论文部分内容阅读
摘要：随着南宁市经济的飞速发展，城市化进程的步伐也随之加快，高层建筑近年来犹如雨后春笋般矗立于南宁盆地之上，高层建筑群已是反映南宁市经济繁荣以及社会进步的重要标志。在高层建筑基础设计中，基础选型是设计的关键环节，本文结合南宁市地质条件及个人设计经验对南宁市高层建筑基础类型的适用性、基本设计方法等方面进行分析与探讨，以供同行商榷参考。
关键词：高层建筑，桩基础 ，桩筏基础 ，泥岩
Abstract: with the rapid economic development of nanning city, the pace of urbanization process has accelerated, high-rise buildings in recent years have mushroomed in nanning stands above a basin, high-rise buildings already is a reflection of the economic prosperity and nanning an important symbol of social progress. In the high-rise building foundation design, selection of the design of foundation is a key link, combining with the nanning geological conditions and the individual design experience of nanning city high-rise building foundation types of applicability, basic design method and so on, were analyzed and discussed, for peer reference points.
Keywords: high buildings, pile foundation, the pile raft foundation, mudstone
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：
1.前言
随着我国现代化建设的发展，改革开放短短30多年，千百幢各种类型的高层建筑在各大中城市中耸起。我国地域辽阔，各地区的地质条件差别极大、地震区覆盖面又很广，因而各地高层建筑的基础形式多种多样。有采用筏形基础、箱形基础及少数条形基础的，也有采用大直径嵌岩桩、中长混凝土预制桩和超长钢管桩的。在基础选型时必须考虑建设场地的地质条件，合理选择基础持力层，同时还应考虑施工周期，工程投资等综合因素。
2.高层建筑基础类型
在高层建筑基础设计中，由于上部结构传至基础的荷载大，基础底面压力也很大，一般的独立基础已不能满足承载力的技术要求，因此，应采用特殊形式的基础，其常用的有如下几种类型：
2.1交梁式条形基础
当高层建筑上部的柱子传来的荷载较大而单独基础或柱下条形基础均不能满足地基承载力要求时，可在柱网下纵横两向设置钢筋混凝土条形基础，这样就形成了交梁式基础。这种结构的形式比单独基础的整体刚度好，有利于荷载分布。
2.2筏板基础
若上部结构传来的荷载很大，可将条形基础的底面积扩大为整板基础，简称筏板基础。采用筏板基础不仅能使地基土單位面积的压力减小而且提高了地基土的承载能力，增强了基础的整体性，并可以减少高层建筑的不均匀沉降。
箱形基础
当高层建筑的上部结构荷载较大，底层墙柱间距过大，地基承载能力相对较低，采用筏板基础不能满足要求时，可采用箱形基础。箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和纵横交错的隔墙组成的一个空间的整体结构，这样基础自身刚度很大，可以减少高层建筑的不均匀沉降，同时还可作为地下室。
桩基础
桩基础是高层建筑常用的基础形式，具有承载能力大，能抵御复杂荷载以及能良好地适应各种地质条件的优点，尤其是对于软弱地基土上的高层建筑，桩基础是最理想的基础形式之一。一般桩基础可选用预制钢筋混凝土桩、灌注桩和钢管桩等。常用的桩基础支撑型式按桩的传力及作用性质可分为端承桩、摩擦桩基础。
