高层建筑基础选型与设计
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作者: 晏文锋
摘 要：本文简要阐述了高层建筑基础选型与设计的作用与地位，对高层建筑基础选型与设计的依据及相关因素进行了分析，对工程建设中的几种常见情况所宜采取的基础型式进行了简单的介绍，并探讨了岩土工程勘察在高层建筑基础选型与设计中的作用与要求。
关键词：高层建筑；基础；选型；设计
中图分类号：TU241．8
文献标识码：B
文章编号：1008-0422(2007)01．0085-02
收稿日期：2006-09-26
作者简介：晏文锋(1967－)，男(汉族)，湖南新化人，高级工程师。
1 前言
随着我国经济的高速发展，高层建筑在我国的工程建设中也越来越普遍，而高层建筑基础作为高层建筑结构体系的一个重要组成部分，也日益被业内人士所重视。这是因为高层建筑基础承担着将高层建筑上部结构的荷载传递给地基的重要作用，在设计时，应将高层建筑上部结构、基础与地基协同考虑。在地震区，凡是地基基础好的，建筑结构所受到的破坏就轻，危害就小，否则就破坏严重。在工程质量事故中，如果基础工程出现质量问题，补救起来相当困难，还会给工程造价和工期带来较大的影响。所以，在进行地基基础设计时，除了保证基础本身应具有足够的强度和刚度外，还应考虑地基的强度、稳定性及变形的要求，为使基础设计更合理，应综合考虑上部结构、基础和地基的共同作用。
高层建筑基础工程的重要性，还表现在基础工程在高层建筑的工程造价中占有较大的比重。基础工程所耗费的钢材、水泥用量多，施工难度大，一般情况下基础工程造价占土建工程总造价的20％左右，工期占土建工程的20-30％，当地质条件复杂时，其造价和工期所占的比重还会增加。因此，选择合理的基础形式与计算方法，是保证建筑结构安全，降低工程造价的一个有效措施。
高层建筑基础的重要性，还表现在基础形式的多样性和影响因素的复杂性。在一些地质条件差的地区，基础的设计与施工涉及面广，它不仅与上部结构和基础本身有关，还与地基土的性质、水文条件、周围环境等因素相关。基础工程在雨季施工时，也会给施工增加很多困难，还会造成一些局部的返工，土建工程拖延工期往往就和基础工程进度有关。因此，选择合理的基础形式对缩短施工工期也是具有重要意义的。
2 高层建筑基础选型的主要依据
在基础工程设计中，根据各地区不同的地质条件，选择合理的基础型式，是个关键问题。一般情况下应考虑以下条件：
2．1高层建筑基础首先应满足基础本身的强度要求，上部荷载分布应尽量均匀；
2．2基础应支承在较坚固或较均匀的地基上，应考虑持力层及其下卧层的整体稳定，同一栋建筑不宜采用多种不同类型的基础型式；
2．3高层建筑基础设计，应满足建筑物使用上的要求，例如人防要求、设置地下车库、地下酒吧、地下商场、地下餐厅等要求。
2．4高层建筑基础设计，应满足构造的要求，如高层建筑箱基的埋深、高度，基底平面形心与结构竖向静荷载重心相重合，对偏心距的要求、沉降控制等；
2．5根据上部结构的不同结构形式(框架、框剪及剪力墙结构)选配合理的基础型式；
2．6高层建筑基础．一般埋置较深，因此，应考虑深基坑开挖及地下水抽排对周围建筑物的影响，以及地下水造成施工难度的增加和对工程质量的影响。
3 高层建筑基础选型时应考虑的因素
高层建筑基础设计比一般建筑基础要更复杂，总的来说，它具有荷载大、埋置深及要求严的特点，在选择基础型式时与建筑物的使用性质、上部结构类型、地质情况、抗震性能、对周围建筑物的影响及施工条件等有密切的关系。在一般情况下，在基础选型与设计时应考虑以下因素：
3．1当上部结构为框架结构、无地下室、地基较好、荷载较小、柱网分布较均匀时，可采用柱下独立基础。在抗震设防区，其纵横方向应设连系梁，连系梁可按柱垂直荷载的10％引起的拉力和压力分别验算；
3．2当上部结构为框架或剪力墙结构、无地下室、地基较差、荷载较大时，为了增加基础的整体性，减少不均匀沉降，可选用十字交又钢筋砼条形基础或桩基，如仍不能满足要求，又不采用桩基或其他人工地基时，可以选用筏基；
