摘要：城市化的不断推进，促进了建筑业的快速发展。在此背景下，建设项目呈现出多样化、定量化的发展趋势。然而，高层建筑以其占地面积小、建筑面积大、城市现代化代表性强等优势迅速发展，占据了建设项目的主体地位。在高层建筑的施工过程中，地基设计和应用的重要性不断提高。以下是笔者在高层建筑结构设计中使用复合地基的体会，意在抛砖引玉。
关键词：高层建筑；结构设计；复合地基基础
一、对“复合地基基础”的基本认识
地基基础施工是建筑施工中的基础工程，是建筑工程项目结构设计中所需优先考虑的内容，其稳定性、可靠性、科学性、牢固性对整个建筑工程项目施工质量、使用效果存在直接影响。复合地基基础作为地基基础领域中的重要组成部分，主要是指在地基基础设计与施工过程中，通过土体置换、配置加筋材料等方式，构造基体与增强体结合的人工地基，以改善天然地基强度，提升地基基础荷载承载能力，满足建筑工程项目建设施工对地基基础施工的要求。
通常情况下，根据复合地基基础荷载传递机理进行分类，可分为竖向增强体复合地基基础（桩体复合形式）、水平向增强复合地基基础（加筋土形式）两种类型，其中竖向增强体复合地基基础应用较为广泛[1]。水泥土搅拌桩复合地基、振冲桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基、高压喷射注浆桩复合地基、螺旋杆复合地基等是当前高层建筑结构设计中较为常见的几种复合地基。
以水泥粉煤灰碎石桩复合地基为例，在垂直向荷载力作用下，水泥粉煤灰碎石桩复合地基基础中的桩体、桩间土会在一定程度上沉降变形，其中桩间土变形程度要高于桩体变形程度。位于基础下方的褥垫层更具桩体传递的荷载力情况进行调整，使桩体与桩间土之间达到受力平衡，同时提升桩间土密实度，提升地基基础整体荷载承载能力。因此，水泥粉煤灰碎石桩复合地基的应用，具备桩体抗剪切力能力提升、桩间土密实、地基基础排水、水平荷载与垂直荷载协调、桩间土摩擦阻力提升等作用，以保证地基基础设计与应用的达标，避免高层建筑地基基础不均匀沉降问题的产生。
二、高层建筑结构设计中复合地基基础的应用实践
1、工程简介
某高层建筑属房屋住宅建筑，建筑高度约为99m，由地上与地下两部分构成，地上二十三层，地下三层，建筑总面积超过28000m2，采用框架核心筒结构进行施工。高层建筑建设施工要求：建筑结构安全等级达到二级；建筑地基基础设计等级达到甲级；建筑结构设计使用超过五十年；建筑抗震设防烈度为Ⅶ度。在对高层建筑施工现场进行地质勘察发现，高层建筑所在施工场地相对平坦，不存在不稳定地下水，地下土层分布情况如表1所示。
2、复合地基基础应用要点
2.1复合地基类型科学选用
在本工程施工过程中，涉及到的软弱土层相对较多，天然地基无法满足高层建筑建设需求。与此同时，高等建筑基地标高接近粉土土层，加之高层建筑采用的框架核心筒结构，对地基基础荷载承载能力的要求相对较高。在对高层建筑地基基础进行处理时，应用预应力管桩、高压喷射注浆桩的成本投入较高，经济效益不明显。对此，根据高层建筑施工现场条件，结合相关规定与技术标准，设计应用水泥粉煤灰碎石桩复合地基基础处理方案进行高层建筑地基基础施工。
表1 地下土层分布情况表
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2.2复合地基基础质量控制
为保证复合地基基础应用的科学性、准确性，在建筑结构设计中需注意以下几点：
