按照變形控制原則進行地基基礎設計，需要進行地基與結構（地基-樁-筏板基礎-地下結構）共同作用變形計算分析，依據計算分析進行以減小差異沉降和承臺內力為目標的變剛度調平設計，結合具體條件合理采用的設計措施，包括對于主裙樓連體建筑，當高層主體采用樁基時，裙房（含純地下室）的地基或樁基剛度宜相對弱化；對于框架－核心筒結構高層建筑樁基，應強化核心筒區域樁基剛度（如適當增加樁長、樁徑、樁數、采用后注漿等措施），相對弱化核心筒外圍樁基剛度（采用復合樁基，視地層條件減小樁長）。 對于框架－核心筒結構高層建筑天然地基承載力滿足要求的情況下，宜于核心筒區域局部設置增強剛度、減小沉降的摩擦型樁；對按變剛度調平設計的樁基，需要進行上部結構—基礎—樁—土共同工作分析。

    基于差異變形控制的樁筏基礎設計，考慮樁、土、筏板基礎、上部結構相互作用對于承載力和變形的影響，既滿足荷載與抗力的整體平衡，又兼顧荷載與抗力的局部平衡，以優化樁型選擇和布樁為重點，力求減小差異變形，降低承臺內力和上部結構次內力，實現節約資源、增強可靠性和耐久性。

    上海中心大廈實例：文[14]（姜文輝，巢斯. 上海中心大廈樁基礎變剛度調平設計[J]. 建筑結構，2012年6月，第42卷第6期：第132～134頁）給出其樁位布置如圖16所示。上海中心大廈為巨柱-核心筒-伸臂桁架結構，考慮底板抗沖切的需要，在地下室范圍巨柱邊增加了壁柱，巨柱與核心筒之間通過翼墻連為整體。樁的布置按照變剛度調平的概念設計，核心筒及周邊6m范圍為核心區，有效樁長56m，梅花形布置，巨柱區域內有效樁長52m，梅花形布置，其余區域有效樁長 52m，正方形布置。這三者構成的樁承載密度大致為 1. 24∶1. 15∶1（詳見文[14]）。上海中心大廈的變調平設計模式可概括為：變樁距+變樁長（如圖17所示）。

 

圖16 上海中心大廈樁位平面圖

 

圖17 上海中心大廈基樁長度示意

    上海中心大廈采用了大直徑超長灌注樁，有別于金茂大廈（420 m）、上海環球金融中心（492 m）所采用的鋼管樁，持力層選擇層⑨2粉砂，因其土性較佳、承載力高、土質相對較均、持力層厚度有保證，但是鉆孔灌注樁鉆孔過程需要穿越相對厚的粉土和砂層，施工的成孔能力和鉆孔樁的質量是有必要進行多方面試驗的，因此通過現場試樁驗證成樁可行性及承載力取值，試樁載荷試驗加載至極限，采用分布式光纖量測樁身應變，同時為研究上海軟土地區大直徑超長灌注樁承載特性及荷載傳遞機理提供了有價值的數據，為上海軟土地區600 m超高層建筑首次采用灌注樁提供指導和技術支持。

 

上海中心變基樁剛度調平設計概要

 

    北京中國尊大廈實例：樁筏基礎設計過程中，應用土與結構相互作用原理，將主塔樓與其相鄰裙房作為一個整體進行研究與分析，遵循差異沉降控制與協調的設計準則合理選擇樁端持力層并優化設計樁長、樁徑和樁間距，樁筏協同作用三維數值分析與樁筏基礎設計緊密結合，應用 PLAXIS 和 ZSOIL 數值分析軟件進行了地基土-樁-筏板-地下結構協同作用的精細計算分析，詳見文[16]（孫宏偉，常為華，宮貞超，王媛. 中國尊大廈樁筏協同作用計算與設計分析[J] . 建筑結構，2014(20)：第109～114頁）和《巖土工程進展與實踐案例選編》案例文獻：北京Z15地塊超高層建筑樁筏的數值計算與分析。

 

圖18  北京中國尊大廈樁筏協力基礎示意

 

圖19  北京中國尊大廈樁筏協力基礎平面

    北京中國尊大廈樁與筏板基礎聯合變調平設計的構想與技術思路如圖20所示。主塔樓為樁筏基礎，其兩側的純地下室部分采用天然地基。工程樁主要包括三種類型：主塔樓的核心筒和巨型柱區域為P1型（樁徑1200mm、樁長44.6m），主塔樓其他區域為P2型（樁徑1000mm、樁長40.1m），塔樓與純地下室間過渡樁為P3型（樁徑1000mm、樁長26.1m，為邊緣過渡樁），樁基礎平面布置如圖19所示。所有工程樁均采用樁側樁端組合后注漿工藝。由于建設場地第四系厚度達184m，且地層軟硬交互，因此通過試驗樁載荷試驗研究超長鉆孔灌注樁的荷載傳遞規律、荷載-沉降的工程性狀、側阻力變化特征。

    需要注意的是，當通過加大樁長，選擇更為密實的深部土層作為樁端持力層時，可以有效減小樁基沉降，但與此同時會增加施工質量的控制難度，應當及時調整施工工藝參數，必要時應及早進行試驗性施工。

 

北京中國尊變基礎剛度調控差異沉降設計概要