摘要：高层建筑设计施工过程中，由于各种原因致使基础埋置深度不足，结合案例，通过地基承载力、沉降变形、地基稳定性以及上部结构抗倾覆稳定性验算后，得出基础埋置深度可以适当放松的结论。但当局部地基稳定性不满足规范要求时，可采用排桩加固设计方案。设计分析过程对类似工程问题具有重要的指导意义。
关键词：高层建筑；埋深；设计；稳定性
前言
高层建筑基础埋置深度在建筑地基基础设计规范中做了明确规定，在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基或复合地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度不宜小于建筑物高度的1/18[1]，这是非强制性条文规定，但强制性规定高层建筑基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。随着高层建筑大规模发展和建筑型式的多样化。设计施工过程中通常出现基础埋置深度不足的问题。
1工程概况
河南襄城县某小区B1#楼高18层，建筑高度52.5m。主楼结构形式为剪力墙结构，裙房结构形式为框架结构。主楼设置一层地下室，采用筏板基础、CFG桩复合地基，建筑结构的安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级，主体结构设计使用年限为50年。主楼周边设置1层地下车库，地下车库采用独立基础。本工程设计±0.00相对于绝对标高86.55m，基底相对标高为-6.70m，相当于绝对标高79.85m。基础持力层为②层粉质粘土，基底平均压力300kPa。由于天然地基承载力承载力不满足设计要求，主楼采用CFG桩复合地基方案。设计桩顶标高为-7.07m，要求单桩竖向承载力特征值Ra=500kN，桩径d=400mm。CFG桩按正方形布置，桩间距1.5m。有效桩长12m，桩端进入④层黏土不小于1.5m。桩体混凝土强度等级C25。目前B1#楼CFG桩已完成，地下室已出±0.00标高，正在施工地上一层。
场地为冲积地貌，地势较平坦，未平场前场地绝对标高为83.15～83.88m。场地周边市政道路目前已基本施工完成。临近B1#楼西侧首山大道标高为81.87～82.07m，南侧纬八路标高为82.07～82.63m。依据路面标高，B1#楼基础最小埋深为2.2m。
依据《建筑地基基础设计规范》可知，天然地基上的筏板基础埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15。B1#楼建筑为高度52.5m，其基础埋深不宜小于3.5m，故本工程基础埋置深度不足。场地周边情况详见下图1、图2。
图1 场地B1#楼东西剖面周边现状
图2 场地B1#楼南北剖面周边现状
2高层建筑稳定性分析
由于主楼先施工，设计过程中场地平场标高是按原始地貌规划的，后期周边市政道路相对于原自然地面标高降低后，致使主楼基础埋深不足。相对于规范要求少埋深1.3m。故需进行稳定性分析。
2.1地层设计参数
根据勘察报告场地地层设计参数如下表1所示。
表1地层设计参数一览表
2.2 地基承载力检测
根据CFG桩复合地基检测报告可知B1#楼单桩承载力和复合地基承载力均满足设计要求，最大试验荷载下B1#楼复合地基最大沉降为13.67mm，基底压力作用下的沉降量均较小，表明复合地基承载力有较大富余。检测结果见下表2和表3。
表2 B1#楼复合地基载荷试验结果汇总表
表3 B1#楼单桩载荷试验结果汇总表
2.3结构和地基稳定性验算
基本风压：Wo=0.40kN/m2（50年一遇），承载力设计用基本风压：Wo=0.40kN/m2，地面粗糙度：B类，基本雪压：So=0.40kN/m2（50年一遇），襄城县抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g。设计地震分组为第二组。根据区域地质资料，场地覆盖层厚度小于50m，场地土实测等效剪切波速150m/s<Vs≤250 m/s，故确定该建筑场地类别为Ⅱ类，场地开阔、平坦，中软土为主，属抗震一般地段。设计特征周期为0.40s。采用"盈建科YJK1.8.0"进行结构整体分析和基础计算。分别计算考虑多遇地震情况下地震荷载+风荷载因素和罕遇地震情况下地震荷载+风荷载因素的结构稳定性以及正常使用状态下的地基稳定性，验算结果见下表4。可知在多遇和罕遇地震情况下B1#楼X、Y向刚重比均大于1.4，能够通过《高规》5.4.4条的整体稳定验算要求[2]；同时不考虑重力二阶效应的不利影响时在多遇和罕遇地震情况下B1#楼X、Y向刚重比均大于2.7，满足《高规》5.4.1条规定[2]。正常使用状态下的地基稳定安全系数为1.659，大于1.30，满足《建筑地基处理技术规范》3.0.7条规定[3]。
表4 B1#楼结构整体稳定性验算
可知在基础埋置深度不足的情况下场地内B1#楼结构稳定性和地基稳定性能满足设计规范要求。
2.4 建筑物抗倾覆验算
由于基础埋深不足，本工程结构嵌固端位于基础顶，不考虑周边土层侧限的有利影响，分别计算考虑多遇地震情况下地震荷载+风荷载因素和罕遇地震情况下地震荷载+风荷载因素的抗倾覆稳定性。结果验算详情见下表5。
表5 B1#楼结构整体抗倾覆验算
可知在基础埋置深度不足的情况下场地内B1#楼抗倾覆稳定性能满足设计规范要求，且验算结果表明基础底未出现零应力区。
依据《高规》[2]第12.1.8条当采取有效措施时，在满足地基承载力、变形、稳定以及上部结构抗倾覆要求及本规程第12.1.7条规定即基底不宜出现零应力区的前提下，基础埋深可适当放松。
3加固施工技术措施
考虑到建筑物与周围道路的关系，设计拟降低平场标高1.35米。由于B1#楼周边设有车库，为保证车库净高要求需要同时降低车库基底标高，会造成车库基底标高比主楼基底低1.35米。依据《建筑地基基础设计规范》可知主楼与地下车库的距离不满足要求，主楼北侧地基稳定性不满足规范要求。需对主楼地基进行加固。考虑到经济合理，安全适用的原则，本工程加固方案可以考虑采用排桩加固方案。
支护桩桩径取800mm，桩间距取1.5m。桩长不小于8m。桩顶采用宽高为1000mm*900mm冠梁连接。冠梁增强了桩和地基的整体稳定性，同时间接增大了筏板面积，增强了建筑物的抗倾覆稳定性。加固设计见下图3。计算得整体稳定性安全系数为1.542，大于1.30，抗倾覆安全系数为1.358，大于1.300，满足规范要求。
图3 排桩加固设计
综上所述本工程B1、B2#楼地基承载力、沉降变形、地基稳定性以及上部结构抗倾覆满足设计要求，且基础底没有零应力区，依据高规12.1.8条，B1、B2#楼基础在埋深2.2m的情况下是安全可靠的。但由于地下车库基底比主楼基础底低1.35m，主楼基础旁设有地下车库位置采取支护桩+冠梁加固，而对于主楼周边附有商业裙楼处可不考虑采用加固措施。
4结论
高层建筑基础埋深不足情况下地基承载力、沉降变形、地基稳定性以及上部结构抗倾覆均能满足设计要求时，设计过程中可以适当放松基础埋置深度的要求。但当地基稳定性不满足规范要求时，可采用排桩加固方案。
参考文献：
[1] 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
[2] 《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）
[3] 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）
作者简介：
杨志强，男，1986.5.12，工程师，中煤科工集团北京华宇工程有限公司平顶山分公司。
论文作者:杨志强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：地基论文; 基础论文; 标高论文; 稳定性论文; 主楼论文; 荷载论文; 场地论文; 《基层建设》2019年第13期论文;