黄运祥
广西汉华建筑设计有限公司 广西 南宁 530000
摘要：高层建筑的结构形式特殊，在整个结构中，上部结构的负荷全部是由基础来承担的，因为高层建筑的上部荷载非常大，就必须要保障地基基础较高的稳定性和承载能力，只有这样，才能够减少地基基础不稳所引起的工程质量和安全问题。因此，随着高层建筑项目的增多，人们对地基基础设计提出了更高的要求，相关设计人员在地基基础设计上，不仅要遵循相应的设计要点，更要从高层建筑的现场环境、结构特征出发。基于此，本文详细探析了高层建筑地基基础的设计要点，对提升地基稳定性具有重要的意义。
关键词：高层建筑；地基基础；设计要点
高层建筑是随着城市化进程的加快而逐步出现的，因为在城市化不断发展的今天，各个城市的住宅用地和商业用地规模都在逐步扩大，而城市内的土地资源总量十分有限，为缓解土地资源紧张局面，逐步出来了一种新的建筑结构，也就是高层建筑，因为高层建筑的高度大，实现了地下和地上空间的延展。但高层建筑对于地基基础的稳定性要求非常高，在地基基础设计时，设计人员需充分从高层建筑的结构荷载要求出发，做好地基基础的加固设计，为高层建筑提供稳固、安全的基础结构。
1.高层建筑地基基础设计选型的重要性
1.1影响建筑物的安全性
当前的经济社会发展中，无论是商业建筑还是住宅建筑，工业建筑还是民用建筑，其都呈现出高层化的发展趋势，高层建筑数量的增多、高度的增加都使得人们越来越关注地基基础的设计与选型。随着工程技术的日渐进步，在高层建筑的地基基础设计方面，可选择的基础类型、技术越来越多，不同的基础结构下有着其适用条件。因此，地基基础设计选型关系到整个建筑物结构稳定性与安全性，当地基基础存在设计问题时，在后续投入使用以后可能会由于基础承载力不足引起不均匀沉降、结构倾斜等问题[1]。
1.2与工程造价有着直接的关系
高层建筑地基基础设计选型与工程造价存在着紧密的联系，因为在不同的地基基础选型中，由于结构形式、施工要求等的不同，使得这部分工程造价也存在着一定的区别。部分地基基础形式下的工程造价较低，而一些地基基础的工程造价偏高，而地基基础是高层建筑工程总造价中的重要组成，其可以占到工程总造价的25%左右，在复杂的地质地形条件下，地基基础占总造价的比例更高。
1.3影响工程的施工工期
一些地基基础类型在施工时较为简单，耗费较短的工时就可以达到基础施工的要求。因此，地基基础设计选型同样会影响到这部分施工作业的工期，如果工程存在严格的工期要求，在地基基础施工方面的施工工期较长，势必会使得其他施工环节存在压缩工期的情况，也就难以保障工程的整体质量。
2.高层建筑地基基础设计的主要依据和基本要求
2.1主要依据
高层建筑地基基础的设计方面，设计人员在设计时往往需要考虑非常多的因素，因为地基基础设计质量会受到诸多因素的影响，就需要设计人员要以地基基础设计的理论依据，来对这些影响因素展开分析，确定在高层建筑中的可行性方案，经由多个方案的综合对比，来选择更为经济合理性、技术可行性的地基基础结构。通常情况下，在地基基础选择中，最为关键的是要进行地质参数、上部设计、地下室设计等的对比，且要将地基基础方案与工程现场的情况充分结合起来，只有符合工程现场情况，从经济性、技术性角度达到了稳定性、安全性要求的方案才是最佳的[2]。
2.2基本要求
现阶段的高层建筑地基基础设计中，人们对地基基础提出了越来越高的设计标准，在实际的设计中，需要遵循以下的基本要求：地基整体结构的稳定性、整体受力、天然地基形变量、桩基沉降、基础水平位移、承载力、抗裂性能等计算和分析达到了标准时，才能够将所确定的地基方案作为最终的施工方案。
