高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的若干問題討論

吳笑梅

西部建筑抗震勘察設(shè)計研究院

一、地基基礎(chǔ)設(shè)計的重要性

    地基基礎(chǔ)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(zhì)情況復(fù)雜，變化較多，加上地下水的影響，使得基礎(chǔ)設(shè)計的不確定性加大，增加了地基基礎(chǔ)設(shè)計的難度。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，一般地基基礎(chǔ)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(zhì)情況復(fù)雜，需要特殊處理的地基基礎(chǔ)，其造價更可達(dá)10%以上。所以，設(shè)計過程中通過對不同基礎(chǔ)形式方案的比較，擇優(yōu)而用，降低造價可以產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。

二、高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的主要依據(jù)和基本要求

    1.主要依據(jù)

    高層建筑的地基基礎(chǔ)設(shè)計受很多因素影響，地面土質(zhì)結(jié)構(gòu)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(shù)和建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對地基的壓迫程度是建筑自身對地基基礎(chǔ)的限制條件；此外相關(guān)的抗震要求等對基礎(chǔ)設(shè)計提出了更高的要求。

    2.基本要求

    與普通的多層建筑設(shè)計相比，由于影響高層建筑地基基礎(chǔ)的因素較多，所以設(shè)計過程中需要考慮的設(shè)計要求也相對復(fù)雜。地基的牢固性、建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(shù)、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(chǔ)設(shè)計的基本要求。因此，在地基基礎(chǔ)設(shè)計過程中，不僅要考慮建筑外觀設(shè)計概念上的要求，更重要的是地面條件和建筑本身結(jié)構(gòu)對高層建筑提出的具體客觀要求。隨著現(xiàn)代模擬技術(shù)與勘測技術(shù)的不斷成熟，為高層建筑設(shè)計提供了設(shè)計方案反復(fù)模擬、修改的便利條件和可靠的數(shù)據(jù)，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(chǔ)設(shè)計應(yīng)注意的問題

    1.沉降縫的設(shè)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(shè)置的垂直縫成為沉降縫。當(dāng)建筑物建造在不同土質(zhì)的地基上，或建筑物相鄰部分的高度、荷載和結(jié)構(gòu)形式差別較大時，為了防止建筑物出現(xiàn)不均勻沉降引起錯動或開裂，通常在差異處設(shè)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(biāo)明，高層建筑基礎(chǔ)卻不適合設(shè)置沉降縫。沉降縫的設(shè)置將對地下室在土層中的嵌固作用產(chǎn)生一定的影響，再加上高層建筑本身對地下室的結(jié)構(gòu)壓力，會使建筑的地基基礎(chǔ)設(shè)計更加復(fù)雜，并造成額外的壓力負(fù)擔(dān)，不利于高層建筑的穩(wěn)定性。

    2.地基基礎(chǔ)設(shè)計中的地基土與結(jié)構(gòu)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(chǔ)共同作用，即是把高層建筑、基礎(chǔ)和地基三者看成一個整體，并要滿足地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)三者在接觸部位的變形協(xié)調(diào)條件。而地基基礎(chǔ)的共同作用是指：地基土與基礎(chǔ)（各種類型的樁，包括:柔性樁、半柔性樁、剛性樁等）共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載。地基與基礎(chǔ)之間的荷載分擔(dān)比是根據(jù)基礎(chǔ)變形協(xié)調(diào)條件確定的。由此可以看出：用沉降控制來設(shè)計地基基礎(chǔ)正是地基基礎(chǔ)共同作用概念的具體運用。地基處理或基礎(chǔ)加固就是視基礎(chǔ)沉陷量大小的控制要求確定地基補(bǔ)強(qiáng)的程度和發(fā)揮原地基土承載力的程度。影響地基土與基礎(chǔ)的荷載分擔(dān)比因素主要有：基礎(chǔ)（包括加固體）剛度的大小、地基土的土性、基礎(chǔ)形式等。

    3.樁端進(jìn)入持力層的最小深度問題：（1）應(yīng)選擇較硬土層或巖層作為樁端持力層。樁端進(jìn)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(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖不宜小于1.5d；對于碎石土及強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖不宜小于1d且不小于0.5m。（2）樁端進(jìn)入中、微風(fēng)化巖的嵌巖樁，樁全段面進(jìn)入巖層的深度不宜小于0.5m,嵌入灰?guī)r或其他未風(fēng)化硬質(zhì)巖時，嵌巖深度可適當(dāng)減少，但不宜小于0.2m。（3）當(dāng)場地有液化土層時，樁身應(yīng)穿過液化土層進(jìn)入液化土層以下的穩(wěn)定土層，進(jìn)入深度應(yīng)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(yīng)小于0.5m，對其他非巖石土不宜小于1.5m。（4）當(dāng)場地有季節(jié)性凍土或膨脹土層時，樁身進(jìn)入上述土層以下的深度應(yīng)通過抗拔穩(wěn)定性驗算確定，其深度不應(yīng)小于4倍樁徑。

    4.地下室底板受力

    高層建筑一般都設(shè)置地下室，多層建筑也有設(shè)置地下室的。采用常規(guī)樁基礎(chǔ)時，有一個如何確定底板受力的問題。許多設(shè)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(guī)樁基礎(chǔ)時，即使考慮樁承擔(dān)底板底面以上全部荷載，也是認(rèn)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(cè)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(dá)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(xiàn):

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[3] 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3--2010）中國建筑工業(yè)出版社

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尹維維 尚雯瀟 編輯  文徑 審核)