高層建筑地基基礎(chǔ)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

楊華寶

（山西省晉設(shè)拓凡建筑設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司 030013）

隨著社會(huì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，城市高層建筑數(shù)量顯著增加。高層建筑由于自身建筑結(jié)構(gòu)原因，層高和層數(shù)決定著建筑物所需要承受的橫、豎向作用力，尤其是在自然災(zāi)害面前，大風(fēng)暴雨及地震等災(zāi)害對(duì)高層建筑有極大的負(fù)面影響。因此，對(duì)于如何提升高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提升建筑工程項(xiàng)目的安全性、實(shí)用性和穩(wěn)定性，要通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，合理控制地基基礎(chǔ)方案設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)水平來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1 高層建筑地基基礎(chǔ)方案設(shè)計(jì)的重要性

高層建筑在開(kāi)展施工時(shí)，無(wú)論是層高還是建筑結(jié)構(gòu)都要基于地基的所在點(diǎn)和地基施工環(huán)境進(jìn)行綜合考量，地基基礎(chǔ)的意義十分重大，由于本身受諸多地質(zhì)環(huán)境因素影響，所以在施工方面的難度較大。在開(kāi)展施工前，要對(duì)地下水位，地質(zhì)巖層物質(zhì)以及氣候特征等客觀物理因素進(jìn)行勘察，做好防護(hù)措施。并且，地質(zhì)基礎(chǔ)在施工方面也極為重要，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，地基基礎(chǔ)一般占到整體工程造價(jià)的10%，對(duì)于一些特殊位置或者地質(zhì)、地形情況，則甚至需要更多資金成本來(lái)特殊處理。作為一個(gè)單獨(dú)的施工環(huán)節(jié)，占有如此高的比例可見(jiàn)其重要性。

2 高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的影響因素

首先，由于地基決定了整體建筑的穩(wěn)定性，所以其底層受力不但要兼顧高層所帶來(lái)的基礎(chǔ)荷載，還需要重視地基持力層的承載能力大小，確定其承載區(qū)間閾值范圍。其次，要考慮地基基礎(chǔ)的深度以及土層情況，對(duì)于地下水和樁基的影響，要根據(jù)建筑本身的結(jié)構(gòu)和立足點(diǎn)決定地基基礎(chǔ)類(lèi)型[1]。另外還要注意的是，高層建筑地基基礎(chǔ)在施工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)擠土效應(yīng)。即在樁基施工時(shí)，沉樁導(dǎo)致四周的土質(zhì)崩壞，土質(zhì)結(jié)構(gòu)受到應(yīng)力發(fā)生改變，導(dǎo)致周?chē)鷾\層土地會(huì)橫向擠出。擠土效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響地基底面的土質(zhì)穩(wěn)定性，使得地基開(kāi)挖過(guò)程中會(huì)坍塌或出現(xiàn)推移增大的情況。

3 高層建筑地基基礎(chǔ)方案的設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 控制地面沉降縫隙

高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要考慮的因素較為復(fù)雜，并且內(nèi)容涉及較廣。在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要注重沉降縫的設(shè)計(jì)處理，合理應(yīng)用相關(guān)實(shí)際案例中的常用形式，避免沉降不合理的情況出現(xiàn)，其次，形變狀態(tài)對(duì)于地基底面的調(diào)整也要進(jìn)行控制[2]。

3.2 做好深基坑支護(hù)及邊坡穩(wěn)定

地下室作為高層建筑地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性的一個(gè)必要措施，其支護(hù)問(wèn)題和邊坡問(wèn)題的處理都要注意防范，在施工順序方面要優(yōu)先地下室的深埋工作，其次要保障支護(hù)和加固工作。尤其是建筑工程周邊環(huán)境存在建筑物時(shí)，不僅靠完善邊坡安全問(wèn)題，還要根據(jù)不同建筑物的地基處理與之產(chǎn)生的地面不均勻沉降問(wèn)題、地下水平側(cè)推力以及地下室的開(kāi)挖處理工作。

3.3 防水排水問(wèn)題的處理

高層建筑的地基處理需要合理解決地下水對(duì)建筑物的影響，尤其是地下室環(huán)境的防水排水問(wèn)題，不僅在開(kāi)挖時(shí)要注意避開(kāi)地下、地表徑流，還要根據(jù)前期的地質(zhì)勘察報(bào)告確認(rèn)周邊水文的最高水位，做好相關(guān)防水、排水設(shè)計(jì)，同時(shí)，對(duì)于結(jié)構(gòu)主體也要以其必要性做適當(dāng)?shù)目垢≡O(shè)計(jì)，增強(qiáng)穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)人員可以采用排水固結(jié)技術(shù)提高地基的穩(wěn)固性，加強(qiáng)地基強(qiáng)度。在地基施工以前，施工人員要先根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果進(jìn)行地基預(yù)壓處理，在地基中建立一個(gè)垂直的排水柱，保證軟土地基的抗剪性，繼而漸漸加強(qiáng)排水固結(jié)[3]。

