高層建筑嵌巖樁基礎埋深設計問題的探討

劉文龍

【摘要】建筑工程的地基基礎對于整個建筑工程的結構安全性具有十分重要的作用，基礎的選型和設計還會直接關系到整體工程的造價及工期。因此合理確定建筑工程的地基基礎尤為重要。文章結合工程實例重點探討了高層建筑嵌巖樁基礎埋深設計問題。

【關鍵詞】高層建筑；嵌巖樁；基礎埋深；探討

一、高層建筑基礎埋深及結構嵌固端概述

（一）基礎埋深及結構嵌固端的概念

地基基礎的埋深主要是指室外設計地面到基礎底面的垂直距離，通常簡稱為基礎埋深。通常從室外地面的標高開始計算，在填方整平的地區可以直接從填土地面的標高開始計算，如果填土是在完成上部結構施工之后進行的，則應該從天然地面的標高算起。針對地下室，若采取的是箱形的基礎或者是筏形的基礎的時候，基礎的埋深就應該從室外地面的標高算起；若采取的是獨立基礎或者是條形基礎的時候，則應該從室內地面的標高算起；天然的地基則從箱形基礎及筏形基礎的底板下皮高程算起；樁基從承臺的下皮高程算起；如果室內的地坪不等高，則應該從較低的一側開始計算。

嵌固端的定義，若按計算模型而言，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（ ）、轉角位移（e）均為零的部位；若按在地震作用下的屈服機制而言，就是預期塑性鉸出現的部位。

（二）合理確定及選取高層建筑基礎埋深及結構嵌固端的重要意義

第一，合理確定高層基礎埋深的重要性：一是能夠確保地基的穩定性，防止出現傾覆及滑移現象；二是能夠滿足地基的承載力及結構的穩定性要求，有效降低地基的沉降量及不均勻沉降所導致的房屋整體傾斜；三是能夠防范建筑物在風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。第二，合理選取高層建筑結構嵌固端的意義：一是高層建筑結構嵌固端是上部結構的底部嵌固部位；二是通過剛度和承載力調整，迫使塑性鉸在該預期部位出現，并能承擔上部結構在該處屈服超強引起的極限彎矩和出現塑性鉸時的最大剪力以及相應的最大最小的軸向力；三是在高層建筑結構設計中，選取合理的嵌固端對保證地基基礎的承載力、剛度和有足夠的抗滑移、抗轉動能力，使整個高層建筑結構成為一個穩定的體系，防止產生過大的差異沉降和傾覆有重要作用。

二、工程實例

某工程項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，其中一號樓的的總建筑高度為79米，二號樓的總建筑高度為98.7米，建筑結構全部采用的是框架—剪力墻結構。依據該建筑工程的整體使用功能及工程造價的具體要求，該建筑工程未設置地下室。該擬建工程項目位于山區附近，總體地勢呈現西高東低的趨勢，經勘查，地勢高低最大差為6m左右。同時該施工場地地質條件良好，適宜進行建筑。

（一）地基基礎設計

1.基礎選型

根據地勘報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寬度方向上厚度的差值及土的物理力學性質指標、建筑的基礎型式，綜合判定建筑在天然地基條件下，地基屬不均勻地基。根據當地施工經驗及巖土工程條件，該工程選用嵌巖樁基礎。持力層選用場地內連續分布的中風化花崗巖，并做擴底灌注樁。

2.基礎設計

（1）柱下單樁

本工程一、二號樓均采用框架一剪力墻結構，結構嵌固部位均為樁頂，結構抗震等級均為三級。基礎采用嵌巖樁基礎，樁嵌入完整中風化花崗巖層不小于一倍樁徑。樁基礎采用單柱單樁。

（2）樁基礎設計埋深的選定

由于本工程未設置地下室，本著安全、經濟的原則，在盡量滿足規范要求的前提下將擬建建筑樁頂標高適當淺埋。

（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底。其主要目的是：其一，提高基礎的穩定性，防止基礎在水平風力和水平地震作用下發生滑移和傾斜；其二，提高地基的承載力，減少基礎的沉降量；其三，增大地下室外墻的土壓力、摩擦力，限制基礎的傾斜，使基底下土反力的分布趨于平緩；其四，增大結構阻尼，減少輸人加速度，減少底部地震剪力，減輕地震災害影響。第二，據相關資料表明，地基基礎的埋深不是必須滿足1/15—1/18的要求，但應滿足規范抗滑及抗傾覆穩定的要求。尤其對于巖石地基，當采取有效措施時，可適當放寬基礎埋深要求。

（二）該工程基礎埋深設計

對于本工程，因建筑使用功能無地下室，若按《高規》要求，基礎埋置深度宜為房屋高度的1/18，對施工不便且不經濟。綜合考慮本工程建筑物高度、體型、地基土質、設防烈度等因素，并在采取有效措施的情況下，可適當降低基礎埋置深度要求。主要依據如下：第一，本工程擬建場地內及附近無不良地質情況，場地穩定；基礎持力層為完整中風化巖層，地基承載力高，基礎變形小，不需要通過加大基礎埋深來提高地基的承載力和減少基礎的沉降量；第二，本工程設防烈度低（6度），場地條件好（II類場地，上部覆蓋層薄），結構地震作用小（底部樓層水平地震剪力采用人工調整以達到規范樓層最小地震剪力系數值），基礎埋深對增大結構阻尼，減少輸人加速度，減少地震剪力，減輕地震災害的作用有限。第三，本工程結構采用框架一剪力墻結構，結構選型和結構構件布置合理，結構抗傾覆彎矩遠大于結構傾覆彎矩且基礎無零應力區，結構在水平荷載下能保持整體穩定。

（三）抗滑移驗算

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

1#樓結構抗滑移滿足要求。

2#樓：結構總豎向恒荷載362800kN，結構抗滑移力362800 x 0.40（軟質巖石摩擦系數）=145120kN，均大于風荷載底層剪力（X向4700kN；Y向3500kN）及底層地震剪力（X向2500kN；Y向2500kN）。

2#樓結構抗滑移滿足要求。

（四）注意事項

第一，對柱及墻和樁的連接節點位置依據一般結構的構件進行設計，建議將基礎層直接按照結構層進行計算，依據計算的結果，對于樁頂下3倍樁徑且大于5米范圍之內及基礎梁采取相應的加強措施，例如可以采用加密箍筋的方法；第二，在室內地坪的標高為-5.9米位置增設剛性板，用于提高地基基礎的整體性，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，應將建筑周邊的回填土密實回填，且分層夯實，確保每層回填土的厚度小于250mm，壓實的系數不低于0.94；第四，做好施工過程中的沉降觀測。第一層施工結束就觀測一次，后期沒施工完畢一層即觀測一層。竣工之后每年觀測4次，第二年觀測不得少于2次。后期則每年一次即可，待其沉降穩定位置。觀測中若出現異常情況，應及時進行處理。

總之，地基基礎的選型及設計對于建筑工程的結構安全發揮著十分重要的作用。文章結合工程實例，通過分析和計算，探討了高層建筑嵌巖樁基礎埋深設計問題，經計算，該設計方案能夠實安全、經濟且適用的目標，希望能夠給予同類工程提供參考和借鑒。

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