李鹏飞
山东圣凯建筑设计咨询有限公司 山东烟台 265400
摘要：近几年，在高层建筑工程施工过程中，因为地基基础问题，时常出现施工质量问题，在设计工程时，大多数技术人员认为上层结构施工难度相对较大，实质上在高层建筑中，地基基础在施工工程中才是关键点。在相关工程设计过程中，与之相关工作者的创新理念和丰富经验是不可或缺的。与此同时，设计人员还应注重工程中的各个环节，以此来确保基础设计和施工。基础工程不但会对资金问题造成影响，还会对工程质量造成影响，从而对工程安全性造成影响。基于此，本文结合实际案例，详细分析了高层建筑地基基础方案优化设计相关内容，以供参考。
关键词：高层建筑；地基基础方案；优化设计
前言：在建设高层建筑的过程中，建筑物的重量全部都只能由地基来承担，所以在设计过程中，地基的设计关系到整个建筑工程的整体质量和建设效果，近些年来，因为施工的基础设计造成高层建筑的施工存在问题的情况时有发生，在一项建筑工程的实施过程中，施工难度最大的一部分就是地基的建设，而要想高层建筑的地基建设中不出现问题，在对地基结构进行设计时就要设计出完善的建设方案。本文从地基基础在整个建筑工程中的重要性、高层建筑地基施工过程中的质量控制、高层建筑地基基础方案优化设计分析这三个方面来讨论怎样设计出安全合理的高层建筑地基方案。
1地基基础在整个建筑工程中的重要性
地基是整个建筑物的核心，是建筑物的根本，尤其是在高层建筑施工的过程中，地基基础的设计对整个工程的建设有很重要的意义。但是地基在设计过程中，需要考虑的因素很多，不仅要考虑建筑物所在的地质情况，还要考虑地下水的一些因素，因此地基的设计存在一定的困难。但是地基的建设在整个建筑工程中所占的造价很高，据有关资料显示，普通的地基基础和地下室的造价在整个的建筑工程要占到百分之六到百分之八之间，如果遇到地质结构比较复杂的土地结构，必须使用一些特殊的技术来处理地基，或者要把地基的位置埋的更深，那么需要的造价也会更高，可能会达到百分之十以上，从中就可以看出，地质基础的设计和施工在整个工程的施工过程中所占的造价是很高的，所以在设计过程中，对地基的建设方案的选择一定要慎重考虑，在能减少造价的基础上保证地基基础的建设质量。
2高层建筑地基基础的常见形式
2.1条形
在集中常见及常用的高层建筑地基基础中，条形基础算是其中较为刚性的一类，基于其本身能形成十字交叉的特殊形式，所以其本身对于高压负荷方面的承载能力具有其余地基基础不具备的优势。在具体高层建筑的应用中，条形基础又分为墙下条形技术与柱下条形基础，因为在应用时需注意地下空间的防水问题，所以在条形基础构建的过程中往往会使用加固防水板来进行设计。
2.2独立柱基
独立柱基是高层建筑地基基础的最基础新式，在具体应用时应与防水板进行结合，其本身具有效果良好、造价低廉、操作及施工难度较低等优点，且独立柱基对于挤压、浮性方面具有一定的抵抗力，在性价比方面冠绝于所有地基基础间，也是高层建筑建设时的首要选择。
2.3筏型、箱型基础
对于层高不超过一定值的高层建筑而言，独立柱基与防水板的结合使用足以满足该建筑的需求，但若该类高层建筑的层高过高且超过了常规范围，建筑团队便不只需要考虑该高层建筑基础承受力，还要对该建筑在高空中可能会受到的横向作用力进行考虑。针对该类情况，在高层建筑的地基方面便需由筏型、箱型基础来对其进行一定程度上的加固，增加该高层建筑的整体承载能力。筏型、箱型地基基础并非一成不变，在实际应用时该类基础的布置方法十分灵活，如筏型基础由于延展性较强，在实际应用时多被当作建筑室内常用的横梁以及柱梁使用；而箱型基础由于其抗变形、承载能力良好，因此通常会被用于提升地基基础的刚度。
3实例分析
3.1工程概况
本项目位于山东省济南市槐荫区,规划用地1.23公顷,投资3.5亿,总建筑面积7.8万m2,其中地上建筑面积5.56万m2,地下建筑面积2.23万m2;商业综合体主楼地上25层,裙房地上4层,地下室均为3层,室内地坪标高44.65m,预计基础埋深16m,地基基础设计等级为甲级,根据附近工程基础选型情况,本工程初步设计时考虑采用桩筏基础方案。