3.4 高層建筑軟弱地基的處理

高層建筑地基軟弱問(wèn)題的處理方式一般分為加筋法、換填地基加固法、強(qiáng)夯法以及水泥石灰樁地基處理。

加筋法作為常用的施工方法，由于操作難度較小，施工簡(jiǎn)便，應(yīng)用程度較高。主要通過(guò)在地基土層中添加鋼筋材料，將土層與鋼筋結(jié)合，如果土層承受較大作用力，鋼筋受力變形，鋼筋與土層就會(huì)產(chǎn)生摩擦力，為地基提供了一個(gè)側(cè)壓力，減少整體土體偏移運(yùn)動(dòng)的概率。還可以添加提升相應(yīng)抗性的材料，進(jìn)行一定比例的混入，提升整體土層的強(qiáng)度和抗擠壓性能[4]。

換填地基加固技術(shù)在土木工程的地基基礎(chǔ)工程的過(guò)程中也有一定成效，采取換填地基處理施工技術(shù)，可以有效的保證房屋土木工程結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)固性。在換填施工中，首先需要軟弱土體，然后采用無(wú)腐蝕性成分的、具有較好壓縮性能的材料回填至工程地基施工作業(yè)面上，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)、建筑物形態(tài)、荷載性質(zhì)、巖土地質(zhì)條件、填充材料的性等因素進(jìn)行換填工作，替換相應(yīng)土質(zhì)墊層，同時(shí)注意夯實(shí)好回填材料，以保證所鋪設(shè)的持力層擁有足夠的穩(wěn)固性，能夠達(dá)到施工的標(biāo)準(zhǔn)要求。

強(qiáng)夯法則適用于一些較大范圍，場(chǎng)地開(kāi)闊的碎石土、沙土和粘性土，強(qiáng)夯法的優(yōu)勢(shì)是能夠通過(guò)利用重力對(duì)地面土層進(jìn)行多重沖擊性捶打、夯實(shí)，能夠在破壞的同時(shí)，一定程度上加固土層，施工成本較低，操作高效。劣勢(shì)則是對(duì)周邊環(huán)境影響較大，僅適合偏僻的獨(dú)棟高層建筑施工。

水泥石灰樁地基處理技術(shù)是將碎石樁作為地基，按照特定比例將原材料混合砂石、水泥煤灰，提升樁基的強(qiáng)度與剛度。這種地基處理技術(shù)的實(shí)用性較為廣泛，并且成效顯著，加固原理不但能夠強(qiáng)化樁基的置換、擠密作用，而且排水和抗震性能也較為良好。

4 高層建筑地基基礎(chǔ)常見(jiàn)形式

4.1 獨(dú)立柱基加防水板

獨(dú)立柱基加防水板近年來(lái)應(yīng)用較為廣泛，作為基礎(chǔ)形式，造價(jià)低，施工難度小，應(yīng)用效果良好，有一定的抗浮性、抗擠壓能力、高承載例的特點(diǎn)，對(duì)于一定層數(shù)的高層建筑來(lái)說(shuō)是首選。

4.2 條形基礎(chǔ)

條形基礎(chǔ)在高層建筑的地質(zhì)基礎(chǔ)中分為柱下條形基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)，由于地下空間注重防水問(wèn)題，所以通過(guò)加固防水板的形式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。條形基礎(chǔ)由于能夠形成十字交叉的形式[5]。所以相較于其他基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)，條形基礎(chǔ)具有更好的剛性，高壓負(fù)荷的承載力也有一定優(yōu)勢(shì)。

4.3 筏形和箱型基礎(chǔ)

當(dāng)高層建筑的層高超過(guò)常規(guī)范圍時(shí)，其基礎(chǔ)承載力還要考慮到高空所受到的橫向作用力，這時(shí)一般需要筏形與箱型基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行加固，提升高層建筑的整體性承載力，并且布置較為靈活。筏形基礎(chǔ)通常作為柱梁、橫梁應(yīng)用于建筑物室內(nèi)空間，延展性較好。箱型基礎(chǔ)則根據(jù)特殊情況選擇適用，因?yàn)槭┕るy度較大，通常對(duì)地基基礎(chǔ)的剛度即為需求時(shí)才會(huì)加以引用，箱型的承載能力和抗變形能力良好。

5 結(jié)語(yǔ)

高層建筑地基設(shè)計(jì)是一個(gè)重要且復(fù)雜的核心施工工程內(nèi)容，尤其是在地基基礎(chǔ)方案的優(yōu)化上，需要不斷改進(jìn)和創(chuàng)新施工技術(shù)工藝，學(xué)習(xí)新技術(shù)新方法，在工程實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，結(jié)合高層建筑的成功案例，綜合考量各個(gè)施工細(xì)節(jié)內(nèi)容和要素，不斷提升建筑工程的設(shè)計(jì)的優(yōu)越性，提升高層建筑的安全性與穩(wěn)定性。地基基礎(chǔ)的優(yōu)劣與否直接決定了高層建筑工程的質(zhì)量好壞，所以在設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)方案時(shí)，需要綜合考量，考慮全面，在降低施工難度，減少工程資金成本的同時(shí)，保證施工質(zhì)量水平。