0概述

近年新建的超高层建筑高度主要以200~300m左右为主，本次共收集42个已建及在建超高层结构设计相关资料，共涉及19个城市， 最低建筑高度179.2m，最高建筑高度348m ，对200~300m超高层建筑进行基础设计复盘。

超高层建筑场地的岩土工程条件差异很大，基础设计需考虑承载力及变形的影响，变形包括短期沉降、不均匀沉降、固结沉降等。通常，天然地基筏板基础扩展基础是最经济的基础解决方案，对于受较大荷载的墙柱来说，使用筏板基础通常会减少差异沉降和总沉降。当承载力低或施加的荷载很大时，需要考虑由桩或墩组成的深基础。

超高层建筑随着高度增加，使得建筑的地基基础向超深、超大和更复杂的方向发展，给设计及相关的计算都提出了新的挑战。

一、桩基础

1.1 钻孔灌注桩

通过对国内300m级超高层灌注桩基础复盘如下：

通过复盘案例可知，300m级超高层灌注桩基础具有如下特征：

• 对于土质、软岩区域，以800~1200mm桩径为主，单桩承载力约为7500~11000kN；
• 对于花岗岩等硬岩区域（中风化、微风化），以大直径桩径为主，单桩承载力可达20000kN及以上，与地质条件密切相关；
• 桩径及承载力的选择与当地施工工艺密切相关；

对国内500m级超高层苏州中南中心、武汉绿地中心、上海中心、天津117、天津周大福、成都绿地中心等项目灌注桩基础复盘，具有如下特征：

• 桩径以1000~1200mm为主；

• 单桩承载力约为13000~20000kN；

• 持力层多为砂岩、泥岩及以上，多为摩擦桩为主；

世茂福州108大厦，原规划高度518m，桩端持力层为中(微)风化岩，故采用桩径1.3m钻孔灌注桩，充分利用端阻，单桩承载力特征值约为22000kN，有效桩长约70m，该项目由于规划限高原因已暂停。

1.2人工挖孔桩

人工挖孔灌注桩是指桩孔采用人工挖掘方法进行成孔，然后安放钢筋笼，浇注混凝土而成的桩，一般桩径均较大。人工挖孔桩施工方便、速度较快、不需要大型机械设备，基础造价节省。但挖孔桩井下作业条件差、环境恶劣、劳动强度大，安全和质量显得尤为重要。对于基岩较好，且浅露时，超高层也可以采用人工挖孔桩或墩基础。

当桩端持力层好，且桩长较短时，可采用人工挖孔桩（超大直径），一般地方政府对人工挖孔桩都有特殊要求，需了解当地行政规定。

1.3桩基承载力检测

1 ）静载试验

单桩竖向抗压静载试验时采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的试验方法，确定单桩竖向抗压承载力，是检测基桩竖向抗压承载力最直观、最可靠的传统方法。

静载试验一般采用油压千斤顶加载，千斤顶的加载反力装置可根据现场实际条件取。

• 锚桩横梁反力装置：锚桩、反力梁装置能提供的反力应不小于预估最大试验荷载的1.2-1.5倍。采用工程桩作锚桩时，锚桩数量不得少于4根，并应对试验过程锚桩上拔量进行监测。

• 压重平台反力装置：压重量不得少于预估试桩破坏荷载的1.2倍；压重应在试验开始后z分级施加，并均匀 稳固放置于平台上；

• 锚桩压重联合反力装置：当试桩最大加载量超过锚桩的抗拔能力时，可在横梁上放置或悬挂一定重物，z由 锚桩和重物共同承受千斤顶加载反力。

千斤顶平放于试桩中心，当采用2个以上千斤顶加载时，应将千斤顶并联同步工作，并使千斤顶的合力通过试桩中心。

静载试验检测的极限承载力在30000~50000kN ，已能满足超高层单桩承载力需求。

2 ）自平衡法桩基检测

自平衡法与传统的堆载法和锚桩法不同，该技术是在施工过程中将按桩承载力参数要求定型制作的荷载箱置于桩身底部，连接施压油管及位移测量装置于桩顶部，待砼养护到标准龄期后，通过顶部高压油泵给底部荷载箱施压，得出桩端承载力及桩侧总摩阻力。

