沿海城市特殊地理環(huán)境下的高層建筑基礎(chǔ)選型與優(yōu)化研究

趙祖兒

1.沿海地區(qū)地質(zhì)情況

1.1 工程地質(zhì)條件

地塊是否適用于工程建設(shè)取決于工程地質(zhì)情況。在沿海地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，必須考慮工程地質(zhì)情況，以此確保工程質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性。例如軟土、鹽漬土以及飽和易液化砂性土等地質(zhì)往往影響工程建設(shè)。

（1）軟土厚度對(duì)工程建設(shè)影響較大，尤其是在沿海地區(qū)施工時(shí)。然而各沿海地區(qū)具有不同的軟土空間布局，頂板埋深范圍在3m～30m。

（2）除軟土厚度影響外，砂土液化是影響工程地質(zhì)另一重要因素，因具有海積作用，沿海城市大多都會(huì)產(chǎn)生砂層，其中淺砂土分布區(qū)的地震液化是其重難點(diǎn)[1]。

1.2 水文地質(zhì)條件

（1）地下潛水位埋深會(huì)對(duì)建筑施工產(chǎn)生影響，特別是影響地下工程建設(shè)施工。沿海城市地勢(shì)平坦，根據(jù)2012 年～2015年潛水位埋深等值線綜合分析可知，沿海地區(qū)潛水位埋深大多在1m～2m。

（2）水體和土壤的腐蝕性較為嚴(yán)重。由于沿海城市水體和土壤含鹽量較大，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有一定腐蝕性，是工程建設(shè)的一大難點(diǎn)。

1.3 地質(zhì)災(zāi)害

（1）突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害不利于土地開(kāi)發(fā)利用，而沿海城市重大突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害不多，主要是以崩塌、滑坡、地面塌陷等中低災(zāi)害為主。

（2）當(dāng)前，地面沉降是人為影響地質(zhì)一大影響因素，地下水過(guò)度使用會(huì)導(dǎo)致地面沉降次數(shù)增多，而通過(guò)InSAR 影像分析，在控采、限采情況下，2015 年沿海地區(qū)的沉降平均值在20mm 以內(nèi)。

2.沿海地區(qū)高層建筑基礎(chǔ)的主要類(lèi)型

2.1 天然地基筏板基礎(chǔ)

天然地基筏板基礎(chǔ)主要是由底板和梁等構(gòu)成。其建筑工程負(fù)重大，地基承受力低，常用混凝土底板筏板，因其承受建筑工程載荷，加上筏基作用，其總體性表現(xiàn)優(yōu)良，可較好抵抗地基沉降不均勻所帶來(lái)的影響，此基礎(chǔ)較為符合沿海地區(qū)地質(zhì)特征[2]。筏板基礎(chǔ)構(gòu)造主要采取倒置鋼筋混凝土完成施工建設(shè)，其類(lèi)型主要有整體式與平板式兩類(lèi)。其中平板式筏板基礎(chǔ)是由0.5m～1.5m 厚度范圍的鋼筋混凝土平板組成。

2.2 樁基礎(chǔ)

若擬建地表淺土層未達(dá)到工程地基承載力及變形標(biāo)準(zhǔn)，并且難以科學(xué)處理地基時(shí)，可利用地下堅(jiān)硬土體或巖體作為持力層，從而具備深基礎(chǔ)。而樁基礎(chǔ)作為一種重要的深基礎(chǔ)，其使用范圍主要包括高層建筑無(wú)大沉降和不勻沉降的地基或其他重要建筑項(xiàng)目、大型工業(yè)廠房等。樁基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)主要是承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、沉降程度小等，既能夠承受一定的水平力與上拔力，同時(shí)又是抗地震液化的一大關(guān)鍵措施，適合機(jī)械化作業(yè)，還可在多種復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中施工。當(dāng)沿海城市地基地表層軟，但樁基能抵達(dá)深處的堅(jiān)硬地層，此時(shí)最適合使用樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)作為一項(xiàng)地下隱蔽工程，出現(xiàn)問(wèn)題對(duì)施工影響較大，例如灌注樁施工常會(huì)出現(xiàn)縮頸、斷樁等問(wèn)題，嚴(yán)重影響樁基性能的發(fā)揮，從而增加建筑工程安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，需要把好樁基設(shè)計(jì)關(guān)，保證工程建設(shè)質(zhì)量。此外，樁基礎(chǔ)造價(jià)較天然地基筏板基礎(chǔ)更高。

