高层建筑基础工程结课论文

2011——2012学年第一学期《高层建筑基础工程》考试论文

经济管理学院2010级工程管理专业

高层基础工程的地位及发展简析

多数情况下多层房屋惯用的基础形式、设计与施工方法，不能简单地搬用于高层建筑，而必须在认识高层建筑地基基础工作特性的基础上选择和创造与高层建筑特性及要求相适应的基础形式、设计理论与设计方法。因此，本文主要对高层建筑中基础工程的地位、现状及起技术管理进行了论述。

1.高层建筑中基础工程的地位

基础是高楼正常使用和稳定与安全的根本。高层建筑基础工程需要保证建筑物具足够的稳定性，同时要求基础和地基具有足够的刚度使沉降和倾斜控制在允许的范围内。因此高层建筑基础工程设计与施工的情况更复杂，难度更大，技术要求更高更严、责任更重。由于它的高、重、大、深的特征，一旦考虑不周或处理不当，将导致远比一般多层房屋更为严重的不良后果。轻则产生难以纠正的过大沉降、倾斜和不均匀沉降，造成结构局部损坏或几乎永久地影响使用功能和美观；重则导致整个建筑的倾覆或破坏，造成比一般多层房屋大许多倍的经济损失。

例如，上海某宾馆，地基为深厚软土，采用振冲碎石桩加固地基，箱型基础。由于这种加固方法在软土中的设计理论尚不够成熟，对施工质量与加固效果还缺乏完善的检测手段，加之承包商施工管理不严，偷工减料，致使该建筑物建成后产生不能允许的沉降与倾斜，裙房局部挤压损坏，不得不采取昂贵的地基加固措施。又如南美洲某大厦，设计时未查明地质情况，桩长不足，未达到坚硬土层，桩基承载力也不足，结果当结构施工到顶尚未装修时便开始倾斜，几天后，一夜之间整个大楼倾覆于地面。

很多高层建筑出问题的例子有力地说明了基础工程的设计与施工质量乃高层建筑安全之所系，设计、施工人员必须给予极度重视。此外，高层建筑基础工程的造价和施工工期在建筑总造价和总工期中所占的比例，与上部结构形式和层数、基础结构形式、桩型以及地质复杂程度和环境条件等因素有关。除了钢结构和直接建造在基岩上的浅基础以及岩层埋藏很浅的桩基础以外，就钢筋混凝土结

构和一般地质条件而言，采用箱形基础或筏基的高层建筑，其基础工程（包括基坑支护与开挖施工）的费用约占建筑总造价的1/10-1/5,相应的施工工期约占建筑总工期的1/5-1/4，因此在高层建筑中，基础工程设计与施工的合理与否对整个高层建筑工程总造价与总工期的影响是很显著的。可将高层建筑中基础工程的地位概括成两句话：基础工程的设计与施工是高层建筑正常使用与稳定安全的根本，其造价与工期对高层建筑总造价与总工期有举足轻重的影响。

2.高层建筑基础施工发展现状

高层建筑是随着社会的经济发展与技术进步而发展起来的，而高层建筑基础工程则是随着现代高层建筑的大量兴起和设计理论研究的发展而产生的新兴

科学。我国现代高层建筑是从20 世纪70 年代后期，随着改革开放和大规模的现代化建设的推进而迅速兴起的。在短短30 多年的时间，千百幢各种类型的高层建筑在各大中城市中迅速地兴起。我国地域辽阔，各地区的地质条件差别极大、地震区覆盖面又很广，因而各地高层建筑的基础形式多种多样。有采用筏形基础、箱形基础及少数条形基础的，也有采用大直径嵌岩桩、中长混凝土预制桩和超长钢管桩的。建造在良好地基上采用筏（或箱）形基础的高层建筑已达52 层170 米（广东国际大厦）和67 层190 米以上（北京京城大厦）；建造在深厚高压缩性软层土地基上的箱形基础高层建筑达到14 层41.6 米（上海陆家宅高层住宅）。

近30余年余年来高层建筑在我国各地迅速发展的事实有力地说明，我国工程技术人员成功地解决了广大地域内各种地质条件下高层建筑基础工程的设计

与施工问题，积累了丰富的经验。无论是设计理论还是试验研究，都有长足的进步，取得了丰硕的成果。近20 年来在我国召开了多次有关高层建筑的国际会议。在全国性高层建筑学术会议上，基础工程总是讨论的重要议题之一，高层建筑基础工程的设计与施工问题也往往是人们最关注的热门话题，有关这方面的理论与试验观测的研究成果，以及新技术成果的报导从未间断过，显示出高层建筑基础工程是一个非常活跃的技术领域。这些经验与成果已陆续反映到《建筑地基基础设计规范》《建筑桩基技术规范》和各地区的地基基础设计规范中，表明我国在高层建筑基础的设计与施工方面已逐步形成整套的理论与经验，并在今后将继续不断地发展。

