浅谈高层建筑基础类型选择——以广州市番禺区某广场项目详细勘察工程为例

温 兰

广东省化工地质勘查院 广东 广州 510800

随着社会经济的发展，城市规模的迅速扩大，越来越多的高层建筑在城市内拔地而起。高层建筑具有层数高、形体大、落地面积小等特点，是城市土地节约集约化利用的体现，目前高层建筑在城市建设中发挥着重要的作用。高层建筑的基础作为高层建筑结构体系非常重要的组成部分，它在高层建筑上部结构荷载向基础的传递中起着重要作用。如果对高层建筑的基础设计方法或选择不当，会对建筑物的安全产生严重的影响。比如不恰当的基础设计将造成建筑物开裂或倾斜，引起难以修复的工程质量问题。故探讨高层建筑基础选型具有非常重要意义。

1 高层建筑特点

高层建筑的特点：1）层数多，总高度高；2）自重大，荷载大。由于建筑物高耸，使得竖向荷载大而集中，水平荷载（风荷载和地震作用）引起的倾覆力矩很大，因此多层房屋基础形式及设计方法一般不能简单照抄搬用于高层建筑；3）占地面积大，基础要求高。高层建筑通常由主楼和裙房构成，占地面积较大。主楼和裙房间荷载差异较大的相邻基础间往往采用沉降缝分开，地基和基础受力和构造复杂；4）基础设置深度较深。为了抵抗水平力产生的较大的倾覆力矩，保持建筑物的整体稳定性，基础埋深一般都较大。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）要求基础埋深[1]，天然地基或复合地基，建议可取房屋高度的1/15，桩基础，不计桩长，可取房屋高度的1/18。

2 高层建筑基础类型

由于高层建筑的上层结构载荷很大，因此，基础承受的压力也很大，普通的基础不能满足高层建筑的承载强度。常见的基础类型有[2]：1）梁式基础：通常用于地基承载力较高但上部结构不太高、荷载不太大、没有地下室；2）横梁条形基础: 一般基础承载力较高，上部荷载较大，且无基础，如单一基础无法满足基础承载力；3）筏形基础：通常用于有地下室的工程，其平面尺寸一般是根据地基土的承载力、上部结构的布置和荷载情况来确定；4）箱形基础：用于高层建筑地下室的设计，可结合箱形基础的设计要求和工程特点使用；5）桩基础：常常适用于的范围如下：一是地基薄弱，有软层。作为天然地基，其承载力或沉降无法满足现行规范的要求；二是相邻建筑物相互影响时，地基会形成过度不均匀沉降；三是当有特殊的沉降要求时；四是现有建筑物不允许进行开挖，也没有其他施工方法；五是当土层变化较大时，厚度不均匀或基岩表面起伏差较大，都会引起过大的非均匀沉降；六是天然地基深埋时，与施工条件相比较是不经济的；6）组合基础，适合采用组合基础法，以保证基础结构的稳定性和完整性。

3 高层建筑基础选择应考虑的因素

高层建筑基础的设计比一般建筑基础的设计更为复杂。在一般情况下，在选择基础时应考虑以下因素：

（1）地质条件的影响。地质条件是高层基础选择的重要依据。拟建场地地质条件隐蔽、复杂、多变。按照现阶段的工程勘察和技术手段，总体上可以比较准确，也能为拟建建筑提出详细的岩土工程资料和设计、施工所需的岩土参数。

（2）上层建筑形式的影响。不同上层建筑对地基不均匀沉降的敏感程度不同。上部结构对基础不均匀沉降越敏感，建议选择刚度较高的基础形式。因此，应根据上部结构形式的不同，选择合适的基础类型。

（3）根据建筑物的结构特点、荷载的大小、地上层数、高度和跨度，选择最佳的地基形式。

（4）高层建筑的基础设计应尽可能满足建筑功能的具体要求。例如，要满足人民防空、地下车库、地下商场等建筑物的特定功能要求。

（5）高层建筑的基础设计也应满足结构的要求。例如，对于箱式基础，要考虑埋设深度、高度、基础平面质心与结构竖向静载重心重合、偏心量等要求。

（6）抗震性能对地基选择的影响。高层建筑对地震效应较为敏感，在地震效应下，地基变形大、沉降不均匀、倾覆，因此在基础选择时，必须充分考虑地震效应的影响。

（7）周边建筑物对地基选择的影响。周边建筑对地基的选择也有很大的影响。例如，如果既有建筑物与筏或箱基础之间的距离过小，则需要考虑在深基坑开挖时，既有建筑物的基础或主体是否会部分下沉和开裂；如果基础采用预制桩，打桩过程中的振动是否会使既有建筑物或胸墙、遮阳篷等构件产生裂缝，导致倾覆、倒塌、坠落等。

（8）施工条件对基础选择的影响。施工队伍和施工人员的素质是否能够保证施工质量，如材料、设备、机械工具能否就近购买或租用，施工过程中的气候条件和降雨等都是影响基础选择的因素。

