高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)合理性探討

1、    高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)合理性探討    【摘要】近幾年來，因?yàn)楦邔咏ㄖこ痰牡鼗鶈栴}而嚴(yán)重影響整個(gè)高層建筑的問題頻頻不斷，在高層建筑進(jìn)行整體規(guī)劃的時(shí)候，很多設(shè)計(jì)師都把精力主要放在了上層建筑之上，反而忽視了最基礎(chǔ)的問題，就是如何把地基打好。對于整個(gè)高層建筑來說，萬丈高樓基礎(chǔ)起，一旦發(fā)生事故就容易造成災(zāi)難性后果。此篇論文針對高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)、合理性進(jìn)行探討，從整個(gè)建筑和周邊環(huán)境方面考慮，對地基基礎(chǔ)方案進(jìn)行全面分析，以利實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的全面發(fā)展。【關(guān)鍵詞】高層建筑；地基基礎(chǔ)；經(jīng)濟(jì)合理；綠色建筑在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益下，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2、的概念貫穿整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而高層建筑的基礎(chǔ)成本通常會(huì)占土建總成本的較大部分，故而在滿足高層建筑總體要求的前提下，一定要充分考慮高層建筑地基基礎(chǔ)方案的經(jīng)濟(jì)合理性。1、地基基礎(chǔ)及地勘資料的重要性地基基礎(chǔ)和高層建筑之間的關(guān)系主要是地基基礎(chǔ)決定高層建筑的穩(wěn)定性。地基和基礎(chǔ)是建筑物的根基，地基的選擇或處理是否正確，基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量的好壞直接影響到建筑物的安全性、經(jīng)濟(jì)性和合理性。對于地基而言一旦相應(yīng)的承載力不足，就可以判斷為軟弱地基，那么就應(yīng)該對軟弱地基進(jìn)行相應(yīng)的處理。這里的軟弱地基主要指由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其它高壓縮性土層構(gòu)成的地基。對建在軟弱地基上的建筑物，在工程設(shè)計(jì)和地基處理方案確定

3、前，應(yīng)進(jìn)行工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘察，查明軟弱土層的組成、地質(zhì)成因、分布范圍、均勻性、軟弱土層厚度、持力層位置及狀況以及地基土的物理和化學(xué)性質(zhì)等。建筑物基礎(chǔ)下面的地基情況千差萬別，特別是對于人民生命財(cái)產(chǎn)影響巨大的高層建筑，作為一個(gè)合格負(fù)責(zé)任的結(jié)構(gòu)工程師，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)前一定要拿到符合本項(xiàng)目實(shí)際情況的地勘資料，切不可盲目進(jìn)行設(shè)計(jì)。2、選擇高層建筑地基基礎(chǔ)方案考慮因素2.1工程地質(zhì)情況全國各地的地質(zhì)情況大相徑庭，同樣是高層建筑，在不同的地區(qū)會(huì)采用完全不同的基礎(chǔ)形式，像上海地區(qū)由于地基承載力較弱，多采用樁筏基礎(chǔ)，很少采用樁箱基礎(chǔ)，樁也多采用鉆孔灌注樁；而像浙江臺(tái)州地區(qū)雖也會(huì)采用樁筏基礎(chǔ)，但巖石持力層埋深很淺

4、，樁型就多采用大直徑人工挖孔樁；北京地區(qū)因土層較硬，地基承載力普遍較高，所以多采用筏基。2.2 規(guī)范對基礎(chǔ)埋置深度的要求以及如何為設(shè)計(jì)所用jgj3-2010規(guī)定高層建筑基礎(chǔ)的埋深可取建筑高度的1/151/18。這是考慮場地土層對高層建筑的嵌固作用，增強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗傾覆和抗滑移的能力。上海地區(qū)原并不要求高層一定要設(shè)地下室，蓮花河畔倒樓事件后，在地標(biāo)地基規(guī)范中已明確要求十層及十層以上（或高度超過28m）建筑物必須設(shè)置地下室。以上規(guī)范對地下埋深的硬性要求又如何為設(shè)計(jì)所用呢？隨著人民生活水平的不斷提高，進(jìn)而汽車數(shù)量的不斷增加必然會(huì)帶來停車難的問題，而解決這一問題最合理最經(jīng)濟(jì)的辦法就是將汽車

