高層建筑基礎設計的基礎形式

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摘要：為保證高層建筑使用過程的安全性，延長使用壽命，提出加強高層建筑基礎設計的建議。本文首先淺談高層建筑基礎設計的特征，其次探討了嵌巖樁、平板式筏形、樁筏等基礎形式的特征及施工工藝等，最后分析了建筑基礎設計的相關注意事項。希望與同行共同分享施工經(jīng)驗，共同優(yōu)化高層建筑基礎設計效果，推動建筑行業(yè)健穩(wěn)、持久發(fā)展進程。

關鍵詞：高層建筑；基礎設計；基礎形式；施工工藝

1高層建筑基礎設計特征

在對任何建筑物基礎設計之前，一定要獲得足夠的材料，這些材料包括兩大部分，即地質(zhì)資料、與上部結(jié)構(gòu)相關的資料。高層建筑通常需要更詳細的資料，在分析地質(zhì)材料過程中，應對地基類型作出科學判斷并考慮其可能出現(xiàn)的問題，重點研究土層的分布規(guī)律，探查地下、地面水的活動情況；在分析上部結(jié)構(gòu)過程中應重視建筑物體型的復雜性、結(jié)構(gòu)類型及其傳力體系。所有的成功的基礎工程均應符合如下各項穩(wěn)定性及變形要求[1]：（1）深埋足以防止基礎底部物質(zhì)朝向側(cè)面擠出，這對優(yōu)化單獨基礎及筏形基礎施工質(zhì)量均有很大現(xiàn)實意義。（2）埋深應在凍融以及植物生長誘發(fā)的季節(jié)性體積改變區(qū)段以下。（3）基礎結(jié)構(gòu)在抗傾覆、轉(zhuǎn)動、滑動或防止土破壞等方面必需是安全的。（4）基礎結(jié)構(gòu)有較大能力去應對后續(xù)在場地或施工規(guī)格尺寸方面作出的改變，并且在出現(xiàn)重大改變時便于調(diào)整。（5）從基礎設計采用的方法進行分析，其應具有經(jīng)濟性。

2高層建筑基礎設計時的常用形式

2.1嵌巖樁基礎

又被叫做嵌巖墩，樁體下段帶有澆筑在巖體內(nèi)的鉆孔灌注樁，且其長度適宜。樁端嵌入巖體內(nèi)的樁被叫做嵌巖樁。在對高層建筑基礎設計過程中，已知上部結(jié)構(gòu)傳導到基礎地面的載荷處于較高水平，故而通常會把結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的微風化巖層或一定厚度的中風化巖層設為持力層，上部結(jié)構(gòu)荷載傳導至巖層過程中嵌巖樁發(fā)揮媒介作用。采用嵌巖樁基礎設計高層建筑基礎結(jié)構(gòu)，樁尖承載能力較大，且樁側(cè)與土兩者之間還會形成一定摩擦力，促進持力層變形量趨于零，很容易符合上部結(jié)構(gòu)荷載對基礎承載能力提出的要求，且設計期間計算流程相對簡易，但施工周期相對較長，樁身施工結(jié)束后一定要等到混凝土強度達到設計要求強度時，方可檢測樁身質(zhì)量，這會進一步延長工期，增加造價成本[2]。

2.2平板式筏形基礎

平板式筏形是以天然地面為基礎發(fā)展起來的一種基礎形式，其施工期間對施工場地進行平整處理，使用壓路機碾壓地表土碾壓，確保其密實度符合設計要求，在較密實的持力層，對鋼筋混凝土平板進行澆筑施工，該平板是建筑物的基礎。筏形基礎是現(xiàn)階段高層建筑中常用的基礎形式，其具有剛度大、結(jié)構(gòu)完整性優(yōu)良等特征，可以實現(xiàn)對上部結(jié)構(gòu)荷載的有效分散，進而降低基底壓力，實現(xiàn)對不勻稱沉降的有效調(diào)整，還能夠跨越地基土局部軟弱區(qū)或溶洞，其在抗?jié)B透性方面體現(xiàn)出很大優(yōu)越性。在現(xiàn)實施工實踐中，筏形基礎常用的形式主要有平板、梁板兩類。梁板式筏形內(nèi)的基礎梁既能正放還能反放，正梁筏具有板面平整度高、利于排水、便于使用等優(yōu)點，但其施工流程較繁雜；反梁筏板盡管施工流程較簡單，但在排水與使用時需安設架空地坪[3]。整體分析，平板式筏形基礎施工便捷、模板樣式簡單、卷材防水施工較簡單，故而在高層建筑基礎設計施工中有較寬廣的應用前景。

