沿海城市特殊地理环境下的高层建筑基础选型与优化研究

2021-11-26赵祖儿

中国建筑金属结构 2021年12期

关键词：筏板桩基础工程地质

赵祖儿

1.沿海地区地质情况

1.1 工程地质条件

地块是否适用于工程建设取决于工程地质情况。在沿海地区进行工程建设时，必须考虑工程地质情况，以此确保工程质量及经济性。例如软土、盐渍土以及饱和易液化砂性土等地质往往影响工程建设。

（1）软土厚度对工程建设影响较大，尤其是在沿海地区施工时。然而各沿海地区具有不同的软土空间布局，顶板埋深范围在3m～30m。

（2）除软土厚度影响外，砂土液化是影响工程地质另一重要因素，因具有海积作用，沿海城市大多都会产生砂层，其中浅砂土分布区的地震液化是其重难点[1]。

1.2 水文地质条件

（1）地下潜水位埋深会对建筑施工产生影响，特别是影响地下工程建设施工。沿海城市地势平坦，根据2012 年～2015年潜水位埋深等值线综合分析可知，沿海地区潜水位埋深大多在1m～2m。

（2）水体和土壤的腐蚀性较为严重。由于沿海城市水体和土壤含盐量较大，对钢筋混凝土结构具有一定腐蚀性，是工程建设的一大难点。

1.3 地质灾害

（1）突发地质灾害不利于土地开发利用，而沿海城市重大突发地质灾害不多，主要是以崩塌、滑坡、地面塌陷等中低灾害为主。

（2）当前，地面沉降是人为影响地质一大影响因素，地下水过度使用会导致地面沉降次数增多，而通过InSAR 影像分析，在控采、限采情况下，2015 年沿海地区的沉降平均值在20mm 以内。

2.沿海地区高层建筑基础的主要类型

2.1 天然地基筏板基础

天然地基筏板基础主要是由底板和梁等构成。其建筑工程负重大，地基承受力低，常用混凝土底板筏板，因其承受建筑工程载荷，加上筏基作用，其总体性表现优良，可较好抵抗地基沉降不均匀所带来的影响，此基础较为符合沿海地区地质特征[2]。筏板基础构造主要采取倒置钢筋混凝土完成施工建设，其类型主要有整体式与平板式两类。其中平板式筏板基础是由0.5m～1.5m 厚度范围的钢筋混凝土平板组成。

2.2 桩基础

若拟建地表浅土层未达到工程地基承载力及变形标准，并且难以科学处理地基时，可利用地下坚硬土体或岩体作为持力层，从而具备深基础。而桩基础作为一种重要的深基础，其使用范围主要包括高层建筑无大沉降和不匀沉降的地基或其他重要建筑项目、大型工业厂房等。桩基础优势主要是承载能力强、稳定性好、沉降程度小等，既能够承受一定的水平力与上拔力，同时又是抗地震液化的一大关键措施，适合机械化作业，还可在多种复杂地质环境中施工。当沿海城市地基地表层软，但桩基能抵达深处的坚硬地层，此时最适合使用桩基础。桩基础作为一项地下隐蔽工程，出现问题对施工影响较大，例如灌注桩施工常会出现缩颈、断桩等问题，严重影响桩基性能的发挥，从而增加建筑工程安全风险。为此，需要把好桩基设计关，保证工程建设质量。此外，桩基础造价较天然地基筏板基础更高。

2.3 桩筏基础

若沿海城市因地质情况受限，单桩承载力小，并且要全区域或局部满堂布桩才能够达到建筑载荷支撑要求，通常将使用整块钢筋混凝土板将柱墙集中荷载合理布桩的方式[3]，称为桩筏基础，使用在软地基上的筒体和框剪等结构上，利用高层建筑的刚度强硬来弥补基础刚度的不足。

3.建筑地基基础的合理选型与优化设计

3.1 常用的地基处理方法

工程地质条件好可降低工程基础造价，反之会因工程拟建地地质条件不佳造成造价增加。具体来讲，工程地基承载力达不到工程地表以上结构传递荷载要求时，必须进行工程区域软弱地基加强处理。从实际工程情况出发，主要从地质环境、工程性质、荷载要求等方面进行具体分析，并因地制宜选择合适方式，使用当地建材资源，以此最优化处置工程拟建地的地基。

一般来讲，低层建筑工程遇软土地基时，经适当处理后，大部分地基能达到工程基础要求。然而高层建筑对地基基础要求更高，需处理好建筑荷载规定、工程地质、附近环境条件等之间的关系。目前地基处理方式有换填垫层法、强夯法、复合地基法等。

