高层建筑的基础设计
高层建筑的基础设计
摘要 本文以北京市某高层建筑为例，介绍了北京市某高层建筑高层主楼与裙房或地下车库之间的基础设计以及如何处理差异沉降。
关键词 高层主楼；基础设计；差异沉降；后浇带
0 引言
高层商住楼相邻部分设有多层裙房及地下车库，其主楼地下室与裙房地下室及地下车库连成一体，本文介绍了基础设计方案的选择，如何解决主楼与裙房、地下车库间的沉降差异及超长地下室结构的裂缝问题。
1 工程概述
拟建北京市某高层建筑及配套项目总建筑面积96 299m2。中国建筑技术集团有限公司承担了本工程建筑场地的岩土工程勘察工作。建设场地位于北京市朝阳区十八里店乡，原弘善市场内，北京华威南路。南依潘家园路，场地地势平坦。主体部分分为G1，G2，G3及G4,中间地段为大面积的纯地下车库。G1部分为裙房，2~6层，高8.70m~23.80m，框架结构；G2部分为高层住宅，24~28层，高69.00m~80.00m，框支剪力墙结构；G3部分为高层住宅，24层高69.00m，剪力墙结构，G4部分为高层住宅，25~28层，高71.70m~80.00m ，框支剪力墙结构。高层住宅，裙房及纯地下车库各部分均设3层地下室，基础设计埋深在自然地面下11.0m。
2 地质背景
北京市区的西、北及东北方向三面环山，东、南及东南面为广阔的平原区，地貌单元自西部山前向东部平原区，由冲洪积扇过渡为冲击平原区。本工程拟建场区位于永定沙冲洪积扇中下部。场区地层土质以粘性土、粉土与砂土、卵石土交互为主。根据拟建场地周边揭示基岩的深部地质资料，本场区第四纪沉积层厚度（相当于基岩埋深）在130m左右，在本工程拟建场区范围内，不存在影响拟建场地整体稳定性的不良地质作用。建筑场地类别Ⅲ类。
3 地基方案
3.1 建筑工程特点
1）根据设计计算，本工程高层住宅部分基底平均荷载约为420kN/m2~491kN/m2，与裙房及纯地下车库部分之间的基底荷载差异悬殊，而且高层住宅部分本身也高低错落，基底荷载也有较大差异。因此，高层住宅部分的总沉降控制，建筑物各部分之间的基础差异沉降的协调与控制是本工程基础设计时须重点考虑解决的问题。
2）本工程建筑物基础埋置较深，在自然地面以下11.0m，裙房和纯地下车库基础处于超补偿状态，与其相邻的高层住宅的建筑基础的侧限条件则受到永久性削弱，并对本工程高层建筑部分地基承载力控制具有一定影响，也使本工程地基基础共同作用条件趋于复杂。
3）裙房及纯地下车库竖向荷重较小，场区地下水历史水位较高且动态变化规律较复杂，因此对该部分须仔细研究和校核建筑基础抗浮稳定性，地下水压力作用下地下室外墙和基础底板的承载力问题。
3.2 地基岩土工程条件分析
1）本次勘察所揭示的地层土质在垂向分布上具有粗细颗粒交互沉积的特征。拟建场区在人工堆积层以下交互沉积的粗细颗粒土层具有良好的成层性，水平向分布也基本稳定。在本工程设计基底附近分布的土层主要为粉质粘土④层（局部为细砂⑤层）。该土层以下的主要下卧层为细砂⑤层和粉质粘土⑥层。上述土层在基底以下的分布，岩性相合，工程性质的差异性，均会对本工程地基方案产生直接影响。同时，由于基坑开挖较深，场区内分布的第一层地下水（上层滞水），将会对地基基础、基坑工程设计与施工带来直接影响；
2）根据设计条件，本工程高层住宅及裙房和纯地下车库部分基础设计埋深在自然地面以下约11.00m，相当于绝对标高约为27.40m。勘察结果表明上述基底标高处的直接持力层主要为第四纪粉质粘土④层，但该持力层的厚度不大，局部地段的持力导为细砂⑤层。由于本工程同一基础底面上高层住宅，裙房和纯地下车库各部分建筑高低错落。荷载分布很不均匀，基底以下直接持力层厚度较大的细砂⑤层时，使得对基础总沉降和差异沉降控制较为有利，这也是本工程基础方案设计时重点考虑的问题之一；
3）通过对本工程建筑设计条件和地基土层工程条件分析，按照有关规范的要求，以控制建筑物的总沉降，差异沉降及倾斜和稳定为基本原则。如果本工程高层住宅与裙房及纯地下车库部分不设永久性的沉降缝，通过对验算结果的分析，并结合实际工程分析评价的经验，如考虑采用天然地基方案时，地基持力土层的承载力不能完全满足基础设计的要求，并且基础总沉降特别是高低建筑基础差异沉降较大，难以控制在规范要求的范围之内，并有不能对本工程后期正常使用带来不利影响。因此综合考虑地基基础方案安全性及经济适用性后，本工程高层住宅部分可主要考虑采用CFG复合地基或桩基础（灌注桩）方案，裙房及纯地下车库部位采用天然地基方案。
