房屋建筑工程地基基础选型的技术经济比较

地基与基础是两个不同的概念。地基是支承基础的土体或岩体，而基础则是将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。受建筑物影响的那一部分地层称为地基；建筑物向地基传递荷载的下部结构称为基础。

建筑物分上部结构、基础和地基三部分，各自功能不同，研究方法各异，所以作为工程师必须对三者有清晰的概念，不能混淆。但它们又是建筑物的有机组成部分，缺一不可，既彼此联系、又相互制约。很难将地基与基础割裂开来去单独研究，所以本文在此采用地基基础选型而不是基础选型或地基选型。

如前文所述，不同的地基基础形式，其造价差别可能在成百上千万的级别，优化空间远比上部结构大。因此岩土结构优化的首要目标和任务就是要做好地基基础的选型。而这一点恰是许多结构优化大师所漠视和忽略的，反倒是建研院地基所在这方面拥有相当多的成功经验，尤其是其灌注桩后注浆工艺及伴随长螺旋钻孔灌注桩工艺而诞生的CFG桩复合地基处理方式，使地基所在与甲方合作当中每一项目都可为甲方节省了成百上千万的工程造价，有关工程案例比比皆是。

岩土工程具有高度的复杂性及不确定性，必须坚持"因地制宜"、"具体情况具体分析"，不能形成思维定式，按经验行事。在确定岩土工程设计方案时，必须坚持多方案技术经济比较，从中选择结构可靠、经济合理、施工方便的岩土设计方案。

在地基基础选型中，大体可按天然地基一换填、强夯等地基处理一复合地基一桩基础顺序优先选择，并综合考虑加大埋深后的地下空间利用及与地基处理、桩基方案的技术经济比较，从中选择适合特定项目的最优方案。但同样不可将此教条化，同样需遵循"因地制宜"及"具体情况具体分析"的原则。比如在沿海一带，就存在预应力管桩方案比地基处理甚至天然地基还经济的案例。

针对较复杂的地形，可在详勘及上部荷载计算出来后进行基础形式论证。基础论证要综合考虑地基处理及基础承台或筏板的总费用。如：一般来说，强夯地基较便宜，但由于承载力低，基础体积较大；预制桩稍贵，承载力稍高，基础承台体积减小；挖孔桩最贵，承载力却数倍于预制桩，基础承台体积有时能显著小于前两者。因此，需要根据地基承载力及上部荷载情况进行具体计算，才能得出最优化的方案。

鉴于岩土工程的复杂性、不确定性及地域的差异性，很难为各类建筑制定一套通用的基基础方案，这就为岩土工程设计的标准化带来很大障碍。但同一地域的工程地质条件往往具有一定的类似性，这或许能为标准化工作提供一些思考，并为类似工程提供借鉴但需注意的是，同一地域的工程地质条件虽然具有广义上的共性，但个体区域间的差异性还是普遍存在，在某些情况下甚至差异很大。因此关于岩土工程标准化的任何结论都只是经验之谈，只能作为有限的参考而不能忽视个体差异来照抄照办。处理岩土工程问题的基本原则只能是"因地制宜"、"具体情况具体分析"。但通过笔者多年来的理论与实践经验，还是可以总结出一些规律性的东西供大家探讨以下将结合北京地区有代表性的工程地质与水文地质条件对各类建筑（主要是不同层数或高度）的地基基础方案进行总结和梳理，以期做到心中有数。

北京地区的地下水位较低，各地层承载力相对较高，属中、低压缩性土，且地基承载力基本呈随深度增长的态势，基本无软弱下卧层，因此地质条件对建筑工程比较有利。因整体建筑结构方案对地基基础方案影响很大，故本文只针对不与裙房或地下车库相连的单本建筑作为研究对象。对于与裙房或地下车库连为整体的大底盘建筑的地基基础方案，因情况复杂多变，无规律可循，故不在本章节的研究范围之内。

一、三层及以下的别墅类建筑

三层及以下的别墅类建筑，属于低层住宅的范畴。从适用高度及造价考虑，本应是砌本结构的适用范围，但因别墅类产品往往追求新、奇、特，体型、立面及平面布局灵活多变，砌体结构有时难以适应，故往往采用钢筋混凝土结构。当然，也不乏有较为规则的砌体结构别墅类建筑。

对于1~3层的低层住宅，基底总压力较小，对持力层土质的要求一般不高。除基础理深范围内为淤泥、淤泥质土或回填土等软弱土层外，大多数别墅类建筑均可采用天然地基。是否设地下室对基础形式影响较大，现分别讨论。

1）不设地下室时

一般来说采用墙下条基/柱下独基均可满足天然地基承载力要求，无非是基础宽度与埋深大小的问题。当地基承载力高时可减小基础宽度或埋深，而当地基承载力低时则需增加基础宽度或埋深。总之均可通过调整基础埋置深度及基础宽度而采用天然地基。当然，也可通过增加基础埋深来减小基础宽度，反之亦然。当持力层土质较好时，基础宜尽量浅埋。