（9）工程造价对基础选择的影响。在满足功能要求的前提下，对各方面进行比较，选择成本较低的基本设计方案[3]。

4 案例分析

4.1 工程概况

拟建项目位于广州市番禺南站商务核心区内。拟建2栋办公塔楼（TA、TB）及1栋裙房，设2层地下室，为框剪结构。其中塔楼层数为19～36层，高度为97.45～179.95m；裙楼层数为2层，高度为8.5m。建筑场地类别为Ⅱ类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，特征周期值为0.35s。场地的岩土工程勘察等级划分为甲级。

4.2 地层情况

拟建项目场地位于广州市番禺区，场地原始地貌为冲洪积三角洲平原地貌。现场地整体地势开阔，地形平坦，场地钻孔高程处于7.84～8.79m之间，相对高差0.95m。

根据勘察报告资料显示，地层岩性如下：

第四系人工填土层：①1杂填土，由黏性土、碎石、砼块及建筑垃圾等组成，平均厚度3.28m。①2素填土，由黏性土、砂粒、碎石等组成，平均厚度2.65m。

第四系冲洪积层：②1淤泥质土，由黏粒组成，具腥臭味，含少量有机质，平均厚度2.51m。②2淤泥质粉砂，以粉细砂为主，含有机质，平均厚度4.25m。②3粉质黏土，组成物为粉粒、黏粒，平均厚度2.92m。

第四系残积层：③粉质黏土，成分主要为粉粒、黏粒，切面较规则，残积成因，平均厚度4.74m。

白垩纪泥质粉砂岩和砂岩：④21-1强风化泥质粉砂岩，平均层厚2.19m。④21-2强风化泥质粉砂岩，平均层厚1.99m。④22强风化砂岩，平均层厚1.58m。岩体基本质量等级为Ⅴ级。

④31中风化泥质粉砂岩，未揭穿，平均厚度9.07m。④32中风化砂岩,未揭穿，平均厚度3.04m。岩石属软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ～Ⅴ级。

4.3 基础方案选择分析

本项目规划2栋办公塔楼及1栋裙房。根据目前勘察资料显示，浅部土层主要为①层人工填土、②1层淤泥质土、②2层淤泥质粉砂、②3层粉质黏土和③粉质黏土。其中①层人工填土、②2层淤泥质粉砂及②1层淤泥质土工程力学性能较差，承载力较低，压缩性高，不能作为拟建建筑基础持力层，即浅部地基难以满足上部荷载、沉降变形的要求，且拟建层高较高，最高达179.95m，拟建建筑上部荷载大，对基础持力层要求较高，对沉降要求也较高，并且拟建工程紧邻广州南站，在深基坑开挖时，可能会出现对已有建筑物的基础或主体造成局部下沉、开裂等情况，故不宜采用天然地基，宜采用桩基础。

场地内广泛分布人工填土和软土，在堆载或其他工程活动时，可能产对桩基产生负摩阻力进而引起对桩基的下拉荷载，降低了桩基的实际承载能力，增大了桩基的受力，严重时可使桩基过大失稳下沉，应采取合理防护措施。选用摩擦桩时，原则上应深入强风化岩一定深度且确保沉桩时不能断桩；选用嵌岩桩时，为确保桩基础抗倾覆稳定性，同一承台或临近桩位处的最深完整岩面应嵌入不少于0.5m，其他桩位应加大嵌岩深度。总之基桩嵌入中风化岩层足够深度，桩基础稳定性较好。

成桩方式可采用钻（冲）孔桩或旋挖桩，宜选择④31、④32层中风化岩为桩端持力层。桩径可采用φ800～2500mm，桩端入中风化岩不小于2倍桩径，桩长预计约15～34m（按桩长：建议持力层（中风化岩）层顶顶面考虑），此桩长为粗略建议值，具体桩长应根据持力层岩面埋深、岩面起伏情况及设计嵌入持力层深度等综合确定。为确保桩端以下3-5倍桩径深度范围为完整稳定岩层，需要查明桩端持力层岩面起伏变化情况、有无软弱夹层等，必要时进行超前钻探。

初步设计时根据桩径大小和各岩土层技术参数采用广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）第10.2.4[4]式计算单桩竖向承载力特征值。

该方案有点：1）桩身直径大小灵活，桩身砼可取较高强度，充分利用其承载力；2）施工安全性较好，水下部分采用泥浆护壁，不需要场地降水；3）桩身直径较小，用钢量较少。

根据现场土质鉴定、原位测试及室内土岩力学性质测试资料，参照省标《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）及现行相关规范、规程，给出土岩层设计参数建议值见表1。

表1 各土（岩）层设计参数建议值表

5 结束语

高层建筑基础类型的选择没有固定的模式，因此要从建筑物自身的特点出发，实事求是，综合考虑建筑物的上部结构要求、抗震设防要求、工程地质情况、施工场地以及周围的建筑物等环境条件，对各种基础设计方案进行比选，优先选择可以满足建筑物地基承载力、整体性较好并且可以调节不均匀沉降的基础形式。