高層建筑地基基礎方案優化設計分析

楊華寶

（山西省晉設拓凡建筑設計咨詢有限公司 030013）

隨著社會的發展，城市化進程不斷推進，城市高層建筑數量顯著增加。高層建筑由于自身建筑結構原因，層高和層數決定著建筑物所需要承受的橫、豎向作用力，尤其是在自然災害面前，大風暴雨及地震等災害對高層建筑有極大的負面影響。因此，對于如何提升高層建筑結構的穩定性，提升建筑工程項目的安全性、實用性和穩定性，要通過優化結構計算方法，合理控制地基基礎方案設計，提高設計水平來實現。

1 高層建筑地基基礎方案設計的重要性

高層建筑在開展施工時，無論是層高還是建筑結構都要基于地基的所在點和地基施工環境進行綜合考量，地基基礎的意義十分重大，由于本身受諸多地質環境因素影響，所以在施工方面的難度較大。在開展施工前，要對地下水位，地質巖層物質以及氣候特征等客觀物理因素進行勘察，做好防護措施。并且，地質基礎在施工方面也極為重要，相關數據顯示，地基基礎一般占到整體工程造價的10%，對于一些特殊位置或者地質、地形情況，則甚至需要更多資金成本來特殊處理。作為一個單獨的施工環節，占有如此高的比例可見其重要性。

2 高層建筑地基基礎設計的影響因素

首先，由于地基決定了整體建筑的穩定性，所以其底層受力不但要兼顧高層所帶來的基礎荷載，還需要重視地基持力層的承載能力大小，確定其承載區間閾值范圍。其次，要考慮地基基礎的深度以及土層情況，對于地下水和樁基的影響，要根據建筑本身的結構和立足點決定地基基礎類型[1]。另外還要注意的是，高層建筑地基基礎在施工過程中會出現擠土效應。即在樁基施工時，沉樁導致四周的土質崩壞，土質結構受到應力發生改變，導致周圍淺層土地會橫向擠出。擠土效應會嚴重影響地基底面的土質穩定性，使得地基開挖過程中會坍塌或出現推移增大的情況。

3 高層建筑地基基礎方案的設計優化

3.1 控制地面沉降縫隙

高層建筑地基基礎設計需要考慮的因素較為復雜，并且內容涉及較廣。在進行地基基礎設計時，首先要注重沉降縫的設計處理，合理應用相關實際案例中的常用形式，避免沉降不合理的情況出現，其次，形變狀態對于地基底面的調整也要進行控制[2]。

3.2 做好深基坑支護及邊坡穩定

地下室作為高層建筑地基基礎穩定性的一個必要措施，其支護問題和邊坡問題的處理都要注意防范，在施工順序方面要優先地下室的深埋工作，其次要保障支護和加固工作。尤其是建筑工程周邊環境存在建筑物時，不僅靠完善邊坡安全問題，還要根據不同建筑物的地基處理與之產生的地面不均勻沉降問題、地下水平側推力以及地下室的開挖處理工作。

3.3 防水排水問題的處理

高層建筑的地基處理需要合理解決地下水對建筑物的影響，尤其是地下室環境的防水排水問題，不僅在開挖時要注意避開地下、地表徑流，還要根據前期的地質勘察報告確認周邊水文的最高水位，做好相關防水、排水設計，同時，對于結構主體也要以其必要性做適當的抗浮設計，增強穩定性。設計人員可以采用排水固結技術提高地基的穩固性，加強地基強度。在地基施工以前，施工人員要先根據地質勘察結果進行地基預壓處理，在地基中建立一個垂直的排水柱，保證軟土地基的抗剪性，繼而漸漸加強排水固結[3]。

3.4 高層建筑軟弱地基的處理

高層建筑地基軟弱問題的處理方式一般分為加筋法、換填地基加固法、強夯法以及水泥石灰樁地基處理。

加筋法作為常用的施工方法，由于操作難度較小，施工簡便，應用程度較高。主要通過在地基土層中添加鋼筋材料，將土層與鋼筋結合，如果土層承受較大作用力，鋼筋受力變形，鋼筋與土層就會產生摩擦力，為地基提供了一個側壓力，減少整體土體偏移運動的概率。還可以添加提升相應抗性的材料，進行一定比例的混入，提升整體土層的強度和抗擠壓性能[4]。

換填地基加固技術在土木工程的地基基礎工程的過程中也有一定成效，采取換填地基處理施工技術，可以有效的保證房屋土木工程結構的安全性與穩固性。在換填施工中，首先需要軟弱土體，然后采用無腐蝕性成分的、具有較好壓縮性能的材料回填至工程地基施工作業面上，根據建筑結構、建筑物形態、荷載性質、巖土地質條件、填充材料的性等因素進行換填工作，替換相應土質墊層，同時注意夯實好回填材料，以保證所鋪設的持力層擁有足夠的穩固性，能夠達到施工的標準要求。

強夯法則適用于一些較大范圍，場地開闊的碎石土、沙土和粘性土，強夯法的優勢是能夠通過利用重力對地面土層進行多重沖擊性捶打、夯實，能夠在破壞的同時，一定程度上加固土層，施工成本較低，操作高效。劣勢則是對周邊環境影響較大，僅適合偏僻的獨棟高層建筑施工。

水泥石灰樁地基處理技術是將碎石樁作為地基，按照特定比例將原材料混合砂石、水泥煤灰，提升樁基的強度與剛度。這種地基處理技術的實用性較為廣泛，并且成效顯著，加固原理不但能夠強化樁基的置換、擠密作用，而且排水和抗震性能也較為良好。

4 高層建筑地基基礎常見形式

4.1 獨立柱基加防水板

獨立柱基加防水板近年來應用較為廣泛，作為基礎形式，造價低，施工難度小，應用效果良好，有一定的抗浮性、抗擠壓能力、高承載例的特點，對于一定層數的高層建筑來說是首選。

4.2 條形基礎

條形基礎在高層建筑的地質基礎中分為柱下條形基礎和墻下條形基礎，由于地下空間注重防水問題，所以通過加固防水板的形式來進行設計。條形基礎由于能夠形成十字交叉的形式[5]。所以相較于其他基礎來說，條形基礎具有更好的剛性，高壓負荷的承載力也有一定優勢。

4.3 筏形和箱型基礎

當高層建筑的層高超過常規范圍時，其基礎承載力還要考慮到高空所受到的橫向作用力，這時一般需要筏形與箱型基礎來進行加固，提升高層建筑的整體性承載力，并且布置較為靈活。筏形基礎通常作為柱梁、橫梁應用于建筑物室內空間，延展性較好。箱型基礎則根據特殊情況選擇適用，因為施工難度較大，通常對地基基礎的剛度即為需求時才會加以引用，箱型的承載能力和抗變形能力良好。

5 結語

高層建筑地基設計是一個重要且復雜的核心施工工程內容，尤其是在地基基礎方案的優化上，需要不斷改進和創新施工技術工藝，學習新技術新方法，在工程實踐中不斷總結經驗教訓，結合高層建筑的成功案例，綜合考量各個施工細節內容和要素，不斷提升建筑工程的設計的優越性，提升高層建筑的安全性與穩定性。地基基礎的優劣與否直接決定了高層建筑工程的質量好壞，所以在設計地基基礎方案時，需要綜合考量，考慮全面，在降低施工難度，減少工程資金成本的同時，保證施工質量水平。