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基础设计工作是高层建筑设计工作的重要组成部分，其设计质量的高低对整个工程的安全、造价与工期均产生重要影响。一般高层建筑基础造价约占总造价的1/3，工期约为2～3个月甚至更长。如何既满足安全要求，又最大限度地节约成本，优质、经济地完成高层建筑基础设计，一直是设计单位值得认真思考的问题，也是房地产企业积极探索的一个课题。笔者通过对相关设计规范进行对比分析和实例计算，提出了关于高层建筑基础设计的相关建议。
一、规范对比分析
《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》第5.2.11条明确，嵌岩桩单桩竖向极限承载力标准值，由桩周土总侧阻力，嵌岩段总侧阻力和总端阻力三部分组成，可按下式计算：
Quk=Qsk+Qrk+Qpk
Qsk=u∑1-nζsiqsikli
Qrk=uζsfrchr
Qpk=ζpfrcAp
式中Qsk、Qrk、Qpk——分别为土的总极限侧阻力，嵌岩段总极限侧阻力，总极限端阻力标准值；
ζsi——覆盖层第i层土的侧阻力发挥系数；当桩的长径比不大（l/d<30），桩端置于新鲜或微风化硬质岩中且桩底无沉渣时，对于粘性土、粉土，取ζsi=0.8，对于砂类土及碎石类土，取ζsi=0.7；对于其他情况，ζsi=1；
qsik——桩周第i层土的极限侧阻力标准值，根据成桩工艺按表5.2.8-1取值；
frc——岩石饱和单轴抗压强度标准值，对于粘土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值；
hr——桩身嵌岩（中等风化、微风化、新鲜基岩）深度，超过5d时，取hr=5d，当岩层表面倾斜时，以坡下方的嵌岩深度为准；
ζs、ζp——嵌岩段侧阻力和端阻力修正系数，与嵌岩深度比hr/d有关，按表5.2.11采用。
《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》第5.2.2.1条明确：桩数不超过3根的桩基，基桩的竖向承载力设计值为：
R=Qsk/γs +Qpk/γp
式中Qsk、Qpk——分别为单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值；
γs、γp——分別为桩侧阻抗力分项系数，桩端阻抗力分项系数；对大直径灌注桩（清底干净），γs =γp=1.65。
《建筑地基基础设计规范（重庆市工程建设标准DBJ50-047-2006）》第8.3.5条明确：单桩承载力计算应符合下列要求：
1.轴心竖向力作用下：γ0Nk≤Ra
式中 γ0——结构重要性系数；
Ra——单桩竖向承载力特征值；
第8.3.7条明确：单桩竖向承载力特征值按下式计算：
Ra=Rsa+Rpa
式中 Ra——单桩竖向承载力特征值；
Rsa——桩侧土总摩阻力特征值，按第8.3.9条取值；
Rpa——桩端承载力特征值，按第8.3.10条取值。
第8.3.8条明确：置于基岩的人工挖孔桩及穿越土层厚度小于10m的机械成孔端承桩、嵌岩桩均不考虑桩侧正摩阻力。
第8.3.10条明确：桩端承载力特征值按下述原则计算：
嵌岩深度不小于1倍桩径的嵌岩桩，嵌岩部分的承载力特征值按下式计算：Rpa=β?aAp；
式中 ?a——桩端地基承载力特征值；
β——考虑嵌固力影响后的承载力综合系数，圆桩见表8.3.10-1
n=hr/d 1 2 3 4 ≥5
β 1.105 1.21 1.315 1.42 1.525
注：1.若n不为整数时，β值可按线性插值法计算；
2.人工挖孔嵌岩桩，表中系数可提高20%。
《建筑地基基础设计规范（重庆市工程建设标准DBJ50-047-2006）》第4.2.3 条明确：地基承载力特征值应根据地基极限承载力标准值按下式确定：
?ak=γf ?uk
式中 ?ak——地基承载力特征值（kpa）；
?uk——地基极限承载力标准值（kpa），由工程地质勘察报告提供；
γf——地基极限承载力分项系数，对土质地基取0.5，对岩质地基取0.33。
