高層建筑地基基礎設計的問題探討

文/高斌 山東同圓設計集團有限公司 山東濟南 250101

高層建筑的地基基礎的設計包含著兩方面的工作，一是地基的設計；二是基礎的設計。隨著建筑先進設計技術在工程中的廣泛應用，高層建筑的地基基礎設計工作已經取得了很大的突破，但是由于很多設計人員簡單地把地基基礎設計理解為建筑上部結構的地下部分，造成了設計工作中的許多不足之處，從而給地基基礎的施工埋下安全隱患。針對高層建筑地基基礎設計過程中的一些常見的問題，本文進行了簡要的分析，并就相關的問題的解決提供了建議。

1、高層建筑地基基礎設計常見的問題

1.1 高層建筑地基基礎剛度和荷載的關系

在高層建筑設計中，地基基礎設計是整個建筑設計過程中的關鍵環節，地基基礎的設計對于整個建筑物的外觀結構和整體穩定性起著非常重要的作用。地基基礎的剛度和荷載兩者之間是互相制約和相互協調的關系，兩者缺一不可。然而，在高層建筑設計過程中，一些建筑設計人員總是把剛度放在次要的位置，并要求剛度一定要服從建筑的荷載，完全以荷載決定剛度的思維來設計地基基礎，這就完全割裂了剛度和荷載的完整性，從而忽略了建筑設計相關的力學規律，破壞了力的平衡，片面地追求剛度和荷載單一因素滿足地基基礎設計的要求，這樣做的后果就是給高層建筑工程質量帶來了無窮的質量隱患以及一些不安全因素。眾所周知，任何高層建筑地基基礎設計方案，都會對建筑上部的結構設計產生直接影響，只有地基基礎設計滿足剛度和荷載的要求，才能保障上層建筑的安全施工。但是在實際的工程當中，少數建筑設計人員，片面地追求建筑的美觀、新穎性，從而開始標新立異，一味地強調建筑設計的自由度，從而給地基基礎的設計工作帶來很大的困難，作為高層建筑的基礎部分，地基本身需要承受巨大的建筑荷載和活載、水平力、地震力等多種荷載的綜合作用。一旦建筑設計人員在進行地基基礎設計工作時，沒有地基基礎基本的結構技術原理和相關的結構受力特征，設計出來的地基結構就會存在不穩定的問題，兼顧不了剛度和荷載的統一，例如將高層建筑地基基礎截面設計成為三角形，那么地基的抗彎矩力就要比圓形截面、矩形、多邊形截面小許多；此外，有些建筑設計人員缺少地基結構力學的基本理論知識，在設計地基基礎時，很多時候就忽視了結構力學的基本規律，造成地基基礎剛度中心與荷載中心偏離太大，從而造成地基結構偏正。在地基設計過程中，結構剛度和荷載兩者密切相關，特別是在高層建筑地基設計中，由于地基荷載是以垂直荷載為主要荷載參數，因此，地基結構體系的結構設計就要考慮最有利于抗地震和抗風載的設計要求，地基基礎結構的截面尺寸必須要同時滿足剛度和荷載的要求[1]。

1.2 高層建筑地基基礎地質勘測存在的問題

目前，在高層建筑地質勘測過程中，地質勘測工作主要是根據大量的實踐經驗來進行的，從而沒有對高層建筑施工現場地質條件的勘測分析，這樣就沒有辦法對現場地質條件信息進行準確掌握。在地基基礎設計的過程中如果缺少了地質勘測的依據，后續的設計工作就無法準確有序地進行下去。在長期的高層建筑建設過程中，有時候對工程現場的地質勘測工作進行了大量的工作，卻忽視了施工現場的刷邊情況，從而沒有進一步對施工現場的地質條件做必要的勘測工作，造成地質勘測工作缺乏地區因素，對以后的施工工作增加了難度。在實際的高層建筑工程地質勘測過程中，仍然存在著一下不足的地方：高層建筑施工現場的地質勘測缺少應有的鶯視、相關的地質勘測經驗不足、過于教條化地依賴相關的勘測規定而不會靈活運用、生搬硬套其他工程經驗和結論等等。這些地質勘測工作中存在的不足，極大地影響著的工程設計的安全性，從而地基基礎的施工質量埋下安全隱患。此外，在國家相關的規程規范中都對地質勘探工作都有較為詳細的規定，比如勘測的間距、數量，然而在實際的地質勘測中，不按照規范進行勘測的現象卻比較普遍，從而造成孔距過大等不規范的操作；某些地質勘察單位取得地質樣本后，并沒有及時地封蠟標識并進行樣本送檢處理；并且在選擇地質勘測巖土數量時，常常忽略地基的土壤狀態，盲目地追求達到工期要求，對取樣應滿足的均勻性和代表性要求完全不管不顧。不規范操作的地質勘測對后續高層建筑地基基礎設計工作的不良影響是顯而易見的[2]。

1.3 高層建筑地基基礎計算及方案選型存在的問題

在高層建筑地基基礎計算過程中，很多設計人員完全不按照國家及行業規程規范規定的條款進行相關設計參數和設計裕量的選取，一味地憑借自身的設計經驗，特別是設計單位作為總承包商時，為了減少建筑的建設成本，設計參數的裕量就會取得過低，這樣就會使得地基基礎的剛度和荷載達不到相關的標準要求，從而危害整棟建筑的安全施工。在對設計方案進行選型時，有些設計人員往往會摒棄已有的計算結果，完全參考以往的工程案例強行運用到現有的工程當中，從而影響整個建筑工程的施工質量。

2、高層建筑地基基礎設計中的一些建議

針對上述高層建筑地基基礎設計中常見的一些問題，提出以下建議：當高層建筑的地基承載力過大時，建議基礎應考慮抗剪承載力，并且在抗剪驗算時應該注意考慮地基截面高度的影響系數，還應該有一定的設計裕度；在地質勘測過程中，地質探孔深度應能滿足下臥層驗算的相關要求，在預計勘探孔深度內遇到堅實巖土時，可以適當地減小；當地基基礎的強度基本滿足要求或強度不是問題，而荷載難于達到相關要求時，就可以采用復合地基方案；在地基基礎設計的過程中，要嚴格按照相應的規程規范進行計算，并且依據相關的計算結果選擇經濟高效的施工方案。

結語：

高層建筑地基基礎設計過程中會遇到各種各樣的問題，如果能夠以科學的設計方法去進行計算和方案選型，就能夠規避很多問題，本文綜合闡述了地基基礎施工過程中常見的一些問題，并就相應的問題提出了合理化的建議，希望能為地基基礎的設計工作提供一定的理論知識和借鑒意義。