高层建筑复合地基稳定性分析

摘要：以实际工程为例，介绍了高层建筑复合地基稳定性验算的主要内容和步骤；讨论了高层建筑地基计算时地震作用的取值；对比了高层建筑地基整体稳定性的两种计算简图；提出了用地基承载力推算复合地基等效抗剪强度指标的方法；详细分析了高层建筑复合地基整体稳定性的影响因素。指出了地下水位、风荷载和地震作用大小、地质条件等诸多因素均影响着复合地基整体稳定性，基础埋置深度仅是其中的重要影响因素之一；在较高地震设防烈度地区、未加固区存在不良地质的情况下，即使地基承载力和基础埋置深度满足规范要求，复合地基整体稳定安全系数仍有可能远低于规定的下限，应根据工程实际情况进行复合地基整体稳定性分析。

1、前言

随着国民经济的高速发展，我国的高层建筑也得到了迅速发展。建筑高度的增加，意味着结构所承受的水平荷载和竖向荷载增大，对地基基础的要求也相应提高。除了满足地基承载力以外，保证地基稳定性也是高层建筑结构设计不可或缺的内容。现行设计规范[1~3]规定，在抗震设防区，天然地基（岩石地基除外）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。许多同行对高层建筑的地基稳定性进行了分析，分别从地基整体稳定性[4]、经典土力学理论[5]和基底接触压力强度平衡条件[6]等不同角度对相关问题进行了研究，相关的设计手册[7]也有专门介绍地基稳定性验算。

然而已有的文献主要针对天然地基。我国地域广阔,软弱地基类别多,分布广。复合地基技术能够较好利用增强体和天然地基共同承担建筑物荷载的潜能，具有比较经济的特点，比较适合我国国情，近年在高层建筑得到较多应用。下文以实际工程为例，对已有研究成果作一些补充，对高层建筑复合地基稳定性的相关问题作进一步的讨论。

2、工程实例

2.1 工程概况

广州市番禺区某住宅楼盘B09地块由H栋（共2座）和J栋（共4座）组成，地上17层，1层地下车库形成大底盘，塔楼采用剪力墙结构，纯地下车库采用框架结构。结构总高度为60.8m（从地下车库底板面起计），总建筑面积50755m2。设计使用年限为50年，安全等级为二级，结构重要性系数γo=1.0；基本风压0.6kN/m2，地面粗糙度B类；抗震设防类别为丙类（标准设防类），抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10g，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.35s。

根据岩土勘察报告，地下水对混凝土等建筑材料无腐蚀，稳定水位埋深约0.5~1.2m，基岩为花岗片麻岩，基岩以上的岩土参数见表1。采用Φ500CFG桩进行地基处理，桩身强度C20，单桩承载力特征值Ra=1000kN，复合地基承载力特征值fspk≥300kPa。塔楼采用筏形基础，纯地下车库采用柱下独立基础加防水板，设置沉降后浇带以调节两者之间的沉降差。

2.2 问题的提出

本工程的室外地面南低北高，南面地坪的标高基本与地下车库底板面持平，地下车库仅北面侧壁需要挡土，如图1、2所示。结构嵌固端和基础埋置深度只能从地下车库底板面算起，各塔楼筏形基础的埋置深度仅d=1.0m，与规范规定有较大差距。

地下车库平面

地下车库剖面（A-A剖）

因已设有一层车库（半地下室）,使用功能上也没有再增加地下空间的必要。单纯为了满足规范要求而增加开挖深度至4米，势必增加土方开挖、基坑支护的造价，筏形基础完成后还要回填大量的土方，工期也增加较多。故需要分析复合地基稳定性，以评估减少基础埋置深度的可行性。

2.3 复合地基稳定性验算

本工程J栋3幢地质情况较差，靠近较低的室外地坪，故以该幢为例简要地介绍复合地基稳定性验算的情况，基础平面见图3。采用PKPM系列软件SATWE从地下车库起对该塔楼建模进行结构分析，得出该塔楼筏形基础荷载标准组合如下：竖向荷载G=83247.61kN，底部剪力Vy=4075.12kN，倾覆弯矩My=160308.91kNm。另外，南北室外地坪存在高差，两侧分别按被动土压力和主动土压力计算，并假定由6幢塔楼的筏形基础平均分摊，由南北侧壁土压力差所产生的附加底部剪力Vs=846.10kN。准永久组合下竖向荷载偏心距ey=0.216m≤0.1W/A=0.1×981.72/430.73=0.228m，ex=0.02m≈0，满足规范要求。

由于基础宽度方向的水平荷载和倾覆弯矩较大、而基础底面边缘抵抗矩较小，仅进行基础宽度方向的地基稳定性验算。

J栋3幢筏形基础平面