5、停在地下，這就需要地下室有足夠空間，需要在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中結(jié)合巖土工程地質(zhì)的實(shí)際情況、地下室和人防的設(shè)置、地基基礎(chǔ)的選型等因素綜合考慮，以充分利用地下室空間。2.3 增強(qiáng)建筑的強(qiáng)度從建筑穩(wěn)定的角度來看，地基基礎(chǔ)的作用是非常重要的。所以設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)一定要考慮地基的承載力問題，合理有效地分析地基數(shù)據(jù)，以達(dá)到控制成本的目的。影響建筑穩(wěn)定性的因素，需要對各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理分析，最終篩選出一個(gè)比較科學(xué)的方案。2.4 掌握科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法高層建筑一般體量都比較大，而為了項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性又經(jīng)常需要多方案經(jīng)濟(jì)性比較，這時(shí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的高效性就體現(xiàn)了出來，但要提醒我們結(jié)構(gòu)工程師的是千萬不要迷信

6、計(jì)算程序有限元的計(jì)算結(jié)果，有限元計(jì)算在地基基礎(chǔ)學(xué)科中計(jì)算精度較差、誤差較大，比如目前不同設(shè)計(jì)單位、不同設(shè)計(jì)人在地下室的抗拔樁設(shè)計(jì)方面比較混亂，不同單位和個(gè)人的設(shè)計(jì)結(jié)果差異可達(dá)數(shù)倍，因此想成為一個(gè)優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師一定要提高自己的概念設(shè)計(jì)能力，在設(shè)計(jì)時(shí)可以多用幾種方法計(jì)算，從而在滿足規(guī)范的前提下做到基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。3、高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本要求高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求是非常系統(tǒng)的，每一條都關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的安全性，其中包括地基的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，地基的抗震性能，地基的承載力，地基與高層建筑基礎(chǔ)之間的搭配，地基的抗變形能力以及地基的抗壓及抗剪切能力等等。在對高層建筑地基基礎(chǔ)方案設(shè)計(jì)優(yōu)

7、化過程中既要保證方案的可行性以及保證建筑總體的穩(wěn)定性，又要進(jìn)行精密嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算。4、高層建筑地基基礎(chǔ)的多方案優(yōu)選4.1制定合理的設(shè)計(jì)方案建筑設(shè)計(jì)本身首先必須滿足建筑的特定地方環(huán)境，其次，要根據(jù)各地區(qū)的各種環(huán)境條件，嚴(yán)格選址進(jìn)行開發(fā)建設(shè)，否則會(huì)對生態(tài)環(huán)境、人民生命財(cái)產(chǎn)等造成嚴(yán)重的危害，違反了生態(tài)保護(hù)的基本設(shè)計(jì)原則?？紤]到建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，結(jié)合高層建筑的巖土性質(zhì)，建筑基礎(chǔ)常見形式分析如下：人工挖孔樁基礎(chǔ)：人工挖孔樁一般都是大直徑灌注樁，單樁承載力很高，是一種非擠土樁?？蛇m用于持力層在地下水位以上的各種地層，成樁質(zhì)量比較容易控制和保證。缺點(diǎn)主要是挖孔過程中有一定的危險(xiǎn)，一旦塌孔往往造成嚴(yán)重后果。預(yù)應(yīng)力管

8、樁基礎(chǔ)：這種樁基形式在江浙滬一帶應(yīng)用較為廣泛，造價(jià)低，施工速度快，可以節(jié)約施工周期，加快項(xiàng)目的建設(shè)；但其有顯著的擠土效應(yīng)，如果周邊有建筑或者敏感的市政管線，就限制其使用，不然容易導(dǎo)致周邊建筑開裂，一般退讓距離為20-30米。該樁基形式多適用于60米以下以及城市郊區(qū)的高層建筑。天然地基筏板基礎(chǔ)：天然地基基礎(chǔ)施工方便，周期短，成本低，筏板基礎(chǔ)作為高層建筑的基礎(chǔ)，整體性好，強(qiáng)度高，剛性好。雖然高層建筑的豎向荷載一般較大，但基坑底部基礎(chǔ)持力層整體巖土較好時(shí)是可以考慮這種基礎(chǔ)形式的，不過多適用于北方地區(qū)。復(fù)合地基筏板基礎(chǔ)：復(fù)合地基要充分發(fā)揮天然地基的承載力，在樁身豎向加固的基礎(chǔ)上，提高基礎(chǔ)下地基的綜合強(qiáng)

