高层建筑地基基础方案选型分析

高层建筑地基基础方案选型分析

张杨1陈凯1蒋哲1梁东炎11

1、中国建筑第四工程局有限公司广东广州510006

摘要：地基基础是保证建筑结构整体稳定性的关键，对于不同的地质情况需要采用不同的基础形式或组合基础形式，以实现安全经济、质量可靠的施工。本文以深圳光明区某实际工程为背景，针对高层建筑基础方案选型要点分析进行讨论，得到一些初步结论，为后续施工提供指导。

关键词：地基基础；方案选型；筏板基础

1工程概况

1.1工程介绍

本项目场地建筑设计确定的±0.00m相对于绝对标高为9.50m。场地共规划建设12栋32-33层的高层商住楼（总高99.8m）、1栋商业楼及1所1-2层幼儿园。

场地设3层地下室，底板面相对标高为-14.70m，底板厚度0.70m，底板底相对标高为-15.40m。场地的±0.00m相对于绝对标高为9.50m，地面的绝对标高约7.0m，底板底的绝对标高为-5.90m，按照目前地面计算底板底的埋深约13.0m。

1.2工程地质情况

根据对场地各阶段的岩土工程勘察成果，结合区域地质资料，场地所揭露的岩土地层特性、土工试验指标、原位试验的标贯试验击数、类似工程场地的工程经验等分别确定各岩土地层的天然地基承载力特征值、变形计算的相关参数（变形模量和压缩模量）、桩基设计计算的侧阻力和端阻力特征值等如表1所示

2各栋建筑的结构特点和规范对地基强度及变形控制要求

本项目共有12栋商住楼，一栋商业楼和一所幼儿园；A1-A12栋商住楼建筑层数为33层，设置3层地下室；商业楼2-4层，设置3层地下室；幼儿园为1-2层，无地下室。各栋均采用框-剪结构，剪力墙较均匀分布在建筑平面内，部分采用框架结构。考虑到本区域住宅楼的建筑和结构特点，结合本场地地层性质，按照广东省的地基基础设计规范，地基基础设计的主要控制标准为:

1）天然地基的承载力特征值满足上部结构的荷载控制要求并有足够的安全储备（安全系数不小于2.0）；

2）建筑的总体沉降控制在30mm以内且整体倾斜率不大于0.0025H（L为建筑总高度）；

3）相邻柱（桩）基之间的沉降差不大于0.002L（L为相邻柱基中心距）；

4）桩基础的单桩竖向作用力小于地基提供的单桩竖向承载力特征值等。

3地基基础形式的比较选择分析

考虑建筑结构特点，结合本场地的岩土地层性质，对建筑的地基基础形式，现分析如下：

1、冲孔（旋挖）桩基础：单桩承载力可满足设计要求，设计时易于布桩，当基坑开挖后，上部土层均已被挖除，基坑底已为强风化岩，中风化岩，桩体深度不会过深，当塔楼荷载较大，对桩基础持力层有严格的入岩要求。

2、人工挖孔桩基础：成桩质量有保障，单桩承载力大，但人工挖孔灌注桩属于被限制桩型，采用时须向有关部门提出申请，并严格执行挖孔桩的各种安全规定。

3、预应力管桩基础：由于A1-A12栋层高较高（33层），建筑上部荷载较大。而基坑底以下岩层面以上的覆盖层较薄，采用预应力管桩不是合理方案。

4、天然地基筏板基础：天然地基基础施工方便，周期短，造价较低，而且筏板基础作为在平面上扩大的整板基础，整体性好，强度和刚度大，具有一定的调整不均匀变形的功能。

5、复合地基筏板基础：复合地基是在充分发挥天然地基承载力的基础上，通过设置竖向加强桩体来提高整体持力层地基的强度，减少地基的总体沉降和不均匀沉降，同时利用附加应力随深度增加逐渐扩散减小的特点，在深度上设置的加强桩体的长度可以调整，以符合附加应力随深度扩散减小的特点，减少了桩长，加强桩深度范围的复合地基作为整体地基承担上部结构荷载。

