高层建筑基础设计中的几个问题分析

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摘要：高层建筑是现在城市化的过程中为节约城市用地最主要的建筑形式，在高层建筑基础设计中有几个需要注意的问题本了简单的分析。

关键词：高层建筑；基础设计；地基

The high-rise building is now in the process of urbanization to save the main city land form of construction, in the high-rise building foundation design has a few problems that should be paid attention to this article make a brief analysis.

Keywords: high building; The foundation design; foundation

中图分类号：TU97文献标识码：A 文章编号：

随着我国经济的高速发展，高层建筑在我国的工程建设中也越来越普遍，而高层建筑基础作为高层建筑结构体系的一个重要组成部分，也日益被业内人士所重视。在进行地基基础设计时除了保证基础本身应具有足够的强度和刚度外，还应考虑地基的强度、稳定性及变形的要求，为使基础设计更合理，应综合考虑上部结构、基础和地基的共同作用。

1.基础型式和桩型选择

高层建筑竖向荷载大而集中重心高倾斜敏感在风和地震水平荷载作用下产生巨大的倾覆力矩因此对基础的承载力稳定性和差异沉降要求很高在软弱地基上只有浅层土质较好周围环境影响小房屋刚度较大的情况下可以采用补偿式箱形基础而对荷载较大的建筑采用天然地基上的浅基础如筏基箱基往往也难以满足上述要求而桩基础以其巨大的承载力潜力和抵御复杂荷载的能力以及对各种地基条件的适应性成为软弱地基上高层建筑的最主要基础型式主要形式有桩柱基础、桩梁基础、桩墙基础、桩筏基础、桩箱基础，而以桩箱基础、桩筏基础是为常用布桩的方式常有满堂布桩和沿轴线布桩桩型常用预制钢筋砼桩和钻(冲)孔灌注桩及钢管桩。

高层建筑在设置地下室时一般采用桩筏基础、筏板基础、箱形基础等，采用那种基础形式应该是基础设计考虑的首要问题，在具体的设计工作中可按以下步骤进行。首先，详细阅读该工程建设场地的岩土工程勘察报告，根据场地的地层分布及各层地基承载力特征值确定明确的持力层；其次根据持力层的位置及建筑专业确定的上部结构类型、层数、地下室层高初步选定基础形式，并核查是否满足该种基础形式的基本要求：如最小桩长的要求、基础埋深的要求；最后根据上部结构的荷载及地基承载力特征值进行基础估算，同时要考虑持力层下是否有软弱下卧层、基础施工的工艺方法、邻近建筑物基础的影响等，以保证基础形式的选择是最佳选择，避免给以后设计带来不必要的返工。以下实际工作中一些高层建筑的基础形式列表。其中，新城国际2号楼，原建筑方案地下1层，地下室层高为4.2m，地上11层，房屋高度32.45m，框架剪力墙结构。根据该场地的岩土工程勘察报告，卵石层埋深8.5m，地下水位埋深8.1m，基础设计时若选择桩基础则桩长与桩径比不满足规范的要求，且受地下水的影响卵石层下继续下挖特别容易塌挖方，若选择筏板基础则地下层高过高，经多方面经济比较并与建设单位沟通后将地下室层数改为2层设置，基础采用筏板基础。由此可见，基础形式的选择需综合考虑各方面的因素，方能事半功倍。

表1 高层建筑基础形式表

2. 主裙楼沉降差的处理

主楼部分与裙楼部分层数相差较远，荷载与刚度悬殊，基础沉降量不同。对主裙楼沉降差的处理，其措施一般可分为三种:一是当基础沉降量不大时，可通过加强上部结构，抵抗不均匀沉降引起的结构内力，保证结构的安全性，即“抗”的方法。二是当具备一定的条件时，采用“调”的方法，如采用桩基础，利用桩长、桩径及桩型的不同，将沉降差调节到结构允许的范围内。三是设缝将两者基础分开，使沉降差不引起结构内力，这种缝分为永久性的和临时性的，即沉降缝和后浇带。这种方法可称为“导””的方法。具体到大同福寓苑高层综合楼，由于主楼部分与裙楼部分层数相差较远(20层；4层)，显然采用“抗”或“调”的方法，既不经济又无必要。“导”的方法目前在民用建筑设计中比较常用，可设沉降缝将两者基础分开，以避免差异沉降对上部结构的影响。但由于主楼三面临空，主楼与裙楼基础埋深相同，主楼部分没有测限来形成嵌固，造成其有效埋深实际上为零。针对这一情况，现行的《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》也作出了明确规定：埋置深度，采用天然地基时可不小于建筑高度的1/2，这样，高层建筑物在地震和风力作用下的稳定性不能得到保证。换句话说，如果主楼部分与裙楼部分之间设置沉降缝，该建筑物的安全性将不能满足。另一种方法便是在主楼和裙楼之间在施工过程中留出后浇带，施工后期沉降稳定后，浇混凝土将其连为整体。这样，在建筑物使用过程中，主楼和裙楼作为一体工作，使建筑物稳定性得到保证。但这一方法又受到了施工进度的限制，由于业主提出分期施工分期使用的方案，首先施工至4层，投入使用，主楼尚有16层要留等几年后来完成。这样，后浇带又遇到了困难。在设计过程中，针对上述问题，将沉降缝和后浇带相结合，对普通的后浇带作法做出了适当的改进:在后浇带两侧设置两排结构柱，预留后浇带，将后浇带的宽度由常规的800mm缩小为500mm，使两部分分别构成独立的结构体系，在先期使用过程中采用临时设施，使其不影响正常使用，待主楼完工一定时期后，将临时设施拆除，再浇混凝土将其连为整体。这样，在不提高工程造价的基础上，对主裙楼之间的沉降差做出了合理的处理。在设计中，采取了模拟施工过程的分阶段设计(见表2)。

