高层建筑基础选型计算比较

高层建筑基础选型计算比较

毛满

西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

摘要：本文以具体工程项目为背景，通过对高层建筑基础的承载力与沉降量的计算比较，最后确定基础选型，为类似的工程提供相应的参考。

1工程概况

西安市某高层综合办公写字楼由两栋超高层及裙楼组成，主楼地上38层，地下2层，建筑高度150.0m，框架—核心筒结构，基础埋深均为12.0m，相应于荷载效应标准组合时基底压力为640kPa，建筑物对不均匀沉降敏感；拟建裙楼地上2-5层，地下2层，建筑高度16.2-32.6m，框架结构，基础埋深均为10.0m，相应于荷载效应标准组合时柱荷载为8000kN/柱。

2基础选型与计算

2.1裙楼的基础方案选型

拟建裙楼的基础底面位于卵石之上其承载力特征值为=400。该层卵石为中密，强度较高，具有一定厚度，分布均匀，其强度完全满足裙楼对地基荷载的要求。因此，拟建裙楼可采用天然地基方案。

2.2主楼的基础方案选型

2.2.1天然地基方案

拟建主楼相应于荷载效应标准组合时基底压力为640；裙楼相应于荷载效应标准组合时柱荷载8000kN/柱，深度修正后地基承载力特征值fa=1240，满足主楼的荷载要求。天然地基方案的主要影响是④粉质粘土的强度能否满足设计要求，当④粉质粘土强度满足要求时，其下的⑤粉质粘土及以下地层强度均满足要求，对④粉质粘土的强度及建筑物变形验算如下：

2.2.1.1修正后地基承载力特征值的确定

（1）深度修正法

根据《建筑地基基础设计规范》，修正后的地基承载力特征值fa按下式计算：

通过分析计算，地基沉降量62—66mm，其倾斜0—0.07‰，满足规范要求。因此，天然地基方案可行。

2.2.2桩基础方案

根据勘察结果，若选用桩基础，拟建主楼地基宜采用柱下（墙下）钻孔灌注桩方案。下面将对桩基础方案进行初步性计算供比较选择。

2.2.2.1桩型、桩径、桩长的选择

根据勘察结果，勘察场地在120.0m深度范围内，可作为桩端持力层的土层有⑥中粗砂、⑥-2圆砾、⑦粉质粘土、⑧卵石层。根据以上地层的分布情况，可供选择的桩长、桩径如下：（1）当桩长为35.0m时，相应的桩端持力层为⑥中粗砂、局部⑥-2圆砾、⑥-3卵石，桩径可选0.6m，0.7m、0.8m。（2）当桩长为38.0m时，相应的桩端持力层为⑦粉质粘土顶部，桩径可选0.7m、0.8m、0.9m。（3）当桩长为42.0m时，相应的桩端持力层为⑦粉质粘土底部，桩径可选0.7m、0.8m、0.9m，1.0m。（4）当桩长为47.0m时，相应的桩端持力层为⑧卵石，桩径可选0.7m、0.8m、0.9m、1.0m，桩端进入⑧卵石2.0m—4.8m。

2.2.2.2单桩竖向极限承载力估算

（1）桩基计算参数

依据《建筑桩基技术规范》，对单桩竖向极限承载力标准值进行估算，计算时各层地基土桩的极限侧阻力标准值和桩的极限端阻力标准值，建议桩长选用42.0m或38.0m。

（2）后注浆单桩竖向极限承载力估算

由于场地存在③卵石、⑥中粗砂、⑥-2圆砾、⑥-3卵石和⑧卵石层，当采用后注浆工艺时，为桩身全长注浆，因此上式可简化为：

（1-5）

采取后注浆工艺后，单桩竖向极限承载力标准值均大于14000。尤其是桩长35.0m和47.0m的桩，其承载力标准值提高的幅度较大，设计时可以优先考虑。

（3）注浆前后单桩竖向极限承载力的对比

采用后压浆工艺后单桩竖向极限承载力标准值均有很大幅度的提高，是注浆前的1.93-2.18倍。特别是桩长为35.0m和47.0m桩长的桩，由于其桩端持力层分别为中粗砂、圆砾和卵石，其承载力提高的幅度最大。

2.2.2.3桩基沉降计算

（1）按《建筑地基基础设计规范》计算

根据《建筑地基基础设计规范》中的附录R，最终沉降量的计算采用单向压缩分层总和，桩端附加应力计算时分别按附录R图R.0.3中（a）、（b）两种模型进行计算。桩长（桩径）分别采用38.0m（Ф0.7m）、42.0m（Ф0.8m）、47.0m（Ф0.9m）三种。

计算时相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力=640，相应于荷载效应准永久组合时，基础底面处的平均压力=640×0.94=602，基础底面处的基底附加应力=602-20×10=402，基础底面积=45.0m×45.0m，=18°/4=4.5°，桩侧摩擦阻力平均值=45，

由计算结果可知，建筑物的沉降和倾斜均小于规范规定的容许值。不同的计算模型中桩基的沉降量比天然基础的沉降量要低很多，这对保证高层建筑的安全有着至关重要的作用。对以上两种计算结果进行比较，用《建筑桩基技术规范》计算的结果稍大，根据地区的工程经验，采用《建筑地基基础设计规范》计算的结果更接近工程实际情况，因此最终选用桩基础。