試論高層建筑地基基礎設計

■陶 武 ■江西省土木建筑設計院有限公司，江西 南昌 330038

高層建筑逐漸發展成為城市建設的主要內容，因為它可以緩解城市用地問題，同時還緩解城市人口問題，成為了城市建筑物的極優之選。但是，由于由于高層建筑自身的垂直高度大，層數多，重量較大，所以承受的荷載力所導致的傾斜力矩也會成倍的呈增長的勢頭，在這種情況下，就需要基礎具有較強的承載力，從而實現對沉降和傾斜的有效控制，使建筑具有更好的安全性和穩定性。

1 高層建筑地基基礎設計概述

當前在我國高層建筑基礎工程施工中，通常都會采用深樁基礎來進行施工，利用樁基礎進行施工，不僅施工較為簡單，而且樁基礎受力較為合理，可以使深部土層的承載能力充分的發揮出來。同時樁基礎與現代施工技術和材料實現了完美的結合，這有效的提高了樁基礎施工技術的水平，使其在基礎工程中發揮著更好的性能。在進行高層建筑的基礎設計時，需要考慮的因素較多，其基礎的面積、承載力、內力及配筋等的確走，需要進行相應的計算才能取得準確的數據，所以在計算過程中需要結合工程地質勘察報告、上部結構類型、需要承受的工作荷載效應、施工技術水平及材料等多個方面的因素，只有進行周全的考慮，才能確保基礎設計時各項計算的準確性，確保基礎的安全和穩定。目前在基礎施工中通常會采用端承樁和摩擦樁，由于端承樁其樁底處于巖層和硬土層中，土層具有較好的非壓縮性，這樣就有效的避免了樁發生沉積，樁具有良好的承載力。而摩擦樁主要是依靠樁側摩擦阻力來承擔豎向荷載，而且樁底土層也會對豎向荷載具有一定的支承力，但由于底部支承的土層具有可壓縮性，所以樁基的沉降量還是會較大的。

在建筑基礎施工時利用樁基礎進行施工時，其受力方式有獨自受力和樁土共同受力兩種情況，其目的都是為了將上部結構的荷載傳遞給地基。在基礎施工時，如果利用天然地基，則無法對建筑物不同部位下的土層厚度進行有效的控制，所以土層薄、厚及缺失情況都會存在，這樣在建筑物上部結構荷載下不可避免的會導致沉降的發生，但利用樁基礎作為基礎工程承載時，其承載力則會傳遞給下層的硬土層或是巖石層，能夠更好的實現對建筑物沉降量實現控制。

2 高層建筑地基基礎設計的依據和基本要求

2.1 高層建筑地基基礎設計的基本要求

高層建筑地基基礎設計的基本要求是要滿足建筑結構的抗震性與穩定性;滿足地基的牢固性，確保地基豎向的承載力和橫向抗滑移能力;注意地基土層壓力變形范圍和抗壓能力;還需要注意沉降指數等問題。

2.2 高層建筑地基基礎設計的主要依據

高層建筑的地基基礎設計受很多因素影響，需要同時滿足不同要素需求。地基基礎設計的基本依據是地面土質結構和地下的巖土成分等;限制依據是地下室層數和建筑的內部結構對地基的壓迫程度;更高的設計依據是對于抗震等外部問題的的要求。

3 高層建筑地基基礎設計應注意的問題

3.1 沉降縫的問題

由于地基不均勻沉降可能會引起建筑物各部分的破壞，因此需要設置一道垂直縫，即沉降縫。由于建筑建造時所處的土質基礎各不相同，并且建筑物相鄰部分的荷載、高度和結構形式差別較大，常會因為各部分不均勻的沉降而導致開裂或錯動，為有效防止此類問題，通常在差異處設置垂直縫隙，將建筑物分割成若干個獨立單元。但是，在實際工程效果中，沉降縫并不適用于高層建筑。因為高層建筑本身的結構壓力會使逄筑地基基礎設計十分復雜，而沉降縫的設計會對地下室在土層中的嵌固作用產生一定的影響，產生額外的壓力負擔，不利于高層建筑的安全性與穩定性，并且高層中沉降縫對于設備、安裝以及后期使用都會帶來不便，所以在高層建筑中，盡量不留沉降縫，而是用不同的基礎類型或采用不同的地基處理方式來協調不同地地基條件引起的沉降差異。