《工程地质勘察规范》（重庆市工程建设标准DBJ50-043-2005）第9.3.2条明确：当岩体完整、较完整、较破碎时，岩质地基极限承载力标准值可由岩石抗压强度标准值乘以地基条件系数确定，完整时地基条件系数取1.60～1.20（坚硬岩与较硬岩取较小值），较完整时取1.20～0.85，较破碎时取0.85～0.55。
对比上述规范条文，我们不难发现：
《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》计算公式中承载力仅与天然湿度下的单轴抗压强度、嵌岩深度和桩尺寸有关，而与岩体状态无关，即只要桩尺寸、嵌岩深度及天然湿度下的岩石单轴抗压强度相同，无论岩体是完整、较完整或较破碎其承载力均相同，这样计算不够严谨，且也与实际情况不符。又从《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》表5.2.11可以看出，嵌岩桩嵌入5倍桩径的承载力比嵌入4倍桩径的承载力还低，显然也不合理。
另据黄求顺教授经过多次试验表明，当嵌岩深度为零时，采用《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》进行地基基础设计时，按桩计算和按天然地基上的基础计算，其承载力相差较大。
而《建筑地基基础设计规范（重庆市工程建设标准DBJ50-047-2006）》通过引入地基条件系数和地基承载力特征值概念避免了上述问题，使地基基础设计更趋规范合理。
二、计算对比分析 在同一场地，在忽略桩侧土层的侧阻力情况下，假设基础选用人工挖孔桩，嵌岩深度为2倍桩径，桩基持力层基岩完整。现分别采用国标与地标进行计算对比如下：
1.采用《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》公式计算，嵌岩段总极限侧阻力、总极限端阻力标准值为：
Qrk=uζsfrchr=1/2π×d×0.07×frc×2d=0.07frc×πd2
Qpk=ζpfrcAp=0.3×frc×1/4×π×d2=0.075 frc×πd2
根据《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》5.2.2.1条，桩数不超过3根的桩基，基桩的竖向承载力设计值为：
R=Qsk/γs+Qpk/γp=（0.07 frc×πd2+0.075 frc×πd2）/1.65=0.145frc×πd2
2.采用《建筑地基基础设计规范（重庆市工程建设标准DBJ50-047-2006）》公式计算得：
地基条件系数取1.4，嵌岩部分的承載力特征值为：
Rpa=β?aAp=1.45×0.33×1.4×?rk×1/4×π×d2=0.17 ?rk×πd2；
根据8.3.5条轴心竖向力作用下单桩承载力设计值为：Nk≤Ra/γ0= Ra/1.0= Ra=0.17πd2〉R=0.145frc×πd2
由上述计算分析可知：按《建筑地基基础设计规范》（重庆市工程建设标准DBJ50-047-2006）进行高层建筑基础设计时地基极限承载力发挥的潜力更大些，从而使基础设计计算更经济。
三、工程实例
某住宅楼，三十二层，框架结构，总建筑面积3.2万平方米，荷载25000KN/柱。
场地范围内主要岩土层有全新统人工填土（Q4ml）、残坡积层（Q4el+dl）粉质粘土，中侏罗统沙溪庙组（J2s）的砂岩（Ss）及泥岩（Ms）组成。
覆盖层厚度（m） 等效剪切波速（m/s） 场地类别 设计特征周期 地段划分
4.0～7.2 109.80 Ⅱ 0.35 一般地段
泥岩（Ms）是场地的主要岩性之一，且岩芯取样完整，可作为挖孔桩基础持力层。其相关技术指标如下表所示：指标数值
岩性 自然重度
?ekN/m3 天然抗压强度标准值
frk（MPa） 饱和抗压强度标准值
frk（MPa） 岩土体凝聚力
C（kPa） 岩土体内
摩擦角Φ 弹性模量
（MPa） 变形模量
（MPa） 泊松比 基底摩擦
系数μ
中风化泥岩 25.2 10.84 7.00 180 30 2433 2089 0.34 0.4
场地整体稳定性良好，无断层、危岩、崩塌、滑坡、地下洞室等不良地质作用，适宜兴建拟定建筑。