表2 模拟施工过程的分阶段设计

3. 桩与承台的荷载分担问题

桩的刺入变形与桩间土的压缩变形经历着一个反复循环协调的过程桩与承台的荷载分担问题的实质是桩群与承台和土体的共同作用问题影响桩与承台荷载分担主要因素是桩距桩长桩间土的压缩性桩端持力层的刚度荷载承台刚度和底面积摩擦桩承台的分担比例随着桩距增大而上升随着桩长的增加而下降承台底部桩间土软弱承台分担比例越低承台底有硬土层时即使下面桩间土很软弱承台亦有一定分担作用桩端持力层刚度提高时承台分担比例下降荷载水平提高时承台亦有一定分担作用桩端持力层刚度提高时承台分担比例下降荷载水平提高承台分担比提高承台刚度及底面积对承台分担比的影响轻微。

需要说明的是，考虑桩同作用的前提是该种桩必须是摩擦桩或以摩擦为主的摩擦支承桩，桩基本身有一定沉降。端承桩不能考虑桩同作用。如上海地区在一般情况下按7∶3取值，即桩承担荷载70%，地基土(承台)承担荷载30%，但地基土承受的荷载不宜超过40 kPa，要求控制建筑物沉降时，桩尖应进入较好的土层，与此同时，应对桩基的强度和沉降进行验算。对于桩与承台的荷载分担固定一个比例显然是不合理的，应按具体情况具体分析。

4.基础施工及设计过程控制

4.1设计修正

灰岩地区建筑物的基础设计，施工配合也是关键环节，设计需结合现场施工情况对基础设计进行修正。采用小直径低承载力静压预应力管桩，因是桩筏基础，大面积施工可能引起土体隆起及土体积压桩基，使桩基上浮。设计除要求进行单循环路线施工外，还要求循环回头复压。实际施工过程中，因施工速度快，单机每天可施工30根，循环回头复压很难控制桩基上浮问题。通过现场桩的竖向位移观测，已施工的桩有0～100mm的向上位移，且因岩面高差变化较大，配桩困难，送桩后不利于循环回头复压，再施工过程中，调整桩基础复压方案，统一在桩基础施工完成后再统一个一个地复压，这样对控制变形更有保障。

4.2桩基础复压值的确定

实际施工时，桩的平均桩长为15m左右。因在桩基础复压是在桩基础施工完成后进行，此时桩周土体已完成部分新的固结，复压时，桩周摩擦力将较先施工时有增加，因此复压时采用的复压值大于初压值，按2.5倍特征值控制。

4.3施工情况总结

某单体桩基础总的施工情况顺利，断桩率为5%，断桩的主要原因岩面太陡，压桩站不住，后采取临位500mm直径的管桩静压补桩，补桩施工基本一次到位。复压时，结合竖向位移观测值，基本回复到初压状态。有几个特别情况是在2.5倍特征值复压时，稳定时桩的竖向位移达到1m左右，这说明原桩端为鹰嘴岩，加大压桩力时，鹰嘴岩的抗剪（冲）切能力不足，发生断裂破坏，桩端继续下沉到下一层岩面再稳定承载，这与前面的工程地质情况及设计思路相吻合。

参考文献

[1]陈晓平.基础工程设计与分析[M].北京:中国建筑工业出版社，2005.

[2]戴国强.软土地基桩基设计[J].岩土工程学报，1998，(1)

[3]高层建筑箱形基础设计与施工规程(JGJ6・80)