2.3 樁筏基礎(chǔ)

若沿海城市因地質(zhì)情況受限，單樁承載力小，并且要全區(qū)域或局部滿堂布樁才能夠達(dá)到建筑載荷支撐要求，通常將使用整塊鋼筋混凝土板將柱墻集中荷載合理布樁的方式[3]，稱(chēng)為樁筏基礎(chǔ)，使用在軟地基上的筒體和框剪等結(jié)構(gòu)上，利用高層建筑的剛度強(qiáng)硬來(lái)彌補(bǔ)基礎(chǔ)剛度的不足。

3.建筑地基基礎(chǔ)的合理選型與優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 常用的地基處理方法

工程地質(zhì)條件好可降低工程基礎(chǔ)造價(jià)，反之會(huì)因工程擬建地地質(zhì)條件不佳造成造價(jià)增加。具體來(lái)講，工程地基承載力達(dá)不到工程地表以上結(jié)構(gòu)傳遞荷載要求時(shí)，必須進(jìn)行工程區(qū)域軟弱地基加強(qiáng)處理。從實(shí)際工程情況出發(fā)，主要從地質(zhì)環(huán)境、工程性質(zhì)、荷載要求等方面進(jìn)行具體分析，并因地制宜選擇合適方式，使用當(dāng)?shù)亟ú馁Y源，以此最優(yōu)化處置工程擬建地的地基。

一般來(lái)講，低層建筑工程遇軟土地基時(shí)，經(jīng)適當(dāng)處理后，大部分地基能達(dá)到工程基礎(chǔ)要求。然而高層建筑對(duì)地基基礎(chǔ)要求更高，需處理好建筑荷載規(guī)定、工程地質(zhì)、附近環(huán)境條件等之間的關(guān)系。目前地基處理方式有換填墊層法、強(qiáng)夯法、復(fù)合地基法等。

（1）換填墊層法主要是針對(duì)淺層軟土或不均勻土層的地基。換填墊層厚度要按軟土深度和下臥土層承載力來(lái)定，換填深度通常在3m 以內(nèi)。墊層材料要在擬建地的材料資源中選取適合的、性能優(yōu)良的透水材料。經(jīng)處理后的墊層承載力取決于靜載荷試驗(yàn)結(jié)果。

（2）強(qiáng)夯法地基處理主要使用碎石土、填土、砂土。在施工環(huán)境允許情況下，若填土不深，可用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理。進(jìn)行強(qiáng)夯之前，需在施工場(chǎng)地找出一塊典型場(chǎng)地，選為試夯地，通過(guò)結(jié)果分析，以此明確有效加固厚度、適合性及處理效果。經(jīng)過(guò)處理后的地基要通過(guò)靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)，同時(shí)利用動(dòng)力觸探方法對(duì)地基均勻性進(jìn)行檢查[4]。

（3）復(fù)合地基處理是常用的一種方式，當(dāng)前我們處在一個(gè)工程技術(shù)快速發(fā)展及工程材料研發(fā)加快的大環(huán)境下，以前使用的工程材料難以適用于當(dāng)前發(fā)展，例如水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基就在多地?zé)o法開(kāi)展，主要是由于缺乏粉煤灰原料，現(xiàn)已轉(zhuǎn)為素混凝土樁復(fù)合地基。通常認(rèn)為樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)不應(yīng)大于20m，但在工程施工工藝不斷提升，攪拌樁建設(shè)深度可達(dá)50m。在此設(shè)計(jì)中，巖土參數(shù)選取應(yīng)根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定實(shí)施。相關(guān)參數(shù)設(shè)定直接影響到地基處理效果，參數(shù)設(shè)定不同將影響地基造價(jià)不同，需科學(xué)選取參數(shù)。

3.2 建筑基礎(chǔ)的合理選型

合理的基礎(chǔ)選取會(huì)影響工程效益，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需考慮工程地質(zhì)情況，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的工程基礎(chǔ)。當(dāng)前，地質(zhì)勘查工作雖具有較好成效，但仍未明確應(yīng)用地基承載力規(guī)定，針對(duì)工程基礎(chǔ)施工并不能以地質(zhì)勘查報(bào)告中的承載力數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，需要使用實(shí)際的地基承載力數(shù)值，再據(jù)此進(jìn)行設(shè)計(jì)，即最大強(qiáng)度控制值，以此保證設(shè)計(jì)精準(zhǔn)，讓設(shè)計(jì)人員能對(duì)地基變形及沉降等問(wèn)題有充足思考時(shí)間，將設(shè)計(jì)做到最優(yōu)化。為了有效保證建筑基礎(chǔ)安全穩(wěn)定，一定要分析出問(wèn)題產(chǎn)生的原因，對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行事先防預(yù)，再進(jìn)行施工，優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，提升工程利潤(rùn)。此外，在控制地基變形過(guò)程中，要對(duì)在使用的建筑物條件及建筑上部詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，要超過(guò)地基土地的壓縮量、上部分結(jié)構(gòu)剛度與工程基礎(chǔ)。