混合基础
随着高层建筑的发展，采用多种基础的混合型式，如桩筏基础，桩箱基础等等。
3. 南宁市高层建筑基础的应用现状及问题
根据相关资料，邕江6级阶地共分八种地层组合模型，其中有三种最为典型：一是标准型：填土层～粘性土层～圆砾层～泥质岩层，二是含人工填土型，三是南宁特有的含灰色软土型地层组合模型，针对上述地层组合模型，南宁的高层建筑多采用支承于圆砾层或泥岩、砂岩层的桩基础，因阶地抬高或分布区域的变化，典型地层组合模型中各地层厚度会发生变化、甚至缺失，并由此派生出许多岩土工程问题。
3.1 地层组合模型问题
在南宁Ⅰ级、Ⅱ级阶地最为常见的最为典型的、所特有的标准型模型上建造高层建筑，若设一层地下室，有时基坑开挖4～5m，造成硬可塑粘性土层厚度过薄，下卧层不能满足强度与变形要求，因此常常采用静压方桩与预应力管桩。设二层地下室时，因基坑开挖10m，造成软土层厚度过薄，造成采用静压方桩与预应力管桩，不能满足规范对桩长的要求，大家往往采用灌注长桩或以泥质岩作为桩端来提供承载力。实际上对同一个高层建筑物地下空间开挖的程度不同，也就是当地下结构深浅不同时，就出现了桩长是否一定都要达到基岩的问题。南宁某单位在同一场地（二级阶地）建设两栋30层建筑，上部结构型式完全的一致，但设置的地下室一个为一层，另一个为两层。其地层组合模型为“填土层～粘性土层～软弱土层～圆砾层～泥质岩层”，一层地下室底板至园砾层顶面的距离大于6m而设计成静压桩，而二层地下室的底板至圆砾层顶面的距离小于6m，仅为4～5m，因无法满足规范对桩长的要求，设计采用灌注桩并以下覆泥岩作为桩端持力层，桩长普遍长度为30m，由此增加近400万元的投资。若以基底地基土作为天然地基持力层，经深宽修正计算发现，基底压力仅大于地基承载力100kPa左右，而仅仅为弥补100kPa的承载力，却采用了桩长超过30m的桩基，不仅增加了工程造价，而且拖延了工期，可见该设计是存在缺陷的。
3.2 桩端持力层问题
按南宁市勘察规范，圆砾层对于预制桩其端阻极限值最高可达10000kPa，灌注桩其端阻极限值可达3000kPa，而天然地基承载力则在500kPa左右。如果以截面积为1㎡的桩基来做个假设计算，不计算侧摩阻力，预制桩的极限承载力达10000kN，灌注桩极限承载力达3000kN，而天然地基承载力则在500kPa左右。如果对桩基取安全系数为2，则单位面积上预制桩与灌注桩承受的荷载分别为达5000 kN和至少1500 kN，而将浅基础按墩对待，进行深度修正（以埋深5.5m计算），修正后的地基承载力只有700 kPa左右，即单位面积上承受的荷载为700 kN。在同样地层组合结构下，按桩基对待与按天然地基对待，承载力最大竞相差了7倍，如果静压桩截面积取0.25㎡，两者也相差近4倍。这样的结果令工程设计者无所适从，由于应用上偏差引发许多工程问题。
此外，地质报告提供的圆砾卵石层的物理力学参数都是通过动力触探等试验提出的，加之圆砾卵石层有一定的离散型，各部分的松散程度不一，作为高层建筑地基存在不均匀沉降的隐患，勘察在没有采取其它可靠试验手段基础上便建议钻孔灌注桩以泥岩作为持力层，从而导致桩基过长，施工困难，投资较大等问题。而实际上南宁盆地邕江两岸广泛分布的圆砾属第四系中更新统白沙组河流相冲积地层，由于沉积时代老，颗粒组成较均匀，又经历湿热化作用，大部分故呈密实状态，具高强度的特点，是理想的桩端持力层。基础方案设计时应对局部松散地方考虑采用灌浆加固地基等方法，并进行综合经济对比分析，以选择最优方案。
结语
在南宁特殊二元结构地层中进行高层建筑基础方案设计，首先要以精确的地质勘查数据为基础，地层组合、持力层性状是决定高层建筑地基的主要因素，其次，要考虑建筑结构本身的承载力要求，建筑的竖向压力对地基产生的影响，为使桩基设计做到既安全可靠、经济高效，勘察时应采用多种试验手段加强研究场址内圆砾、泥岩的地质特征及其桩基竖向承载性能，在吸取其他高层建筑成功设计的基础上，建立地区性经验强度参数，不断完善现有的地基基础设计方法，满足不算增长的高层建筑复杂的地基设计需求。
参考文献
[1] 中国建筑工业出版社．高层建筑混凝土结构技术规程[M]．北京:中国建筑工业
出版社，2002．
[2] 李国胜．高层混凝土结构抗震设计要点 、难点及实例[M]．北京 :中国建筑工
业出版社 ，2009.
