淺談高層建筑基礎(chǔ)類型選擇
——以廣州市番禺區(qū)某廣場項(xiàng)目詳細(xì)勘察工程為例

溫 蘭

廣東省化工地質(zhì)勘查院 廣東 廣州 510800

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市規(guī)模的迅速擴(kuò)大，越來越多的高層建筑在城市內(nèi)拔地而起。高層建筑具有層數(shù)高、形體大、落地面積小等特點(diǎn)，是城市土地節(jié)約集約化利用的體現(xiàn)，目前高層建筑在城市建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用。高層建筑的基礎(chǔ)作為高層建筑結(jié)構(gòu)體系非常重要的組成部分，它在高層建筑上部結(jié)構(gòu)荷載向基礎(chǔ)的傳遞中起著重要作用。如果對高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計方法或選擇不當(dāng)，會對建筑物的安全產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。比如不恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)設(shè)計將造成建筑物開裂或傾斜，引起難以修復(fù)的工程質(zhì)量問題。故探討高層建筑基礎(chǔ)選型具有非常重要意義。

1 高層建筑特點(diǎn)

高層建筑的特點(diǎn)：1）層數(shù)多，總高度高；2）自重大，荷載大。由于建筑物高聳，使得豎向荷載大而集中，水平荷載（風(fēng)荷載和地震作用）引起的傾覆力矩很大，因此多層房屋基礎(chǔ)形式及設(shè)計方法一般不能簡單照抄搬用于高層建筑；3）占地面積大，基礎(chǔ)要求高。高層建筑通常由主樓和裙房構(gòu)成，占地面積較大。主樓和裙房間荷載差異較大的相鄰基礎(chǔ)間往往采用沉降縫分開，地基和基礎(chǔ)受力和構(gòu)造復(fù)雜；4）基礎(chǔ)設(shè)置深度較深。為了抵抗水平力產(chǎn)生的較大的傾覆力矩，保持建筑物的整體穩(wěn)定性，基礎(chǔ)埋深一般都較大。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）要求基礎(chǔ)埋深[1]，天然地基或復(fù)合地基，建議可取房屋高度的1/15，樁基礎(chǔ)，不計樁長，可取房屋高度的1/18。

2 高層建筑基礎(chǔ)類型

由于高層建筑的上層結(jié)構(gòu)載荷很大，因此，基礎(chǔ)承受的壓力也很大，普通的基礎(chǔ)不能滿足高層建筑的承載強(qiáng)度。常見的基礎(chǔ)類型有[2]：1）梁式基礎(chǔ)：通常用于地基承載力較高但上部結(jié)構(gòu)不太高、荷載不太大、沒有地下室；2）橫梁條形基礎(chǔ): 一般基礎(chǔ)承載力較高，上部荷載較大，且無基礎(chǔ)，如單一基礎(chǔ)無法滿足基礎(chǔ)承載力；3）筏形基礎(chǔ)：通常用于有地下室的工程，其平面尺寸一般是根據(jù)地基土的承載力、上部結(jié)構(gòu)的布置和荷載情況來確定；4）箱形基礎(chǔ)：用于高層建筑地下室的設(shè)計，可結(jié)合箱形基礎(chǔ)的設(shè)計要求和工程特點(diǎn)使用；5）樁基礎(chǔ)：常常適用于的范圍如下：一是地基薄弱，有軟層。作為天然地基，其承載力或沉降無法滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求；二是相鄰建筑物相互影響時，地基會形成過度不均勻沉降；三是當(dāng)有特殊的沉降要求時；四是現(xiàn)有建筑物不允許進(jìn)行開挖，也沒有其他施工方法；五是當(dāng)土層變化較大時，厚度不均勻或基巖表面起伏差較大，都會引起過大的非均勻沉降；六是天然地基深埋時，與施工條件相比較是不經(jīng)濟(jì)的；6）組合基礎(chǔ)，適合采用組合基礎(chǔ)法，以保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和完整性。

3 高層建筑基礎(chǔ)選擇應(yīng)考慮的因素

高層建筑基礎(chǔ)的設(shè)計比一般建筑基礎(chǔ)的設(shè)計更為復(fù)雜。在一般情況下，在選擇基礎(chǔ)時應(yīng)考慮以下因素：

（1）地質(zhì)條件的影響。地質(zhì)條件是高層基礎(chǔ)選擇的重要依據(jù)。擬建場地地質(zhì)條件隱蔽、復(fù)雜、多變。按照現(xiàn)階段的工程勘察和技術(shù)手段，總體上可以比較準(zhǔn)確，也能為擬建建筑提出詳細(xì)的巖土工程資料和設(shè)計、施工所需的巖土參數(shù)。

