高层建筑结构设计中复合地基基础的应用

韦广祥

摘要：基础建设是土木工程建设的基础，它的质量好坏直接关系到工程建设的整体质量。文章从复合地基的角度出发，结合实际案例，对复合地基在高层建筑的设计中的应用作一简单的探讨，以加深对复合地基的认识，并对其实际应用具有一定的参考价值。

关键词：高层建筑;结构设计;复合地基基础

前言：从目前高层建筑结构设计的现状来看，复合地基的合理使用对提高其承载力有很大的作用，从而使其在荷载作用下更为均衡。然而，在实际应用中，对复合地基的应用仍有许多问题，因此，本文着重对复合地基在高层建筑的设计中的应用进行了详细地分析，并对其应用要点进行了探讨，以期对同类工程具有一定的参考价值。

1.高层建筑结构设计的特点

1.1需要承受较大的水平荷载作用

每个建筑物都要承担较大的竖向和横向载荷，同时也要考虑到地震对建筑物的影响。对于低矮、多层建筑物，一般重力荷载是其主要的控制因子，与之相比，水平荷载少，横向位移小。在高层建筑中，尽管竖向荷载对结构的影响很大，但其最重要的因素还是横向荷载。而且随着楼层和楼层的不断增加，横向荷载引起的内力和位移也会快速增加。

1.2轴向变形的特点

通常情况下，多层结构都会考虑到弯矩，由于其对基础结构的影响很小，因此通常忽略了剪力项。而在高层建筑中，却是最关键的一环。从公式中可以看出，高层建筑的层数很多，高度也很高，轴向的力量也很大，轴向的变形会导致高层建筑的内力分布和数值发生很大的变化。在采用框架-墙和框架墙结构的高层建筑中，某些连续弯矩通常要大于边柱。如果房子是高层建筑，那么这种轴向变形的差异值就会比较大，导致两根横梁间的支撑弯矩的数值会减小，而在跨中的正弯矩值则会逐步增加。

1.3侧移的特点与低矮建筑相比，侧移是影响高层建筑结构设计的重要因素，其横向位移随楼层的增加而快速增长。在高层建筑中，既要有足够的强度，又要有足够的抗侧向刚度，才能保证结构在水平荷载下的侧向位移控制在规范中，以确保其居住和工作环境。

1.4结构的延性特點

对于大部分的高层建筑，比如在地震中，都会发生应力变形，因此，在进行塑性变形的同时，要保证建筑物的延性，必须采取适当的措施，以保证建筑物的延性。

2.对复合地基基础的基本认识

地基基础施工是建设项目的重要组成部分，它的稳定性、可靠性、科学性、可靠性等直接关系到施工质量和使用效果。复合地基是基础工程中的一个重要环节，它是指在设计和施工时，利用土体置换、配置加固材料等方法，将基体和加固体结合起来，从而提高地基的强度，提高地基的承载力，从而达到建筑工程施工对地基的要求。

3.复合地基基础的具体应用

3.1案例背景

某高层建筑工程项目，高度为地上22层，地下3层，建筑面积是20365.32m2，采取钢筋混凝土剪力墙结构，抗震等级为七级，同时高层建筑工程所在区域地下水不稳定。

3.2科学选择复合地基的类型

由于高层建筑的地基中存在着软土，使得原有的地基不能完全满足施工的需要。尤其是在高层建筑的地基上，由于粉土的存在，使得地基的承载力变得越来越大。采用预应力管桩或采用高压喷注浆的施工方法，其造价较高，且会影响到高层建筑的经济效益。根据工程场地地质情况和相关规范的要求，确定了采用水泥粉煤灰碎石桩复合地基的施工方案。

3.3复合地基设计要点

①水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计。在高层建筑工程中，水泥粉煤灰碎石桩的设计中，应对其进行精确的承载力计算，并结合现场地质调查资料，对其进行分析，得出其承载能力和长度，其中包括桩体直径、强度、桩土置换率等。在该复合地基基础的设计中，采用了15～25米的水泥粉煤灰碎石桩，可有效地满足基础的承载力要求。由于水泥粉煤灰碎石桩间距是桩直径3倍，因此在具体工程中应按设计要求适当增大桩间距，以提高其工程经济效益。在进行桩径选择时，必须充分考虑地基的承载力，当局部地区的承载力较低时，可以减小桩间距，防止沉降。在设计床垫时，由于床垫厚度与桩身竖向荷载的相关性很强，而桩与土间的横向荷载没有显著的相关性，因此，通常情况下，随着地基厚度的增大，其水平荷载也会随之增大。同时，根据高层建筑基础的承载力，对床垫的施工厚度进行调整，床垫材料应选择粗砂，夯填度不得超过0.9，同时，根据工程实际情况、沉降差、沉降等因素，合理确定床垫的厚度，使床垫的保护功能得到最大程度地发挥。从水泥、粉煤灰和碎石桩的复合基础特性来看，在特定的设计阶段，可以添加一定的湿度。在混合地基中掺入了水泥和粉煤灰，在水的作用下，会产生结晶性化合物，如氯化钙、硅酸钙等。

②水泥粉煤灰碎石复合地基施工。为确保水泥粉煤灰碎石桩的施工顺利进行，可采取振动沉管灌注施工、管内泵压搅拌施工和螺旋钻孔施工。施工单位应结合本项目的实际情况，结合水泥粉煤灰碎石桩复合地基的施工要求，合理选用施工工艺。针对该高层建筑复合地基的施工，考虑到黏土含量高、工期短，采用长螺旋钻孔灌注桩的施工工艺。在复合地基施工过程中，当地基中含有饱和砂土时，桩间土在成桩振动时会出现很大的超孔压，从而使其形成一个排水槽，从而使土壤中的孔隙水得以顺利排出。

4.复合地基基础运用效果

根据有关法律法规，在这一高层建筑工程的复合地基基础完成后，对其进行了质量检验和合理性评估，得出的结论是，该复合地基的承载力达到了设计指标。此外，采用比较分析的方法，对桩基与复合地基的效益进行了评价，得出了具有良好经济效益的结论。

结束语

综合以上分析，认为复合地基是一种人工基础，它可以有效地提高基础的承载力，使基础的稳定、牢固、可靠。在高层建筑的结构设计中，考虑到工程场地的具体情况，并结合高层建筑的实际需要，对其进行科学的设计和应用，具有很强的经济性和实用性。为此，施工单位和有关部门要进一步认识复合地基，提高其在工程应用中的科学性和准确性，增强其设计水平，促进建筑业的发展。

参考文献

[1]陶景晖，金如元，陆飞，等.岩溶地区高层建筑刚性桩复合地基现场试验研究[J].建筑结构学报，2017，38（06）：163-174.