3.3 運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段

為了保證工作人員人身安全，必須設(shè)計(jì)出安全系數(shù)最高的地基基礎(chǔ)，必須在地基設(shè)計(jì)方案中增加高質(zhì)量高水平的施工技術(shù)，融入現(xiàn)代科技，從而達(dá)到改進(jìn)傳統(tǒng)技術(shù)、增強(qiáng)技術(shù)先進(jìn)性的目的。同時(shí)，在后期各個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中，要針對(duì)建設(shè)工程差異，結(jié)合工程實(shí)際用途進(jìn)行地基設(shè)計(jì)與優(yōu)化，在設(shè)計(jì)中運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)。例如，在超高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上，可選用加厚平板式板筏板，并將較厚核心筒等基礎(chǔ)作為備選；此外，針對(duì)具有酒店用途的工程項(xiàng)目可選擇梁板式筏板，以此為基礎(chǔ)，經(jīng)多次復(fù)核與分析其中的沉降及內(nèi)力情況。為了增強(qiáng)施工安全性，設(shè)計(jì)中需要降低基礎(chǔ)板底的沉降縫，同時(shí)綜合使用相關(guān)止水措施。另外，設(shè)計(jì)方案優(yōu)化效果顯著，還要把科研成果有效轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，如使用化學(xué)加固防范，通過(guò)使用必要化學(xué)漿液與之對(duì)應(yīng)的膠結(jié)劑，并且利用外界壓力與電滲透形式融入地基混凝土中，或?qū)⑹┕び猛僚c之混合使用，不僅能提升地基土層力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，還能優(yōu)化提升其物理性能。

3.4 健全與完善相關(guān)制度

在設(shè)計(jì)優(yōu)化地質(zhì)勘查中，一方面要加強(qiáng)政府部門(mén)監(jiān)管，另一方面要提高施工單位思想認(rèn)識(shí)，要以高度責(zé)任感、有效措施來(lái)保證施工人員施工各環(huán)節(jié)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行施工，要建立健全規(guī)章制度，遇到部分企業(yè)違反規(guī)范要實(shí)行頂格處罰，尤其是那些通過(guò)不斷降低勘查成本來(lái)提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的施工單位，既需強(qiáng)化教育引導(dǎo)，也需嚴(yán)厲處罰，要讓他們充分認(rèn)識(shí)到地質(zhì)勘查工作的重要性，同時(shí)還需對(duì)部分表現(xiàn)良好的施工單位進(jìn)行物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)與精神獎(jiǎng)勵(lì)，將其樹(shù)立為行業(yè)組織榜樣，提升建設(shè)方公司形象。優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要多和地質(zhì)勘查人員進(jìn)行溝通交流，在雙方不斷商討中，明確后期工作方向。除此之外，對(duì)條件有限的施工單位，要堅(jiān)持同一施工理念，分別進(jìn)行工程設(shè)計(jì)以及工程勘察。同時(shí)，應(yīng)充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，從而保證設(shè)計(jì)方案可行性與可操作性。在工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要更深入地踐行環(huán)保理念，積極配合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的大方針、大方向，對(duì)工程擬建地周邊自然環(huán)境盡可能降低破壞，努力做到環(huán)境和諧統(tǒng)一。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基礎(chǔ)工程事關(guān)建筑整體穩(wěn)定及安全，務(wù)必精選和設(shè)計(jì)工程基礎(chǔ)，充分掌握工程地質(zhì)情況，全力提升工程基礎(chǔ)安全性、穩(wěn)定性。同時(shí)，還需要在工程地基設(shè)計(jì)過(guò)程中，綜合分析，運(yùn)用多種地基處理技術(shù)，從建筑地質(zhì)實(shí)際情況出發(fā)，以最大地基承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理，不斷提升工程整體質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。