（1）换填垫层法主要是针对浅层软土或不均匀土层的地基。换填垫层厚度要按软土深度和下卧土层承载力来定，换填深度通常在3m 以内。垫层材料要在拟建地的材料资源中选取适合的、性能优良的透水材料。经处理后的垫层承载力取决于静载荷试验结果。

（2）强夯法地基处理主要使用碎石土、填土、砂土。在施工环境允许情况下，若填土不深，可用强夯法进行地基处理。进行强夯之前，需在施工场地找出一块典型场地，选为试夯地，通过结果分析，以此明确有效加固厚度、适合性及处理效果。经过处理后的地基要通过静载荷试验检测，同时利用动力触探方法对地基均匀性进行检查[4]。

（3）复合地基处理是常用的一种方式，当前我们处在一个工程技术快速发展及工程材料研发加快的大环境下，以前使用的工程材料难以适用于当前发展，例如水泥粉煤灰碎石桩复合地基就在多地无法开展，主要是由于缺乏粉煤灰原料，现已转为素混凝土桩复合地基。通常认为桩长设计不应大于20m，但在工程施工工艺不断提升，搅拌桩建设深度可达50m。在此设计中，岩土参数选取应根据《建筑地基基础设计规范》相关规定实施。相关参数设定直接影响到地基处理效果，参数设定不同将影响地基造价不同，需科学选取参数。

3.2 建筑基础的合理选型

合理的基础选取会影响工程效益，在设计过程中需考虑工程地质情况，根据实际情况选择合适的工程基础。当前，地质勘查工作虽具有较好成效，但仍未明确应用地基承载力规定，针对工程基础施工并不能以地质勘查报告中的承载力数据为标准，需要使用实际的地基承载力数值，再据此进行设计，即最大强度控制值，以此保证设计精准，让设计人员能对地基变形及沉降等问题有充足思考时间，将设计做到最优化。为了有效保证建筑基础安全稳定，一定要分析出问题产生的原因，对相关问题进行事先防预，再进行施工，优化基础设计方案，提升工程利润。此外，在控制地基变形过程中，要对在使用的建筑物条件及建筑上部详细结构进行分析，要超过地基土地的压缩量、上部分结构刚度与工程基础。

3.3 运用先进的技术手段

为了保证工作人员人身安全，必须设计出安全系数最高的地基基础，必须在地基设计方案中增加高质量高水平的施工技术，融入现代科技，从而达到改进传统技术、增强技术先进性的目的。同时，在后期各个设计应用过程中，要针对建设工程差异，结合工程实际用途进行地基设计与优化，在设计中运用先进技术。例如，在超高层建筑的基础设计上，可选用加厚平板式板筏板，并将较厚核心筒等基础作为备选；此外，针对具有酒店用途的工程项目可选择梁板式筏板，以此为基础，经多次复核与分析其中的沉降及内力情况。为了增强施工安全性，设计中需要降低基础板底的沉降缝，同时综合使用相关止水措施。另外，设计方案优化效果显著，还要把科研成果有效转化为实际应用，如使用化学加固防范，通过使用必要化学浆液与之对应的胶结剂，并且利用外界压力与电渗透形式融入地基混凝土中，或将施工用土与之混合使用，不仅能提升地基土层力学标准，还能优化提升其物理性能。

3.4 健全与完善相关制度

在设计优化地质勘查中，一方面要加强政府部门监管，另一方面要提高施工单位思想认识，要以高度责任感、有效措施来保证施工人员施工各环节按照标准规范进行施工，要建立健全规章制度，遇到部分企业违反规范要实行顶格处罚，尤其是那些通过不断降低勘查成本来提升企业经济效益的施工单位，既需强化教育引导，也需严厉处罚，要让他们充分认识到地质勘查工作的重要性，同时还需对部分表现良好的施工单位进行物质奖励与精神奖励，将其树立为行业组织榜样，提升建设方公司形象。优化设计时，设计人员要多和地质勘查人员进行沟通交流，在双方不断商讨中，明确后期工作方向。除此之外，对条件有限的施工单位，要坚持同一施工理念，分别进行工程设计以及工程勘察。同时，应充分考虑施工现场实际情况，进行设计方案的优化，从而保证设计方案可行性与可操作性。在工程设计环节，需要更深入地践行环保理念，积极配合国家可持续发展的大方针、大方向，对工程拟建地周边自然环境尽可能降低破坏，努力做到环境和谐统一。