试论高层建筑地基基础设计

■陶 武 ■江西省土木建筑设计院有限公司，江西 南昌 330038

高层建筑逐渐发展成为城市建设的主要内容，因为它可以缓解城市用地问题，同时还缓解城市人口问题，成为了城市建筑物的极优之选。但是，由于由于高层建筑自身的垂直高度大，层数多，重量较大，所以承受的荷载力所导致的倾斜力矩也会成倍的呈增长的势头，在这种情况下，就需要基础具有较强的承载力，从而实现对沉降和倾斜的有效控制，使建筑具有更好的安全性和稳定性。

1 高层建筑地基基础设计概述

当前在我国高层建筑基础工程施工中，通常都会采用深桩基础来进行施工，利用桩基础进行施工，不仅施工较为简单，而且桩基础受力较为合理，可以使深部土层的承载能力充分的发挥出来。同时桩基础与现代施工技术和材料实现了完美的结合，这有效的提高了桩基础施工技术的水平，使其在基础工程中发挥着更好的性能。在进行高层建筑的基础设计时，需要考虑的因素较多，其基础的面积、承载力、内力及配筋等的确走，需要进行相应的计算才能取得准确的数据，所以在计算过程中需要结合工程地质勘察报告、上部结构类型、需要承受的工作荷载效应、施工技术水平及材料等多个方面的因素，只有进行周全的考虑，才能确保基础设计时各项计算的准确性，确保基础的安全和稳定。目前在基础施工中通常会采用端承桩和摩擦桩，由于端承桩其桩底处于岩层和硬土层中，土层具有较好的非压缩性，这样就有效的避免了桩发生沉积，桩具有良好的承载力。而摩擦桩主要是依靠桩侧摩擦阻力来承担竖向荷载，而且桩底土层也会对竖向荷载具有一定的支承力，但由于底部支承的土层具有可压缩性，所以桩基的沉降量还是会较大的。

在建筑基础施工时利用桩基础进行施工时，其受力方式有独自受力和桩土共同受力两种情况，其目的都是为了将上部结构的荷载传递给地基。在基础施工时，如果利用天然地基，则无法对建筑物不同部位下的土层厚度进行有效的控制，所以土层薄、厚及缺失情况都会存在，这样在建筑物上部结构荷载下不可避免的会导致沉降的发生，但利用桩基础作为基础工程承载时，其承载力则会传递给下层的硬土层或是岩石层，能够更好的实现对建筑物沉降量实现控制。

2 高层建筑地基基础设计的依据和基本要求

2.1 高层建筑地基基础设计的基本要求

高层建筑地基基础设计的基本要求是要满足建筑结构的抗震性与稳定性;满足地基的牢固性，确保地基竖向的承载力和横向抗滑移能力;注意地基土层压力变形范围和抗压能力;还需要注意沉降指数等问题。

2.2 高层建筑地基基础设计的主要依据

高层建筑的地基基础设计受很多因素影响，需要同时满足不同要素需求。地基基础设计的基本依据是地面土质结构和地下的岩土成分等;限制依据是地下室层数和建筑的内部结构对地基的压迫程度;更高的设计依据是对于抗震等外部问题的的要求。

3 高层建筑地基基础设计应注意的问题

3.1 沉降缝的问题

由于地基不均匀沉降可能会引起建筑物各部分的破坏，因此需要设置一道垂直缝，即沉降缝。由于建筑建造时所处的土质基础各不相同，并且建筑物相邻部分的荷载、高度和结构形式差别较大，常会因为各部分不均匀的沉降而导致开裂或错动，为有效防止此类问题，通常在差异处设置垂直缝隙，将建筑物分割成若干个独立单元。但是，在实际工程效果中，沉降缝并不适用于高层建筑。因为高层建筑本身的结构压力会使逄筑地基基础设计十分复杂，而沉降缝的设计会对地下室在土层中的嵌固作用产生一定的影响，产生额外的压力负担，不利于高层建筑的安全性与稳定性，并且高层中沉降缝对于设备、安装以及后期使用都会带来不便，所以在高层建筑中，尽量不留沉降缝，而是用不同的基础类型或采用不同的地基处理方式来协调不同地地基条件引起的沉降差异。

3.2 地基土与结构的问题

把高层建筑、基础和地基三者看成一个整体，并要满足三者在接触部位的变形协调条件，这就是高层建筑与地基基础的共同作用。具体是指:地基与基础里的刚性桩、柔性桩、半柔性桩等各类型桩共同承担上部结构荷载，两者之间的荷载分担比列是按照基础变形协调条件确定的。从这里可以看出:共同作用概念具体运用表现在，用沉降控制来设计地基基础。根据基础沉陷量大小的控制要求，确定地基补强的程度和发挥原地基土承载力的程度，以此来进行地基处理或地基加固。

3.3 地下室底板受力问题

现代高层建筑通常会设置地下室。地下室底板受力问题是地基基础设计时常要考虑的问题，许多设计人员在地下室底板计算中，只片面的考虑到底板的水浮力和活荷载。采用常规桩基础时，会下意识的假定底板与土是脱离状态，在此基础上，就算完全考虑底板底面以上的全部荷载，也不过是一种假定计算。研究表明，以侧阻承受荷载为主的桩，由于实际情况下土与底板底部常有接触的情况，使得底板承受荷载最大可达上部的24-30%，因此，这部分荷载也是底板计算时必须考虑。

3.4 桩端进入持力层的问题

(1)持力层通常应选择岩石层或者较硬图层，如果以d为桩径，那么，强风化软质岩和砂土不宜小于1.5d;桩端进入持力层深度，对粘性土不宜小于2d;对于碎石土及强风化硬质岩不宜小于ld旦不小于0.5m。(2)桩端进入中、微风化岩的嵌岩桩，通常情况下，桩全段面进入岩层的深度不宜小于0.5m，若嵌入未风化硬质岩，嵌岩深度可根据具体情况做减少，但最好不小于0.2m。(3)如果场地中有液化土层，桩身必须穿过此类土层进入下方的稳定土层，根据具体情况计算进入深度，对砾、粗中砂、密实粉土和坚硬粘性土不应小于0.5m，对其他非岩石土不宜小于1.5m。(4)当桩身进入膨胀土或者季节性冻土时，进入深度应通过抗拔稳定性验算确定，通常情况下，其深度不应小于4倍桩径。

4 对高层建筑结构基础设计的建议

高层建筑基础设计是建筑整体设计的重中之重，因此在进行设计的过程当中，作为设计人员我们需要从建筑整体来进行周全的考虑。在充分考虑与上部结构关系的同时，我们还要做好各项假定情况，但很多时候在实际设计过程当中，设计人员通常都是先对基础进行设计，而对上部结构的设计相对往后一些，所以，这就需要在对基础进行设计时需要周全的考虑好相关的影响因素，并采取相关的对策，尽量避免或减少在设计过程中可能带来的误差，使结构基础设计的质量能够得以保障。

5 结束语

高层建筑结构设计是一项复杂的系统工程，作为设计工作者，在对高层建筑结构设计的过程中不断地创新，不断地总结经验，考虑设计的各个因素，同时对基础设计和施工提出更加严格的要求，这不仅由于基础工程所占造价比重较大，同时还由于基础工程质量直接影响到建筑整体工程的质量，进而决定着整个项目工程的投资效益，还事关人民生命、财产安全。

［1］张玉娣，刘强一.浅析房屋建筑结构设计中的基础设计.黑龙江科技信息，2011(01).