3 高层建筑基础设计的进展

地基基础上部结构相互作用，即地基、基础和上部结构三者实际上是相互联系成静力平衡、变形连续协调、彼此不可分离的整体系统来承担荷载而发生变形的，在这个整体系统中每一部分的刚度均对自身及其他部分的工作性状产生影响，每一部分的工作性状都是自身及其他部分（三者）共同作用的结果。高层建筑基础工程也是如此，它在上部结构荷载作用及上部结构刚度和地基压缩性及均匀性等因素影响下的力学性状（例如它的变形挠曲特征、基底反力和截面内力分布等）都与地基、基础及上部结构的相对刚度特征有关。因此，高层建筑基础的分析与设计不能不研究这个整体系统的共同作用性状并进行计算分析。共同作用分析就是把上部结构、基础和地基看成是一个彼此协调工作的整体，在连接点和接触点上同时满足静力平衡和变形协调条件下求解整个系统的变形与内力。只有这样才能揭示它们在外荷作用下相互制约、彼此影响的内在联系，从而达到安全、经济、合理和先进的设计目的。但是整体共同作用分析是相当复杂的，这意味着不但要建立能正确反映结构刚度影响的分析理论与有效的计算方法，而且还要研究选用能合理反映土的变形特性的地基计算模型及其参数。而且整体共同作用分析是一个高维与无穷维的超静定问题，只有在计算机技术与数值分析方法的迅、应变关系研究不断深入的当代，共同作用的分析研究才能得以开展受到重视。

4 高层建筑基础设计中应用共同作用理论的意义

利用共同作用理论可根本上提高和改善高层建筑基础设计的水平与质量，取得比以往设计更大的经济效果。具体说来，有如下几个方面：

（1）、有效地利用上部结构的刚度，使基础的结构尺寸减小到最小程度。例如，把上部结构与基础作为一个整体来考虑，箱形基础高度可大为减小；当上部结构为剪力墙体系时，有可能将箱基改为筏基。应注意的是，上部结构的刚度是随着施工的进程逐步形成的，因此在利用上部结构刚度改善基础工作条件时，应模拟施工过程进行共同作用分析，以免造成基础结构的损坏。

（2）、对建筑层数悬殊、结构形式各异的主楼与裙房，可分别采用不同形式

的基础，经慎重而仔细的共同作用分析比较，可使主、裙房的基础与上部结构全

都连接成整体，实现建筑功能上的要求。

（3）、运用共同作用的理论合理地设计地基（包括地基处理）与基础，以变形控制设计，达到减少基础内力与沉降、降低基础造价的目的。例如在一定的地质条下，考虑桩间土的承载作用，得以加大桩距、减少桩数，合理布桩、减少基础差异沉降及内力，从而在整体上降低基础工程的造价。

5、高层建筑基础工程技术管理分析

现代城市中，高层建筑已经成为城市建设不可或缺的组成部分，其对于缓解城市用地紧张、提高城市土地使用率有着重要的影响。高层建筑基础工程是高层建筑施工质量控制的关键，其施工质量对于高层建筑整体质量有着重要的影响。高层建筑基础工程技术管理主要从两方面进行控制：首先是对基础工程的测量放线工作，通过科学、准确的测量放线工作为工程施工指明方向。其次是高层建筑桩基工程的技术管理，主要是通过对桩基用混凝土、灌注工艺等技术管理保障桩基工程质量。下面就高层建筑工程基础工程中的测量放线及桩基技术管理进行了详细的论述。

（1）、高层建筑基础工程中测量放线工作技术管理重点分析

高层建筑工程基础测量对工程施工质量有着重要的影响。测量放线工作是高层建筑工程施工方向的指引，只有准确、周密的测量工作才能保障工程顺利按照图纸施工，为工程施工提供必要的技术保障。因此在高层建筑基础工程技术管理中要特别测量放线工作的管理。通过对测量放线工作关键点的管理与控制，保障工程施工质量。在工程施工前，首先要通过测量将施工图纸上的建筑物在实地进行放样定位以及测定控制高程，为下一步的施工提供基准。此时的工程测量放样工作测量精度要求非常高，其关系整个工程质量的成败。一旦出现差错，将会造成重大质量事故，带来的经济损失是无法估量。在进行工程基础施工阶段，基础桩位的施工更加需要准确的工程测量技术保证。根据施工规范的要求，承台的桩位的允许偏差值很小。一旦桩位偏差超过规范要求，将会引起原承台设计及受力的变化，从而增加了工程成本。严重的桩位偏差将会导致桩位作废，需要重新补桩等处理措施。而对于土方开挖及底板基础施工时，根据设计要求底板、承台、底梁的土方开挖是要尽量避免挠动工作面以下的土层，因此周密、细致的测量工作能控制土方开挖的深度及部位，避免超挖及乱挖。另外基础墙柱钢筋的定位放