2）设地下室

当建筑设计要求设地下室时，基础形式一般有两类，即整体式筏基方案及独立柱基条基加防水板方案。

当采用整体式筏基方案时，理论上任何土质均可满足承载力要求，但当持力层土层为淤泥、淤泥质土或回填土等软弱土层时，除需满足承载力要求外，尚需考虑地基变形与差异变形的影响；当采用独立柱基/条基加防水板方案时，若持力层承载力较高（不小于130kPa），采用基础与防水板顶部平齐的方法可基本满足天然地基承载力的要求；但若持力层承载力不高（不大于 110kPa）时，可能需采取特殊措施（如增加基础高度或将基础下沉与防水板分开设置）才可满足天然地基承载力要求。

二、4~6层的多层建筑

4~6层的多层建筑，因基本在砌体结构的适用高度范围之内，且砌体结构较钢筋混凝土结构有明显的成本优势，故4~6层的多层建筑的上部结构多以砌体结构为主。但对于高档多层花园洋房，出于产品创新等营销方面的考虑，体型、立面、平面布局往往较为复杂，砌体结构有时难以应付，故而采用钢筋混凝土结构因多层住宅的总基底压力不大，故应优先考虑天然地基为砂质土层且承力较高（不小于150kPa）时，可不设地下室，直接在天然地基上做柱下独基/墙下条基即可满足承载力要求，且砂质土层颗粒越粗所需基础埋深或基础宽度越小，但最小基础埋深应大于嵌固深度及冻结深度。

当天然地基承载力不满足要求时，也不必急于考虑地基处理或桩基方案，此时应综合考虑增加基础埋深与地下空间应用的综合经济效益。如果地下空间有开发利用价值，且增加基础埋深或设地下室后能避免地基处理或桩基，不妨采取增设地下室或增加地下室层数的方案。

从结构工程角度，增加基础埋深对地基承载力的贡献有二：其一，可能使基础落在更好的持力土层上；其二，可增大天然地基承载力的深度修正值。对变形控制而言，增加基础埋深可降低基底附加压力（准永久组合下的基底总压力减去原状土的自重应力），从而减小地基变形。

但建筑场地狭窄或周边建筑物、市政管线距离较近时则要慎重采用，因为支护结构的费用及风险可能会因此大幅增加。

三、7~9层的小高层建筑

在此高度范围内的小高层建筑，如果持力层土层为承载力特征值在180kPa以上的中砂、粗砂、砾砂或碎石土，则仍可不做地下室，直接在天然地基上做独立柱基/条基即可满足承载力的要求。

当不满足上述条件时，如果持力层为非软弱土层且承载力特征值在100kPa以上，通过设单层地下室并采用整体式筏基方也可满足天然地基承载力要求。或不设地下室而采用柱下独基/墙下条基下局部地基处理的方案。二者需要结合项目实际情况及地下空间的有效利用进行综合的技术经济比较来确定适合特定项目的最优方案。

如果持力层土质较差（如淤泥、淤泥质土、人工填土、e或I1.大于等于0.85的黏性土），通过设单层地下室也无法满足天然地基承载力要求时，可考虑两种解决方案：其是单层地下室下采用人工地基，其二是设双层地下室将基础置于更好的土层上。需结合项目实际情况及地下空间的有效利用对上述两方案进行综合的技术经济对比，从中选择最优方案。

四、10~11层的高层建筑

住宅层数达到10层后，根据有关建筑及结构规范均已列人高层建筑范畴，需执行更严格的标准如《高层民用建筑设计防火规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》，其他仍然适用的标准也在很多方面针对高层建筑提出更高的要求。如抗震等级、耐火等级、防火间距、安全出口、消防供电、公共区应急照明、消防车道，甚至建筑功能布局及建筑构造等方面都较10层以下住宅建筑有较高或较新的要求有关地基基础方案与7~9层住宅建筑类似，但采用天然地基时对有关持力层的承载力要求会稍高一些。即持力层土层为承载力特征值在200kPa以上的中砂、粗砂、砾砂或碎石土，可不做地下室，直接在天然地基上做独立柱基/条基；承载力特征值在120kPa以上的其他非软弱土层，通过设单层地下室并采用整体式筏基方可满足天然地基承载力要求。

五、12~18层的高层建筑

对于12~18层的高层建筑，不设地下室而采用天然地基的方案几乎不可能。而建筑物达到这个高度后，规范规定的最小嵌固深度也差不多3.0m左右，因此做单层地下室可能会是综合技术经济效果较高的选择。在此前提下，如果持力层土质为砂质土层且承载力特征值不小于100kPa，则天然地基上的整体式筏基方案可满足承载力要求，不必考虑地基处理，但有软弱下卧层或地基主要受力范围内存在中高压缩性土时，需验算地基变形是否满足要求。如果持力层土质为黏性土，即便承载力较高，单层地下室方案也很难满足天然地基承载力要求，需要考虑地基处理或地下室加层的方案。最终选取何种方案，应该通过综合的技术经济比较后决定。