经采用JCCAD软件计算，计算结果详《某高层住宅挖孔桩基础平面布置图》及《某高层住宅挖孔桩基础地标设计与国标设计比较明细表》。
由计算结果分析可知，本工程采用地标设计比采用国标设计挖孔桩的嵌岩深度及桩身箍筋、纵筋均有减小。经估算，采用地标设计比国标设计节约基础工程直接费用近30万元。
实例证明：采用《建筑地基基础设计规范》（重庆市工程建设标准DBJ50-047
-2006）进行高层建筑基础工程设计，在确保建筑工程安全的情况下，嵌岩桩的承载力得到了大幅度提高，建筑工程基础造价得到很好的控制。既经济又合理。
四、结束语
要做好高层建筑基础工程设计工作，需要从以下方面入手：
1.重视工程地质勘查与评估工作
决定高层建筑基础工程（甚至整个工程）安全性、经济性和工期的核心环节是基础选型与地基设计及其先行环节工程地质勘查与评估。基础结构的详细设计固然重要，但基础的形式、基本尺度己在前一个环节中确定。故应充分重视工程地质勘查与评估工作，为基础设计提供详细、准确的场地地质资料。可要求地勘单位根据项目建设场地大小和具体平面布置，进行分区域或者分栋提交地基承载力标准值。
2.采用地方标准进行基础设计
我国地域辽阔，地质条件复杂多样，基岩上覆土层呈现区域性，国标为了适应各个区域的不同地质条件的需要，在编制时难免有些笼统与保守，因而缺乏针对性。故在进行高层建筑基础设计时，宜结合项目场地工程地质条件的区域性和基础选型的地区经验，优先选用地方标准。
附图：《某高层住宅挖孔桩基础平面布置图》
附表：《某高层住宅挖孔桩基础地标设计与国标设计比较明细表》
参考文献：
[1]《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》
[2]《建筑地基基础设计规范》（重庆市工程建设标准DBJ50-047-2006）
[3]《建筑地基基础设计规范GB50007—2002》
[4]《工程地质勘察规范》（重庆市工程建设标准DBJ50-043-2005）
[5]《地基及基础》（华南理工、东南大学、浙江大学、湖南大学编，中国建筑工业出版社）
[6]《高层商业住宅楼设计与施工方法研究》（张烈明著，2004年湖南大学工程硕士学位论文）
基础设计工作是高层建筑设计工作的重要组成部分，其设计质量的高低对整个工程的安全、造价与工期均产生重要影响。一般高层建筑基础造价约占总造价的1/3，工期约为2～3个月甚至更长。如何既满足安全要求，又最大限度地节约成本，优质、经济地完成高层建筑基础设计，一直是设计单位值得认真思考的问题，也是房地产企业积极探索的一个课题。笔者通过对相关设计规范进行对比分析和实例计算，提出了关于高层建筑基础设计的相关建议。
一、规范对比分析
《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》第5.2.11条明确，嵌岩桩单桩竖向极限承载力标准值，由桩周土总侧阻力，嵌岩段总侧阻力和总端阻力三部分组成，可按下式计算：
Quk=Qsk+Qrk+Qpk
Qsk=u∑1-nζsiqsikli
Qrk=uζsfrchr
Qpk=ζpfrcAp
式中Qsk、Qrk、Qpk——分别为土的总极限侧阻力，嵌岩段总极限侧阻力，总极限端阻力标准值；
ζsi——覆盖层第i层土的侧阻力发挥系数；当桩的长径比不大（l/d<30），桩端置于新鲜或微风化硬质岩中且桩底无沉渣时，对于粘性土、粉土，取ζsi=0.8，对于砂类土及碎石类土，取ζsi=0.7；对于其他情况，ζsi=1；
qsik——桩周第i层土的极限侧阻力标准值，根据成桩工艺按表5.2.8-1取值；
frc——岩石饱和单轴抗压强度标准值，对于粘土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值；
hr——桩身嵌岩（中等风化、微风化、新鲜基岩）深度，超过5d时，取hr=5d，当岩层表面倾斜时，以坡下方的嵌岩深度为准；
ζs、ζp——嵌岩段侧阻力和端阻力修正系数，与嵌岩深度比hr/d有关，按表5.2.11采用。
《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》第5.2.2.1条明确：桩数不超过3根的桩基，基桩的竖向承载力设计值为：