[3] 吴京娜．基于南宁盆地地层组合的高层建筑地基—基础（短桩）的共同作用分析高层建筑混凝土结构设计[D]．广西大学，2007.
关键词：高层建筑，桩基础 ，桩筏基础 ，泥岩
Abstract: with the rapid economic development of nanning city, the pace of urbanization process has accelerated, high-rise buildings in recent years have mushroomed in nanning stands above a basin, high-rise buildings already is a reflection of the economic prosperity and nanning an important symbol of social progress. In the high-rise building foundation design, selection of the design of foundation is a key link, combining with the nanning geological conditions and the individual design experience of nanning city high-rise building foundation types of applicability, basic design method and so on, were analyzed and discussed, for peer reference points.
Keywords: high buildings, pile foundation, the pile raft foundation, mudstone
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：
1.前言
随着我国现代化建设的发展，改革开放短短30多年，千百幢各种类型的高层建筑在各大中城市中耸起。我国地域辽阔，各地区的地质条件差别极大、地震区覆盖面又很广，因而各地高层建筑的基础形式多种多样。有采用筏形基础、箱形基础及少数条形基础的，也有采用大直径嵌岩桩、中长混凝土预制桩和超长钢管桩的。在基础选型时必须考虑建设场地的地质条件，合理选择基础持力层，同时还应考虑施工周期，工程投资等综合因素。
2.高层建筑基础类型
在高层建筑基础设计中，由于上部结构传至基础的荷载大，基础底面压力也很大，一般的独立基础已不能满足承载力的技术要求，因此，应采用特殊形式的基础，其常用的有如下几种类型：
2.1交梁式条形基础
当高层建筑上部的柱子传来的荷载较大而单独基础或柱下条形基础均不能满足地基承载力要求时，可在柱网下纵横两向设置钢筋混凝土条形基础，这样就形成了交梁式基础。这种结构的形式比单独基础的整体刚度好，有利于荷载分布。
2.2筏板基础
若上部结构传来的荷载很大，可将条形基础的底面积扩大为整板基础，简称筏板基础。采用筏板基础不仅能使地基土單位面积的压力减小而且提高了地基土的承载能力，增强了基础的整体性，并可以减少高层建筑的不均匀沉降。
箱形基础
当高层建筑的上部结构荷载较大，底层墙柱间距过大，地基承载能力相对较低，采用筏板基础不能满足要求时，可采用箱形基础。箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和纵横交错的隔墙组成的一个空间的整体结构，这样基础自身刚度很大，可以减少高层建筑的不均匀沉降，同时还可作为地下室。
桩基础
桩基础是高层建筑常用的基础形式，具有承载能力大，能抵御复杂荷载以及能良好地适应各种地质条件的优点，尤其是对于软弱地基土上的高层建筑，桩基础是最理想的基础形式之一。一般桩基础可选用预制钢筋混凝土桩、灌注桩和钢管桩等。常用的桩基础支撑型式按桩的传力及作用性质可分为端承桩、摩擦桩基础。
混合基础
随着高层建筑的发展，采用多种基础的混合型式，如桩筏基础，桩箱基础等等。
3. 南宁市高层建筑基础的应用现状及问题
