高层建筑基础埋深不够时的技术措施

陈剑

摘 要：文章结合工程实例，介绍了高层建筑当基础埋深不满足规范要求时，可采取的一系列措施，并结合计算结果进行分析，表明所采取的加强措施均有效。

关键词：基础埋深；倾覆；滑移

本工程位于大连市东港商务区，由5栋37层住宅和一个大底盘地下室组成，建筑面积共16万m2。住宅为剪力墙结构，地下室顶板为无量楼梯结构。由于该区域为填海区，地下水位较高，地下室施工时降水成本太大，因此方案设计时，将地下室底板标高抬高至地下水位以上，以节省施工降水成本。由此给结构设计带来的不利影响是高层建筑的埋深不满足规范要求。按《高规》12.1.8条的规定，高层建筑基础应有一定的埋置深度。桩基础埋深可取建筑物高度的1/18，当建筑物采用岩石地基或采取有效措施的情况下，基础埋深可取建筑物高度的1/20。按此要求，本工程基础埋深应为5.8米。而实际情况是，从地下车库周边市政道路的标高算至桩顶的埋深为3.6米。基础埋深不满足规范要求时，应重点加强楼体抗倾覆和抗滑移的措施，并应该从概念设计和构造措施方面进行加强，并计算了在恒、活加风荷载和多遇地震以及设防烈度地震（中震）作用下的不同工况组合作用下的结构反应。

计算结果表明，在建筑物埋深不满足要求时，通过采取相应的加强措施，结构的整体计算指标以及抗倾覆和滑移等能满足要求，现结合该工程计算结果介绍一下所才采取的措施。

本工程结构嵌固部位位于基础顶，在高层建筑埋深不够时，结构的整体抗倾覆和抗滑移能力不足，需将主楼下筏板加厚并往地下车库范围内扩大，以加大基底面积抵抗倾覆力矩。经过详细计算各种工况下筏板的位移和桩反力，以及筏板不同厚度时的板内力分布及桩的内力。结果表明，结构的抗倾覆验算能满足要求，基底无零应力区。从小震和中震计算结果看，采取加强措施后，结构在中震作用下抗倾覆验算能满足要求。

在重力荷载代表值+中震+风荷载标准作用组合作用下，当桩的最大反力由中震作用控制时，在该工况组合下，计算了筏板的位移、桩反力分布等内容。从筏板的位移图可以看出在正反两个方向中震作用下筏板最大位移为10mm左右，最小位移为2mm左右，筏板位移未出现负值，表明中震作用下基础底部无零应力区；同样从桩反力计算结果可以看出，桩最大反力在桩最大承载力范围内，桩最小反力为800KN，未出现负值，同样也表明基础底部无零应力区。

筏板厚度的合理取值，经过多次试算，分别计算了0.6米、1.0米和1.5米三种厚度筏板的配筋结果。从三种不同厚度筏板的计算结果看，最大配筋处均出现在主楼与地下车库交界处，这与前面计算筏板位移时的结果相吻合，最大位移及最小位移也均出现在此。除该部位的配筋较大之外，其余配筋均为最小构造配筋。但比较0.6米和1.5米厚的筏板配筋结果可以看出，配筋并未逐步减小至趋于构造配筋。中震作用下，比较三种厚度的筏板下桩的反力可以看出，主楼周边的桩反力随筏板厚度的增加而减小，说明加厚筏板增加其刚度对于调节桩的反力有一定的作用。综合对比后，取筏板厚为1.0米较合适，配筋也较适中。

对于地下室的嵌固作用，分别计算了地下室全嵌固和地下室无嵌固两种情况下的结果，本工程的情况介于这二者之间，即地下室周围的土对结构有一定的嵌固作用。结果表明，在不考虑地下室侧限的情况下，中震作用下桩的最小反力为500KN左右，桩未出现受拉的情况，也说明基底未出现受拉区。对比地下室全嵌固的计算结果可以看出，地下室的嵌固作用对桩反力有利，最大桩反力比无嵌固时小，最小反力比无嵌固时大。

桩基础顶部周围为杂填土或淤泥，该土层约束桩顶水平位移的能力较弱，在高层建筑埋深不够时，结构的整体抗滑移能力不足，在水平地震作用下，桩顶受较大的剪力，桩身产生较大的弯矩，给基础的抗滑移带来很大的安全隐患。经过详细计算在小震和中震作用下桩的水平剪力、弯矩和倾覆力矩产生的拉压力，结果表明，在中震作用下，桩的抗剪和抗弯承载力能满足要求。同时必须保证地下室外墙施工完毕后的基坑外围回填土质量，严格按照图纸要求进行回填，以保证地下室的侧限抵抗水平地震作用。

中震作用下基底剪力为FV=22000KN。按照1#楼主楼及周边的桩数为100根计算的话，每根桩承受的剪力为V1=220KN，根据《桩基规范》5.7.2条，取桩径为1.0m，桩顶位移为10mm时单桩受剪承载力为Rha=960KN（计算过程略）。Rha>V1表明中震作用下，桩的受剪承载力满足要求。

地下室嵌固作用对桩的反力和位移均有利，也对整个结构的抗滑移计算有利，能减小桩的水平力和水平位移，尤其对于该工程基底有很厚的淤泥对桩的水平受力和位移不利时，更应保证地下室周边回填土的质量。同时嵌固对于减小地上结构的位移角也非常有利，能减小地上剪力墙墙肢厚度或墙肢长度，使结构布置更经济合理。

在加强底板和桩的同时，还应加强地下室顶板以抵抗倾覆力矩产生的内力。本工程地下室顶板为无梁楼盖结构体系，地下室顶板在主楼周边一跨不做无梁楼板，而是做普通的梁板结构，经验算该处内力及配筋均较大，梁板需加强配筋，提高结构整体的抗倾覆能力。并且主楼夹层楼面封板，与车库顶板同一标高，这样能更有效地约束高层住宅在水平力作用下的位移，提高结构整体的抗倾覆能力。

主楼南北两侧的纵向剪力墙墙肢太短，在小震作用下，底部少量墙肢出现了拉应力，在中震作用下，底部南北两侧的纵向墙肢全部受拉，这对墙肢的受力非常不利。在地震往复作用下，墙体混凝土开裂后很快就退出工作，而后钢筋屈服，墙体丧失承载力，这对结构造成很大的安全隐患。因此，该部分墙肢需在地下室范围内加长加厚，并增强配筋，以满足该纵向小墙肢的抗震承载力。

高层建筑埋深要求为非强制性条文，在实际工程中会由于客观原因使得高层建筑埋深不能满足规范要求的情况，应该从概念设计和构造措施方面进行加强处理。