3.高层建筑地基基础方案的优选
3.1合理设置沉降缝
高层建筑地基基础设计的过程中，相关设计人员必须要做好对各个影响因素的全面分析。很多的地基基础设计中，存在着不均匀沉降的问题，当不均匀沉降没有得到有效的控制时，整个高层建筑将会面临较大的结构性隐患。在实际的设计过程中，沉降缝的科学设置可以在一定程度上减小不均匀沉降对整个建筑结构的威胁，设计人员在沉降缝的设置上，需充分分析高层建筑主体结构的特征，当存在不均匀沉降现象时，要进行沉降变形曲线的分析，并对沉降量等加以精确计算，在计算分析的基础上进行基础布置的同步调整，使得基底反力来对沉降进行控制[3]。此外，基础设计的过程中，设计人员要对各种可行的方案进行充分对比，选择结构最优的方案。
3.2确定基础埋深
地基基础设计的过程中，基础埋深的确定同样十分非常重要的，基础埋深的确定方面，必须要遵循以下的标准：（1）如果高层建筑处于抗震设防区，除了岩石类地基，天然地基的箱形、筏形基础等埋深有着严格的要求，其埋设深度一般要在建筑高度的1/15以上；桩箱或桩筏基础的埋设设置应大于等于建筑物高度的1/18[4]。在基础埋深的确定过程中，需要综合考虑的因素非常多，不仅包含了建筑物的高度、抗震性要求，还需要考虑地基土质条件等因素。
4.工程概况与地质勘查结果
以某高层建筑为例，该高层建筑是住宅群中的一幢，地上33层，每层的高度都为3m，室内外高差为0.5m，在楼层地下存在高2m的管道夹层和高4m的地下车库，在此工程中，总体的建筑面积非常大，综合现场情况的分析，此高层建筑采用的是剪力墙结构。
该高层建筑处于松花江冲击平原上，整个工程现场的地势较为平缓，不存在滑坡等地质灾害的影响。下覆岩层中存在风化裂隙和软弱夹层的分布，没有采空区等地下空洞的分布。在此工程建设时，该工程现场存在各种土层分布，上部为杂填土、粘性土和砂，中部地基上为砂类土，而下部地基上为粘性土和砂类土。
5.地基基础设计方案比选
5.1方案选择
如果在此高层建筑中采用浅基础结构，此时的基底持力层位于③层细砂，这种情况下，承载力特征值为140MPa，这种基础结构设计下，经由与设计上部结构作用效应的对比分析结果来看，根本难以满足结构稳定性的要求。因此，在此高层建筑基础结构设计时，必须要选用深基础，来克服软弱土层对基础结构所造成的不利影响，当然，在基础设计时，也可以通过地基基础的优化和改进，来提升地基的承载力。设计人员在充分考察了地层分布、土层性状等的前提下，提出了以下两种的基础设计方案：（1）CFG桩复合地基方案。这一桩基础结构的适用范围较广，施工工艺也较为先进，在这一基础技术下所形成的柱基础具有强度高、工艺简单、施工周期短、成本低等诸多优势，在具体的施工过程中，不存在配筋环节，可以直接利用工业废料粉煤灰等掺料，具有一定的绿色性[5]。（2）超流态混凝土灌注桩方法，这种桩基础的承载力高、基础变形小，施工过程中基本上不会受到地下水水位变动的影响，成桩效果较为理想，且这一桩基础施工时的噪音较小，泥浆排放量非常少，对周边正常的生产生活、环境等不会造成不利影响。
5.2桩筏参数选择
