某高層建筑的基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)研究

谷豐 田志磊

摘 要：基礎(chǔ)作為建筑結(jié)構(gòu)體系的一個(gè)重要組成部分，承擔(dān)著將建筑上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給地基的重要作用，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)將建筑上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基協(xié)同考慮，選擇合理的基礎(chǔ)形式。隨著城市工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，部分建筑不可避免地在軟弱地基上建設(shè)，物理力學(xué)性質(zhì)不佳且承載力能力不高的軟弱地基對(duì)建筑基礎(chǔ)性能提出了較高要求，因此必須對(duì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進(jìn)行嚴(yán)密的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：高層建筑;基礎(chǔ)選型;設(shè)計(jì)要點(diǎn)

建筑地基與基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)方法由于受到諸多不確定因素的影響，具體的設(shè)計(jì)實(shí)踐仍不太成熟。尤其是地勢起伏變化很大，工程地質(zhì)情況復(fù)雜，地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)難度較大的工程建設(shè)中，更應(yīng)該根據(jù)場地條件、建筑情況，綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和工期等多方面的因素，選擇合理的建筑地基基礎(chǔ)方案對(duì)工程建設(shè)顯得尤為重要。

1 地基基礎(chǔ)方案選型的影響因素

1）建筑場地環(huán)境條件的影響。建筑場地的地形環(huán)境對(duì)建筑物地基的穩(wěn)定性具有很大的影響。場地選擇時(shí)，應(yīng)選擇穩(wěn)固基巖，開闊平坦堅(jiān)硬密實(shí)的均勻地基，避免選擇軟弱土，分布不均勻的土層。建筑場地存在鄰近建筑物時(shí)，應(yīng)避免開挖新基槽危及原有基礎(chǔ)的安全穩(wěn)定性。當(dāng)新建工程的基礎(chǔ)埋深大于原有建筑基礎(chǔ)時(shí)，兩基礎(chǔ)之間的凈距應(yīng)大于兩基礎(chǔ)底面高差的1～2倍，若不滿足此條件，應(yīng)采取護(hù)坡樁、地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)、加固原有基礎(chǔ)等措施，以確保原有基礎(chǔ)的安全。

2）震害影響。建筑地基的震害大小與場地土的性質(zhì)及類別有密切關(guān)系。地震時(shí)地基液化導(dǎo)致承載力喪失，造成地基不均勻沉降;軟土地基抗剪強(qiáng)度降低，地基土發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致建筑物發(fā)生嚴(yán)重沉降、傾斜;危險(xiǎn)地段，地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、泥石流等;地震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯(cuò)位。因此，建筑場地選擇時(shí)應(yīng)盡量避開宜發(fā)生震害地段，并采取相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)抗震措施。

3）建筑物下部工程地質(zhì)水文條件的影響。建筑物下部土層結(jié)構(gòu)、各土層的物理力學(xué)性質(zhì)、地基承載力、地下水位埋深與水質(zhì)、不良地質(zhì)條件等因素都會(huì)影響持力層、地基處理、基礎(chǔ)的埋深和基礎(chǔ)的選型。許多由地基問題造成的工程事故，往往是由于對(duì)工程地質(zhì)條件了解不夠全面而造成的。工程中主要通過地質(zhì)勘察查明地基土層的分布規(guī)律、土的物理力學(xué)指標(biāo)以及地下水的情況，確定有無滑坡、崩塌、巖溶、土洞、沖溝及泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)場地的穩(wěn)定性、適宜性，地基的均勻性、承載力和變形特性等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4）建筑物上部結(jié)構(gòu)的影響。建筑物上部結(jié)構(gòu)的型式、規(guī)模、用途、荷載大小與性質(zhì)、整體剛度以及對(duì)不均勻沉降的敏感性等，對(duì)地基基礎(chǔ)方案都提出了要求。地基基礎(chǔ)方案需要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的建筑和結(jié)構(gòu)要求，綜合考慮下部地基水文情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

5）建筑施工條件、造價(jià)、工期等方面的綜合影響。工程現(xiàn)場的水、電、交通運(yùn)輸和場地等施工條件，建設(shè)單位對(duì)工期的要求、工程造價(jià)控制范圍等，也會(huì)影響到地基處理和基礎(chǔ)的選型。因此，在選用地基處理方法和基礎(chǔ)方案時(shí)，要因地制宜，具體工程具體分析，要充分發(fā)揮地方優(yōu)勢，利用地方資源。

