高層建筑結構設計中復合地基基礎的應用

韋廣祥

摘要：基礎建設是土木工程建設的基礎，它的質量好壞直接關系到工程建設的整體質量。文章從復合地基的角度出發，結合實際案例，對復合地基在高層建筑的設計中的應用作一簡單的探討，以加深對復合地基的認識，并對其實際應用具有一定的參考價值。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;復合地基基礎

前言：從目前高層建筑結構設計的現狀來看，復合地基的合理使用對提高其承載力有很大的作用，從而使其在荷載作用下更為均衡。然而，在實際應用中，對復合地基的應用仍有許多問題，因此，本文著重對復合地基在高層建筑的設計中的應用進行了詳細地分析，并對其應用要點進行了探討，以期對同類工程具有一定的參考價值。

1.高層建筑結構設計的特點

1.1需要承受較大的水平荷載作用

每個建筑物都要承擔較大的豎向和橫向載荷，同時也要考慮到地震對建筑物的影響。對于低矮、多層建筑物，一般重力荷載是其主要的控制因子，與之相比，水平荷載少，橫向位移小。在高層建筑中，盡管豎向荷載對結構的影響很大，但其最重要的因素還是橫向荷載。而且隨著樓層和樓層的不斷增加，橫向荷載引起的內力和位移也會快速增加。

1.2軸向變形的特點

通常情況下，多層結構都會考慮到彎矩，由于其對基礎結構的影響很小，因此通常忽略了剪力項。而在高層建筑中，卻是最關鍵的一環。從公式中可以看出，高層建筑的層數很多，高度也很高，軸向的力量也很大，軸向的變形會導致高層建筑的內力分布和數值發生很大的變化。在采用框架-墻和框架墻結構的高層建筑中，某些連續彎矩通常要大于邊柱。如果房子是高層建筑，那么這種軸向變形的差異值就會比較大，導致兩根橫梁間的支撐彎矩的數值會減小，而在跨中的正彎矩值則會逐步增加。

1.3側移的特點與低矮建筑相比，側移是影響高層建筑結構設計的重要因素，其橫向位移隨樓層的增加而快速增長。在高層建筑中，既要有足夠的強度，又要有足夠的抗側向剛度，才能保證結構在水平荷載下的側向位移控制在規范中，以確保其居住和工作環境。

1.4結構的延性特點

對于大部分的高層建筑，比如在地震中，都會發生應力變形，因此，在進行塑性變形的同時，要保證建筑物的延性，必須采取適當的措施，以保證建筑物的延性。

2.對復合地基基礎的基本認識

地基基礎施工是建設項目的重要組成部分，它的穩定性、可靠性、科學性、可靠性等直接關系到施工質量和使用效果。復合地基是基礎工程中的一個重要環節，它是指在設計和施工時，利用土體置換、配置加固材料等方法，將基體和加固體結合起來，從而提高地基的強度，提高地基的承載力，從而達到建筑工程施工對地基的要求。

3.復合地基基礎的具體應用

3.1案例背景

某高層建筑工程項目，高度為地上22層，地下3層，建筑面積是20365.32m2，采取鋼筋混凝土剪力墻結構，抗震等級為七級，同時高層建筑工程所在區域地下水不穩定。

3.2科學選擇復合地基的類型

由于高層建筑的地基中存在著軟土，使得原有的地基不能完全滿足施工的需要。尤其是在高層建筑的地基上，由于粉土的存在，使得地基的承載力變得越來越大。采用預應力管樁或采用高壓噴注漿的施工方法，其造價較高，且會影響到高層建筑的經濟效益。根據工程場地地質情況和相關規范的要求，確定了采用水泥粉煤灰碎石樁復合地基的施工方案。

3.3復合地基設計要點

①水泥粉煤灰碎石樁復合地基設計。在高層建筑工程中，水泥粉煤灰碎石樁的設計中，應對其進行精確的承載力計算，并結合現場地質調查資料，對其進行分析，得出其承載能力和長度，其中包括樁體直徑、強度、樁土置換率等。在該復合地基基礎的設計中，采用了15～25米的水泥粉煤灰碎石樁，可有效地滿足基礎的承載力要求。由于水泥粉煤灰碎石樁間距是樁直徑3倍，因此在具體工程中應按設計要求適當增大樁間距，以提高其工程經濟效益。在進行樁徑選擇時，必須充分考慮地基的承載力，當局部地區的承載力較低時，可以減小樁間距，防止沉降。在設計床墊時，由于床墊厚度與樁身豎向荷載的相關性很強，而樁與土間的橫向荷載沒有顯著的相關性，因此，通常情況下，隨著地基厚度的增大，其水平荷載也會隨之增大。同時，根據高層建筑基礎的承載力，對床墊的施工厚度進行調整，床墊材料應選擇粗砂，夯填度不得超過0.9，同時，根據工程實際情況、沉降差、沉降等因素，合理確定床墊的厚度，使床墊的保護功能得到最大程度地發揮。從水泥、粉煤灰和碎石樁的復合基礎特性來看，在特定的設計階段，可以添加一定的濕度。在混合地基中摻入了水泥和粉煤灰，在水的作用下，會產生結晶性化合物，如氯化鈣、硅酸鈣等。

②水泥粉煤灰碎石復合地基施工。為確保水泥粉煤灰碎石樁的施工順利進行，可采取振動沉管灌注施工、管內泵壓攪拌施工和螺旋鉆孔施工。施工單位應結合本項目的實際情況，結合水泥粉煤灰碎石樁復合地基的施工要求，合理選用施工工藝。針對該高層建筑復合地基的施工，考慮到黏土含量高、工期短，采用長螺旋鉆孔灌注樁的施工工藝。在復合地基施工過程中，當地基中含有飽和砂土時，樁間土在成樁振動時會出現很大的超孔壓，從而使其形成一個排水槽，從而使土壤中的孔隙水得以順利排出。

4.復合地基基礎運用效果

根據有關法律法規，在這一高層建筑工程的復合地基基礎完成后，對其進行了質量檢驗和合理性評估，得出的結論是，該復合地基的承載力達到了設計指標。此外，采用比較分析的方法，對樁基與復合地基的效益進行了評價，得出了具有良好經濟效益的結論。

結束語

綜合以上分析，認為復合地基是一種人工基礎，它可以有效地提高基礎的承載力，使基礎的穩定、牢固、可靠。在高層建筑的結構設計中，考慮到工程場地的具體情況，并結合高層建筑的實際需要，對其進行科學的設計和應用，具有很強的經濟性和實用性。為此，施工單位和有關部門要進一步認識復合地基，提高其在工程應用中的科學性和準確性，增強其設計水平，促進建筑業的發展。

參考文獻

[1]陶景暉，金如元，陸飛，等.巖溶地區高層建筑剛性樁復合地基現場試驗研究[J].建筑結構學報，2017，38（06）：163-174.