3.3 地基方案
方案：高层采用CFG复合地基或桩基础（灌注桩）方案，裙房及纯地下车库部位采用天然地基方案。
1）为解决本工程高层住宅部分高低层之间以及高层建筑与裙房、纯地下车
库之间差异沉降问题。本工程高层住宅部分考虑采用CFG桩复合地基方案，确保CFG桩复合地基的承载力、变形满足设计要求，使本工程差异沉降能够安全可靠地控制在设计允许范围之内。裙房及纯地下车库部分仍采用天然地基方案；
2）高层住宅部分采用CFG桩复合地基方案
（1）基础砌置标高及桩间天然直接持力层土质。本工程高层住宅部分的基底设计标高约在27.4m左右。该标高处分布的CFG桩复合地基的槽底天然土层为粉质粘土④层，局部为细砂⑤层；
（2）CFG桩加固处理到中砂⑦层，根据有关规程，基底下地层分布特点，结合工程实践经验，计算满足拟建高层住宅对地基承载力，建筑基础沉降控制的设计要求；
（3）主楼采用筏板基础，裙房及地下车库采用独立柱基加防水板；
（4）为解决主楼与裙房间的不均匀沉降，在主楼和裙房之间设置了沉降后浇带，后浇带待主楼封顶后在浇注。
后浇带设置平面：
3）为控制超长地下室基础底板混凝土裂缝采取了下列措施：
基础底板混凝土强度等级采用C35。为减少混凝土硬化过程中的收缩应力，设置施工后浇带。基础底板采取分层浇注、阶梯式推进，每层混凝土在初凝前完成上层浇注；
4）为控制超长地下室的外墙混凝土裂缝也采取了以下措施：墙体一般养护困难，受温度影响大，容易开裂。为了控制温差和干缩引起的竖向裂缝，水平钢筋间距不大于150mm，配筋率不小于0.5％混凝土强度等级采用C35；
5）本工程建筑场区范围较大，高层住宅部分高低错落，且与其周边裙房、纯地下车库之间基底压力分布差异悬殊，因此差异沉降能否得到有效控制是本工程地基与基础设计的关键问题。根据地质报告提供的地层条件，结合建筑物实际荷载分布，基础形式、基底埋深等条件进行地基变形预测分析，并根据计算分析结果，采取在建筑荷载变化悬殊部位合理设置施工后浇带及合理安排高低层施工顺序等设计施工措施。且充分考虑高层住宅与裙房、纯地下车库之间因地基方案、基础形式不同以及施工顺序等所造成的相互影响问题。
3.4 观测结果（沉降后浇带两侧部分观测点的观测成果）
4 结论及建议
在一般多层建筑中主楼与裙房层数差异较大或建筑物平面形状较复杂时常
常采用设沉降缝，但用于高层建筑时，情况比一般建筑更不好处理，主要因为：
1）高层建筑的使用要求及立面效果要求高。主－裙接缝的沉降差妨碍通行，降低立面效果，管线设置不便，防水处理困难；
2）在地震区上部结构间设缝会出现缝两侧结构在地震时的撞冲问题，为了避免相互撞怀，则要求拉大缝的宽度，这又使上面的问题进一步尖锐；
3）沉降缝处要设双墙双柱，造成浪费和建筑立面处理困难。结构上出现基础板悬挑，基础偏心受力，布桩困难等问题；
4）设了沉降缝只是人为地限定了上部结构出现竖向错位的位置，但并不能减少地基中主－裙楼应力区的重迭。主楼下沉大，依然会对裙房有影响，造成裙房在沉降缝处的下沉较大，倾斜甚至裂缝。
所以，高层与裙房之间设置沉降缝会带来很多麻烦。不设沉降缝需注意沉降计算要精确且后期要保证定期观测。
参考文献
[1]GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2]李国胜 李军军.高层主楼与裙房之间的基础设计[J].建筑结构，2005，7.
[3]建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)[S].中国建筑工业出版社，2002.
[4]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）[S].中国建筑工业出版社，2002.
注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
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