高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

摘要 本文以北京市某高層建筑為例，介紹了北京市某高層建筑高層主樓與裙房或地下車庫之間的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及如何處理差異沉降。

關(guān)鍵詞 高層主樓；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；差異沉降；后澆帶

0 引言

高層商住樓相鄰部分設(shè)有多層裙房及地下車庫，其主樓地下室與裙房地下室及地下車庫連成一體，本文介紹了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案的選擇，如何解決主樓與裙房、地下車庫間的沉降差異及超長地下室結(jié)構(gòu)的裂縫問題。

1 工程概述

擬建北京市某高層建筑及配套項(xiàng)目總建筑面積96 299m2。中國建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司承擔(dān)了本工程建筑場地的巖土工程勘察工作。建設(shè)場地位于北京市朝陽區(qū)十八里店鄉(xiāng)，原弘善市場內(nèi)，北京華威南路。南依潘家園路，場地地勢平坦。主體部分分為G1，G2，G3及G4,中間地段為大面積的純地下車庫。G1部分為裙房，2~6層，高8.70m~23.80m，框架結(jié)構(gòu)；G2部分為高層住宅，24~28層，高69.00m~80.00m，框支剪力墻結(jié)構(gòu)；G3部分為高層住宅，24層高69.00m，剪力墻結(jié)構(gòu)，G4部分為高層住宅，25~28層，高71.70m~80.00m ，框支剪力墻結(jié)構(gòu)。高層住宅，裙房及純地下車庫各部分均設(shè)3層地下室，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)埋深在自然地面下11.0m。

2 地質(zhì)背景

北京市區(qū)的西、北及東北方向三面環(huán)山，東、南及東南面為廣闊的平原區(qū)，地貌單元自西部山前向東部平原區(qū)，由沖洪積扇過渡為沖擊平原區(qū)。本工程擬建場區(qū)位于永定沙沖洪積扇中下部。場區(qū)地層土質(zhì)以粘性土、粉土與砂土、卵石土交互為主。根據(jù)擬建場地周邊揭示基巖的深部地質(zhì)資料，本場區(qū)第四紀(jì)沉積層厚度（相當(dāng)于基巖埋深）在130m左右，在本工程擬建場區(qū)范圍內(nèi)，不存在影響擬建場地整體穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用。建筑場地類別Ⅲ類。

3 地基方案

3.1 建筑工程特點(diǎn)

1）根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，本工程高層住宅部分基底平均荷載約為420kN/m2~491kN/m2，與裙房及純地下車庫部分之間的基底荷載差異懸殊，而且高層住宅部分本身也高低錯(cuò)落，基底荷載也有較大差異。因此，高層住宅部分的總沉降控制，建筑物各部分之間的基礎(chǔ)差異沉降的協(xié)調(diào)與控制是本工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)須重點(diǎn)考慮解決的問題。

2）本工程建筑物基礎(chǔ)埋置較深，在自然地面以下11.0m，裙房和純地下車庫基礎(chǔ)處于超補(bǔ)償狀態(tài)，與其相鄰的高層住宅的建筑基礎(chǔ)的側(cè)限條件則受到永久性削弱，并對(duì)本工程高層建筑部分地基承載力控制具有一定影響，也使本工程地基基礎(chǔ)共同作用條件趨于復(fù)雜。

3）裙房及純地下車庫豎向荷重較小，場區(qū)地下水歷史水位較高且動(dòng)態(tài)變化規(guī)律較復(fù)雜，因此對(duì)該部分須仔細(xì)研究和校核建筑基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定性，地下水壓力作用下地下室外墻和基礎(chǔ)底板的承載力問題。

3.2 地基巖土工程條件分析

1）本次勘察所揭示的地層土質(zhì)在垂向分布上具有粗細(xì)顆粒交互沉積的特征。擬建場區(qū)在人工堆積層以下交互沉積的粗細(xì)顆粒土層具有良好的成層性，水平向分布也基本穩(wěn)定。在本工程設(shè)計(jì)基底附近分布的土層主要為粉質(zhì)粘土④層（局部為細(xì)砂⑤層）。該土層以下的主要下臥層為細(xì)砂⑤層和粉質(zhì)粘土⑥層。上述土層在基底以下的分布，巖性相合，工程性質(zhì)的差異性，均會(huì)對(duì)本工程地基方案產(chǎn)生直接影響。同時(shí)，由于基坑開挖較深，場區(qū)內(nèi)分布的第一層地下水（上層滯水），將會(huì)對(duì)地基基礎(chǔ)、基坑工程設(shè)計(jì)與施工帶來直接影響；

2）根據(jù)設(shè)計(jì)條件，本工程高層住宅及裙房和純地下車庫部分基礎(chǔ)設(shè)計(jì)埋深在自然地面以下約11.00m，相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高約為27.40m。勘察結(jié)果表明上述基底標(biāo)高處的直接持力層主要為第四紀(jì)粉質(zhì)粘土④層，但該持力層的厚度不大，局部地段的持力導(dǎo)為細(xì)砂⑤層。由于本工程同一基礎(chǔ)底面上高層住宅，裙房和純地下車庫各部分建筑高低錯(cuò)落。荷載分布很不均勻，基底以下直接持力層厚度較大的細(xì)砂⑤層時(shí)，使得對(duì)基礎(chǔ)總沉降和差異沉降控制較為有利，這也是本工程基礎(chǔ)方案設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮的問題之一；