R=Qsk/γs +Qpk/γp
式中Qsk、Qpk——分别为单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值；
γs、γp——分別为桩侧阻抗力分项系数，桩端阻抗力分项系数；对大直径灌注桩（清底干净），γs =γp=1.65。
《建筑地基基础设计规范（重庆市工程建设标准DBJ50-047-2006）》第8.3.5条明确：单桩承载力计算应符合下列要求：
1.轴心竖向力作用下：γ0Nk≤Ra
式中 γ0——结构重要性系数；
Ra——单桩竖向承载力特征值；
第8.3.7条明确：单桩竖向承载力特征值按下式计算：
Ra=Rsa+Rpa
式中 Ra——单桩竖向承载力特征值；
Rsa——桩侧土总摩阻力特征值，按第8.3.9条取值；
Rpa——桩端承载力特征值，按第8.3.10条取值。
第8.3.8条明确：置于基岩的人工挖孔桩及穿越土层厚度小于10m的机械成孔端承桩、嵌岩桩均不考虑桩侧正摩阻力。
第8.3.10条明确：桩端承载力特征值按下述原则计算：
嵌岩深度不小于1倍桩径的嵌岩桩，嵌岩部分的承载力特征值按下式计算：Rpa=β?aAp；
式中 ?a——桩端地基承载力特征值；
β——考虑嵌固力影响后的承载力综合系数，圆桩见表8.3.10-1
n=hr/d 1 2 3 4 ≥5
β 1.105 1.21 1.315 1.42 1.525
注：1.若n不为整数时，β值可按线性插值法计算；
2.人工挖孔嵌岩桩，表中系数可提高20%。
《建筑地基基础设计规范（重庆市工程建设标准DBJ50-047-2006）》第4.2.3 条明确：地基承载力特征值应根据地基极限承载力标准值按下式确定：
?ak=γf ?uk
式中 ?ak——地基承载力特征值（kpa）；
?uk——地基极限承载力标准值（kpa），由工程地质勘察报告提供；
γf——地基极限承载力分项系数，对土质地基取0.5，对岩质地基取0.33。
《工程地质勘察规范》（重庆市工程建设标准DBJ50-043-2005）第9.3.2条明确：当岩体完整、较完整、较破碎时，岩质地基极限承载力标准值可由岩石抗压强度标准值乘以地基条件系数确定，完整时地基条件系数取1.60～1.20（坚硬岩与较硬岩取较小值），较完整时取1.20～0.85，较破碎时取0.85～0.55。
对比上述规范条文，我们不难发现：
《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》计算公式中承载力仅与天然湿度下的单轴抗压强度、嵌岩深度和桩尺寸有关，而与岩体状态无关，即只要桩尺寸、嵌岩深度及天然湿度下的岩石单轴抗压强度相同，无论岩体是完整、较完整或较破碎其承载力均相同，这样计算不够严谨，且也与实际情况不符。又从《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》表5.2.11可以看出，嵌岩桩嵌入5倍桩径的承载力比嵌入4倍桩径的承载力还低，显然也不合理。
另据黄求顺教授经过多次试验表明，当嵌岩深度为零时，采用《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》进行地基基础设计时，按桩计算和按天然地基上的基础计算，其承载力相差较大。
而《建筑地基基础设计规范（重庆市工程建设标准DBJ50-047-2006）》通过引入地基条件系数和地基承载力特征值概念避免了上述问题，使地基基础设计更趋规范合理。
二、计算对比分析 在同一场地，在忽略桩侧土层的侧阻力情况下，假设基础选用人工挖孔桩，嵌岩深度为2倍桩径，桩基持力层基岩完整。现分别采用国标与地标进行计算对比如下：
1.采用《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》公式计算，嵌岩段总极限侧阻力、总极限端阻力标准值为：
Qrk=uζsfrchr=1/2π×d×0.07×frc×2d=0.07frc×πd2
Qpk=ζpfrcAp=0.3×frc×1/4×π×d2=0.075 frc×πd2
