高層建筑基礎埋深不夠時的技術措施

陳劍

摘 要：文章結合工程實例，介紹了高層建筑當基礎埋深不滿足規范要求時，可采取的一系列措施，并結合計算結果進行分析，表明所采取的加強措施均有效。

關鍵詞：基礎埋深；傾覆；滑移

本工程位于大連市東港商務區，由5棟37層住宅和一個大底盤地下室組成，建筑面積共16萬m2。住宅為剪力墻結構，地下室頂板為無量樓梯結構。由于該區域為填海區，地下水位較高，地下室施工時降水成本太大，因此方案設計時，將地下室底板標高抬高至地下水位以上，以節省施工降水成本。由此給結構設計帶來的不利影響是高層建筑的埋深不滿足規范要求。按《高規》12.1.8條的規定，高層建筑基礎應有一定的埋置深度。樁基礎埋深可取建筑物高度的1/18，當建筑物采用巖石地基或采取有效措施的情況下，基礎埋深可取建筑物高度的1/20。按此要求，本工程基礎埋深應為5.8米。而實際情況是，從地下車庫周邊市政道路的標高算至樁頂的埋深為3.6米?；A埋深不滿足規范要求時，應重點加強樓體抗傾覆和抗滑移的措施，并應該從概念設計和構造措施方面進行加強，并計算了在恒、活加風荷載和多遇地震以及設防烈度地震（中震）作用下的不同工況組合作用下的結構反應。

計算結果表明，在建筑物埋深不滿足要求時，通過采取相應的加強措施，結構的整體計算指標以及抗傾覆和滑移等能滿足要求，現結合該工程計算結果介紹一下所才采取的措施。

本工程結構嵌固部位位于基礎頂，在高層建筑埋深不夠時，結構的整體抗傾覆和抗滑移能力不足，需將主樓下筏板加厚并往地下車庫范圍內擴大，以加大基底面積抵抗傾覆力矩。經過詳細計算各種工況下筏板的位移和樁反力，以及筏板不同厚度時的板內力分布及樁的內力。結果表明，結構的抗傾覆驗算能滿足要求，基底無零應力區。從小震和中震計算結果看，采取加強措施后，結構在中震作用下抗傾覆驗算能滿足要求。

在重力荷載代表值+中震+風荷載標準作用組合作用下，當樁的最大反力由中震作用控制時，在該工況組合下，計算了筏板的位移、樁反力分布等內容。從筏板的位移圖可以看出在正反兩個方向中震作用下筏板最大位移為10mm左右，最小位移為2mm左右，筏板位移未出現負值，表明中震作用下基礎底部無零應力區；同樣從樁反力計算結果可以看出，樁最大反力在樁最大承載力范圍內，樁最小反力為800KN，未出現負值，同樣也表明基礎底部無零應力區。

筏板厚度的合理取值，經過多次試算，分別計算了0.6米、1.0米和1.5米三種厚度筏板的配筋結果。從三種不同厚度筏板的計算結果看，最大配筋處均出現在主樓與地下車庫交界處，這與前面計算筏板位移時的結果相吻合，最大位移及最小位移也均出現在此。除該部位的配筋較大之外，其余配筋均為最小構造配筋。但比較0.6米和1.5米厚的筏板配筋結果可以看出，配筋并未逐步減小至趨于構造配筋。中震作用下，比較三種厚度的筏板下樁的反力可以看出，主樓周邊的樁反力隨筏板厚度的增加而減小，說明加厚筏板增加其剛度對于調節樁的反力有一定的作用。綜合對比后，取筏板厚為1.0米較合適，配筋也較適中。

對于地下室的嵌固作用，分別計算了地下室全嵌固和地下室無嵌固兩種情況下的結果，本工程的情況介于這二者之間，即地下室周圍的土對結構有一定的嵌固作用。結果表明，在不考慮地下室側限的情況下，中震作用下樁的最小反力為500KN左右，樁未出現受拉的情況，也說明基底未出現受拉區。對比地下室全嵌固的計算結果可以看出，地下室的嵌固作用對樁反力有利，最大樁反力比無嵌固時小，最小反力比無嵌固時大。

樁基礎頂部周圍為雜填土或淤泥，該土層約束樁頂水平位移的能力較弱，在高層建筑埋深不夠時，結構的整體抗滑移能力不足，在水平地震作用下，樁頂受較大的剪力，樁身產生較大的彎矩，給基礎的抗滑移帶來很大的安全隱患。經過詳細計算在小震和中震作用下樁的水平剪力、彎矩和傾覆力矩產生的拉壓力，結果表明，在中震作用下，樁的抗剪和抗彎承載力能滿足要求。同時必須保證地下室外墻施工完畢后的基坑外圍回填土質量，嚴格按照圖紙要求進行回填，以保證地下室的側限抵抗水平地震作用。

中震作用下基底剪力為FV=22000KN。按照1#樓主樓及周邊的樁數為100根計算的話，每根樁承受的剪力為V1=220KN，根據《樁基規范》5.7.2條，取樁徑為1.0m，樁頂位移為10mm時單樁受剪承載力為Rha=960KN（計算過程略）。Rha>V1表明中震作用下，樁的受剪承載力滿足要求。

地下室嵌固作用對樁的反力和位移均有利，也對整個結構的抗滑移計算有利，能減小樁的水平力和水平位移，尤其對于該工程基底有很厚的淤泥對樁的水平受力和位移不利時，更應保證地下室周邊回填土的質量。同時嵌固對于減小地上結構的位移角也非常有利，能減小地上剪力墻墻肢厚度或墻肢長度，使結構布置更經濟合理。

在加強底板和樁的同時，還應加強地下室頂板以抵抗傾覆力矩產生的內力。本工程地下室頂板為無梁樓蓋結構體系，地下室頂板在主樓周邊一跨不做無梁樓板，而是做普通的梁板結構，經驗算該處內力及配筋均較大，梁板需加強配筋，提高結構整體的抗傾覆能力。并且主樓夾層樓面封板，與車庫頂板同一標高，這樣能更有效地約束高層住宅在水平力作用下的位移，提高結構整體的抗傾覆能力。

主樓南北兩側的縱向剪力墻墻肢太短，在小震作用下，底部少量墻肢出現了拉應力，在中震作用下，底部南北兩側的縱向墻肢全部受拉，這對墻肢的受力非常不利。在地震往復作用下，墻體混凝土開裂后很快就退出工作，而后鋼筋屈服，墻體喪失承載力，這對結構造成很大的安全隱患。因此，該部分墻肢需在地下室范圍內加長加厚，并增強配筋，以滿足該縱向小墻肢的抗震承載力。

高層建筑埋深要求為非強制性條文，在實際工程中會由于客觀原因使得高層建筑埋深不能滿足規范要求的情況，應該從概念設計和構造措施方面進行加強處理。