复杂工程地质上某高层建筑的基础选型

复杂工程地质上某高层建筑的基础选型

兰毅

自贡市水利电力建筑勘测设计院四川自贡643000

摘要：复杂工程地质是指土洞、岩面起伏较大的工程地质区域，在复杂工程地质上采用合理的工程基础选型方案关系到建筑的可靠性和稳定性。随着建筑工程技术的不断发展，100m以上的高层建筑不再罕见，这也侧面反映出我国在高层建筑的施工选型方面向更加严格、更高质量的标准发展。为确保整个建筑的安全和使用年限，为满足承载力及沉降的要求，对某地区的复杂工程地质进行分析，并提出地上高层建筑物的基础选型设计方法，为高层建筑工程选型提供了较好的借鉴。

关键词：复杂工程；工程地质；高层建筑；基础选型

1.引言

随着城市化进程的加快，我国工程建设数量日益增加，在建筑工程实践中经常会遇到复杂的工程地质条件。复杂工程地质是指土洞、岩面起伏较大的工程地质区域，在复杂工程地质的施工选型问题越来越受到相关人士的重视。复杂地基土体是自然历史的产物，不确定因素多，处理难度较大，因此要求在复杂地基环境下总结以往勘察、设计、施工经验，充分做好高层建筑的建筑结构体系设计，从而减少软土地基、山体滑坡等对于施工基础选型的不良影响，减少工程事故的发生风险。

2.某地区工程地质特性

某城区为湖沼平原区，对地貌形态、成因、沉积环境进行分析发现，该地域地基成硬-软-硬-软-硬的分布特征，市区多数地区为滨海平原地貌，海拔平均高度为5.5-6.5m，软土层最高为30m，水质较好，不会对混凝土造成腐蚀，城区主要工程地质分布情况详见表1。通过表1可知，④-2层作为第一硬土层，⑥-2层作为第二硬土层，⑧号土层和⑩层（基岩）可以作为城区桩基持力层。本区②-3层为粘质粉土，粘粒权重不高于1/10。④-2层为粉质黏土或黏土，个别部分夹杂粘质粉土薄层，顶板埋深5.9-20m，平均11.5m，厚度1.5-12.6m，平均值约为6.2m。该层一般分布于北侧山丘，周边临近区域发育性最好，厚度最高。初步设计地震加速度为0.05g，地震力度在7度条件时无液化土层。

3.工程概况

某工程是市政重点工程，场外工程施工组织设计程序合法、规范，施工手续健全。施工主体为大型商住两用办公楼，3A栋为26层框架剪力墙结构，楼高为76.87mm；3B栋为24层框架筒体结构，楼高为70.80mm；3C栋为26层框架剪力墙结构，楼高为76.87mm；上部结构竖向总荷载410235kN，结构宽度为14.9m，底层设计为四栋五层商铺。总建筑面积为153205m2，其中包括地下建筑面积40132m2。建筑结构平面图详见图1。

图1某工程建筑结构平面图

4.对于高层建筑工程结构体系的基础选型

4.1材料划分

4.1.1钢结构体系的规划

钢结构的优势在于强度高、抗震性能好，施工技术成熟，工程效率高，工程时间短，成本合理，用途广泛等。钢结构的劣势在于易腐蚀，后期维护成本较大，防火性能不佳，对施工技术的要求比较高。

4.1.2钢筋混凝土结构材料

钢筋混凝土结构有效整合了钢筋与混凝土两种材料的属性，木模板、七夹板、钢模板等材料构成，具有一定的经济性和广泛性，容易就地取材，成本低廉，耐火性较好，后期维护成本不高，结构造型多样。

4.1.3钢-混凝土混合结构体系

在钢梁和混凝土翼缘板之间搭配钢构件，二者可以起到取长补短，抵抗掀起及滑移的功能，可以减轻结构自重，使钢筋混凝土达到最有效利用，使之成为一个整体而协同工作，增加稳定性和整体性。

