浅议高层、超高层建筑基础方案的选取

浅议高层、超高层建筑基础方案的选取

鲍召杰 郑庆峰

北京中联勘工程技术有限责任公司 北京市 100072

摘要：高层、超高层建筑具有主楼荷载大、沉降大；主裙楼荷载、沉降差异较大的特点。因此，我国较多高层、超高层建筑采用桩基础，部分工程师甚至觉得，高层、超高层建筑必须选用桩基础。然而不断有工程实践表明，在充分了解高层、超高层建筑荷载分布及变形要求、明确建筑地基各土层的承载力、变形特性的条件下，高层、超高层建筑同样可以采用天然地基上的浅基础或人工地基上的浅基础。

关键词：地基处理；软弱土；人工填土；岩溶

引言

随着国家经济发展发展与技术的进步，越来越多的超高层建筑在我国各地不断涌现。超高层建筑具有主楼荷载大、沉降大，主裙楼间荷载及沉降差异较大的特点。为了同时满足主裙楼对承载力、变形、差异沉降的要求，目前我国绝大部分超高层建筑采用桩基础作为基础方案。即按变刚度调平设计原理，在主楼下采用长桩、大直径桩、密布，在满足高承载力要求的同时减小主楼沉降；在裙楼下采用短桩、小直径桩、疏布，甚至不布桩，从而放大裙楼部分的沉降达到减小主裙楼差异沉降的目的[1]。由于按变刚度调平理念设计的桩基础在超高层建筑中得到广泛使用并取得了较好的效果，因此部分工程师误认为，超高层建筑必须选择桩基础。然而不顾工程实际盲目采用桩基础，往往会照成工程造价提高、施工工期延长、施工难度增加等后果。因此作为工程师，根据工程的具体实际情况合理选择基础方案就显得尤为重要。

1 高层、超高层建筑可选择的基础类型

根据相关文献、工程资料统计，我国超高层建筑采用的基础形式主要包括：天然地基上的浅基础、人工地基上的浅基础、桩基础。

1.1 天然地基上的浅基础

天然地基上的浅基础因无需对地基进行处理，直接在地基土施工浅基础。具有造价低廉、施工方便、施工速度快的特点。只要承载力和变形满足要求，超高层建筑采用天然地基上的浅基础可以大大节省工程造价和施工工期[2]。

1.2 人工地基上的浅基础

当天然地基土无法满足设置浅基础的承载力或变形的要求时，可先采用地基处理的方法对其进行处理。虽然地基处理会增加工程造价和工期，但某些情况下相较桩基础仍有相当优势。

1.3 桩基础

桩基础能较好适应各种工程地质条件、工程要求和荷载情况，具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、抗震性能好等突出特点[3]。

2 超高层建筑采用天然地基浅基础实例[4]

北京市丽泽商务区位于北京市区西南部，此区域自然地面以下有约40m厚的中密～密实的低压缩性卵石层，卵石层以下为新近沉积的软岩。商务区内的超高层建筑多采用桩基础方案。但也有鼎兴大厦、首创丽泽F02、F03超高层建筑、远洋丽泽项目超高层建筑，在基于差异沉降控制理念的基础上，采用变刚度调平设计的天然地基浅基础方案。现对远洋丽泽项目超高层建筑的基础方案予以简单介绍。

远洋丽泽项目包括主楼E05和带裙楼的主楼E06。主楼E05地上38层，建筑高度173.7m；主楼E06地上46层，建筑高度191.66m；裙房地上3层，建筑高度18.4m；主楼、裙楼的地下室均为4层，地下室底板埋深约20m。结构具体布置见图1。

图1 远洋丽泽项目结构三维立体模型

因为地下室底面以下土层为中密～密实卵石层，其地基承载力特征值经深度修正后可达850kPa，可以满足主楼E05平均基底压力约670kPa、主楼E06平均基底压力约770kPa的承载力要求。所以该超高层项目选用了卵石层上的平板式筏形基础。考虑主楼E05、E06及裙楼的荷载差异，筏板采用变厚度设置。E05基础底板厚度3.0m，E06基础底板厚度3.5m，裙房和纯地下室基础底板厚度1.0m。同时，为了避免裙房和纯地下室的上浮、减小裙楼与主楼间的差异沉降，裙房和纯地下室区域采用钢渣回填压重措施，并在后期基础施工时设置了沉降后浇带。