3）通過對(duì)本工程建筑設(shè)計(jì)條件和地基土層工程條件分析，按照有關(guān)規(guī)范的要求，以控制建筑物的總沉降，差異沉降及傾斜和穩(wěn)定為基本原則。如果本工程高層住宅與裙房及純地下車庫部分不設(shè)永久性的沉降縫，通過對(duì)驗(yàn)算結(jié)果的分析，并結(jié)合實(shí)際工程分析評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)，如考慮采用天然地基方案時(shí)，地基持力土層的承載力不能完全滿足基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求，并且基礎(chǔ)總沉降特別是高低建筑基礎(chǔ)差異沉降較大，難以控制在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)，并有不能對(duì)本工程后期正常使用帶來不利影響。因此綜合考慮地基基礎(chǔ)方案安全性及經(jīng)濟(jì)適用性后，本工程高層住宅部分可主要考慮采用CFG復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)（灌注樁）方案，裙房及純地下車庫部位采用天然地基方案。

3.3 地基方案

方案：高層采用CFG復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)（灌注樁）方案，裙房及純地下車庫部位采用天然地基方案。

1）為解決本工程高層住宅部分高低層之間以及高層建筑與裙房、純地下車

庫之間差異沉降問題。本工程高層住宅部分考慮采用CFG樁復(fù)合地基方案，確保CFG樁復(fù)合地基的承載力、變形滿足設(shè)計(jì)要求，使本工程差異沉降能夠安全可靠地控制在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。裙房及純地下車庫部分仍采用天然地基方案；

2）高層住宅部分采用CFG樁復(fù)合地基方案

（1）基礎(chǔ)砌置標(biāo)高及樁間天然直接持力層土質(zhì)。本工程高層住宅部分的基底設(shè)計(jì)標(biāo)高約在27.4m左右。該標(biāo)高處分布的CFG樁復(fù)合地基的槽底天然土層為粉質(zhì)粘土④層，局部為細(xì)砂⑤層；

（2）CFG樁加固處理到中砂⑦層，根據(jù)有關(guān)規(guī)程，基底下地層分布特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算滿足擬建高層住宅對(duì)地基承載力，建筑基礎(chǔ)沉降控制的設(shè)計(jì)要求；

（3）主樓采用筏板基礎(chǔ)，裙房及地下車庫采用獨(dú)立柱基加防水板；

（4）為解決主樓與裙房間的不均勻沉降，在主樓和裙房之間設(shè)置了沉降后澆帶，后澆帶待主樓封頂后在澆注。

后澆帶設(shè)置平面：

3）為控制超長地下室基礎(chǔ)底板混凝土裂縫采取了下列措施：

基礎(chǔ)底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C35。為減少混凝土硬化過程中的收縮應(yīng)力，設(shè)置施工后澆帶�；�礎(chǔ)底板采取分層澆注、階梯式推進(jìn)，每層混凝土在初凝前完成上層澆注；

4）為控制超長地下室的外墻混凝土裂縫也采取了以下措施：墻體一般養(yǎng)護(hù)困難，受溫度影響大，容易開裂。為了控制溫差和干縮引起的豎向裂縫，水平鋼筋間距不大于150mm，配筋率不小于0.5％混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C35；

5）本工程建筑場區(qū)范圍較大，高層住宅部分高低錯(cuò)落，且與其周邊裙房、純地下車庫之間基底壓力分布差異懸殊，因此差異沉降能否得到有效控制是本工程地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的地層條件，結(jié)合建筑物實(shí)際荷載分布，基礎(chǔ)形式、基底埋深等條件進(jìn)行地基變形預(yù)測分析，并根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，采取在建筑荷載變化懸殊部位合理設(shè)置施工后澆帶及合理安排高低層施工順序等設(shè)計(jì)施工措施。且充分考慮高層住宅與裙房、純地下車庫之間因地基方案、基礎(chǔ)形式不同以及施工順序等所造成的相互影響問題。

3.4 觀測結(jié)果（沉降后澆帶兩側(cè)部分觀測點(diǎn)的觀測成果）

4 結(jié)論及建議

在一般多層建筑中主樓與裙房層數(shù)差異較大或建筑物平面形狀較復(fù)雜時(shí)常

常采用設(shè)沉降縫，但用于高層建筑時(shí)，情況比一般建筑更不好處理，主要因?yàn)椋?/p>

1）高層建筑的使用要求及立面效果要求高。主－裙接縫的沉降差妨礙通行，降低立面效果，管線設(shè)置不便，防水處理困難；

2）在地震區(qū)上部結(jié)構(gòu)間設(shè)縫會(huì)出現(xiàn)縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的撞沖問題，為了避免相互撞懷，則要求拉大縫的寬度，這又使上面的問題進(jìn)一步尖銳；

3）沉降縫處要設(shè)雙墻雙柱，造成浪費(fèi)和建筑立面處理困難。結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)基礎(chǔ)板懸挑，基礎(chǔ)偏心受力，布樁困難等問題；

4）設(shè)了沉降縫只是人為地限定了上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)豎向錯(cuò)位的位置，但并不能減少地基中主－裙樓應(yīng)力區(qū)的重迭。主樓下沉大，依然會(huì)對(duì)裙房有影響，造成裙房在沉降縫處的下沉較大，傾斜甚至裂縫。

所以，高層與裙房之間設(shè)置沉降縫會(huì)帶來很多麻煩。不設(shè)沉降縫需注意沉降計(jì)算要精確且后期要保證定期觀測。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]李國勝 李軍軍.高層主樓與裙房之間的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2005，7.

[3]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)[S].中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[4]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2002）[S].中國建筑工業(yè)出版社，2002.

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