六、19~34层的高层建筑

对于19~34层的高层建筑，规范规定的最小嵌固深度约为3.6~6.5m左右，设地下室是必然的，甚至可能需要设置双层地下室。

在这个高度范围内，除非持力层土质为中砂以上粒径的粗颗粒土层，且承载力特征值在200kPa以上，或持力层土质为粉砂以上粒径的砂质土层、承载力特征值在170kPa以上且采用双层地下室外（这两种情况仍可采用整体式筏基下的天然地基），其他情况均无法满足天然地基承载力的要求，而需采用地基处理或桩基方案。但采用天然地基时需验算地基变形是否满足要求。

当天然地基无法满足承载力要求时，应优先考虑地基处理，地基处理的方式较多，北京地区最常用为CFG桩复合地基。当基底持力层土质较差或长螺旋钻成孔比较困难时，可考虑桩基。

七、35层、100m以上的超高层建筑

对于超高层建筑，天然地基与地基处理一般都难以满足承载力与变形要求，故北京的超高层建筑基本都采用桩基。超高层建筑因对承载力与变形要求更高，采用后注浆技术可在桩长不变的情况下大幅提高单桩承载力，从而可起到减少桩数、加大减小群桩效应等综合效应，且对变形控制非常有利。因此北京的高层、超高层建筑当采用桩基方案时大都采用后注浆技术，就北京的地质情况而言，后注浆技术可将单桩承载力提高50%~100%，由此增加的费用不到10%，技术经济效果比较显著。故北京的超高层建筑桩基大都采用后注浆技术。

以上是针对北京地区比较有代表性的岩土地质情况所做的概括分析。对于岩土地质情况较差的地区，思考方法又有所不同。

天津属于比较典型的沿海地区软弱地基，地下水位相对较高。因此，天津地区的地基基础型式以天然地基、减沉复合疏桩基础及桩基为主。由于土质较差，尤其是浅层土的地基承载力不高，持力层土层桩间土的承载力对复合地基的总承载力贡献有限，故在北京广泛应用的CFG桩复合地基在天津地区则较为少见（但也并不绝对，位于天津空港物流加工区的宝硕门窗发展有限公司的厂房地基即采用CFG桩复合地基，虽然复合地基检测时承载力与变形都满足要求，但其长期沉降是否满足要求则有待于观察）。

一般单层、低层、多层建筑，当建筑结构对整体沉降要求不严、对差异沉降不敏感时，且基础埋置深度附近有较理想的持力土层且无软弱下卧层时，可考虑采用天然地基。

当承载力基本能满足要求、或虽不满足要求但相差不多，但地基变形不满足要求时，可采用减沉复合疏桩基础。此时疏桩的作用以控制建筑物变形为主，以提高承载力为辅。天津华明工业园有一车间即采用减沉复合疏桩基础，试桩检测及建筑沉降观测结果都满足要求。

当天然地基及减沉复合疏桩基础都无法满足地基承载力或变形要求时基本是采用桩基，这也是天津地区应用最广的基础型式。桩基又有多种桩型及成桩工艺可供选择，应结合适宜性、经济性及外界限制条件综合确定，具体可见下一节有关内容综上所述，高层建筑若场地适合优先考虑天然地基，其次考虑地基处理，当地基处理仍然无法满足承载力与沉降要求时，可考虑桩基础。采用桩基础时，桩基选型至关重要。应根据规范规定、建构筑物结构特点、地质情况、工期要求、成本分析及现场条件等，用科学的方法来选择桩型、设备和成桩工艺，用最佳的设备、工艺，在保证质量、工期、安全的情况下产出最佳的效益。

当采用桩基方案时，应优先选用承台梁加防水板型式，尽量采用墙下布桩。当墙下布桩方式无法实现时，可考虑桩筏基础。梁板式筏基的筏板厚度以满足抗冲切要求进行控制，平板式筏基的筏板厚度应结合结构抗弯配筋量大小及抗冲切要求综合确定，当荷载较大时应增设柱墩以解决抗冲切的问题，不应单纯采取加厚筏板的方式去解决冲切问题；当地下水位埋藏较深，防水板为构造设置时，防水板厚度可取250mm；高层建筑最底层地下室的后砌隔墙基础应明确从筏板上砌筑。

高层建筑采用筏板基础时，尽量采用平板式筏基，不设地梁，采用筏板有限元法进行计算。

当采用独立柱基加防水板体系时，防水板应与基础顶平当主楼基础埋深较深，且周边有贴建裙房时，裙房基础应落在原状土层上，并应与主楼基础同期施工。避免二次开挖、二次回填。特殊情况当经过成本测算有更为经济的解决方案时，择优选用。