3.2 地基土與結構的問題

把高層建筑、基礎和地基三者看成一個整體，并要滿足三者在接觸部位的變形協調條件，這就是高層建筑與地基基礎的共同作用。具體是指:地基與基礎里的剛性樁、柔性樁、半柔性樁等各類型樁共同承擔上部結構荷載，兩者之間的荷載分擔比列是按照基礎變形協調條件確定的。從這里可以看出:共同作用概念具體運用表現在，用沉降控制來設計地基基礎。根據基礎沉陷量大小的控制要求，確定地基補強的程度和發揮原地基土承載力的程度，以此來進行地基處理或地基加固。

3.3 地下室底板受力問題

現代高層建筑通常會設置地下室。地下室底板受力問題是地基基礎設計時常要考慮的問題，許多設計人員在地下室底板計算中，只片面的考慮到底板的水浮力和活荷載。采用常規樁基礎時，會下意識的假定底板與土是脫離狀態，在此基礎上，就算完全考慮底板底面以上的全部荷載，也不過是一種假定計算。研究表明，以側阻承受荷載為主的樁，由于實際情況下土與底板底部常有接觸的情況，使得底板承受荷載最大可達上部的24-30%，因此，這部分荷載也是底板計算時必須考慮。

3.4 樁端進入持力層的問題

(1)持力層通常應選擇巖石層或者較硬圖層，如果以d為樁徑，那么，強風化軟質巖和砂土不宜小于1.5d;樁端進入持力層深度，對粘性土不宜小于2d;對于碎石土及強風化硬質巖不宜小于ld旦不小于0.5m。(2)樁端進入中、微風化巖的嵌巖樁，通常情況下，樁全段面進入巖層的深度不宜小于0.5m，若嵌入未風化硬質巖，嵌巖深度可根據具體情況做減少，但最好不小于0.2m。(3)如果場地中有液化土層，樁身必須穿過此類土層進入下方的穩定土層，根據具體情況計算進入深度，對礫、粗中砂、密實粉土和堅硬粘性土不應小于0.5m，對其他非巖石土不宜小于1.5m。(4)當樁身進入膨脹土或者季節性凍土時，進入深度應通過抗拔穩定性驗算確定，通常情況下，其深度不應小于4倍樁徑。

4 對高層建筑結構基礎設計的建議

高層建筑基礎設計是建筑整體設計的重中之重，因此在進行設計的過程當中，作為設計人員我們需要從建筑整體來進行周全的考慮。在充分考慮與上部結構關系的同時，我們還要做好各項假定情況，但很多時候在實際設計過程當中，設計人員通常都是先對基礎進行設計，而對上部結構的設計相對往后一些，所以，這就需要在對基礎進行設計時需要周全的考慮好相關的影響因素，并采取相關的對策，盡量避免或減少在設計過程中可能帶來的誤差，使結構基礎設計的質量能夠得以保障。

5 結束語

高層建筑結構設計是一項復雜的系統工程，作為設計工作者，在對高層建筑結構設計的過程中不斷地創新，不斷地總結經驗，考慮設計的各個因素，同時對基礎設計和施工提出更加嚴格的要求，這不僅由于基礎工程所占造價比重較大，同時還由于基礎工程質量直接影響到建筑整體工程的質量，進而決定著整個項目工程的投資效益，還事關人民生命、財產安全。

［1］張玉娣，劉強一.淺析房屋建筑結構設計中的基礎設計.黑龍江科技信息，2011(01).