3．3当上部结构为框架或剪力墙结构、有地下室、上部结构对不均匀沉降限制较严、防水要求较高时，可选用箱基；
3．4当上部结构为框一剪结构、无地下室、地基条件较好时，可采用十字交叉钢筋砼条形基础或筏基；
3．5当上部结构为框一剪结构、有地下室、无特殊防水要求、柱网、荷载及开间分布比较均匀、地基较好时，可选用十字交叉刚性墙基础；
3．6筏基上柱荷载较小或中等、柱距较小且等距的情况下宜采用无梁筏板基础，当柱荷载相差大且柱距又较大时，宜采用梁板式筏基；
3．7当地基较差或很差时，采取上述各类型基础仍不能满足设计时，可选用桩基或其他有效的人工地基；
3．8高层建筑如遇下列情况，与深基础或其它人工地基相比较经济，且施工条件又可能时，可采用桩基；
3．8．1地基软弱，作为天然地基，其承载力或沉降量不能满足现行规范要求时；
3．8．2相邻建筑物之间相互影响，地基将形成过大的不均匀沉降时；
3．8．3对沉降有特殊要求时；
3．8．4限于现场既有建筑不允许开挖，又无其他施工手段时；
3．8．5土层变化较大、厚度不均匀或下卧基岩面起伏相差较大而将引起过大的不均匀沉降时；
3．8．6采用深埋天然地基，在经济上、施工条件上进行比较又不经济时。
4 岩土工程勘察在高层建筑基础选型与设计中的作用与要求
岩土工程地质条件是隐蔽、复杂和可变的，这种可变性既来自天然条件变化的影响、也来自人类活动的影响。可变的岩土特性和复杂的工程建设相互作用，可能引起各种后果。而设计与施工单位主要着眼于基础和上部结构的设计与施工，勘察单位则着重于了解和反映岩体和土体现有的特性，这就是多年来地基处理和基础工程浪费大而有时还难免出事故的根本原因。所以，每一项岩土工程任务，均带有相当程度的研究性质，搞得好可以给设计提供可靠依据、确保工程质量、缩短工期、节约建设资金，搞不好也可能浪费大量资金，甚至还可能导致工程事故，造成生命财产严重损失和生态环境的破坏。
虽然建设场地的地质条件在多数情况下是隐蔽的，但目前的工程勘察和技术手段，一般还只能做到相对的准确。例如，规范规定勘察钻孔的最小间距，地质剖面图上两钻孔之间的地层实际上是靠推断勾绘的，埋藏在土层以下的石灰岩层面起伏变化是无法绘出其真实情况的；岩石风化带的厚度也很难确定；卯砾石层密实程度和所含的砂与粘性土也是变化很大的。象将这样相对准确的地质资料提供给设计人员，设计人员也只能作出相对准确的地基处理与基础设计，在施工过程中不可避免的要根据地质条件的变化而修改设计。
如何使工程勘察更加准确地反映建设场地的工程地质条件，使勘察成果能给基础设计提供更可靠的计算参数和设计依据，那么在工程地质勘察时，应结合当地工程实践经验和建筑拟采用的基础型式，有针对性地提供相关资料。
4．1当考虑采用天然地基时应查明建筑物荷载影响范围内地基土的物理力学性质、土层分布、深度、厚度及均匀性，以及有无不良工程地质现象，如古河道、古池塘、坑道、土洞等，对地基的稳定性及承载力、变形指标等作出评价。对岩石残积土地区，还应划分出残积土中由岩脉分化成的相对软弱层。
4．2当考虑采用沉管灌注桩及预制桩时，应查明在桩基影响范围内各土层岩性、分布、深度、厚度，应提供标准贯入试验击数值，对花岗岩和下古生界的混合岩分布区，尚应着重查明残积土中的未风化球体及岩脉的存在，并提供各土层的承载力及桩周摩擦力。
4．3当考虑采用冲、钻、挖孔桩时，应查明建筑物范围内第四系地层与基岩的分布、埋深、厚度，并提供各土层的承载力及桩周摩擦力，应划分土层与岩层及各种风化带分界线，及岩层中有无断层构造带，并查明其产状及宽度、厚度。
4．4应查明地下水的埋藏条件、类型和水质。当采用挖孔桩或深基础时，可用抽水试验方法查明地质的渗透性、地层涌水量、水位变化和规律、以及出现流砂的可能性。
总之，在进行高层建筑基础选型与设计时，如果能综合考虑上部结构、基础、地基、周边环境等各方面因素，选择合理的基础型式进行设计，保证结构安全与稳定，将给建筑工程的质量、造价和工期带来巨大的效益。
作者单位：湖南省娄底市施工图审查中心
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