（2）上層建筑形式的影響。不同上層建筑對地基不均勻沉降的敏感程度不同。上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)不均勻沉降越敏感，建議選擇剛度較高的基礎(chǔ)形式。因此，應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)形式的不同，選擇合適的基礎(chǔ)類型。

（3）根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載的大小、地上層數(shù)、高度和跨度，選擇最佳的地基形式。

（4）高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)盡可能滿足建筑功能的具體要求。例如，要滿足人民防空、地下車庫、地下商場等建筑物的特定功能要求。

（5）高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計也應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的要求。例如，對于箱式基礎(chǔ)，要考慮埋設(shè)深度、高度、基礎(chǔ)平面質(zhì)心與結(jié)構(gòu)豎向靜載重心重合、偏心量等要求。

（6）抗震性能對地基選擇的影響。高層建筑對地震效應(yīng)較為敏感，在地震效應(yīng)下，地基變形大、沉降不均勻、傾覆，因此在基礎(chǔ)選擇時，必須充分考慮地震效應(yīng)的影響。

（7）周邊建筑物對地基選擇的影響。周邊建筑對地基的選擇也有很大的影響。例如，如果既有建筑物與筏或箱基礎(chǔ)之間的距離過小，則需要考慮在深基坑開挖時，既有建筑物的基礎(chǔ)或主體是否會部分下沉和開裂；如果基礎(chǔ)采用預(yù)制樁，打樁過程中的振動是否會使既有建筑物或胸墻、遮陽篷等構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致傾覆、倒塌、墜落等。

（8）施工條件對基礎(chǔ)選擇的影響。施工隊(duì)伍和施工人員的素質(zhì)是否能夠保證施工質(zhì)量，如材料、設(shè)備、機(jī)械工具能否就近購買或租用，施工過程中的氣候條件和降雨等都是影響基礎(chǔ)選擇的因素。

（9）工程造價對基礎(chǔ)選擇的影響。在滿足功能要求的前提下，對各方面進(jìn)行比較，選擇成本較低的基本設(shè)計方案[3]。

4 案例分析

4.1 工程概況

擬建項(xiàng)目位于廣州市番禺南站商務(wù)核心區(qū)內(nèi)。擬建2棟辦公塔樓（TA、TB）及1棟裙房，設(shè)2層地下室，為框剪結(jié)構(gòu)。其中塔樓層數(shù)為19～36層，高度為97.45～179.95m；裙樓層數(shù)為2層，高度為8.5m。建筑場地類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計地震分組為第一組，特征周期值為0.35s。場地的巖土工程勘察等級劃分為甲級。

4.2 地層情況

擬建項(xiàng)目場地位于廣州市番禺區(qū)，場地原始地貌為沖洪積三角洲平原地貌。現(xiàn)場地整體地勢開闊，地形平坦，場地鉆孔高程處于7.84～8.79m之間，相對高差0.95m。

根據(jù)勘察報告資料顯示，地層巖性如下：

第四系人工填土層：①1雜填土，由黏性土、碎石、砼塊及建筑垃圾等組成，平均厚度3.28m。①2素填土，由黏性土、砂粒、碎石等組成，平均厚度2.65m。

第四系沖洪積層：②1淤泥質(zhì)土，由黏粒組成，具腥臭味，含少量有機(jī)質(zhì)，平均厚度2.51m。②2淤泥質(zhì)粉砂，以粉細(xì)砂為主，含有機(jī)質(zhì)，平均厚度4.25m。②3粉質(zhì)黏土，組成物為粉粒、黏粒，平均厚度2.92m。

第四系殘積層：③粉質(zhì)黏土，成分主要為粉粒、黏粒，切面較規(guī)則，殘積成因，平均厚度4.74m。

白堊紀(jì)泥質(zhì)粉砂巖和砂巖：④21-1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，平均層厚2.19m。④21-2強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，平均層厚1.99m。④22強(qiáng)風(fēng)化砂巖，平均層厚1.58m。巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