4.1.4钢-混凝土组合结构

此结构由钢部件和混凝土组合而成，具体包括钢混凝土结构和钢管混凝土结构两种，目前大多采用弹性设计，由钢梁、连接件和钢筋混凝土板组成，使钢梁上翼缘截面变小，简称为组合梁。

4.2高层建筑结构形式的划分

目前比较常见的结构形式主要有框架、剪力墙及框架剪力墙结构等。框架剪力墙结构主要由独立柱子、短肢剪力墙、核心筒组成。在高层建筑中，比较多的采用框架——筒体的结构。

4.3高层建筑结构的体系优化

（1）增加幕墙的承受荷载有效面积，从材料质量和结构设计的角度合理设定折减系数，对有效承载面积进行提升。

（2）提升抗弯结构体系有效宽度，目的是直接增大抵抗力臂，使结构抗侧刚度以及抗倾覆力得到优化，使抗侧力构件布局更加合理。

（3）楼板主要用于传递水平剪力与竖向导荷，对于水平作用的传递有重要作用，要假定楼板水平刚度无限大，简化相应的计算方法。

5.高层建筑地基基础选型计算

5.1选用预应力管桩计算

以⑥-2层作为持力层，顶板埋深29.2m，用薄壁静压管桩机，以《预应力混凝土管桩》（03SG409）为标准，如果选用管桩PTC400（60）深入持力层0.8m，那么基桩竖向承载力的计算公式为：

5.2选用钻孔灌注桩计算

仍以⑧-3层作为桩基持力层，土层顶板埋深44.5m。如果采用800mm钻孔灌注桩，且深入持力层高度为1.6m，用公式（1）计算出基桩竖向承载力为2648.00kN，所需桩数为70根，共需800钻孔灌注桩的工作量为：V=1783m3。可计算出桩基的成本为M=133.73万元。

若以⑩-2号中风化基岩作为桩基持力层，顶板埋深55.9m。如果采用1000mm钻孔灌注桩，且深入基岩高度为1.0m，用公式（1）计算出基桩竖向承载力为8253.10kN，所需桩数为23根，共需1000钻孔灌注桩的工作量为：V=1130m3。可计算出桩基的成本为M=90.40万元。

结合上述运算过程，可以得出，由于⑥-2层以上土体的侧摩阻力不高，层端阻不高，而⑧-3层与⑥-2相比前者的预应力管桩端阻值比较高，且层埋深增加幅度不大，所以选择⑧-3层作为预应力管桩持力层既能够保障施工质量，又比其他层更加经济。对于钻孔灌注桩，由于⑧-3层的端阻比⑩-2的端阻小很多，且前者埋深增加幅度较大。因此对于钻孔灌注桩来说，将⑩-2层作为钻孔灌注桩持力层来说比较合适。

6.结语

综合上述研究内容可以得出，对现代高层建筑的基础型式的选择难度很大，对于工程地质的有效判断和施工人员的工作能力提出了更高的要求。对于选用预应力管桩和选用钻孔灌注桩的层级基础选型是完全不同的。因此，在施工单位进行施工设计和工程造价过程中，要结合复杂地质结构，有针对性地设计出符合工程实际和工程质量的基础选型，从而保障施工效果，避免出现施工安全问题。只有充分考虑各项地质因素和经济性等客观因素，加强设计部门与施工部门的协作与沟通，才能在基础选型上不出问题，确保建筑设计的目标完美呈现。

参考文献

[1]郭彪，龚晓南，王建良，王勤生，李长宏，俞跃平.绍兴县城区高层建筑基础形式的合理选用研究[J].四川建筑，2013.04

[2]廖勇.浅析高层建筑在建筑施工前期的基础选型[J].城市建设理论研究，2014，24.

[3]朱超，杜伟杰浅析高层建筑结构体系的选型与地基基础的设计方法[J].中国科技博览，2015.03

[4]姜燕，杨光华，黄忠铭，乔有梁，张玉成.复杂岩溶场地下的高层建筑地基处理[J].岩土力学，2015.06

作者简介：兰毅，（1986.4——），男，四川自贡人，工程师，本科，目前从事工程地质工作。