（1）严格遵循水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计原则，进行方案设计。通常情况下，在水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计过程中，需对高层建筑地基基础的承载力需求具有准确全面了解，并结合地质勘察结果，确定水泥粉煤灰碎石桩的承载力、长度、直径、强度、桩土置换率等基本参数。例如，在本工程中，水泥粉煤灰碎石桩的有效桩长需控制在15~25m范围内，以保证单桩承载能力满足地基基础设计需求。由于水泥粉煤灰碎石桩的桩间距可以是桩径的3~5倍，对此在施工过程中在满足高层建筑结构设计需求的前提下，为提升施工经济性，应尽量选择大桩距进行基础处理。值得注意的是，在桩径选择过程中，注重土层承载力影响，土层承载力较低时，需适当缩短桩距，以规避结构沉降问题的产生。在褥垫层设计过程中，由于褥垫层厚度与桩垂直荷载，桩与土水平荷载存在密切关联性，通常厚度越大，水平荷载所在比重越大。对此，可根据高层建筑基底承载力选择褥垫层厚度，褥垫层材料以粗砂为主，夯填度不超过0.9。与此同时，依据高层建筑结构设计要求进行地基变形验算，了解地形变形基本情况，包括沉降差、沉降量等，并在此基础上设计褥垫层，以保证褥垫层在水泥粉煤灰碎石桩复合地基中保护作用的有效发挥。
（2）科学选择水泥粉煤灰碎石桩复合地基施工方法。目前，在高层建筑水泥粉煤灰碎石桩复合地基施工过程中，振动沉管灌注施工工艺、管内泵压混合料施工工艺与螺旋钻孔灌注施工工艺是应用较为广泛的几种施工方法。不同施工工艺，施工要求、施工方法、施工成本投入不同。对此，需综合分析高层建筑施工现场环境条件、施工周期、水泥粉煤灰碎石桩复合地基施工要求等，选择经济效益、社会效益、环保效益较强的方法进行实践作业。在本工程中，由于高层建筑地基基础施工所在地以粘性土为主，具备工期短任务重特征，对此设计选择成本低、施工时间短、成桩质量高、周边环境影响小的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺。
3、复合地基基础应用效果
在复合地基基础施工完成后，依据国家有关规定对水泥粉煤灰碎石桩复合地基进行质量检测评价，发展复合地基承载力符合相关规定，能够有效满足高层建筑结构设计要求。与此同时，采用对比分析法，进行桩基础与复合地基基础效益评估，发展复合地基基础的经济效益较好。例如，假设在高层建筑地基基础施工中，选择直径800mm的后注浆钻孔灌注桩进行地基基础处理时，需要应用到的桩数量为189根，桩长为35m，则需要投入成本约为432万（189×35×1300×0.503）；选择直径400mm，桩长15m的长螺旋钻孔水泥粉煤灰碎石桩进行复合地基基础处理时，虽然应用桩的数量较多，但由于长螺旋钻孔水泥粉煤灰碎石桩造价成本相对较低，导致复合地基基础施工整体成本远低于后注浆钻孔灌注桩基础施工。
结束语
综上所述，复合地基作为一种人工地基，通过地基加固可以有效提高地基的承载力，保证地基的稳定性、坚固性和可靠性。在高层建筑结构设计中，根据施工现场的环境条件和高层建筑的施工要求，科学设计和应用复合地基具有很强的经济性和实际操作性。因此，施工企业及相关人员应加强对复合地基的认识，提高复合地基的科学、准确应用，提高高层建筑结构设计能力，促进建筑业的优化发展。
参考文献
[1]陶景晖，金如元，陆飞，等.岩溶地区高层建筑刚性桩复合地基现场试验研究[J].建筑结构学报，2017，38（06）：163-174.
[2]林如锴.分析高层建筑地基基础方案优化设计[J].建材与装饰，2017（46）：104-105.
论文作者:袁绍林
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/18
标签：地基论文; 地基基础论文; 高层建筑论文; 碎石论文; 荷载论文; 水泥论文; 粉煤灰论文; 《基层建设》2019年第28期论文;