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摘要：自改革开放以来，社会的进经济的发展是有目共睹的，城市的发展最突出的就要指充斥在城中淋漓的高层建筑，这已成为一个城市发展的重要标志，随着高层甚至超高层建筑的增多.建筑工程中的建筑地基勘察工作就尤为凸显，建筑地基勘察工作做得是否到住关系着建筑物的安危、使用寿命及工程造价，是建筑工程中非常重要的一部分。现浅谈下对高层建筑勘察的设计分析及一些初步的探讨。
关键词：高层建筑；地基；设计分析
提起高层建筑，人们自然会想到他们自身承受的巨大重量。在高层建筑施工工作中，建筑物的地基便承载着它整个建造过程中的所有力量，所以，在对建筑物地基进行勘察的同时，要确保它还有普通工业和民用工程地基勘察所包含的基本内容，另外，还应重点探究高层建筑工程地基中所包含的特殊性。
一、高层建筑的发展历程
我国高层建筑的起源要追溯到2J0世纪30年代的上海。起始的高层是10层左右，当时，全上海共建成了30-40栋这样的高层建筑。50年代起，北京、广州等地的大型公共建筑上开始兴建高层。到了70年代，全国各地开始陆续兴建高层建筑，并开始了高层建筑基础设计方法的讨论及实际工程的原位测试，重点解决箱基的设计问题。80年代起，随着改革开放的深化发展，全国各大城市和一批中等城市普遍兴建了高层建筑。高层建筑的热潮真正崛起于90年代。
上世纪80年代以前，高层建筑基础形式主要为箱基，建筑形式简单，很少有主、裙楼一体结构，对于有裙楼的高层建筑，则通过在高、低层间设置永久沉降缝予以解决。随着经济的迅速发展和大城市人口密度的提高，高层建筑的地下空间利用率得到大幅度提升。然而，传统的箱形基础已经不能满足因停车和地下商业设施对地下大空间的需求。筏形基础在发挥地基承载力、调整地基不均匀沉降、抗震性、基础造价经济性、施工周期、地下空间的开发利用等方面有很多的优越性，因此，具有很大刚度的箱形基础正在被空间较大的框架厚筏基础所代替。
再后来，地下空间的利用使高层建筑基础的型式和功能有了较大的变化，地下建筑面积极大地超过了高层建筑投影面积。很多建筑已经在厚筏构成的大面积地下建筑上建造一个或多个层数不等的塔楼和低层裙房组成的建筑群。这时，为保证地下结构的整体性，各单个建筑之间不设沉降缝，因此，在设计上提出了塔楼与裙房之间的变形协调可能性、多个高层建筑之间的相互影响及合理距离的问题。
二、高层建筑的特点
首先，基础埋深大。由于充分利用地下空间资源，目前建筑基础通常具有3～5层地下室，因此建筑埋深通常在15～25米。其次，占地面积大。由于高层建筑与低层裙房及地下车库整体连接，建筑占地面积通常达数万平米，个别工程达到十几万平米。再次，荷载及刚度差异大。由于在同一个大底盘上建造一个或多个层数不等的塔楼和低层裙房，因此造成大底盘上荷载分布极不均匀，结构刚度差异极大，同时也会引起基础偏心使基础出现轻微整体倾斜。最后，基础整体连接。由于使用功能的要求以及加强地下结构的整体性，这类建筑一般在地面下高低层相连处不采用双墙双柱及永久性沉降缝，甚至投资方要求施工时不设沉降后浇带，基础筏板采用整体连接。
三、高层建筑地基设计的技术
高层建筑涉及到土力学中沉降计算问题以及不同类型的上部结构承受变形的能力，最终归结到按变形控制地基设计理论问题。由于现有的许多设计方法无法精确解决筏板整体范围内的反力和沉降问题，因此，当前解决高低层沉降差的问题多用的施工方案为在主楼与其扩大部分的筏板部位设置宽1m的后浇带。需要说明的是，筏板钢筋在后浇带部位是连续的，施工期间主楼可以自由沉降，待主楼结构施工完毕后再浇注微膨胀混凝土，使主楼与其扩大部分连成整体。在结构方面，裙房与主楼间的连接梁端头有按柔性连接设计的。
针对上述工程建设需求提出的问题，中国建筑科学研究院在复杂高层建筑下大底盘整体基础设计技术上实现了突破和创新：整体厚筏基础的板块化设计方法。该技术根据高层建筑大埋深特点，将高层建筑基底下荷载控制在土体欠补偿状态，或基底附加压力控制在很小的状态，充分利用回弹再压缩段变形小的特点及裙房基础筏板有限扩散高层荷载的原理进行分区变板厚设计和变形控制设计，解决大面积筏板沉降量和差异沉降问题，进而取消沉降缝或沉降后浇带，实现筏板整体设计。
