高层建筑基础设计的基础形式

高层建筑基础设计的基础形式

摘要：为保证高层建筑使用过程的安全性，延长使用寿命，提出加强高层建筑基础设计的建议。本文首先浅谈高层建筑基础设计的特征，其次探讨了嵌岩桩、平板式筏形、桩筏等基础形式的特征及施工工艺等，最后分析了建筑基础设计的相关注意事项。希望与同行共同分享施工经验，共同优化高层建筑基础设计效果，推动建筑行业健稳、持久发展进程。

关键词：高层建筑；基础设计；基础形式；施工工艺

0引言

从正常的角度来审视，你会发现建筑企业依靠的就是它本身所拥有的资源。建筑企业的资源主要分为软资源和硬资源两种，硬资源他是一种实实在在的东西，通常表现出来的都是人们可以看得到的，比如施工需要的机械设备，给工人的工钱和材料费，以及一些知识分子等；而软资源表现的形式与硬资源有着很大的区别，软资源你可以用身心感觉的到，但是你却很难看到他，通常表现出来的都是一些无形中的东西，就如企业所拥有背景、在社会上拥有的关系、及建筑产品的文化内涵等。在形成原理、作用范围、价值高低等方面硬资源与软资源虽然迥然不同，但二者却有着紧密的联系，企业软实力发挥作用需要硬资源担当企业的基础保障，而企业软实力发挥作用的直接来源则是软资源。只要我们把两者放在相同的位置，企业才能得以发挥整体实力。同时，构成潜在实力的只有特定资源，要想发挥出好的功效只有将资源转化并进行合理地使用。

1高层建筑基础设计特征

在对任何建筑物基础设计之前，一定要获得足够的材料，这些材料包括两大部分，即地质资料、与上部结构相关的资料。高层建筑通常需要更详细的资料，在分析地质材料过程中，应对地基类型作出科学判断并考虑其可能出现的问题，重点研究土层的分布规律，探查地下、地面水的活动情况；在分析上部结构过程中应重视建筑物体型的复杂性、结构类型及其传力体系。所有的基础工程的成功均应符合以下各种要求：（1）深埋可以有效防止基础下部对基础侧面产生很大的挤压，这相对于单独基础和筏形基础的施工质量都有很大的影响。（2）埋置的深度应在冻层以及植物生长的季节性体积变化区段的下面位置。（3）基础结构在抗倾覆、转动、滑动或防止土破坏等方面必需是安全可靠的。（4）基础结构有较大能力去应对后续在场地或施工规格尺寸方面作出的改变，并且在出现重大改变时便于调整。（5）从基础设计采用的方法进行分析，其应具有经济性。

2深基坑降水施工难点问题研究

1）基坑开挖范围广、深度高，这样的基坑边坡常采用放坡处理的方法，放坡开挖的深度一般比别的大，基坑下部垂直开挖的深度也相对较大，所以基坑需要分两次开挖，此外在基坑开挖过程中，采用一次降水施工的难度也很大。2）基坑采用的体系为无支撑体系，上部放坡开挖，下部采用双排钻孔灌注桩和桩间搅拌桩组成重力坝围护，上部放坡坡度按1∶1.5，按2级放坡，上部边坡降水效果直接影响围护结构的安全性与稳定性。3）工程所处位置地下水位较高，水量补给充足，地下水与地面径流交换频繁，为了确保建筑工程基坑工程施工的安全性，施工期间施工单位需要不间断降水施工。4）基坑施工期在汛期内，结合当地水文资料，莆田降雨量大，短期降水量可达100mm/h，为了确保基坑施工顺利进行，施工单位应配置相应的地面排水设施。

3降水施工方案设计与选择

在建筑工程中，常见的降水措施包括明沟排水、轻型井点、喷射井点、管井降水等方式，文章就降水施工方案进行对比研究，并确定最优降水方案。

3.1降水施工方案对比分析

1）明沟降水。明沟降水是在施工区域地表设置排水沟和集水井，并借助水泵将集水井中的水抽出，从而达到快速排水的目的。该方法需要的抽水设备较少，具有操作简单、成本低等特点。同时，该方法也存在显著的缺点，抽水设备排出的地下水沿基坑坡面涌出，极易造成基坑土体软化，甚至出现泥浆问题，进而影响施工现场基坑地面强度，对其他专业施工造成不良的影响，尤其是降水施工夹带粉质黏土时，容易造成基坑边坡失稳、地面沉降等问题。因此，该方法主要适用于地质密实、坑壁稳定性高、开挖深度不高、降水深度范围小的基坑降水。2）轻型井点。轻型井点降水是在基坑的四周每隔一段距离设置轻型降水井点管，降水井点管深度插入蓄水层，从而使轻型井点构成完整的整体，借助抽水设备将地下水及时抽出。在轻型井点应用中，降水井管间距较小，能够有效拦截地下水的渗透，从而提高了降水效率，有利于保持边坡和围护桩间土体的稳定性。同时，该方法存在显著的缺点:轻型井点施工量大、施工成本高、占用场地大，且在降水施工期间，施工单位需要保持降水施工设备供电的可靠性、稳定性，维护成本较高。因此，轻型井点降水方法主要适用于基坑面积较小、降水深度不高的基坑工程。3）喷射井点。喷射井点是在施工区域埋设井点管，并在井点管内部设置喷射器，借助高压水泵或空气压缩机输入高压水或压缩空气，并在抽水设备的作用下抽出地下水。该方法降水深度大，降水范围达8~20m。同时，采用该方法进行降水时，由于降水管和降水设备较为复杂，故障率和能耗较高，导致降水成本上升，因此，该方法主要适用于渗透系数较小且降水深度较大的基坑工程中。4）管井降水。管井降水是在基坑施工现场进行钻孔成井，并在井内埋设降水管井，地下水由管井渗透至井内，并通过排水设备排出。管井降水方法应用中，井点直径大、出水量大，能够满足较大面积基坑的降水要求，施工成本相对较低。但是，该方法容易造成周围建筑物不均匀沉降，一定程度上影响了该方法的适用范围。在实际应用中，该方法主要适用于渗透系数大且地下水丰富的地质工程。