经数值计算E05基础最大沉降36.22mm，E06基础最大沉降44.24mm；E05主楼封顶12个月、E06主楼封顶4个月后，实测E05主楼最大沉降为40.41mm，E06主楼最大沉降为46.91mm，裙楼沉降约26mm。主裙楼差异沉降、主楼筏板挠度均满足规范及设计要求。

3 高层建筑采用人工地基浅基础实例

北京华瀚国际大厦，建筑面积总计100802m2，其中地上面积80350m2，地下20452m2。地上三座结构单体，其中A、B座为办公楼，B座裙房三层，其余裙房两层，个别单体之间有钢结构连廊连接。地下车库与各结构单体在地下连为一体，功能为汽车库，餐厅，库房及设备电气机房等。地下室共2层，基础埋深约为8m。A座办公楼地上26层，建筑高度99.6m。B座办公楼地上16层，建筑高度59.7m。两座办公楼均为框架核心筒结构。建筑场地地层自上而下分别为：杂填土、素填土、粘质粉土、粉质黏土、细砂、重黏土。A座办公楼采用桩基础，B座办公楼采用CFG复合地基筏板基础。现对B座办公楼CFG复合地基筏板基础方案进行介绍。

B座办公楼为框架-核心筒结构，根据上部结构荷载分布、沉降控制要求等因素，CFG复合地基布置为：1） I区，此区域为核心筒区。其荷载及后期沉降均为整个办公楼最大的区域，因此CFG桩采取长桩、密布。桩长17.0m，桩距1.4m，等边三角形布桩；2）II区，CFG桩长15.5m，桩距1.5m，正方形布桩；3）III区，CFG桩长16.5m，桩距1.7m，正方形布桩。地基处理范围及区域划分见图2。

CFG复合地基施工完成后，经现场测试，I区复合地基承载力特征值450kPa，特征值对应的沉降量6.20mm；II区复合地基承载力特征值350kPa，特征值对应沉降量5.31mm；III区复合地基承载力特征值350kPa，特征值对应沉降量5.97mm。地基承载力、沉降量、差异沉降均满足规范和设计要求。根据变刚度调平设计原理，B座筏板基础采用变厚度设置。核心筒区域筏板厚度为2.0m，其他区域筏板厚度为0.5m。

图2 华瀚国际大厦B座CFG复合地基处理平面图

工程完工1年后，现场沉降观测数据表明，B座主楼沉降、主裙楼差异沉降、主楼筏板挠度均满足规范及设计要求。

4 总结

1）远洋丽泽超高层建筑，采用天然地基筏板基础。天然地基承载力经修正后完全可以满足上部结构的要求。为控制主裙楼差异沉降，采用了裙楼及纯地下室薄筏板上钢渣压重等措施。

2）华瀚国际大厦B座高层建筑，采用CFG桩复合地基筏板基础。核心筒区域CFG桩采用长桩、密布。在满足地基承载力要求的同时，还减少了核心筒区域的沉降。从而有效地减少了核心筒与周围裙楼的差异沉降。

3）远洋丽泽项目主楼的层高、荷载比华瀚国际主楼更大。但远洋丽泽项目采用了天然地基筏板基础，华瀚国际B座采用了CFG桩复合地基筏板基础。充分说明高层、超高层建筑具体的基础方案选择，必须根据自身荷载大小、分布和其下地基土性质确定。而不是说高层、超高层建筑必须采用桩基础。

参考文献

[1] 张雁,刘金波.桩基手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2] 陈希哲,叶菁.土力学地基基础[M].北京：清华大学出版社，2013.

[3] 史佩栋.桩基工程手册[M].北京：人民交通出版社，2008.

[4] 王媛等.远洋丽泽项目超高层建筑天然地基基础方案分析[J].建筑结构,2020,50（20）:44-48.