淺談高層建筑巖土地基的處理方法

【摘 要】眾所周知，高層建筑的一個重要特點就是豎向荷載大而集中，同時由于建筑物高聳，風荷載和地震荷載引起的傾復力矩也非常大，這就對巖土地基的處理技術提出了更高的要求。本文通過分析高層建筑巖土地基強度的影響因素，以某工程為例，針對地基處理方法進行探討，以期通過本文的闡述充分認識影響巖土地基處理的因素，為有效提升高層建筑工程質量提供理論參考。

【關鍵字】高層建筑；巖土地基；強度；處理方法

1 高層建筑巖土地基強度的影響因素

高層建筑的上部結構具有較大的剛度，并且和基礎與地基三者同處于一個共同作用的完整系統之中。建筑物的共同作用分析，一般說是頗為復雜的。因為，三者其中任一組成部分的某些變化都會直接影響分析的結果。工程實踐中，特性多變的地基和形式不一的上部結構，構成了共同作用課題研究的復雜性。

1.1 基礎剛度的影響

在上部結構剛度和地基條件不變的前提下，基礎內力隨其剛度增大而增大，而相對撓曲卻隨此而減小。所以，從減小基礎內力角度而言，基礎剛度選擇柔性為宜。然而，上部結構和基礎是密切相聯、相互制約的，上部結構的內力隨著基礎剛度的減小而明顯增大，這是因為上部結構中除由外荷載引起的內力外，還應包括由于基礎差異沉降所引起的次應力。次應力的大小是同基礎沉降差(相對撓曲)成正比，與基礎剛度成反比，基礎剛度的減小必然在上部結構中引起更大的次應力。所以，就減小上部結構內力而言，基礎更多選擇剛性為宜。

在實際工程中，基礎方案即基礎形式、剛度的確定，應視結構類型和地基條件而定。對于那些對差異沉降不敏感的，上部結構為柔性的結構物，主要能滿足一定的使用要求，基礎剛度的選擇宜柔不宜剛。對于那些建立在高壓縮性土上，上部結構剛度較大的結構物，由于對不均勻沉降的敏感性、順從性，基礎剛度的選擇宜剛不宜柔。

1.2 地基剛度的影響

共同作用的分析還同地基土的特征有關。隨著地基的變軟，基礎相對撓曲和內力均相應地增大；但是，當地基剛度增大到相當大的時候，上部結構的剛度對基礎內力已沒有什么明顯的影響，因為，此時沉降和不均勻沉降已很小了，已不需要上部結構來幫助減小不均勻沉降了，原先存在于結構物各部分之間的相互制約、相互影響作用己得不到應有的發揮，當然上部結構的次應力亦可忽略。由此說明，在軟弱地基上的建筑物考慮共同作用分析要比堅硬地基上的建筑物具有更重要的意義。

地基剛度的變化將引起上部結構中縱向結構受力的重分布，這是因為，地基剛度的變化使建筑物沉降和不均勻沉降亦隨之變化，當地基剛度減小時，邊部縱向受力結構加載，而內部結構卸載，這種現象又隨著上部結構剛度的增大而加劇。

2 高層建筑巖土地基處理方法的實例分析

本次研究所涉及到的工程為某住宅小區#3、#4號樓，兩棟樓房的建筑重要等級均為二級，全部為地上建筑，建筑面積分別為7，354㎡和2，443㎡，均為框架結構。

2.1 地基穩定性驗算和有關加固處理方法

2.1.1 穩定性驗算

對于此工程的非均勻性地基，除了要按照有關標準和規范的要求對地面建筑物的傾斜、差異沉降和沉降等特征進行分析外，還要根據建筑物重要性的具體情況對其進行穩定性驗算，但是國內外對于這一問題的文獻記錄相對較少，使得不少巖土工程師在進行相關內容的處理時僅僅以對基地穩定有利或有害輕輕帶過，缺乏具體的說明，讓設計人員的合理設計變得缺乏依據。

國外研究人員以地基整體破壞原理為基礎，利用剛體平衡理論，假設塑性展開區的深度為1/3或1/4，并在此基礎上對地基的承載能力進行分析，該方法對于做好整體穩定性分析工作具有重要的指導意義。而《建筑抗震設計規范》終則建議通過圓弧法對相關數值進行驗算，也就是最危險的滑動面上的力對滑動中心所產生的抗滑力矩MR與滑動力矩MS應符合以下關系，即：K=MR/MS≥1.2