4地基基础承载力分析计算

根据地勘资料，本场地区域基础底面的地层为强风化、中风化岩层、中风化偏微风化岩层、微风化岩层。按照有关规范，天然地基筏板基础或复合地基的底板需外延一倍厚度。根据对数十栋高层建筑的结构分析和统计，本计算荷载取值结构每层为15kPa（不包括结构底板荷载），主塔楼筏基外挑1.0m，筏板厚度暂按1800mm计算荷载。

1、区域1处主塔楼建筑基础底板底地基的受荷计算

基础设计的主塔楼荷载按上部结构每层为15kPa计算，上部结构组合荷载：

式中：F—区域内基础上部结构荷载；G—区域内承台（基础筏板）自重。

即：W1=F1+G1=（33+3）×15×2793+3123×1.8×25.0=1648755kN

则底板底均布接触荷载为：

PK=W1&pide;A=1648755&pide;3123=528kPa，计算取值530kPa。

考虑地下水位高度1.2m，底板底位于地面下13m，则底板底的附加荷载为：

P0=530-1.2×18.5-（13-1.2）×8.5=408kPa。

2、区域2处主塔楼建筑基础底板底地基的受荷计算

基础设计的主塔楼荷载按每层15kPa计算，上部结构组合荷载：

式中：F—区域内基础上部结构荷载；G—区域内承台（基础筏板）自重。

即：W1=F1+G1=（33+3）×15×3596+3974×1.8×25.0=2120670kN

则底板底均布接触荷载为：

PK=W1&pide;A=2120670&pide;3974=533kPa，计算取值535kPa。

考虑地下水位高度1.2m，底板底位于地面下13m，则底板底的附加荷载为：

P0=535-1.2×18.5-（13-1.2）×8.5=413kPa

3、区域3处主塔楼建筑基础底板底地基的受荷计算

基础设计的主塔楼荷载按每层15kPa计算，上部结构组合荷载：

式中：F—区域内基础上部结构荷载；G—区域内承台（基础筏板）自重。

即：W1=F1+G1=（33+3）×15×2111+2440×1.8×25.5=1249740kN

则底板底均布接触荷载为：

PK=W1&pide;A=1249740&pide;2440=512.1kPa，取值515kPa。

考虑地下水位高度1.2m，底板底位于地面下13m，则底板底的附加荷载为：

P0=515-1.2×18.5-（13-1.2）×8.5=393kPa

4、区域4处主塔楼建筑基础底板底地基的受荷计算

基础设计的主塔楼荷载按每层15kPa计算，上部结构组合荷载：

式中：F—区域内基础上部结构荷载；G—区域内承台（基础筏板）自重。

即：W1=F1+G1=（33+3）×15×2809+3154×1.8×25.0=1658790kN

则底板底均布接触荷载为：

PK=W1&pide;A=1658790&pide;3154=525kPa，取值525kPa。

考虑地下水位高度1.2m，底板底位于地面下13m，则底板底的附加荷载为：

P0=525-1.2×18.5-（13-1.2）×8.5=403kPa

4结论

综上所述，对于高层建筑的基础选型，一般按照承载力和变形控制的双原则进行。如果这两者均已满足则首先选择天然地基筏板基础；如果局部场地因承载力不足或变形可能不协调，则可采用局部换填的地基处理措施实现地基的均匀性，从而实现天然地基筏板基础的目的；如果大部分场地的地基承载力不能满足，但总体的地基条件并不很差，则复合地基已经是成熟的方法；如果地基持力层性质较差，复合地基没有优势，则选择桩基础，以稳定的岩层作为桩基础的持力层。

参考文献:

[1]冯俊强,尚守平,文学章.高层建筑基础方案选型专家系统研究[J].湖南大学学报(自然科学版),1999,(S1):91-96.

[2]段晨辉.某超高层大楼地基基础方案选型[J].建筑设计管理,2009,(08):61-63.