其检测原理是将一种特制的加载装置——荷载箱，在混凝土浇筑之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置，将加载箱的加压管以及所需的其他测试装置从桩体引到地面，然后灌注成桩。有加压泵在地面向荷载箱加压加载，使得桩体内部产生加载力，通过对加载力与这些参数之间的关系的计算和分析，我们不仅可以获得桩基承载力，而且可以获得每层土层的侧阻系数、桩的侧阻、桩端承力等一系列数据，这种方法可以用于为设计提供数据依据，也可用于工程桩承载力的检验。

自平衡法检测的极限承载力可达 100000kN 以上 。

1.4注意事项

超高层基础设计地质条件复杂，成本造价高，基础设计时，应注意如下几点：

• 单桩承载力应为桩身强度控制，提高桩身混凝土强度等级，匹配桩土破坏强度；

• 配筋率对桩身强度提高效率不高，尽量通过提高混凝土强度等级来提高桩身强度；

• 结合当地施工工艺水平及经验，合理选取基桩成桩工艺系数；

• 后注浆是灌注桩施工的一种辅助工法，以提高桩的承载力，减小桩基沉降，增强桩基质量稳定性，考虑施工可靠性，建议注浆后单桩承载力提高不宜过大。

• 对于基岩较好时，尤其嵌岩桩，优先选用大直径桩，基岩浅露时，也可考虑超大直径桩或墩；

• 持力层为土质、软岩时，多为摩擦桩为主，且受限于单桩承载力低导致总桩数有限，可选择小直径桩；

• 超高层基础埋深大，地面试桩时，必须合理考虑开挖段桩侧阻力扣除问题，可考虑采用双套管；

• 超高层桩基承载力高，试桩检测时，应注意桩头设计，避免试桩过程中桩头破坏，影响试验结果；

• 试锚桩施工前应进行试成孔，测定不同深度处泥浆的比重、黏度、含砂率等技术指标，以此确定施工工艺；

• 建议考虑上部、地基与基础共同作用，进行群桩基础分析设计；

• 对于岩溶地区，应通过超前钻确定桩端标高，相邻桩端标高不宜差异过大，应考虑岩溶临空面问题；

  
  

二、筏板基础

2.1项目复盘

对国内 300m 级超高层筏板基础复盘如下：

长沙市国际金融中心项目由塔楼T1、T2 及裙房和地库组成。其中塔楼T1 地上结构楼层92 层，建筑总高度452米，结构大屋面高度440.45m；塔楼T2地上结构楼层65层，建筑总高度315米，结构大屋面高度308m；该项目基础形式采用筏板基础。

目前国内已有400+m超高层采用筏板基础案例，当地质条件符合计算要求时，可以采用。

2.2注意事项

超高层基础采用筏板基础时，应注意如下几点：

• 合理确定地基承载力；

• 载荷试验是确定承载力最直接和可靠的方法；

• 超高层地下埋深大，应合理进行地基承载力深度修正，同时应考虑施工顺序对地基承载力修正的影响；

• 天然地基筏板基础的变形往往较难控制，除承载力满足外，应特别重视变形验算；

• 筏板内力计算时，应真实考虑上部整体刚度的影响；

三、底板厚度

超高层建筑底板能有效协调变形沉降差异，增强整体刚度，对国内300m级超高层底板厚度复盘如下：

通过复盘结果可知：

• 180~250m超高层建筑底板厚度约为2.8~3.2m；

• 250~350m超高层建筑底板厚度约为3.0~3.5m；

• 底板厚度与地质条件、荷载情况、平面布置、桩基承载力、桩基布置等条件密切相关；

• 筏板基础变形更大，底板厚度会更偏厚；

对国内500m级超高层苏中中南中心、武汉绿地中心、上海中心、天津117、天津周大福、成都绿地中心等项目底板厚度复盘， 500m级超高层底板厚度约为4.5~5.5m，600m级超高层底板厚度约为5.5~6.5m 。