根据《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》5.2.2.1条，桩数不超过3根的桩基，基桩的竖向承载力设计值为：
R=Qsk/γs+Qpk/γp=（0.07 frc×πd2+0.075 frc×πd2）/1.65=0.145frc×πd2
2.采用《建筑地基基础设计规范（重庆市工程建设标准DBJ50-047-2006）》公式计算得：
地基条件系数取1.4，嵌岩部分的承載力特征值为：
Rpa=β?aAp=1.45×0.33×1.4×?rk×1/4×π×d2=0.17 ?rk×πd2；
根据8.3.5条轴心竖向力作用下单桩承载力设计值为：Nk≤Ra/γ0= Ra/1.0= Ra=0.17πd2〉R=0.145frc×πd2
由上述计算分析可知：按《建筑地基基础设计规范》（重庆市工程建设标准DBJ50-047-2006）进行高层建筑基础设计时地基极限承载力发挥的潜力更大些，从而使基础设计计算更经济。
三、工程实例
某住宅楼，三十二层，框架结构，总建筑面积3.2万平方米，荷载25000KN/柱。
场地范围内主要岩土层有全新统人工填土（Q4ml）、残坡积层（Q4el+dl）粉质粘土，中侏罗统沙溪庙组（J2s）的砂岩（Ss）及泥岩（Ms）组成。
覆盖层厚度（m） 等效剪切波速（m/s） 场地类别 设计特征周期 地段划分
4.0～7.2 109.80 Ⅱ 0.35 一般地段
泥岩（Ms）是场地的主要岩性之一，且岩芯取样完整，可作为挖孔桩基础持力层。其相关技术指标如下表所示：指标数值
岩性 自然重度
?ekN/m3 天然抗压强度标准值
frk（MPa） 饱和抗压强度标准值
frk（MPa） 岩土体凝聚力
C（kPa） 岩土体内
摩擦角Φ 弹性模量
（MPa） 变形模量
（MPa） 泊松比 基底摩擦
系数μ
中风化泥岩 25.2 10.84 7.00 180 30 2433 2089 0.34 0.4
场地整体稳定性良好，无断层、危岩、崩塌、滑坡、地下洞室等不良地质作用，适宜兴建拟定建筑。
经采用JCCAD软件计算，计算结果详《某高层住宅挖孔桩基础平面布置图》及《某高层住宅挖孔桩基础地标设计与国标设计比较明细表》。
由计算结果分析可知，本工程采用地标设计比采用国标设计挖孔桩的嵌岩深度及桩身箍筋、纵筋均有减小。经估算，采用地标设计比国标设计节约基础工程直接费用近30万元。
实例证明：采用《建筑地基基础设计规范》（重庆市工程建设标准DBJ50-047
-2006）进行高层建筑基础工程设计，在确保建筑工程安全的情况下，嵌岩桩的承载力得到了大幅度提高，建筑工程基础造价得到很好的控制。既经济又合理。
四、结束语
要做好高层建筑基础工程设计工作，需要从以下方面入手：
1.重视工程地质勘查与评估工作
决定高层建筑基础工程（甚至整个工程）安全性、经济性和工期的核心环节是基础选型与地基设计及其先行环节工程地质勘查与评估。基础结构的详细设计固然重要，但基础的形式、基本尺度己在前一个环节中确定。故应充分重视工程地质勘查与评估工作，为基础设计提供详细、准确的场地地质资料。可要求地勘单位根据项目建设场地大小和具体平面布置，进行分区域或者分栋提交地基承载力标准值。
2.采用地方标准进行基础设计
我国地域辽阔，地质条件复杂多样，基岩上覆土层呈现区域性，国标为了适应各个区域的不同地质条件的需要，在编制时难免有些笼统与保守，因而缺乏针对性。故在进行高层建筑基础设计时，宜结合项目场地工程地质条件的区域性和基础选型的地区经验，优先选用地方标准。
附图：《某高层住宅挖孔桩基础平面布置图》
附表：《某高层住宅挖孔桩基础地标设计与国标设计比较明细表》
参考文献：
[1]《建筑桩基技术规范（JGJ94-94）》
[2]《建筑地基基础设计规范》（重庆市工程建设标准DBJ50-047-2006）
[3]《建筑地基基础设计规范GB50007—2002》
[4]《工程地质勘察规范》（重庆市工程建设标准DBJ50-043-2005）
[5]《地基及基础》（华南理工、东南大学、浙江大学、湖南大学编，中国建筑工业出版社）
[6]《高层商业住宅楼设计与施工方法研究》（张烈明著，2004年湖南大学工程硕士学位论文）