④31中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，未揭穿，平均厚度9.07m。④32中風(fēng)化砂巖,未揭穿，平均厚度3.04m。巖石屬軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ～Ⅴ級。

4.3 基礎(chǔ)方案選擇分析

本項(xiàng)目規(guī)劃2棟辦公塔樓及1棟裙房。根據(jù)目前勘察資料顯示，淺部土層主要為①層人工填土、②1層淤泥質(zhì)土、②2層淤泥質(zhì)粉砂、②3層粉質(zhì)黏土和③粉質(zhì)黏土。其中①層人工填土、②2層淤泥質(zhì)粉砂及②1層淤泥質(zhì)土工程力學(xué)性能較差，承載力較低，壓縮性高，不能作為擬建建筑基礎(chǔ)持力層，即淺部地基難以滿足上部荷載、沉降變形的要求，且擬建層高較高，最高達(dá)179.95m，擬建建筑上部荷載大，對基礎(chǔ)持力層要求較高，對沉降要求也較高，并且擬建工程緊鄰廣州南站，在深基坑開挖時，可能會出現(xiàn)對已有建筑物的基礎(chǔ)或主體造成局部下沉、開裂等情況，故不宜采用天然地基，宜采用樁基礎(chǔ)。

場地內(nèi)廣泛分布人工填土和軟土，在堆載或其他工程活動時，可能產(chǎn)對樁基產(chǎn)生負(fù)摩阻力進(jìn)而引起對樁基的下拉荷載，降低了樁基的實(shí)際承載能力，增大了樁基的受力，嚴(yán)重時可使樁基過大失穩(wěn)下沉，應(yīng)采取合理防護(hù)措施。選用摩擦樁時，原則上應(yīng)深入強(qiáng)風(fēng)化巖一定深度且確保沉樁時不能斷樁；選用嵌巖樁時，為確保樁基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性，同一承臺或臨近樁位處的最深完整巖面應(yīng)嵌入不少于0.5m，其他樁位應(yīng)加大嵌巖深度。總之基樁嵌入中風(fēng)化巖層足夠深度，樁基礎(chǔ)穩(wěn)定性較好。

成樁方式可采用鉆（沖）孔樁或旋挖樁，宜選擇④31、④32層中風(fēng)化巖為樁端持力層。樁徑可采用φ800～2500mm，樁端入中風(fēng)化巖不小于2倍樁徑，樁長預(yù)計約15～34m（按樁長：建議持力層（中風(fēng)化巖）層頂頂面考慮），此樁長為粗略建議值，具體樁長應(yīng)根據(jù)持力層巖面埋深、巖面起伏情況及設(shè)計嵌入持力層深度等綜合確定。為確保樁端以下3-5倍樁徑深度范圍為完整穩(wěn)定巖層，需要查明樁端持力層巖面起伏變化情況、有無軟弱夾層等，必要時進(jìn)行超前鉆探。

初步設(shè)計時根據(jù)樁徑大小和各巖土層技術(shù)參數(shù)采用廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（DBJ15-31-2016）第10.2.4[4]式計算單樁豎向承載力特征值。

該方案有點(diǎn)：1）樁身直徑大小靈活，樁身砼可取較高強(qiáng)度，充分利用其承載力；2）施工安全性較好，水下部分采用泥漿護(hù)壁，不需要場地降水；3）樁身直徑較小，用鋼量較少。

根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)鑒定、原位測試及室內(nèi)土巖力學(xué)性質(zhì)測試資料，參照省標(biāo)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（DBJ15-31-2016）及現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范、規(guī)程，給出土巖層設(shè)計參數(shù)建議值見表1。

表1 各土（巖）層設(shè)計參數(shù)建議值表

5 結(jié)束語

高層建筑基礎(chǔ)類型的選擇沒有固定的模式，因此要從建筑物自身的特點(diǎn)出發(fā)，實(shí)事求是，綜合考慮建筑物的上部結(jié)構(gòu)要求、抗震設(shè)防要求、工程地質(zhì)情況、施工場地以及周圍的建筑物等環(huán)境條件，對各種基礎(chǔ)設(shè)計方案進(jìn)行比選，優(yōu)先選擇可以滿足建筑物地基承載力、整體性較好并且可以調(diào)節(jié)不均勻沉降的基礎(chǔ)形式。