高層建筑巖土工程勘察探究

張瑞林

摘要：本文筆者根據(jù)工作經(jīng)驗，對高層建筑巖土工程的勘察進行了相關(guān)探討，對高層建筑的（含超高層建筑、高聳構(gòu)筑物）場地的穩(wěn)定性、巖土條件、地下水以及它們與工程之間相互關(guān)系做了簡單解析，僅供參考。

關(guān)鍵詞：巖土；工程；勘察

一、高層建筑的特點

八層以上的建筑即可為高層建筑。

高層建筑的特點突出表現(xiàn)在：

1.荷載大，如35層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)總基底壓力可達800 kPa。在大荷載要求下，一般采用筏基或箱基大厚度基礎(chǔ)，且大都采用樁基，這就決定了受壓土層深度大，最終要求勘探深度大幅度增大；

2.基礎(chǔ)埋深大，由于結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性的需要，箱形基礎(chǔ)和筏形基礎(chǔ)埋置深度不小于建筑有效高度的十五分之一，樁- 箱和樁- 筏基礎(chǔ)的埋置深度不宜小于建筑有效高度的十八分之一。加上由于商業(yè)用地的緊張造成對地下空間使用需求的日益增長，如利用建筑地下部分作為停車場、商場等，高層建筑的基礎(chǔ)埋深有不斷加深的趨勢，有資料顯示已有基礎(chǔ)埋深大于20m的高層建筑。

二、建筑巖土工程勘察內(nèi)涵

建筑工程地質(zhì)勘察的任務(wù)主要探察工程項目建設(shè)地點的地形地貌、地層土壤性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水文條件等性質(zhì)從而為科學規(guī)劃、施工建設(shè)提供依據(jù)。

建筑工程地質(zhì)勘察的內(nèi)容以工程測量、水文地質(zhì)勘察和工程地質(zhì)勘察為主。工程測量主要為平面測量、高程測量、地形地貌測量等。

三、勘察工作分工安排

1.鉆孔間距問題

建筑物的安全等級不能決定孔距。當然布孔位置也要考慮到擬建建筑物的條件，如在主體建筑角上、荷載和建筑體形變異較大處應(yīng)有勘探點進行控制。另外對于不同地貌交界處也應(yīng)加密勘探點。一般而言，應(yīng)根據(jù)地貌條件，在地層結(jié)構(gòu)簡單的場地，對于有豐富建筑經(jīng)驗的地區(qū)，孔距可放大。比如：在太原市，汾河一級階地分布寬度綿延幾公里，占居市區(qū)面積約1 /2，在一定深度內(nèi)地層都有規(guī)律，具體到一個場地其范圍大都在100 m左右，地層相對穩(wěn)定，對于工作幾十年的當?shù)乜辈礻犖椋加邢喈斬S富的區(qū)域地質(zhì)經(jīng)驗，加之高層建筑基礎(chǔ)埋深大，地表下分布比較復(fù)雜的土層將被挖除。因此，根據(jù)具體情況可適當放大孔距，比如在某一方向布較少孔時，孔距可能超過了35m，再增加一個孔就可滿足孔距規(guī)定要求，而按地層分布情況又無必要時，沒有必要必須按照規(guī)定，根據(jù)實際情況作進一步的勘察。國外有些報告顯示很多情況下，鉆孔間距可達50m以上。

2.鉆孔深度問題

當采用箱基或筏基時，控制性勘探孔深度應(yīng)大于壓縮層下限；一般性孔應(yīng)能控制主要受力層；當采用樁或墩基時，控制孔深度應(yīng)達壓縮層計算深度或在樁尖下取基礎(chǔ)底面寬度的110倍～115倍，一般性孔深度宜深入持力層3 m～5 m。

根據(jù)以上規(guī)定經(jīng)過分析，勘探深度實際上由三方面因素決定（按需要進行變形計算考慮）：1）基礎(chǔ)埋深；2）預(yù)計樁長：3）壓縮層深度。對基礎(chǔ)埋深設(shè)計人員大都可以提供，或者無特殊要求時可根據(jù)建筑物高度預(yù)估，可視為已知值；對預(yù)計樁長，當然只對采用樁基時而言，可根據(jù)荷載大小、區(qū)域地質(zhì)資料，參照附近建筑經(jīng)驗，通過預(yù)估樁的類型、分布方式，初步選定樁長。比如太原市一級階地上大都按摩擦樁設(shè)計，極限側(cè)壁摩阻力標準值可按40kPa左右預(yù)估（樁長的取較大值，樁短的取較小值）；對于壓縮層深度，有多種估算方法，包括國標地基規(guī)范、勘察規(guī)范，以及有關(guān)地方規(guī)范，都列出一些簡明公式或方法，但是其主要計算參數(shù)都是基礎(chǔ)寬度，實際上基礎(chǔ)寬度一定的情況下壓縮層深度隨荷載變化是很大的。如果按勘察規(guī)范有關(guān)條文預(yù)估控制孔深應(yīng)達70 m，而實際通過計算50 m孔深就滿足了要求。尤其當基礎(chǔ)形式同時滿足其它要求設(shè)置時———比如為滿足地下設(shè)施的防水等要求將基礎(chǔ)連為整體，壓縮層深度更不能按基礎(chǔ)寬度預(yù)估。