9、度，減少基礎(chǔ)整體沉降和不均勻沉降，通過調(diào)節(jié)豎向增強(qiáng)體的長度、截面大小、布置形式以及間距使復(fù)合地基能夠承受上部結(jié)構(gòu)荷載。復(fù)合地基還需要在樁體頂部設(shè)置墊層，充分利用地基的承載力，協(xié)調(diào)樁基與周圍巖土的搭配。復(fù)合地基具有較大的靈活性，也有經(jīng)濟(jì)和時(shí)間的保證。對筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)而言，與天然地基筏板基礎(chǔ)相同。4.2敢于采用新工藝、新技術(shù)對于特定地區(qū)的場地，我們應(yīng)該根據(jù)地勘報(bào)告提供的巖土地質(zhì)特點(diǎn)考慮最合理的基礎(chǔ)方案，不要因?yàn)槟撤N基礎(chǔ)形式當(dāng)?shù)厥褂玫纳倬突乇?。不同地區(qū)有當(dāng)?shù)爻Ｓ玫幕A(chǔ)類型，甲方一般對新工藝在當(dāng)?shù)氐目尚行浴⒔?jīng)濟(jì)性缺乏信心，施工單位往往也會(huì)對不熟悉的工藝加以抵觸，這時(shí)對結(jié)構(gòu)工程師就要敢于拿出以數(shù)據(jù)來說話的

10、勇氣，包括工程技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析數(shù)據(jù)，以證實(shí)擬采取的基礎(chǔ)方案是否真正合理，也能夠說服項(xiàng)目參與各方。一個(gè)合理、經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)方案可以節(jié)約大量的人力物力，作為一個(gè)優(yōu)秀且勇于擔(dān)當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)工程師，每做一個(gè)項(xiàng)目都要集思廣益，思路要開闊，千萬不要局限于常規(guī)做法，這對于推廣新工藝、新技術(shù)、節(jié)約造價(jià)是非常有利的。4.3要注重建筑的經(jīng)濟(jì)高效性新型建筑材料的研發(fā)和先進(jìn)施工技術(shù)發(fā)展速度非?？欤瑢ㄖI(yè)的效率和經(jīng)濟(jì)也有很高的要求。因此，作為建筑行業(yè)的前期工作-設(shè)計(jì)工作亦須經(jīng)濟(jì)高效地進(jìn)行。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)開始過時(shí)了，一味地采用老一套很可能會(huì)降低社會(huì)競爭能力。因此，需要采用一些更先進(jìn)的創(chuàng)新理念，使用更為先進(jìn)的建筑技術(shù)和優(yōu)質(zhì)建材

11、，提高建材的使用效率降低生產(chǎn)成本，確保建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)高效。4.4要充分利用節(jié)能低碳理念利用節(jié)能低碳建筑材料，并實(shí)現(xiàn)最高的利用率，所以選擇建筑材料時(shí)要結(jié)合低碳環(huán)保的理念，應(yīng)該是最大程度的選擇低碳綠色建材為指導(dǎo)。現(xiàn)在設(shè)計(jì)成果中都已經(jīng)要求有綠色建筑設(shè)計(jì)專篇，具體到地基基礎(chǔ)方面主要有對地基基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)、采用預(yù)拌混凝土、合理采用400mpa級(jí)受力鋼筋、合理采用高耐久性建筑結(jié)構(gòu)材料等幾個(gè)方面。在選用混凝土和鋼結(jié)構(gòu)等建筑材料時(shí)，要以低消耗，高效率，循環(huán)利用等特點(diǎn)來衡量。結(jié)語：在進(jìn)行高層建筑地基基礎(chǔ)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要充分調(diào)查高層建筑的相關(guān)數(shù)據(jù)，尤其要注意現(xiàn)場巖土數(shù)據(jù)的可靠性，比如巖土勘察數(shù)據(jù)，地基、樁基承載力的確定至關(guān)重要。高層建筑基礎(chǔ)方案的優(yōu)化是極為復(fù)雜的，所以，設(shè)計(jì)方案要有清晰地目標(biāo)，合理的結(jié)構(gòu)措施和準(zhǔn)確的計(jì)算。參考文獻(xiàn)：1林華偉.現(xiàn)代房屋建筑地基基礎(chǔ)工程施工技術(shù)探討j.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014（23）：1