高层建筑几种常用基础适用范围及经济比较

高层建筑几种常用的基础适用范围及经济比较摘要：随着经济的不断发展，高层建筑在我国建筑领域所占的比例越来越大。基础工程作为上部结构和下部地基联系的纽带，对整个建筑尤其是高层建筑的安全至关重要，同时由于基础工程的造价和施工工期在整个建筑中占有的比重较大，所以在工程设计中选出最佳最优的基础型式成为设计的关键。本文阐述了高层建筑在基础选型与设计时的相关依据和影响因素，并结合工程实例，对三种基础型式做了经济技术的分析比较，对工程建设当中的一些常见的基础型式适用范围也进行了简单的介绍。

关键词:高层建筑基础选型设计

0.引言

基础工程不仅对高层建筑的安全和建成后建筑的正常使用非常重要，同时由于它在整个工程中所占的造价比重及工期比重都很大：如果基础形式选择不合理，会造成资金浪费，施工工期延长；反之可以节约资金，缩短施工工期，所以选择科学合理的基础方案是高层建筑设计工作中的一个重要环节。在具体工程的设计当中，设计人员对于高层建筑的一些基础形式和方案通常只是从安全的角度进行对比选择，由于对施工工艺和工程造价方面知识的欠缺，往往忽视了对不同基础型式的施工工期和施工技术的难易程度和工程造价的比较，甚至于对一些地区独具的习惯性做法与规定性的做法都没有考虑。例如设计高层建筑的时候就习惯性地采用桩基础。[1]这样一些现象显然既不经济，也不科学。在今天，工程技

术在日益发展，施工工艺不断改进，在对工程的社会效益和经济效益的双重要求下，更应该重视高层建筑的基础工程设计，用科学的方法选出最佳的基础方案。

1.案例的分析

xx住宅小区坐落于安徽省合肥市市区。住宅区的交通便捷，配套设施完善，是一高档住宅项目。本案例中的建筑就是其中一栋高层的住宅楼，地上20 层，高度约为60m；地下二层，为自行车库和设备用房，层高大约为3m，基础底面积约1200m2。本工程为钢筋混凝土剪力墙结构，抗震设防烈度为7度，设计基本加速度值为0.15g,设计地震分组为第二组，基础设计等级是乙级，抗震等级为三级。

该拟建场地属于抗震一般地段，场地土类别是ii类中硬场地。地层分布基本均匀，变化不大，适宜本工程建设。地下水的稳定水位埋深为12.60m，场地环境类型为ⅱ类，经判别，地下水对混凝土及混凝土中的钢筋具弱腐蚀性，对外露钢筋具弱腐蚀性。现场各土层的物理力学的性能指标详见表1、表2。

表1 场地各岩土层分布及主要力学指标

岩土名称平均厚度（m）承载力特征值fak(kpa) 压缩模量es(mpa)

①素填土 5.36 70 3．1

②粉质粘土 4.07 90 1．90

③粉质粘土 3.51 170 10．82

④粉质粘土11.49 180 7．40

④1 粉砂 10.87 200 22．77

⑤强风化泥岩11.33 300

⑥1 粉质粘土 3.61 170 4．78

⑥强风化泥质粉砂岩10.90 300

表2 水的腐蚀性评价表

腐蚀介质水中含量

（mg/l）水对砼结构的腐蚀等级水对砼结构中钢筋的腐蚀等级水对钢结构的腐蚀等级

气候影响因素渗透影响因素

环境类别腐蚀等级渗透类别腐蚀等级

so 122.00-320.00 ⅱ弱

mg2+ 1.60-2.04

nh 0.03-0．04

oh - /

总矿化度 171.99-310.21

ph值7.6 a 微

侵蚀性co2 1.03-2.05

hco

（mmol/l）36.98-56.89

cl- 0.35-0.71 弱

30.5-80.0

cl-+so 122.70-320.35 微

腐蚀等级

综合评价地下水对砼结构及砼结构中的钢筋具弱腐蚀性，对外露钢结构具弱腐蚀性。

2.1方案的初步的拟定

天然地基上的筏板基础是高层建筑设计时最先考虑的基础型式，本工程设计之初考虑的就是此种基础型式。经过初步的估算，本工程的基底平均压力为 440 kpa，但从地勘报告中的地层剖面和岩土性质来分析，地下室开挖以后，基础的持力层是粉质粘土层，经过宽度及深度的修正之后其承载力大约是150 kpa，所以天然地基不能满足其上部荷载的要求,不能采用此种地基。由于高层建筑多采用桩基础，所以选择在不同的桩基础间进行对比。本文选用钻孔灌注桩、预应力混凝土管桩、复合地基。现在比较常用的复合地基是高压旋喷桩复合地基、cfg桩复合地基,复合地基主要是通过对地基的处理，减少地基的变形，提高地基的承载力，从而满足设计的要求。

2.1.1方案一：沉管灌注桩基础

根据地勘报告，本项目场地平坦，地下水埋深大，含水量小等特点，由于施工钻孔灌注桩泥浆水会对①层素填土产生软化，不宜采用钻孔灌注桩，可以采用沉管灌注桩。沉管灌注桩是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖(或钢板靴)或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中(钢管直径应与桩的设计尺寸一致)，

造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。根据本工程的受力要求，采用直径700~800左右的沉管灌注桩，选用⑥层强风化泥质粉砂岩作为桩基础持力层，预估桩长25米，单桩承载力达到3000kpa。此方案优点是单桩承载力高，抗水平力强。缺点是：1）桩身质量不容易控制，易产生缩颈现象而导致钢筋笼保护层厚度减小，在场地内地下水具有弱腐蚀性的情况下导致结构安全性不高；2）此种施工方法施工周期长，一般每台机组每天只能施工4根左右的桩，3）由于施工过程中，锤击会产生较大噪音，振动会影响周围建筑物，同时施工过程中会污染地下水，不太适合在市区运用。综上所述，本项目不考虑此种基础方案。

2.1.2 方案二：预应力管桩基础

预应力混凝土管桩（以下简称预应力管桩或管桩）可分为后张法预应力管桩和先张法预应力管桩。先张法预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长混凝土预制

构件，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。管桩按混凝土强度等级分为预应力混凝土管桩、预应力高强混凝土管桩。管桩的接头一般采用端头板电焊连接法。端头板是管桩顶端的一块圆环形铁板，厚度一般为18-22毫米，端板外缘沿圆周留有坡口，管桩对接后坡口变成u型，烧焊时将管桩周过的u型坡口填满即可。预应力管桩沉入土中的第一节桩称为底桩。底桩下端部如承载力不够，还可设置桩尖（靴）。本工程不需设置桩尖（靴）。管桩沉桩方