浅析高层建筑基础方案选型

浅析高层建筑基础方案选型

徐翔宇

广东省建筑设计研究院；身份证号码：44162219871015XXXX

摘要：建筑基础设计对于整个建筑的稳定性和安全性至关重要，基于建筑项目的特点与场地实际情况，选择最安全适用、经济合理的基础形式，消除建筑基础安全隐患，提高建筑基础的抗震性和稳定性，降低工程造价。本文以武汉某高层建筑项目为背景，分析阐述了该建筑基础设计选型，以期实现建筑基础设计水平的提升，从而更好地满足建筑工程建设要求。

关键词：高层建筑；基础设计选型；灌注桩；PHC管桩；CFG桩

1、引言

近年来，我国建筑行业快速发展，很多建筑项目设计往往过于关注上部结构设计，而忽视桩基础设计选型，在实际应用中随便选择某种基础形式，使得桩基础不符合场地的地质情况，导致后期出现裂缝、变形等问题。所以应特别注意建筑桩基础的合理设计选型，从整体进行考虑，充分认识到桩基础对于整个建筑结构的影响，全面提高建筑桩基础设计选型水平。

2、建筑项目概况

2.1项目简介

本建筑项目位于湖北省武汉市，由1#楼、2#楼及其地下室组成；其中1#楼地下2层，地上24层，整体高度约72m，基底高程约为18.5m；2#楼地下1层，地上33层，整体高度约99m，基底高程约为22.0m。

结合该建筑项目的使用要求，主楼为剪力墙结构，地下室为框架结构；场地基本风压为0.35kN/㎡，建筑项目的抗震设防为丙类，设防烈度为7度，1#楼结构抗震等级为三级，2#楼结构抗震等级为二级。

2.2项目地质情况

根据本项目岩土工程勘察报告可知，拟建场地围内地势总体表现为东高西低之势，高程约为24.0～26.0m，场地现为空地，属长江三级阶地地貌单元。拟建场区所分布的表层为人工填土层，其下为第四系全新统及上更新统冲洪积黏性土层、志留系泥岩层，在勘察深度范围内可划分为以下几层：①素填土（Qml），②-1粉质黏土（Q4al+pl），②-2粉质黏土（Q4al+pl），③-1粉质黏土（Q3al+pl），③-2粉质黏土（Q3al+pl），③a粉质黏土（Q3al+pl），④-1强风化泥岩（S），④-2中风化泥岩（S）。各岩土基础设计参数如表1所示。

表1基础设计参数

根据地勘报告，负一层地下室基底（约22.0m）处多为素填土，在负二层地下室基底（约18.5m）处多为③-1粉质黏土或③-2粉质黏土。为减少建筑物沉降差、保证结构安全并降低工程造价，初步判断可根据地质状况及建筑物高度采取不同的基础形式。

3、基础设计选型的原则

对于建筑基础的选择，应进行深入的技术与经济分析，确保其符合以下原则：

1）与地质条件有较高的适应性，能够结合当地的实际情况与地质条件，实现因地制宜。

2）选择适宜的基础形式，确保其与上部结构具有较高的匹配性。

3）对于基础形式的选择以及基础施工，应当符合环境友好型、资源节约型要求。

4）对于基础的选择，应当基于相同条件下，达到安全、先进、高效、经济及延长使用寿命的要求。

5）对于一种新型基础的使用，应当经过科学实验，并结合工程实践得出最终的结论，确保此种桩型在实际投入使用的过程中具有安全性、匹配性。

4、建筑基础选型分析

根据本建筑项目特点，结该合场的岩土地质状况，主要选取了以下几种基础形式进行分析：

1）钻孔灌注桩基础

根据地勘报告，钻孔灌注桩以④-2中风化泥岩为持力层，由《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）式5.3.6计算可得，当采用C30砼、直径1200mm、扩大头直径1600mm时，其承载力特征值Ra约为8000kN，预估有效桩长为17～23米。

钻孔灌注桩机械化程度高，施工速度较快，具有很强的穿透能力，桩体端部可以顺利进入中风化持力层，达到设计标高；单桩承载力高，不会出现断桩、偏桩现象；桩整体性很好，对于软硬变化大、风化不均匀、夹层多等地质情况都具有良好的适用性，而且是施工比较安全，噪音低，属非挤土桩，不会出现挤土效应，几乎不会影响周围建筑物。

然而由于场地岩质较软，入岩深度较大，且施工前需要进行超前钻孔用以探明桩底持力层情况，导致造价可能较高；钻孔灌注桩对于施工现场的积水水平要求较高，水下混凝土施工过程中不容易进行操作控制，有可能会产生泥浆污染，不容易控制桩身质量，经常出现浮浆夹层、离析、露筋、缩颈、夹渣、孔底沉泥等问题；为了保障施工质量，须选择管理模式先进、经验丰富的施工团队。

2）预制PHC管桩

根据地勘报告，PHC管桩以④-1强风化泥岩为持力层，由《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）式5.3.6计算可得，当采用直径500mm的PHC管桩时，其承载力特征值Ra约为1000kN，预估有效桩长为9～12米。

根据施工工艺的不同，预制PHC管桩主要包括两种方式：静压和锤击。一般情况下对市区的建筑项目主要进行静压施工。预制PHC管桩在实际应用中，单桩承载力收，桩体较可靠稳定，施工速度快，而且施工工艺比较成熟。

然而预制PHC管桩在建筑项目施工中的应用也面临着挤土效应问题，需做好复压（打）的准备，挤土效应会对周围桩基或者建筑物、构筑物产生较大影响；且根据湖北省地方标准《建筑地基基础技术规范》（DB42/242）第10.1.6条，高度小于100m层数为30层及以上时，需采用桩筏基础，且高度超过75m的高层建筑采用管桩时，必须通过专家论证，由于当地规范所限，2#楼如采用PHC管桩，除需采用桩筏基础外，还需专业论证，如此势必会导致造价的提示及设计周期的延长。故需结合项目实际情况，慎重选择预制PHC管桩。

3）采用经长螺旋钻孔压灌桩（CFG桩）进行地基处理的筏板基础

经过初步计算，1#楼（24层）做筏板时所需承载力约为350kPa，2#楼（33层）做筏板时所需承载力约为450kPa。根据地勘报告估算，采用C30、直径500mm的CFG桩时，其承载力Ra约为600kN，采用等边三角形布置；根据《复合地基技术规范》GB/T50783-2012第5.2.1条、第14.2.5条及《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012第7.1.5条计算可知，用此桩型进行地基处理后的地基承载力fspk约为420kPa，可满足1#楼承载力要求，但不满足2#楼承载力要求。

CFG桩的因其施工工艺类似于灌注桩，优缺点与灌注类似，不同之处主要是CFG桩没有配筋，整体性较差，但不用进行超前钻孔，且施工及检测成本较低。

经过上述选项分析，根据项目自身特点，结合场地的地质情况、施工要求及建设方对经济技术指标的要求，最终确定1#楼采用经长螺旋钻孔压灌桩（CFG桩）进行地基处理的筏板基础，2#楼采用钻孔灌注桩基础；由于两栋楼采用不同的基础形式，上部结构设计时应配合基础布置在合理的部位设置沉降后浇带，以调节不均匀沉降。

5、结束语

综上所述，高层建筑基础设计选型必须基于项目自身特点，结合场地的地质情况、施工要求及建设方对经济技术指标的要求具体分析，对各种方案进行对比，确定安全适用、经济合理的基础类型和施工工艺。

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