高层建筑地基基础设计研究

摘要：高层建筑基础作为高层建筑结构设计的一个非常重要的部分，基础隐蔽于地下，是整幢建筑物最为关键的部位，直接关系到建筑物的稳定和安全。在进行地基基础设计时除了考虑本身的强度和刚度外，还应考虑上部结构体系、地理环境条件、施工条件及周边环境因素，才能设计出既安全又经济的基础形式。

关键词：稳定和安全、地基基础、高层建筑

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

Abstract：The high-rise building foundation as a high building structure design of a very important part of basis in underground concealed, the whole building is the most critical parts, directly related to the stability and security of the building. In the foundation design in addition to consider itself the intensity and rigidity outside, still should consider the upper structure system, the geographical environment and construction condition and the surrounding environment factors, to design to be both safe and economic foundation form.

Keywords: stability and security, foundation, high-rise building

一、工程概况

某工程项目建于盆地，场区包括岩体结构，岩体结构破碎程度不一，岩性差异大。根据设计基础埋深，箱基底板一部分将直接落在基岩上，一部分落在不同土层上。代表性地质剖面如图1 所示。

图1 地质剖面示意图

基坑开挖面下主要土层有: ③层圆砾层，N63.5动探击数8.3，均匀性差; ④层中风化石灰岩，属较硬岩层; ④1层黏土，可塑状态，地基承载力特征值120kPa，具中高压缩性; ④2层粉质黏土混角砾，硬塑状态，地基承载力特征值240kPa，均匀性极差;⑤层强风化破碎石灰岩; ⑤1层中风化石灰岩。由于场区岩土混存，各自成因、性质、状态差异显著，属极不均匀地基，给基础设计带来很多不利因素。

二、 基础总体方案

基础底面虽大部分直接与基岩接触，如图2 所示，但就场区整体而言，基础底面以下相当深度范围内，不是完整基岩( 钻孔揭露深度地面下50m) ，不可能采用以基岩为支承的端承桩或礅式基础，或由群桩组成的独立承台。即大厦基础只能考虑为由岩、同支承的整体基础，如何避免基底软硬不均，避免地基局部差异沉降对基础和上部结构造成损害，是基础设计要解决的重要问题。为此，分析和采纳了本地的一些经验，对非岩石类土的处理进行了多方案比较。

图2 地基岩石平面分布示意图

(1) 尽可能减少土体部分地基的压缩沉降量

某21 层大厦的箱形基础，坐落在基岩起伏、上覆厚薄不均的黏土和局部淤泥的地基上，曾采用振冲碎石桩法试图改善地基不均匀性问题，结果仍出现了91mm的差异沉降，导致建筑倾斜0.284%，超过规范允许值0.2%，说明土体部分必须采用压缩性较低的刚性桩。

本工程土体部分地基以① ～ ④轴间( 图1) 的③，④1，④2土层为代表。曾有建议采用树根桩处理土体部分地基，考虑到本工程上部26 层，基底荷载较大，勿需处理的地基为抗变形刚度较大的岩石地基，无论从桩承载能力还是桩身刚度而言，树根桩用于本工程土体地基处理不妥，未予采纳。根据本地类似工程施工经验，像圆砾层③的厚度达4.6m，N63.5 动探击数8.3 击，采用钻孔桩、打入桩均难实施，而大直径挖孔桩反而有成功实例。本工程④层中风化石灰岩虽完整性好、强度高，但层位及厚度变化较大，部分④层更呈鹰嘴状尖灭，因此还需考虑桩端下连续岩层厚度。大直径挖孔桩可在遇到基岩后，通过孔底检验，检查孔底岩面情况以拟定处理措施，或在孔底施钻探明岩层厚度，以确定是否终孔或继续成孔，加之施工单位在现场试挖一挖孔桩可行，故决定采用桩径不一、长短不一的挖孔桩作为土体部分的竖向承载体。

对基岩埋藏浅的桩，桩端必然直达基岩，容易处理。而对基岩埋藏较深的桩，需有一个相对合理的布桩指导原则。决定根据就近上部荷载，采取多桩承台设想，并考虑桩-同工作，从而确定单桩桩径、承载力。这样从力系平衡方面，总是满足设计要求的，但从变形协调方面，还需采取适当的措施

(2) 协调地基变形的措施

由于基岩面起伏和不同土层土性的差异，挖孔桩直径选900mm 及1000mm 两种，桩长变化在3．5 ～ 17m 之间，以适应荷载和基岩面起伏的变化。由于一部分桩( 尤其是短桩) 桩底落在基岩，另一部分桩为摩擦型桩或半支承摩擦型桩，如桩顶直抵基础底板，可能由于基础竖向差异变形原因对基底和桩身造成伤害( 如短桩硬顶) ; 另一方面，由于桩径、桩长的差异，在水平地震力作用下，一部分桩可能因“短桩”效应而受损。为此，参考智利“桩地基”效应的概念，在桩顶设置适当厚度的碎石垫层( 智利做法: 在预制桩顶覆盖斗形预制桩帽，上铺700mm 厚碎石垫层，再做基础。同样做法在塔什干地区经受8 度地震考验，效果良好) ，以消除地震水平力直接对桩身的冲击破坏( 尤其是短桩) 。同时，对端承短桩垂直压力向上扩散留有余地，为垂直、水平双向提供形变缓冲条件，一举二得。昆明属8 度设防区，参考国外已有经验，原设计考虑碎石垫层厚度为1000mm，后经建设单位要求，并考虑基坑基岩挖除困难，后改为800mm。

3 基础内力分析

本工程原始地基属岩、土混杂的不均匀地基，经过采取措施处理后，现箱基底板已全部搁置在800mm 厚碎石垫层上，从承载力与变形两个方面考虑，主观上可认为已改造为均匀地基。

根据《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》( JGJ6―99) 的精神，本工程箱基顶、底板可仅按局部弯矩考虑基础内力，即不考虑基础的整体弯矩。不考虑基础整体弯矩的依据是: 据《建筑地基基础设计规范》( GB50007―2002 ) 条文说明解释为:“由于上部结构参加工作，箱形基础的纵向相对挠曲较小，……，因此，一般情况下计算时不考虑整体弯曲的作用。”而根据早年颁发的《高层建筑箱形基础设计与施工规程》( JGJ6―80) 的规定，是应该同时考虑基础的整体弯矩与局部弯矩的，那时设计的箱形基础，纵向相对挠曲也是很小的，其整体弯矩是按静定梁法实际计算的，现不考虑基础的整体弯矩是凭“弯曲产生弯矩”的概念主观判断的。经慎重考虑，本工程还是同时考虑了基础的整体弯矩与局部弯矩。

一般考虑基础的整体弯矩时，基底反力都是按规范推荐的地基反力系数采用，但地基反力系数是根据箱基底面以下有相当厚度压缩土层时测定的地基反力制定的，本工程基底碎石垫层以下基本为不压缩土层，而可压缩的碎石垫层厚度有限。因此地基反力总体上可视为均匀分布，仅个别局部荷载超重区可适当加大基底反力。

目前，工程己施工至25 层，砌体填充墙已施工至21 层，基础最大沉降量18.91mm，最小沉降量2.53mm，基础沉降量平面示意见图2，沉降差远小于规范限值，其地基变形可认为满足设计要求，总体上实现了处理岩土混存不均匀地基的设计思路。