根據穩定安全系數，可通過公式進行計算：K=R(Wi，cositani+cili)(p-pc)bx+Hz

公式中的R代表的是圓弧半徑，Wi表示土條重量，ci表示土的抗剪強度，li表示土條的內滑弧長度，p-pc為基底附加壓力的平均值，x表示附加壓力的中心到滑弧圓心的水平距離，H表示水平外力。

該式僅適用于偏心荷載建筑物整體穩定性的計算，結果的精確度主要取決于滑弧深度的選擇是否合理、準確，只要能夠準確測定滑弧深度，那么地基土地的整體破壞范圍也就能夠得到確定。根據以往工程對于地基土圓弧滑動穩定性的驗算結果以及塑性區的展形范圍，可以認為在基礎外角點底面以下，1/4基礎寬度范圍內，且這一點與地面的連線夾角為45°-/2的驗算范圍可以滿足建筑物的使用需求。通過前面介紹的公式對有關內容進行驗算，直到結果滿意，或者通過采用增強滑帶土抗剪強度的方法來對地基穩定性的安全系數進行重新計算。

2.1.2 對不均勻地基的加固處理方法

不均勻地基的巖土橫向和縱向上的物理學性質往往存在著一定的差異，其反力集中的現象往往比均勻地基更加明顯，如果在進行基礎設計時沒有采取有效措施對其進行處理，就容易給工程埋下安全隱患。所以，在對此類地基進行基礎設計的時候，除了要首先沿著縱橫向設置鋼筋外，還要采取以下幾方面措施對其進行處理：

（1）工程中的不同建筑物要盡量采取不同型式的地基。

（2）如果建筑物是建造在不均勻的地基土上，應該適當增加其基礎剛度。

（3）層數較多的鋼筋混凝土結構房屋的單獨柱基應該沿著縱、橫兩個主軸的方向設置系梁，尤其是那些各柱基重力荷載代表值的差異非常顯著的柱基或者埋深差異較大的基礎。

（4）同一個建筑物的基礎不應該設置在巖土性質截然不同的地基巖土層上。

（5）設置在不均勻地基巖土上的樁基礎，其頂部和底部應該設置大于1m箍筋加密區，如果采用的是預制樁則應采用高強度的預應力管樁。

（6）對于設置在不均勻地基上的底、內框架房屋和多層砌體房屋應設置相應的基礎圈梁。

2.2 基礎方案分析

2.2.1 天然地基淺基礎的可行性分析

根據工程施工特點以及施工現場的實際條件可知，#3、#4號樓的衙載較大，而淺部地基土的承載能力卻偏低，在軟弱地基土層還存有一定數量的埋藏較深的溶洞，同時施工現場的地下水資源較為豐富，不適于采用換層法對地基進行處理。天然地基無法滿足建筑物荷載的需求，因此不能采用天然地基淺基礎型式。

2.2.2 人工復合地基淺基礎的可行性分析

#3、#4號樓的施工應采用CFG樁法或深層攪拌樁對上部地基的土層進行加固處理，使其能夠滿足建筑物基礎部分對于地基承載力的要求，以層④作為樁端的持力層，預計樁長約在11.7～15.6m的范圍內，實際攪拌深度應根據場地的實際條件進行相應的調節，并配以地基淺基礎——條形基礎。對于攪拌樁承載力特征值的計算可以通過現場單、復合多樁地基荷載的試驗來進行，在初步設計時可參照《建筑地基處理技術規范》中的有關要求進行處理。

3 結束語

基礎選型首選成本低、施工簡單、質量易控制的形式，一般的選擇順序是：淺基礎→預應力管樁→人工挖孔樁→鉆沖孔樁、樁筏式基礎。無論選擇哪種基礎，勘察除查明地層的物理力學特性外，還要注意施工的可行性、地下水的條件、持力層在施工開挖及地下水的作用下性質的改變、周邊環境與施工的相互影響等4個方面的因素，只有經過全面的分析才能選擇合理的基礎形式，才能確保地基施工質量。

參考文獻

[1]劉勝．試論巖土工程勘察報告中建筑工程基礎選型的若干問題[J]．建材與裝飾，2008，(4)．

[2]貴州建筑巖土工程技術規范(DB22/46—2004)[S]．