该技术主要有以下特点：第一，在一个大型地下框架厚筏结构上，在足够埋深条件下，高层下筏基反力具线性分布特征，筏板框架结构具有扩散上部高层建筑荷载的作用，其影响范围是有限的。第二，揭示了多塔楼下大底盘框架厚筏基础的变形特征及地基反力分布规律：各塔楼独立作用下产生的变形、反力是通过以各个塔楼下面一定范围为中心，各自沿径向向外围衰减扩散，并在其共同的影响范围内，沉降和地基反力可以相互叠加。第三，提出了将高层部分的厚筏等厚度向外拓展一跨后渐变板厚，以减少高层下的地基附加应力，增加高层部分的稳定性。第四，在上部结构、厚筏及地基共同作用下，整体筏板的变形是不规则的和连续的，在正常使用极限状态下，其沉降可按弹性理论并采用叠加原理计算。第五，建立了考虑上部结构、基础与地基共同作用的大底盘框架厚筏基础的简化整体计算模型，提出大底盘框架厚筏基础的实用设计方法。
对于该技术的经济效益，有以下几点：
第一，节省材料。该技术采用天然地基，取消桩基础或地基处理，大幅度节约钢筋和混凝土。第二，可取消沉降后浇带，从而节省工期。第三，由于取消桩基或地基处理，该技术能减少泥浆排放，因而降低环境污染。第四，较常规建设方法提前停止降水，节约水资源。第五，桩基及地基处理的取消，节约了30米以下深层地下空间资源，为城市深层地下空间开发利用提供了更大的灵活性和技术保障。以第四纪砂卵石和粘土交互层为特点的中底压缩性地质条件的北京地区为例，建筑高度在100米高、基础埋深在20米左右的高层建筑取消桩基础或地基处理，并在施工过程中取消沉降后浇带成为可能。北京地区成功应用该技术建设的工程項目如中石油大厦、北京LG大厦、中国银行大厦、北京富景花园、北京世纪财富中心、中华全国总工会中国职工对外交流中心、北京三里屯SOHO等已达二十余项。该技术于2012年和2014年连续被列为北京市绿色建筑推广名录予以推广。
四、结语
伴随中国建筑业的迅速崛起，建筑业的质量问题也成为人们关心的热点问题。因此高层建筑施工过程中地基的勘察设计、分析十分重要，要做好此项工作，使百姓的生活财产安全得到保障。
（作者单位：新疆华坤建筑安装工程有限责任公司）
关键词：高层建筑；地基；设计分析
提起高层建筑，人们自然会想到他们自身承受的巨大重量。在高层建筑施工工作中，建筑物的地基便承载着它整个建造过程中的所有力量，所以，在对建筑物地基进行勘察的同时，要确保它还有普通工业和民用工程地基勘察所包含的基本内容，另外，还应重点探究高层建筑工程地基中所包含的特殊性。
一、高层建筑的发展历程
我国高层建筑的起源要追溯到2J0世纪30年代的上海。起始的高层是10层左右，当时，全上海共建成了30-40栋这样的高层建筑。50年代起，北京、广州等地的大型公共建筑上开始兴建高层。到了70年代，全国各地开始陆续兴建高层建筑，并开始了高层建筑基础设计方法的讨论及实际工程的原位测试，重点解决箱基的设计问题。80年代起，随着改革开放的深化发展，全国各大城市和一批中等城市普遍兴建了高层建筑。高层建筑的热潮真正崛起于90年代。
上世纪80年代以前，高层建筑基础形式主要为箱基，建筑形式简单，很少有主、裙楼一体结构，对于有裙楼的高层建筑，则通过在高、低层间设置永久沉降缝予以解决。随着经济的迅速发展和大城市人口密度的提高，高层建筑的地下空间利用率得到大幅度提升。然而，传统的箱形基础已经不能满足因停车和地下商业设施对地下大空间的需求。筏形基础在发挥地基承载力、调整地基不均匀沉降、抗震性、基础造价经济性、施工周期、地下空间的开发利用等方面有很多的优越性，因此，具有很大刚度的箱形基础正在被空间较大的框架厚筏基础所代替。
再后来，地下空间的利用使高层建筑基础的型式和功能有了较大的变化，地下建筑面积极大地超过了高层建筑投影面积。很多建筑已经在厚筏构成的大面积地下建筑上建造一个或多个层数不等的塔楼和低层裙房组成的建筑群。这时，为保证地下结构的整体性，各单个建筑之间不设沉降缝，因此，在设计上提出了塔楼与裙房之间的变形协调可能性、多个高层建筑之间的相互影响及合理距离的问题。