线是工程测量在基础施工阶段又一个重点。对于结构复杂，面积较大的工程，只有周密、细致的进行测量放线方能保证墙柱插筋质量，避免偏位、移位等情况的发生。

（2）、高层建筑冲孔灌注桩施工技术管理

冲孔灌注桩是现代高层建筑基础工程的常用方式，其施工工艺与技术中的

各个相关因素都对桩基的施工质量有着重要的影响。在高层建筑桩基工程的施工技术管理中，主要是针对灌注桩的质量控制点及工艺技术要求进行技术管理，加强各个工序中工艺与施工技术参数的控制。

在进行高层建筑冲孔灌注桩施工技术管理中，要根据桩基工程施工质量控

制重点进行分类控制。对灌注桩施工中的各个控制点的施工技术、工艺进行管理。钢护筒安装是冲孔灌注桩施工的前期阶段，钢护筒起到导锤、固定桩孔位置、保护孔口及维持孔内泥浆水头作用，准确安放钢护筒是保证灌注桩质量的先决条件。利用全站仪测量设定位置，再根据控制点开挖钢护筒大小的孔口，深度约为钢护筒高度的1/2～2/3。在放钢护筒时要确保平面位置和垂直度，用重物将其压入土中并稳固，在钢护筒外回填土并压实。

成孔是冲孔灌注桩施工技术管理的重点。制备泥浆并装满孔中，在孔口开

挖溢浆槽，安装泥浆回流装置，保证泥浆循环使用。用冲孔机起吊冲击锤，对准孔做自由落体冲击，切削破碎岩层和冲击土层成孔。由于泥浆密度较小，造成孔底沉渣浮起困难或安放钢筋笼时碰撞孔壁使泥土跌落，所以清孔是保证桩质量的重要环节。灌注成桩的技术控制要从混凝土的控制开始，根据工程施工地质情况、气候条件的不同，水灰比例、砂率等参数要根据设计要求进行调节。根据灌注桩设计要求进行混凝土混合比例、灌注量、混凝土搅拌时间等的控制与管理。根据工程进度将灌注间歇时间控制在15 分钟之内,最多不得超过30 分钟,每根桩整

个灌注过程应尽可能控制在4~6h 以内完成, 以保证混凝土的均匀性。这就要求

在施工前将单根桩及所用混凝土有关技术参数进行计算，有现场技术人员对灌注过程进行管理，保障灌注桩施工质量。混凝土滞留空气的时间对于混凝土的强度很大的影响，因此混合后的混凝土应在1.5 小时内灌注完毕,夏季应在1 小时内灌完的要求，要结合灌注桩的要求进行混凝土混合，否则应掺加缓凝剂。目前建筑材料的供应中，厂商可以根据工程要求进行混凝土的配置与混合，直接将材料

运

送至工程现场。通过便携式检测仪器可以很快的对控制参数进行检测，检测合格后方可使用。采用混凝土灌注车进行灌注，在灌注过程中要注意导管在吊入孔内时，其位置应居中，轴线顺直，防止卡、挂钢筋骨架和碰撞孔壁。

高层建筑基础工程技术管理不仅仅是对施工过程的工艺控制，还要根据工程情况进行基础工程的有关设计。设计灌注桩混凝土使用量及使用时间，保障桩基质量。根据工程量进行人员配比设计、根据工程情况进行设备用量设计、设备租赁使用时间设计、材料进场量与工程进度配合设计等。在高层建筑基础工程技术管理过程中，企业必须通过一套科学的技术管理体系来保障工程技术管理的有效实施，为工程施工质量打下基础。高层建筑基础工程技术管理是高层建筑质量控制的基础，是现代高层建筑施工管理的重要组成部分。

同时利用共同作用理论可根本上提高和改善高层建筑基础设计的水平与质量，取得比以往设计更大的经济效果。有效地利用上部结构的刚度，使基础的结构尺寸减小到最小程度。把上部结构与基础作为一个整体来考虑，箱形基础高度可大为减小；当上部结构为剪力墙体系时，有可能将箱基改为筏基。在一定的地质条件下，考虑桩间土的承载作用，得以加大桩距、减少桩数，合理布桩、减少基础差异沉降及内力，从而在整体上降低基础工程的造价。