3.2降水施工方案的选择

工程基坑采用上部二级放坡开挖和下部双排重力围护的形式，基坑开挖深度大、面积大，降水范围广，且施工现场周围较为空旷，无重要建筑物，适用于管井降水方法。综合经济性、可行性、施工效率等因素，本工程采用上部轻型井点降水（如图1所示）、下部管井降水方式，以满足本工程降水需求。

4管井降水施工技术

4.1确定井位

在管井施工以前，施工单位应安排测量人员对施工场地进行专业的测量，然后确定管井施工的位置，并设置明显的标志，方便后续工人的钻孔施工。确定钻孔位置后，施工单位应在井管、砂料、钻机移机就位应当在钻孔就位后进行，同时并注意护孔管的埋设，护孔管应垂直的插入地面20~50cm以下位置。应使用黏土填实护孔管的外围，确保泥浆在施工过程中不会泛出。护孔管垂直度误差应控制在1%以内。

4.2钻进清孔

钻孔施工前，施工人员应测量好钻具长度，对钻孔钻进的深度进行严格的控制，在钻孔钻进的过程中，应注意控制泥浆的比重。在钻进的同时，施工人员也应对岩层特性的分层加以描述，确认含水层岩层所在的位置。达到钻孔最终的设计深度后，即可对钻孔进行一定的清洁。在清孔的过程中，对泥浆的比重应加以注意。孔底所残留的泥渣也应严格把控在10cm 以内。

4.3下井管

在钻孔施工完成之后，施工单位应根据设计要求对井管进行合理的排列、组合，并按管井深度标记不同的编号，这样就能很好的使井管长度与管井深度相同。在下井管施工的过程当中，井管应徐缓和平稳的送入孔内，确保井管是垂直焊接连接的。在下井管的同时，应在滤水管的上下两侧各安装两组扶正器，确保环形填砂砾间隙厚度在150mm以下。下管过程

中，应保证井管是自然落下，这样能很好的避免侧力对井管造成的压力，有效的避免对井管过滤结构的损坏。井管到达指定的位置后，施工人员应按规定将井管进行居中固定。

4.4填砂砾冲孔

将钻杆沉入井管的底部50cm处，换浆施工也应在井口加上补心后进行，填入砂浆通过填浆循环的方式，直至砂浆达到预定的高度停止。

4.5止水封孔

为防止降水及上部泥浆渗入砂浆，对成孔质量造成影响，施工单位应在填砂砾施工结束20min后进行上部止水封孔。

4.6洗井

根据施工技术要求，施工单位应使用活塞、空压机联合洗井的方法。施工过程中，为了提高洗井效率，确保洗井质量，洗井台班不应少于2个，洗井作业直至抽出清水为止，井底沉砂应小于20cm。

4.7下泵试抽

洗井结束后，施工单位应待水位恢复后进行下泵试抽，下井深度应控制在管井下半部位置，以保证抽水效率。下泵试抽时，施工人员应确保现场临时用电可靠连接。试抽2h后，由测量人员测定井内水位，并安装水表，以便于及时观察管井内水位变化情况。工程现场排水应顺畅，就近排入沟渠中。

5高层建筑基础设计时的常用形式

5.1嵌岩桩基础

这种桩基础的另一种名称叫做嵌岩墩，这种桩基础的桩体下段带有浇筑在岩体内的钻孔灌注桩，它的长度选择的也很恰当。在对高层建筑基础设计过程中，已知上部结构传导到基础地面的载荷处于较高水平所以我们通常会把微风化岩层或一定厚度的中风化岩层当做持力层，在上部结构荷载传导至岩层的整个过程中嵌岩桩发挥的是一个媒介作用。采用嵌岩桩基础设计高层建筑基础结构，桩尖承载能力较大，且桩侧与土两者之间还会形成一定摩擦力，促进持力层变形量趋于零，很容易符合上部结构荷载对基础承载能力提出的要求，且设计期间计算流程相对简易，但施工周期相对较长，桩身施工结束后一定要等到混凝土强度达到设计要求强度时，方可检测桩身质量，这会进一步延长工期，增加造价成本[2]。

