎矩力就要比圓形截面、矩形、多邊形截面小許多；此外，有些建筑設計人員缺少地基結(jié)構(gòu)力學的基本理論知識，在設計地基基礎時，很多時候就忽視了結(jié)構(gòu)力學的基本規(guī)律，造成地基基礎剛度中心與荷載中心偏離太大，從而造成地基結(jié)構(gòu)偏正。在地基設計過程中，結(jié)構(gòu)剛度和荷載兩者密切相關，特別是在高層建筑地基設計中，由于地基荷載是以垂直荷載為主要荷載參數(shù)，因此，地基結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)設計就要考慮最有利于抗地震和抗風載的設計要求，地基基礎結(jié)構(gòu)的截面尺寸必須要同時滿足剛度和荷載的要求[1]。

1.2 高層建筑地基基礎地質(zhì)勘測存在的問題

目前，在高層建筑地質(zhì)勘測過程中，地質(zhì)勘測工作主要是根據(jù)大量的實踐經(jīng)驗來進行的，從而沒有對高層建筑施工現(xiàn)場地質(zhì)條件的勘測分析，這樣就沒有辦法對現(xiàn)場地質(zhì)條件信息進行準確掌握。在地基基礎設計的過程中如果缺少了地質(zhì)勘測的依據(jù)，后續(xù)的設計工作就無法準確有序地進行下去。在長期的高層建筑建設過程中，有時候?qū)こ态F(xiàn)場的地質(zhì)勘測工作進行了大量的工作，卻忽視了施工現(xiàn)場的刷邊情況，從而沒有進一步對施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件做必要的勘測工作，造成地質(zhì)勘測工作缺乏地區(qū)因素，對以后的施工工作增加了難度。在實際的高層建筑工程地質(zhì)勘測過程中，仍然存在著一下不足的地方：高層建筑施工現(xiàn)場的地質(zhì)勘測缺少應有的鶯視、相關的地質(zhì)勘測經(jīng)驗不足、過于教條化地依賴相關的勘測規(guī)定而不會靈活運用、生搬硬套其他工程經(jīng)驗和結(jié)論等等。這些地質(zhì)勘測工作中存在的不足，極大地影響著的工程設計的安全性，從而地基基礎的施工質(zhì)量埋下安全隱患。此外，在國家相關的規(guī)程規(guī)范中都對地質(zhì)勘探工作都有較為詳細的規(guī)定，比如勘測的間距、數(shù)量，然而在實際的地質(zhì)勘測中，不按照規(guī)范進行勘測的現(xiàn)象卻比較普遍，從而造成孔距過大等不規(guī)范的操作；某些地質(zhì)勘察單位取得地質(zhì)樣本后，并沒有及時地封蠟標識并進行樣本送檢處理；并且在選擇地質(zhì)勘測巖土數(shù)量時，常常忽略地基的土壤狀態(tài)，盲目地追求達到工期要求，對取樣應滿足的均勻性和代表性要求完全不管不顧。不規(guī)范操作的地質(zhì)勘測對后續(xù)高層建筑地基基礎設計工作的不良影響是顯而易見的[2]。

1.3 高層建筑地基基礎計算及方案選型存在的問題

在高層建筑地基基礎計算過程中，很多設計人員完全不按照國家及行業(yè)規(guī)程規(guī)范規(guī)定的條款進行相關設計參數(shù)和設計裕量的選取，一味地憑借自身的設計經(jīng)驗，特別是設計單位作為總承包商時，為了減少建筑的建設成本，設計參數(shù)的裕量就會取得過低，這樣就會使得地基基礎的剛度和荷載達不到相關的標準要求，從而危害整棟建筑的安全施工。在對設計方案進行選型時，有些設計人員往往會摒棄已有的計算結(jié)果，完全參考以往的工程案例強行運用到現(xiàn)有的工程當中，從而影響整個建筑工程的施工質(zhì)量。

2、高層建筑地基基礎設計中的一些建議

針對上述高層建筑地基基礎設計中常見的一些問題，提出以下建議：當高層建筑的地基承載力過大時，建議基礎應考慮抗剪承載力，并且在抗剪驗算時應該注意考慮地基截面高度的影響系數(shù)，還應該有一定的設計裕度；在地質(zhì)勘測過程中，地質(zhì)探孔深度應能滿足下臥層驗算的相關要求，在預計勘探孔深度內(nèi)遇到堅實巖土時，可以適當?shù)販p小；當?shù)鼗A的強度基本滿足要求或強度不是問題，而荷載難于達到相關要求時，就可以采用復合地基方案；在地基基礎設計的過程中，要嚴格按照相應的規(guī)程規(guī)范進行計算，并且依據(jù)相關的計算結(jié)果選擇經(jīng)濟高效的施工方案。

結(jié)語：

高層建筑地基基礎設計過程中會遇到各種各樣的問題，如果能夠以科學的設計方法去進行計算和方案選型，就能夠規(guī)避很多問題，本文綜合闡述了地基基礎施工過程中常見的一些問題，并就相應的問題提出了合理化的建議，希望能為地基基礎的設計工作提供一定的理論知識和借鑒意義。