四、基础埋深

基础埋置深度一般是指基础底面到室外设计地面的距离，简称基础埋深。高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。在抗震设防区，除岩石地基外，天然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（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/18。位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋置深度应满足抗滑要求。

对于200~300m超高层，大部分项目为3层地下室 ，少量项目为2层或4层地下室。

影响基础埋深选择的主要因素可以归纳为五个方面：

• 建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的形式和构造；

• 作用在地基上的荷载大小和性质；

• 工程地质和水文地质条件；

• 相邻建筑物的基础埋深；

• 地基土冻胀和融陷的影响。

五、基础设计管理要点

超高层建筑基础设计难度大，成本造价高，应提前对基础方案进行多方案比选，综合选择适合项目的基础方案。

1） 勘察阶段

• 根据设计要求复核地勘孔布置，孔深满足不同基础方案比选要求；

• 地勘报告需提高准确的地质及水文条件；

• 通过原位试验获取关键工程特性；

• 室内试验获得详细设计参数；

• 对复杂地质条件应进行详细专项勘察；

• 地勘报告需提高承载力及变形计算相关参数；

2） 扩初阶段

• 根据建筑初步资料，对桩径和桩长及承载力进行初步预估；

• 基础选型进行多方案比选；

• 提前安排设计试桩，试桩除验证承载力外，验证施工工艺也是非常重要的；

• 复杂地质条件下，提前与相关专家沟通基础方案；

• 基础刚度的估算以及对塔楼整体性能的影响；

3） 施工图阶段

• 在试桩结果基础上，验证单桩承载力及沉降控制能力；

• 根据试桩结果确定基础选型；

• 根据确定的建筑资料，完善基础设计；

• 考虑上部结构、基础及地基协同作用；

• 对于群桩方案，微调桩长，进行变刚度调平设计；

• 进行筏板抗冲切和抗剪验算，确定筏板厚度，从而确定桩顶标高；

• 桩基提前施工时，应考虑底板上集水坑、电梯坑等对桩顶标高的影响，如无法确定，可适当考虑加长桩顶上部钢筋加密区，以便后期微调；

4） 交付使用阶段

• 沉降监测，如监测结果与预期计算结果相差较大时，应及时通知各方采取措施；

• 必要时对桩基承载力进行监测；

总结

对国内200~300m典型超高层建筑基础设计进行了研究分析，得出如下结论：

1）对于土质、软岩区域，灌注桩以800~1200mm桩径为主，单桩承载力约为7500~11000kN，；

2）对于花岗岩等硬岩区域（中风化、微风化），灌注桩以大直径桩径为主，单桩承载力可达20000kN及以上，与地质条件密切相关；

3）当桩端持力层较好，且桩长较短时，也可采用人工挖孔桩（超大直径）；

4）超高层建筑也可采用天然地基筏板基础，主要看持力层是否满足承载力及变形要求；

5）180~250m超高层建筑底板厚度约为2.8~3.2m；250~350m超高层建筑底板厚度约为3.0~3.5m；底板厚度与地质条件、荷载情况、平面布置、桩基承载力、桩基布置等条件密切相关；

6）大部分项目为3层地下室，少量项目为2层或4层地下室；

参考文献

[1] 周建龙 . 超高层建筑结构设计与实践 [M]. 同济大学出版社 .

[2]MarkSarkisian. 高层建筑设计 - 以结构为建筑 [M]. 中国建筑工业出版社 .

[3] 建筑与市政工程抗震通用规范 .

[4] 超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点 .

[5] 相关项目资料 .