筆者認為：應(yīng)力控制法比較直觀、可靠、實用。即自基底或樁端平面算起，算至附加壓力等于土層自重壓力的10%～15%，荷載較小、土層較硬、無相鄰荷載影響時，可取較大值，荷載較大、土層較軟、且有相鄰荷載影響時，可取較小值。計算時應(yīng)注意幾個問題：1）應(yīng)考慮地下水的影響，如地下水浮力對附加壓力的消減，水位以下土層應(yīng)采用有效重度計算土層的自重應(yīng)力；2）計算樁端平面以下壓縮土層厚度應(yīng)與具體的布樁方式相結(jié)合；3）采用復(fù)合地基時應(yīng)考慮加固以后土體對應(yīng)力擴散的影響；4）宜按建筑平面中心位置處的應(yīng)力確定。另外大量計算表明，對筏基或箱基而言壓縮層厚度一般不會超過2倍的基礎(chǔ)寬度。

3.壓縮試驗試樣加荷

按分層總和法計算地基沉降量時，要用到各土層的壓縮模量，這一模量值應(yīng)是一單元土層所受有效自重壓力至有效自重壓力與附加壓力之和這一壓力段的值。土工試驗規(guī)程規(guī)定試驗時，試樣最后一級壓力應(yīng)比土層的計算壓力大于100 kPa～200 kPa。筆者認為這一壓力的取值也應(yīng)通過應(yīng)力計算實現(xiàn)，如果計算壓縮層深度時采用的是應(yīng)力控制法，此時則可參照其計算過程使用。

四、巖土工程評價

1.基坑支護及施工降水

針對基坑開挖及支護，宜根據(jù)開挖深度及預(yù)估的場地巖土工程條件，在開挖邊界外至開挖深度的1倍～2倍范圍內(nèi)布置勘探點，土質(zhì)條件好可取小值，反之可取大值。勘探點布置可兼顧考慮，且孔深不必大。針對施工降水，首先應(yīng)掌握場區(qū)所在地段區(qū)域性水文地質(zhì)背景資料，必要時應(yīng)進行水文地質(zhì)勘察。

通過必要的測試手段提供相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)，諸如，根據(jù)土層結(jié)構(gòu)及巖土性質(zhì)，提出土的有效應(yīng)力強度參數(shù)或不排水抗剪強度參數(shù)；查明開挖范圍和鄰近場地地下水分布特征和滲流特征，提供相應(yīng)的參數(shù)，并分析施工過程中水位變化對支撐系統(tǒng)和鄰近建筑物與設(shè)施的影響，推薦計算模型、甚至支護方案及施工降水、隔水措施。

2.地基的液化勢及濕陷性評價

采用樁基時液化勢評價深度應(yīng)加大，太原地區(qū)一般為20 m；每一土層的液化勢要評價，不論是否滿足由基礎(chǔ)埋深、水位埋深等控制的初判條件，為提供樁側(cè)阻力做準備。大于15 m 深度的液化判別可采用剪切波速法、靜探法、GBJ111 - 87鐵路抗震規(guī)范提供的標貫判別法，甚至動三軸試驗法。

由于高層建筑基礎(chǔ)埋深大、濕陷性評價有兩方面應(yīng)注意：1）Ⅱ級濕陷性黃土地基有可能總濕陷量微乎其微，因為Δzs > 7 cm時，Δs≤30 cm均在Ⅱ級之列，理論上大于零值即可。結(jié)論中應(yīng)標明總濕陷量值，尤其小于5 cm時應(yīng)特別指出，以免給設(shè)計人員造成錯覺；2）總濕陷量計算公式中的修正系數(shù)β對于基礎(chǔ)埋深很大時偏于保守。

3.樁側(cè)壁摩阻力

相關(guān)規(guī)范規(guī)定：對液化土層極限側(cè)阻力標準值宜折減；對自重濕陷性黃土場地上單樁承載力的確定，應(yīng)考慮濕陷土層范圍內(nèi)樁側(cè)的負摩擦力。以上二者應(yīng)酌情提供，并應(yīng)注意同時提供相應(yīng)段土層的正常側(cè)摩阻值————非液化、非濕陷狀態(tài)時的值，以便為工程試樁提供必要數(shù)據(jù)。

4.地基基礎(chǔ)方案建議

雖然目前最終的地基基礎(chǔ)設(shè)計方案由結(jié)構(gòu)工程師決定，但是除了勘察報告中一些數(shù)值標識外，巖土工程師基于一些認識經(jīng)驗及感知，從巖土工程角度提出的建議還是有獨到之處的，因此也是必要的；同時由于結(jié)構(gòu)工程師有其設(shè)計習慣，加之，每種方案都有其施工難易、環(huán)境影響等諸多方面的優(yōu)缺點，雖然最經(jīng)濟合理的只有一個，但還是多建議幾個方案為宜。

五、結(jié)語

巖土工程勘察工作量大、內(nèi)容繁雜是高層建筑的特點，具體表現(xiàn)是鉆孔深度大、平面布置要合理；土工試驗安排應(yīng)保證參數(shù)符合實際要求；巖土工程評價要準確、詳盡；巖土治理方案應(yīng)科學、安全、實用、經(jīng)濟。對勘察工作的各個環(huán)節(jié)及其重點、特點胸有成竹，才能使工作安排有的放矢，工作過程有條不紊，勘察成果也才能科學、高效、翔實。

參考文獻：

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