根据对工程现场情况的调查和分析，如果在地基基础设计时采用的是CFG复合桩基础，其桩径与桩距分别为400mm、1450mm，桩的布设中，选用正三角性的布设方式，且有效桩长需控制在28m，桩身选用的是C30素混凝土。在此地基条件下，工程桩的桩端持力层为第⑦层粗砂层，为保障桩基础结构的稳定性，桩端在进入持力层的深度需要达到0.8m以上，且还需要在桩顶进行素混凝土垫层的有效设计，在桩点上设200mm厚的褥垫层、100mm厚的素混凝土垫层。根据此高层建筑的建设规模，最终需要布设756根CFG桩，单桩的竖向承载力特征值需达到1100kN。
如果在此高层建筑施工中，采用的是灌注桩基础，在此基础施工中，为了缩短施工周期，减少施工问题的出现，采用的是相同灌注桩桩长和桩径。在基础设计的过程中，根据地质勘察的相关数据与上部荷载的分布情况，最终将第⑦层粗砂作为灌注桩桩端持力层，且相应的参数如下：桩径600mm、有效桩长28m，桩身采用C30混凝土。结合工程的总体规模，在现场总共布设了396根桩，单桩竖向承载力特征值达到了1700kN。
5.3方案造价分析
针对上述两种地基基础方案，在实际的实施过程中，人工费用和机械费用的支出差别不大，重点是要进行用钢量、混凝土使用量的造价对比，具体的对比结果如表1所示。
表1两种地基基础方案造价比较
5.4地基基础方案异地分析比较
通过上表的造价分析与对标，可以看出：大规模归并的灌注桩承台造价与筏板基础造价差异非常小，这就使得灌注桩的工程总造价相对偏高。在实际的基础施工过程中，如果通过土质性质的改变来提升灌注桩的单桩承载力，就可以使得桩的数量和桩基承台都有所减少，从而实现造价控制[6]。而在CFG复合地基加筏板的基础设计中，在筏板不变动的情况下，减少CFG桩所降低的造价要远远小于灌注桩基础下的造价，因此，在基础设计中，可以通过调整桩所在土层的方式来进行地基基础方案的优化，比如，将砂砾层作为持力层。当对上述两种地基基础方案加以优化以后，形成了以下的地基基础方案：（1）CFG 桩复合地基方案。在这种地基基础方案下，桩径桩长都保持不变，只进行桩距的调整，将桩距变为1650mm，同样采用正三角性的布设方式，经由这种调整以后，整个地基基础中只需要布设577根桩，在这种情况下的单床承载力也有所提高，可以达到1400kN。（2）超流态混凝土灌注桩方案。具体的基础方案调整过程中，桩径桩长维持原有参数不变，根据地质勘查资料，根据相应的经验公式计算，经由这种调整以后，地基基础的结构承载力大大提升，实现了基础方案的优化，这种调整状态下的单桩竖向承载力特征值可以高达2300kN。
结束语：
现阶段的高层建筑中，地基基础的设计难度加大，为使得地基基础的结构稳固性达到相应的工程标准，相关设计人员在实际的设计过程中，就需要充分做好对现场情况的勘察，在高层建筑结构要求上考虑综合性因素，提高地基基础的设计质量，使得地基基础能够达到高层建筑的施工要求，避免基础结构不稳所引起的工程事故。
参考文献：
[1]公茂营,公民.高层建筑地基基础设计要点分析[J].建筑工程技术与设计,2018,000(010):820.
[2]马军.高层建筑地基基础设计的要点探究[J].中国房地产业,2018,000(011):82.
[3]陆剑虹.高层建筑地基基础设计探讨[J].城市建设理论研究(电子版),2017,000(033):82.
[4]陈磊.高层建筑地基基础工程设计中几个问题的探讨[J].装饰装修天地,2016,000(011):180.
[5]张岂境.高层建筑基础设计以及地基处理分析[J].昆明民族干部学院学报,2016,000(008):61-62.
[6]林如锴.分析高层建筑地基基础方案优化设计[J].建材与装饰,2017,000(046):104-105.