高層建筑地基基礎設計的若干問題討論

吳笑梅

西部建筑抗震勘察設計研究院

一、地基基礎設計的重要性

    地基基礎是建筑物首先考慮和建造的部位，是一個建筑的根本和立足點。同時，由于地基深埋于土地之中，地質情況復雜，變化較多，加上地下水的影響，使得基礎設計的不確定性加大，增加了地基基礎設計的難度。根據有關資料統計，一般地基基礎及地下室的造價占整個土建造價的5%~6%之間，對埋置較深，地質情況復雜，需要特殊處理的地基基礎，其造價更可達10%以上。所以，設計過程中通過對不同基礎形式方案的比較，擇優而用，降低造價可以產生較好的經濟效益。

二、高層建筑地基基礎設計的主要依據和基本要求

    1.主要依據

    高層建筑的地基基礎設計受很多因素影響，地面土質結構和地下的巖土成分等是外部的基本條件；建筑本身的層高，地下室層數和建筑的內部結構對地基的壓迫程度是建筑自身對地基基礎的限制條件；此外相關的抗震要求等對基礎設計提出了更高的要求。

    2.基本要求

    與普通的多層建筑設計相比，由于影響高層建筑地基基礎的因素較多，所以設計過程中需要考慮的設計要求也相對復雜。地基的牢固性、建筑結構的穩定性與抗震性、地基豎向的承載力與橫向的抗滑移、地基的沉降指數、地基土層的抗壓能力和地基壓力變形范圍等，都是對地基基礎設計的基本要求。因此，在地基基礎設計過程中，不僅要考慮建筑外觀設計概念上的要求，更重要的是地面條件和建筑本身結構對高層建筑提出的具體客觀要求。隨著現代模擬技術與勘測技術的不斷成熟，為高層建筑設計提供了設計方案反復模擬、修改的便利條件和可靠的數據，以滿足高層建筑最基本的安全性要求。

三、高層建筑地基基礎設計應注意的問題

    1.沉降縫的設置

    沉降縫是為防止建筑物各部分由于地基不均勻沉降引起房屋破壞所設置的垂直縫成為沉降縫。當建筑物建造在不同土質的地基上，或建筑物相鄰部分的高度、荷載和結構形式差別較大時，為了防止建筑物出現不均勻沉降引起錯動或開裂，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。但高層建筑的工程實踐效果標明，高層建筑基礎卻不適合設置沉降縫。沉降縫的設置將對地下室在土層中的嵌固作用產生一定的影響，再加上高層建筑本身對地下室的結構壓力，會使建筑的地基基礎設計更加復雜，并造成額外的壓力負擔，不利于高層建筑的穩定性。

    2.地基基礎設計中的地基土與結構共同作用問題分析

    共同作用的概念源于高層建筑與地基基礎共同作用，即是把高層建筑、基礎和地基三者看成一個整體，并要滿足地基、基礎與上部結構三者在接觸部位的變形協調條件。而地基基礎的共同作用是指：地基土與基礎（各種類型的樁，包括:柔性樁、半柔性樁、剛性樁等）共同承擔上部結構荷載。地基與基礎之間的荷載分擔比是根據基礎變形協調條件確定的。由此可以看出：用沉降控制來設計地基基礎正是地基基礎共同作用概念的具體運用。地基處理或基礎加固就是視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。影響地基土與基礎的荷載分擔比因素主要有：基礎（包括加固體）剛度的大小、地基土的土性、基礎形式等。

    3.樁端進入持力層的最小深度問題：（1）應選擇較硬土層或巖層作為樁端持力層。樁端進入持力層深度，對粘性土、粉土不宜小于2d（d為樁徑）；砂土及強風化軟質巖不宜小于1.5d；對于碎石土及強風化硬質巖不宜小于1d且不小于0.5m。（2）樁端進入中、微風化巖的嵌巖樁，樁全段面進入巖層的深度不宜小于0.5m,嵌入灰巖或其他未風化硬質巖時，嵌巖深度可適當減少，但不宜小于0.2m。（3）當場地有液化土層時，樁身應穿過液化土層進入液化土層以下的穩定土層，進入深度應由計算確定，對碎石土、礫、、粗中砂、堅硬粘性土和密實粉土不應小于0.5m，對其他非巖石土不宜小于1.5m。（4）當場地有季節性凍土或膨脹土層時，樁身進入上述土層以下的深度應通過抗拔穩定性驗算確定，其深度不應小于4倍樁徑。

    4.地下室底板受力

    高層建筑一般都設置地下室，多層建筑也有設置地下室的。采用常規樁基礎時，有一個如何確定底板受力的問題。許多設計人員在地下室底板計算中，僅僅考慮底板的活荷載和底板的水浮力，這是不完全的。采用常規樁基礎時，即使考慮樁承擔底板底面以上全部荷載，也是認為底板與土是脫離的，單事實上，這僅僅是計算假定。測試表明，以側阻承受荷載為主的樁，土與底板底部有些情況下是接觸的，底板承受的荷載最大可以以達到其上部荷載的24%~30%，所以底板計算時，必須考慮這部分荷載的作用，否則是偏于不安全的。

參考文獻:

[1] 混凝土結構設計規范（GB50010--2010）中國建筑工業出版社

[2] 建筑地基基礎設計規范（GB50007--2011）中國建筑工業出版社

[3] 高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3--2010）中國建筑工業出版社

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尹維維 尚雯瀟 編輯  文徑 審核)