5.2平板式筏形基础

平板式筏形是以天然地面为基础发展起来的一种基础形式，其施工期间需要对施工场地进行平整处理，最常见的方法就是使用压路机碾压，土体碾压至与设计要求相符合的密度，钢筋混凝土平板应当在较密实的持力层进行浇筑施工，因为该平板是建筑物的基础，它的牢固程度对于整个工程来说至关重要。筏形基础是现阶段高层建筑中常用的基础形式之一，其具有刚度大、结构完整性优良等特点，对上部结构荷载有明显的分散效果，还能有效降低基底的压力，对不匀称沉降有良好的调整，不仅如此，还能够跨越地基土局部软弱区或溶洞，其在抗渗透性方面体现出的优越性很大。在现实施工实践中，筏形基础常用的形式主要有平板、梁板两类。梁板式筏形内的基础梁既能正放还能反放，正梁筏具有板面平整度高、利于排水、便于使用等优点，但其施工流程较繁杂；反梁筏板尽管施工流程较简单，但在排水与使用时需安设架空地坪[3]。整体分析，平板式筏形基础施工便捷、模板样式简单、卷材防水施工较简单，故而在高层建筑基础设计施工中有较宽广的应用前景。

5.3桩筏基础

基岩层所处地层相对较深是国内沿海城市的岩土地层结构主要特点，因为嵌岩桩基础基本上不能实现，故而只能选用桩基础，但由于摩擦桩的承载能力偏低，部分情况下难以迎合高层建筑上部结构荷载对基础承载能力提出的要求，因此该区段高层建筑基础设计可选择桩筏基础形式。桩筏基础为桩基与筏板基础的总称，桩基绝非是基础结构，其属于人工地基，

筏板为组成基础的重要结构之一，部分有地下室的建筑经常使用筏板基础，在荷载相对较大、地基土承载能力无法符合上部结构荷载或沉降要求时，建议选用桩筏基础，桩土的协同合作是该种基础形式的运行机制。在地基土沉降、收缩、固结等物化过程中和桩体形成良好的协调关系，进而构件稳定的平衡状态，此时筏板底土层和摩擦桩同时承担了上部结构传递荷载。对筏板基础进行整体分析，发现其四周应力水平处于最大层面上，所以在设计基础时应确保筏板四周桩均匀布置，加密桩体的间距，筏板内部最好使用梅花形布置[4]。分析到摩擦桩的特点，应加强桩身内径的适宜性，结合冲切、抗弯、抗剪要求等规划筏板厚度。

5.4沉管灌注桩

沉管灌注桩是建筑基础中一种多种桩基础。该基础形式通常使用振动沉桩或锤击打桩，把附有钢筋混凝土的桩尖、以及带有活瓣式桩靴的钢管送入土内，这样就能形成桩孔，把钢筋笼放在内部并对混凝土进行浇筑，然后将外面的套管拔出，利用拔管过程中产生的振动作用对混凝土进行振捣，这样的灌注桩才能符合设计要求。和常规钻孔灌注桩相比较，沉管灌注桩避免了由于桩尖浮土所造成的持力不足、桩身沉降等问题，而且对桩体表层浮浆现象有明显的改善，使用该种基础形式可以大大减少材料的使用量。但施工质量控制难度较大，如果拔管过快可能会诱发桩身缩颈现象。因为采用的挤土桩，那么很可能在挤土效应的作用下导致预先浇注的桩身出现倾斜、断裂甚至错位等不良情况。该种工艺在土质较复杂、疏松的地区中体现出较好适用性，但若土层内存有体积较大的孤石，则就会造成该工艺难以运行，此时需要调整其他工艺穿过孤石。

6高层建筑基础设计的注意事项

（1）重视地基基础等级的设计。有关规范中，结合地基复杂程度、建筑物规模及功能特征等条件，把地基基础的设计分为三个等级，并明确地基基础设计时应满足如下要求：①全部建筑物的地基承载力设计一定要符合要求；②针对属于甲、乙等级的建筑，应对其地基变形量进行验算。（2）若高层建筑主体基础、裙房地下结构空间两者合二为一时，均应用桩基，可利用抗拔桩去应对抗浮问题[5]。（3）设置地下基础时，对基础设计与整体结构的情况有全面的了解。比如，挖掘地下室的深基坑，其会对天然地基或复合地基的基础发挥很大的卸载、补偿作用，进而降低地基的附加压力，增加地基承载力的计算值。

7结束语

在高层建筑施工中，基础工程在整个工程中的造价占据很大比重，不同基础形式造价之间存在较大差距。故而，在现实施工实践中，应严格结合工程地质、建筑物结构形式的特征，有针对性的选择基础形式。设计人员在对高层建筑基础选型设计期间，应结合多方因素，进而采用正确的方法去设计，以保证基础结构的稳定性、安全性，优化高层建筑施工质量，协助施工单位获得良好效益。

参考文献

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