二、高层建筑的特点
首先，基础埋深大。由于充分利用地下空间资源，目前建筑基础通常具有3～5层地下室，因此建筑埋深通常在15～25米。其次，占地面积大。由于高层建筑与低层裙房及地下车库整体连接，建筑占地面积通常达数万平米，个别工程达到十几万平米。再次，荷载及刚度差异大。由于在同一个大底盘上建造一个或多个层数不等的塔楼和低层裙房，因此造成大底盘上荷载分布极不均匀，结构刚度差异极大，同时也会引起基础偏心使基础出现轻微整体倾斜。最后，基础整体连接。由于使用功能的要求以及加强地下结构的整体性，这类建筑一般在地面下高低层相连处不采用双墙双柱及永久性沉降缝，甚至投资方要求施工时不设沉降后浇带，基础筏板采用整体连接。
三、高层建筑地基设计的技术
高层建筑涉及到土力学中沉降计算问题以及不同类型的上部结构承受变形的能力，最终归结到按变形控制地基设计理论问题。由于现有的许多设计方法无法精确解决筏板整体范围内的反力和沉降问题，因此，当前解决高低层沉降差的问题多用的施工方案为在主楼与其扩大部分的筏板部位设置宽1m的后浇带。需要说明的是，筏板钢筋在后浇带部位是连续的，施工期间主楼可以自由沉降，待主楼结构施工完毕后再浇注微膨胀混凝土，使主楼与其扩大部分连成整体。在结构方面，裙房与主楼间的连接梁端头有按柔性连接设计的。
针对上述工程建设需求提出的问题，中国建筑科学研究院在复杂高层建筑下大底盘整体基础设计技术上实现了突破和创新：整体厚筏基础的板块化设计方法。该技术根据高层建筑大埋深特点，将高层建筑基底下荷载控制在土体欠补偿状态，或基底附加压力控制在很小的状态，充分利用回弹再压缩段变形小的特点及裙房基础筏板有限扩散高层荷载的原理进行分区变板厚设计和变形控制设计，解决大面积筏板沉降量和差异沉降问题，进而取消沉降缝或沉降后浇带，实现筏板整体设计。
该技术主要有以下特点：第一，在一个大型地下框架厚筏结构上，在足够埋深条件下，高层下筏基反力具线性分布特征，筏板框架结构具有扩散上部高层建筑荷载的作用，其影响范围是有限的。第二，揭示了多塔楼下大底盘框架厚筏基础的变形特征及地基反力分布规律：各塔楼独立作用下产生的变形、反力是通过以各个塔楼下面一定范围为中心，各自沿径向向外围衰减扩散，并在其共同的影响范围内，沉降和地基反力可以相互叠加。第三，提出了将高层部分的厚筏等厚度向外拓展一跨后渐变板厚，以减少高层下的地基附加应力，增加高层部分的稳定性。第四，在上部结构、厚筏及地基共同作用下，整体筏板的变形是不规则的和连续的，在正常使用极限状态下，其沉降可按弹性理论并采用叠加原理计算。第五，建立了考虑上部结构、基础与地基共同作用的大底盘框架厚筏基础的简化整体计算模型，提出大底盘框架厚筏基础的实用设计方法。
对于该技术的经济效益，有以下几点：
第一，节省材料。该技术采用天然地基，取消桩基础或地基处理，大幅度节约钢筋和混凝土。第二，可取消沉降后浇带，从而节省工期。第三，由于取消桩基或地基处理，该技术能减少泥浆排放，因而降低环境污染。第四，较常规建设方法提前停止降水，节约水资源。第五，桩基及地基处理的取消，节约了30米以下深层地下空间资源，为城市深层地下空间开发利用提供了更大的灵活性和技术保障。以第四纪砂卵石和粘土交互层为特点的中底压缩性地质条件的北京地区为例，建筑高度在100米高、基础埋深在20米左右的高层建筑取消桩基础或地基处理，并在施工过程中取消沉降后浇带成为可能。北京地区成功应用该技术建设的工程項目如中石油大厦、北京LG大厦、中国银行大厦、北京富景花园、北京世纪财富中心、中华全国总工会中国职工对外交流中心、北京三里屯SOHO等已达二十余项。该技术于2012年和2014年连续被列为北京市绿色建筑推广名录予以推广。
四、结语
伴随中国建筑业的迅速崛起，建筑业的质量问题也成为人们关心的热点问题。因此高层建筑施工过程中地基的勘察设计、分析十分重要，要做好此项工作，使百姓的生活财产安全得到保障。
（作者单位：新疆华坤建筑安装工程有限责任公司）