2 工程概況

某高層建筑工程，規(guī)劃在A1、A2、A4、A5四個(gè)地塊共建1#～6#樓。建筑結(jié)構(gòu)均采用主樓和裙樓組合形式，主樓地上20～31層不等，地下為二層，框剪結(jié)構(gòu);裙樓地上六層，地下二層，框架結(jié)構(gòu)。6棟建筑總用地面積47119m2，設(shè)計(jì)總建筑面積353282m2。場地原始地貌屬后溪河下游入?？诙螞_洪積階（臺(tái)）地類型，后經(jīng)人工圍墾成養(yǎng)殖區(qū)。場地內(nèi)普遍存在積水，主要分布有三個(gè)水塘，水塘水深0.5～3.0m不等，整個(gè)場地地勢總體由四周向中間傾斜，整體起伏不大，局部地段稍有變化。根據(jù)勘察鉆探揭露，擬建場地內(nèi)地層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，地層巖性、厚度和埋藏分布等在橫縱方向上差異明顯。現(xiàn)根據(jù)各地層時(shí)代、成因類型、巖性等因素，可將本場地地基土自上而下分為10個(gè)工程地質(zhì)層。A1、A2地塊的1#、2#、3#樓屬于高層～超高層建筑，27～31層，采用框剪結(jié)構(gòu)，單柱荷重15000～18000KN，設(shè)有二層地下室，埋深10.0m。A4、A5地塊的4#、5#、6#樓屬于高層建筑，20～26層，采用框剪結(jié)構(gòu)，單柱荷重10000～15000KN，設(shè)有二層地下室，埋深10.0m。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)基坑底標(biāo)高為-6.5m，基坑開挖后基底土層一般為（2）、（3）層及（4）層，其下為（5）層和（6）層及各類風(fēng)化基巖。考慮擬建物荷重大，對(duì)差異沉降敏感，根據(jù)擬建物基坑開挖后地基土條件，若采用天然地基，基底土層承載力難以滿足上部結(jié)構(gòu)的荷重及變形要求，故基礎(chǔ)型式采用樁基礎(chǔ)。

3 高層建筑樁基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)要點(diǎn)

以往經(jīng)驗(yàn)表明，一般以全風(fēng)化巖、散體狀強(qiáng)風(fēng)化巖作為樁端持力層的較適合以擠土樁為主的端承摩擦樁，如沉管灌注樁和預(yù)應(yīng)力管樁;以碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖及中、微風(fēng)化巖作為樁端持力層的較適合非擠土樁為主的摩擦端承樁，如沖、鉆孔灌注樁和人工挖孔樁。根據(jù)勘察方建議結(jié)合場地巖土條件施工工期及工程造價(jià)和工程安全等各方面綜合考慮，提出主樓、裙樓及純地下室基礎(chǔ)優(yōu)先考慮采用大直徑沉管灌注樁，主樓、裙樓宜以（7）層或（8）-1層為樁端持力層，純地下室部分也可采用（6）層下段為持力層;其次是沖（鉆）孔灌注樁，主樓（高層）以（9）中風(fēng)化巖為樁端持力層，裙樓及純地下室可選擇（8）-1或（8）-2為樁端持力層。

3.1 持力層選擇

根據(jù)勘察揭露場地巖土層分布及其工程地質(zhì)條件，可供選擇的樁端持力層有五層，即（8）-1散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、（8）-2碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、（9）中風(fēng)化花崗巖、（10）微風(fēng)化花崗巖層。（8）-1散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和（8）-2碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖巖體破碎，屬極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)，層頂埋深18.10～49.60m，端阻力可達(dá)6000kN。對(duì)于（9）中風(fēng)化花崗巖和（10）微風(fēng)化花崗巖層，除少數(shù)鉆孔揭露較淺外其余皆埋深較大，雖強(qiáng)度高，樁壓縮變形小，也可作為大直徑沉管灌注樁持力層，但埋深太大，樁長較長，且硬質(zhì)巖夯錘施工難度大造價(jià)高。綜合比較，大直徑沉管灌注樁樁端持力層選為（8）-1散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和（8）-2碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖樁直徑為700mm;其有效樁長不小于18m，要求樁端全斷面進(jìn)入持力層深度≥5.0m。

3.2 單樁承載力計(jì)算

單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值按JGJ94-2008規(guī)范中5.3.6計(jì)算，計(jì)算公式如下：

經(jīng)計(jì)算，其承載力特征值為3250kN?？紤]本工程采用樁基兼具抗拔要求，從而計(jì)得到單樁豎向抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1700kN，其承載力特征值為850kN。

本工程1-6#樓選擇直徑為700mm的錘擊沉管灌注樁作為建筑的基礎(chǔ)，1-6#樓設(shè)計(jì)共有3244根基樁樁，從中選取了21根進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)和14根進(jìn)行單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)按國家地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行，采用液壓千斤頂加載，加載反力裝置為壓重平臺(tái)反力方式，以慢速維持荷載法進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果可知，大直徑錘擊沉管灌注樁工程優(yōu)點(diǎn)顯著，該樁型單樁承載力高，樁身質(zhì)量可靠，Q-S曲線多呈緩變型，樁頂沉降較小，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)束語

綜上所述，建筑地基和基礎(chǔ)方案的選型要充分考慮場地環(huán)境、地質(zhì)水文條件和上部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，結(jié)合施工條件，從技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)適用的角度進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，以在工程質(zhì)量、施工安全、建筑造價(jià)和工期等方面取得良好的綜合效益。

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