3.2主楼地基方案选择
本文主要介绍主楼基础选型,裙楼和车库采用天然地基筏板基础以第④层黏土为持力层方案是可行的,且基坑开挖较深,裙楼和车库主要以回弹再压缩变形为主,受篇幅所限,本文不再单独论述。
3.2.1主楼天然地基承载力分析
本项目主楼地上25层地下3层,室内地坪标高44.65m,预计基础埋深16m,荷载约440kPa,主楼地基持力层为第④层黏土,当采用天然地基,筏板基础时,根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011规范第5.2.4条,需要对地基承载力特征值按式(1)进行深宽修正。
考虑到主楼南侧有裙房且设置整体地下车库,车库部分处于超补偿状态,按不利考虑时,可将车库荷载(勘察方案评价时,条件有限,初步考虑0.6m筏板、0.2m楼板、0.1m顶板及1.5m覆土荷载)折算为土层厚度(土层等效重度约14kN/m3)作为基础埋深,折算后的基础埋深初步按3.0m考虑,按式(1)计算得,修正后的地基承载力特征值约305kPa,不满足设计要求。此时,很多勘察设计人员往往直接建议主楼采用桩基础或地基处理方案,但仔细分析下场地地层分布情况,我们可以发现场地内分布有厚度较厚且相对均匀的碎石层,其具有承载力高、压缩性低的特点,是良好的天然地基持力层。下面我们验算下碎石层承载力和沉降变形是否满足设计要求。
当主楼采用天然地基,筏板基础,以第⑤层碎石为持力层时,需要将基础下落约4.0m,进行地基承载力深宽修正的基础埋深可取7.0m(前述车库等效荷重3m及主楼车库基础4.0m高差),按式(1)计算得,修正后的地基承载力特征值约787kPa,大于主楼荷重440kPa,可以满足承载力设计要求。
3.2.2主楼天然地基变形计算
主楼地基变形计算时,地基内的应力分布可采用各向同性均质线性变形理论,利用分层总和法计算最终变形量。根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011规范第5.3.5条,最终变形量可按式(2)估算:
按角点法,矩形面积均布荷载计算建筑物角点及中心点处沉降量、沉降差及倾斜率值如表1所示。同时,根据《高层建筑建筑岩土工程勘察标准》JGJ/T72-2017附录B,按照公式:
采用变形模量估算高层建筑天然地基筏型基础的平均沉降量约24.5mm。
表1 主楼地基变形计算表
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从以上分析可知:将主楼基础下落至碎石层,采用筏板基础方案时,天然地基承载力和变形均能满足规范要求,因此,该方案是可行的。
3.3结论
(1)碎石层压缩性低,承载力高,在工程中遇到该地层时,应充分合理利用,高层建筑采用其作为天然地基,不仅可节约造价,还可以缩短工期,同时也能避免桩基等方案带来的桩基施工扰民、泥浆排泄、桩头清理等社会环境问题。本项目在实践中取得了良好的效果,对类似工程有一定的借鉴作用。(2)采用碎石层作为天然地基持力层,估算建筑物沉降时,规范中沉降计算经验系数可适当取低值;(3)采用碎石层作为天然地基持力层的建筑物,沉降稳定时间会短于一般地基土上建筑物沉降稳定时间。
结语：
总而言之，地基基础方案设计作用极大，良好的地基设计方案能高效保障地基的稳定性和可靠性，也能为工程整体质量和安全性提供强有力的保障。
参考文献：
[1]柴志磊，付景坤.高层建筑基础施工及地基处理技术现状及发展趋势[J].砖瓦世界，2020，（10）：86.
[2]朱平.高层建筑地基基础及处理过程中常见问题探析[J].智能建筑与智慧城市，2020，（4）：37-38.
[3]黄斌根.高层建筑地基基础和桩基础土建施工技术[J].大科技，2020，（3）：294.
[4]蒋宗鑫，何腊平，李军鹏，等.兰州地区第三系风化砂岩超高层建筑地基基础方案比选[J].山西建筑，2020，46（6）：52-54.