根据相关资料，邕江6级阶地共分八种地层组合模型，其中有三种最为典型：一是标准型：填土层～粘性土层～圆砾层～泥质岩层，二是含人工填土型，三是南宁特有的含灰色软土型地层组合模型，针对上述地层组合模型，南宁的高层建筑多采用支承于圆砾层或泥岩、砂岩层的桩基础，因阶地抬高或分布区域的变化，典型地层组合模型中各地层厚度会发生变化、甚至缺失，并由此派生出许多岩土工程问题。
3.1 地层组合模型问题
在南宁Ⅰ级、Ⅱ级阶地最为常见的最为典型的、所特有的标准型模型上建造高层建筑，若设一层地下室，有时基坑开挖4～5m，造成硬可塑粘性土层厚度过薄，下卧层不能满足强度与变形要求，因此常常采用静压方桩与预应力管桩。设二层地下室时，因基坑开挖10m，造成软土层厚度过薄，造成采用静压方桩与预应力管桩，不能满足规范对桩长的要求，大家往往采用灌注长桩或以泥质岩作为桩端来提供承载力。实际上对同一个高层建筑物地下空间开挖的程度不同，也就是当地下结构深浅不同时，就出现了桩长是否一定都要达到基岩的问题。南宁某单位在同一场地（二级阶地）建设两栋30层建筑，上部结构型式完全的一致，但设置的地下室一个为一层，另一个为两层。其地层组合模型为“填土层～粘性土层～软弱土层～圆砾层～泥质岩层”，一层地下室底板至园砾层顶面的距离大于6m而设计成静压桩，而二层地下室的底板至圆砾层顶面的距离小于6m，仅为4～5m，因无法满足规范对桩长的要求，设计采用灌注桩并以下覆泥岩作为桩端持力层，桩长普遍长度为30m，由此增加近400万元的投资。若以基底地基土作为天然地基持力层，经深宽修正计算发现，基底压力仅大于地基承载力100kPa左右，而仅仅为弥补100kPa的承载力，却采用了桩长超过30m的桩基，不仅增加了工程造价，而且拖延了工期，可见该设计是存在缺陷的。
3.2 桩端持力层问题
按南宁市勘察规范，圆砾层对于预制桩其端阻极限值最高可达10000kPa，灌注桩其端阻极限值可达3000kPa，而天然地基承载力则在500kPa左右。如果以截面积为1㎡的桩基来做个假设计算，不计算侧摩阻力，预制桩的极限承载力达10000kN，灌注桩极限承载力达3000kN，而天然地基承载力则在500kPa左右。如果对桩基取安全系数为2，则单位面积上预制桩与灌注桩承受的荷载分别为达5000 kN和至少1500 kN，而将浅基础按墩对待，进行深度修正（以埋深5.5m计算），修正后的地基承载力只有700 kPa左右，即单位面积上承受的荷载为700 kN。在同样地层组合结构下，按桩基对待与按天然地基对待，承载力最大竞相差了7倍，如果静压桩截面积取0.25㎡，两者也相差近4倍。这样的结果令工程设计者无所适从，由于应用上偏差引发许多工程问题。
此外，地质报告提供的圆砾卵石层的物理力学参数都是通过动力触探等试验提出的，加之圆砾卵石层有一定的离散型，各部分的松散程度不一，作为高层建筑地基存在不均匀沉降的隐患，勘察在没有采取其它可靠试验手段基础上便建议钻孔灌注桩以泥岩作为持力层，从而导致桩基过长，施工困难，投资较大等问题。而实际上南宁盆地邕江两岸广泛分布的圆砾属第四系中更新统白沙组河流相冲积地层，由于沉积时代老，颗粒组成较均匀，又经历湿热化作用，大部分故呈密实状态，具高强度的特点，是理想的桩端持力层。基础方案设计时应对局部松散地方考虑采用灌浆加固地基等方法，并进行综合经济对比分析，以选择最优方案。
结语
在南宁特殊二元结构地层中进行高层建筑基础方案设计，首先要以精确的地质勘查数据为基础，地层组合、持力层性状是决定高层建筑地基的主要因素，其次，要考虑建筑结构本身的承载力要求，建筑的竖向压力对地基产生的影响，为使桩基设计做到既安全可靠、经济高效，勘察时应采用多种试验手段加强研究场址内圆砾、泥岩的地质特征及其桩基竖向承载性能，在吸取其他高层建筑成功设计的基础上，建立地区性经验强度参数，不断完善现有的地基基础设计方法，满足不算增长的高层建筑复杂的地基设计需求。
参考文献
[1] 中国建筑工业出版社．高层建筑混凝土结构技术规程[M]．北京:中国建筑工业
出版社，2002．
[2] 李国胜．高层混凝土结构抗震设计要点 、难点及实例[M]．北京 :中国建筑工
业出版社 ，2009.
[3] 吴京娜．基于南宁盆地地层组合的高层建筑地基—基础（短桩）的共同作用分析高层建筑混凝土结构设计[D]．广西大学，2007.