2.3樁筏基礎

基巖層所處地層相對較深是國內(nèi)沿海城市的巖土地層結(jié)構(gòu)主要特點，因為嵌巖樁基礎基本上不能實現(xiàn)，故而只能選用樁基礎，但由于摩擦樁的承載能力偏低，部分情況下難以迎合高層建筑上部結(jié)構(gòu)荷載對基礎承載能力提出的要求，因此該區(qū)段高層建筑基礎設計可選擇樁筏基礎形式。樁筏基礎為樁基與筏板基礎的總稱，樁基絕非是基礎結(jié)構(gòu)，其屬于人工地基，筏板為組成基礎的重要結(jié)構(gòu)之一，部分有地下室的建筑經(jīng)常使用筏板基礎，在荷載相對較大、地基土承載能力無法符合上部結(jié)構(gòu)荷載或沉降要求時，建議選用樁筏基礎，樁土的協(xié)同合作是該種基礎形式的運行機制。在地基土沉降、收縮、固結(jié)等物化過程中和樁體形成良好的協(xié)調(diào)關系，進而構(gòu)件穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，此時筏板底土層和摩擦樁同時承擔了上部結(jié)構(gòu)傳遞荷載。對筏板基礎進行整體分析，發(fā)現(xiàn)其四周應力水平處于最大層面上，所以在設計基礎時應確保筏板四周樁均勻布置，加密樁體的間距，筏板內(nèi)部最好使用梅花形布置[4]。分析到摩擦樁的特點，應加強樁身內(nèi)徑的適宜性，結(jié)合沖切、抗彎、抗剪要求等規(guī)劃筏板厚度。

2.4沉管灌注樁

沉管灌注樁是建筑基礎中一種多種樁基礎。該基礎形式使用振動沉樁或錘擊打樁設備，把附有鋼筋混凝土的樁尖、帶有活瓣式樁靴的鋼管送入土內(nèi)，形成樁孔，鋼筋籠置入其中并對混凝土進行澆筑，繼而將套管拔出，借用拔管過程中產(chǎn)生的振動作用振搗混凝土，最后形成符合設計要求的灌注樁。和常規(guī)鉆孔灌注樁相比較，沉管灌注樁規(guī)避了由樁尖浮土引起的持力不足、樁身沉降等問題，并較明顯的改善樁體表層浮漿現(xiàn)象，使用該種基礎形式有益于減少材料的耗用量。但施工質(zhì)量控制難度較大，如果拔管過快可能會誘發(fā)樁身縮頸現(xiàn)象。因為采用的擠土樁，那么很可能在擠土效應的作用下導致預先澆注的樁身出現(xiàn)傾斜、斷裂甚至錯位等不良情況。該種工藝在土質(zhì)較復雜、疏松的地區(qū)中體現(xiàn)出較好適用性，但若土層內(nèi)存有體積較大的孤石，則就會造成該工藝難以運行，此時需要調(diào)整其他工藝穿過孤石。

3高層建筑基礎設計的注意事項

（1）重視地基基礎等級的設計。有關規(guī)范中，結(jié)合地基復雜程度、建筑物規(guī)模及功能特征等條件，把地基基礎的設計分為三個等級，并明確地基基礎設計時應滿足如下要求：①全部建筑物的地基承載力設計一定要符合要求；②針對屬于甲、乙等級的建筑，應對其地基變形量進行驗算。（2）抗浮設計時要區(qū)分現(xiàn)實情況進行抗浮驗算：驗算建筑物抗浮能力應符合：建筑物永久荷載/水浮力≥1.0，其中，永久荷載取標準值。若高層建筑主體基礎、裙房地下結(jié)構(gòu)空間兩者合二為一時，均應用樁基，可利用抗拔樁去應對抗浮問題[5]。（3）設置地下時，對基礎設計與整體結(jié)構(gòu)形成的影響有全面了解。比如，挖掘地下室的深基坑，其會對天然地基或復合地基的基礎能發(fā)揮很大的卸載、補償作用，進而降低地基的附加壓力，增加了地基承載力的計算值。

4結(jié)束語

在高層建筑施工中，基礎工程在整個工程中的造價占據(jù)很大比重，不同基礎形式造價之間存在較大差距。故而，在現(xiàn)實施工實踐中，應嚴格結(jié)合工程地質(zhì)、建筑物結(jié)構(gòu)形式的特征，有針對性的選擇基礎形式。設計人員在對高層建筑基礎選型設計期間，應結(jié)合多方因素，進而采用正確的方法去設計，以保證基礎結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，優(yōu)化高層建筑施工質(zhì)量，協(xié)助施工單位獲得良好效益。

參考文獻

[1]張長浩.關于帶地下室高層建筑樁基礎設計中穩(wěn)定水浮力的合理應用[J].福建建材，2019（6）：45-47+118.

[2]鐘桂松.論高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)中的樁基礎設計[J].建材與裝飾，2019（15）：137-138.

[3]李京光.論述高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的基礎設計[J].建材與裝飾，2019（11）：90-91.

[4]范小倩.高層建筑地基基礎設計探討[J].居舍，2019（9）：87.

[5]盧澤.高層建筑基礎設計的優(yōu)化分析[J].低碳世界，2019，9（3）：184-185.

作者：趙亞軒 單位：蘭州市地鐵置業(yè)有限公司