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编者按丨 本文立足规范，从问题提出、规范溯源、解决措施三方面出发，对高层建筑基础埋深的问题进行了探讨。这些问题的探讨，也诠释了华阳国际结构专业团队对创新结构与建筑品质的不懈努力和追求。 01. 问题提出 — “当基础埋深不足时，如何保障基础的安全？” 情况一：随着国内城市化进程的不断深入，城市用地日趋紧张，而轨道交通车辆段占用了大量的土地资源。在保持车辆段正常功能的前提下，在其上盖开发住宅等民用建筑，对提高土地利用率有重大意义。TOD 是“以公共交通为导向”的开发模式，而车辆段上盖开发是其中一种开发形式，一般无地下室，基础埋深仅为2米~3米左右。
情况二：某住宅塔楼高度约100m，地下室3 层。建筑位于山坡上，地下室一面与山体的挡墙脱开，其余三面敞开，地下室没有任何埋深，且裙房地下室边柱的基础面在地下室底板以下形成了吊脚。地下室底板面至塔楼屋面约116m，底板底土层为强风化花岗岩，底板下至中风化岩面约10m。建筑典型剖面见下图。 
与常规项目不同，在以上两种情况下，塔楼的基础埋深不满足规范要求，如何保证基础安全成为了设计的关键。 02.
规范溯源 — “同样高度的两栋高层建筑，当其建筑宽度相差较大时，或者同样的建筑分别置于水平荷载相差较大的两个地方时，却规定这些建筑要具有同样的基础埋深，显然是不严谨的，也是不合理的。” 2010 版高规在大量科学研究和工程实践总结的基础上，对高层建筑基础埋深做出了相应规定，是出于下列四个方面的考虑： - 提高基础的稳定性，防止基础在水平荷载作用下发生滑移和倾斜。
对于寒冷地区的建筑基础埋深，考虑冻土深度的影响。 增大地下室外墙的土压力，限制基础的倾斜。 增大结构阻尼比，以减小输入加速度，减轻震害。
高层建筑基础埋深满足一定的要求，对于建筑的安全性肯定是有利的。因此，国家和各地方标准均规定：高层建筑宜设地下室，不设地下室时需满足基本的埋深要求。确定高层建筑的基础埋深时，主要考虑如下因素：大多数情况下，高层建筑的基础埋深可以满足2010 版高规的要求，关于基础埋深的问题并不突出或不敏感。但是，偶尔也会遇到因建筑使用功能或地形条件限制，高层建筑没有设地下室或地下室层数不多的情况，导致基础埋深无法满足或很难满足2010版高规要求。虽然2010版高规用词是“可”而非“应'，但一些工程技术人员及一些审图人员对高层建筑基础埋深的作用认识不足，将2010版高规建议视作硬性规定，不论具体情况，盲目要求基础埋深满足2010版高规规定，增加了经济造价和施工难度。2002版高规、2010版高规及地基基础规范对于基础埋深规定从91 版高规规定的建筑高度的1/12、1/15，分别修改为1/15、1/18，主要是根据工程实践经验确定的。地基基础规范第5.1.4条条文说明指出，北京市勘察设计研究院等在分析两栋分别为15层和25层的建筑时，考虑地震作用和地基的种种不利因素，用圆弧滑动面法进行分析，其结论是: 从地基稳定的角度考虑，当25层建筑物的基础埋深为1.8m( 相当于建筑高度的1/37.5) 时，其稳定安全系数为1.44；当基础埋深为3.8m( 相当于建筑高度的1/17.8) 时，则稳定安全系数达到1.64。当基础埋深为1.8m时，则基础稳定安全系数为1.44，其虽然比1.64要小，但应该也已满足安全性要求。为何得出结论需要满足1/17.8，而不是1/37.5? 在该案例中，基础埋深增加了2.11倍时，安全系数仅增加1.14 倍，可见增加基础埋深其性价比并不高。2010版高规、地基基础规范中关于高层建筑基础埋深的规定，仅与建筑的高度相关，而与建筑的体型、高宽比、地基土质、风荷载大小、抗震设防烈度等无关。同样高度的两栋高层建筑，当其建筑宽度相差较大时，或者同样的建筑分别置于水平荷载相差较大的两个地方时，却规定这些建筑要具有同样的基础埋深，显然是不严谨的，也是不合理的。“当高层建筑基础埋置深度不满足规范要求时，应验算抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性，并采取可靠的抗倾覆和抗滑移措施。”鉴于规范关于基础埋深规定的出发点是保障基础稳定性，因此高层建筑的基础埋置深度不宜作硬性规定，宜根据各种实际情况来具体考虑。当高层建筑基础埋置深度不满足规范要求时，验算抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性，并采取可靠的抗倾覆和抗滑移措施来保障基础的稳定性即可。对于情景二的项目，除了考虑常规的设计要点以外，主要还需进行抗倾覆稳定性验算及抗滑移稳定性验算。抗倾覆稳定性验算的前提是基础底面以下为稳定的土体，土体不会发生滑动或失稳( 由岩土公司进行设计) ，倾覆力矩可以以基础底面为基准面计算，但偏于安全考虑，以承台下10m 标高处( 桩端)为基准面计算倾覆力矩。风荷载作用及罕遇地震作用下抗倾覆稳定性在不计锚杆的有利作用时也很容易满足相关要求。抗滑移稳定性按下式进行验算:式中:Vex为弹塑性分析时大震作用下建筑基底地震剪力标准值；V总土为土压力总值，指大震时潜在滑移体范围内土体作用于桩侧的水平推力( 如果地下室外墙与土体接触，还应包括土体作用于外墙的推力) ，其取值由岩土公司提供；R锚杆为永久锚杆承载力特征值水平分量总和；R桩为潜在滑动体以外范围的各桩水平承载力特征值之和。滑动体以外桩是指在平面投影中处于大震时滑移体以外部分的桩。而滑移体以内的桩由于土体可能滑动，这部分的桩的水平承载力不计入桩基总水平承载力中。 该工程采用钢筋锚杆。为避免竖向力对锚杆的不利影响，在底板或承台上先预留孔洞，待主体结构封顶后，对钢筋锚杆施加15MPa 预拉力，并对底板或承台上的预留孔洞进行封闭处理。这个工程案例表明，即使高层建筑基础埋深为零，或位于坡地形成吊脚楼，但在桩基承载力和土体稳定性满足要求的前提下，结构的抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性验算满足要求时，结构可满足安全性要求。
1.文章改编自王国安在《建筑结构》2022年第1期发表的《高层建筑基础埋置深度研究》，更多内容详论文；
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