超高層“上海中心大廈”地質災害危險性評估技術要領

施 水 彬

(上海巖土工程勘察設計研究院有限公司，上海 200032)

超高層“上海中心大廈”地質災害危險性評估技術要領

施 水 彬

(上海巖土工程勘察設計研究院有限公司，上海 200032)

從地基變形、邊坡失穩(wěn)、水土突涌、砂土液化與地面沉降等致災因素分析入手，得出上海中心大廈以地基變形為核心、邊坡失穩(wěn)為重要評估災種的優(yōu)先序列排布，并提出了針對性的災種控制技術要領。

中心大廈，地質災害，地基變形，邊坡失穩(wěn)

1 工程概況

上海中心大廈位于上海浦東新區(qū)陸家嘴中心區(qū)，與金茂大廈、環(huán)球金融中心成“品”字形分布?；仄矫娉叽缂s為200 m×160 m，由1幢127層塔樓(結構高度565.6 m、建筑高度632 m)和5層商業(yè)裙房(結構高度35 m)組成，整個場地下設5層地下室，基礎埋深約為25 m～30 m，總建筑面積約為52萬m2，其中地上建筑面積38萬m2[1]。中心塔樓部分為巨型框架核心筒結構，其樁筏基礎埋深約27 m～30 m。裙房部分為框架—剪力墻結構，基礎埋深約為25 m。純地下室區(qū)域基礎埋深約25 m，設置抗拔樁。中心大廈地下基坑范圍大，開挖面積約30 000 m2，平面近似矩形。塔樓區(qū)域基坑挖深達27 m～30 m，平面近似圓形，與裙房基坑挖深差達5 m。塔樓區(qū)域基坑采用明挖法施工，裙房及純地下室區(qū)域基坑采用逆作法施工。

2 災種確定及致災因素的區(qū)分

上海市工程建設規(guī)范DCJ 08—2007—2006建設項目地質災害危險性評估技術規(guī)程對主要的評估地質災害種類做了明確的判別定義和規(guī)避規(guī)定，下面將從五個方面分別針對上海中心大廈這一超高層建筑進行案例分析：

1)地基變形。

上海中心大廈為超高層建筑，通過樁基將荷載傳至深部土層，若發(fā)生過大地基變形可能會危及超高層建筑的結構安全，且塔樓、裙房和純地下室區(qū)域的荷重差異大，易產生較大的差異沉降。另外，基坑開挖面積大、深度深，土體側向位移及卸荷導致坑底土體回彈隆起等因素，可能導致基坑坑壁外一定區(qū)域的地基變形。還要考慮基坑開挖期間承壓水抽水、砂土流失、水土突涌等產生地基變形，甚至是陸家嘴超高層建筑密集區(qū)本身的群載效應也會加劇本工程建設的地基變形[2，3]，在分析過程中均應注意區(qū)分。

2)邊坡失穩(wěn)。

對于超大型深基坑開挖，其設計、施工風險均較大，顯然，邊坡失穩(wěn)是主要災種之一。但是邊坡失穩(wěn)的致災因素不局限于黃浦江邊坡及本身基坑失穩(wěn)風險，工程位于陸家嘴金融中心，基坑在建項目眾多，應做重點調查。工程緊鄰金茂大廈和上海環(huán)球金融中心兩座超高層地標建筑，變形控制要求極高，周邊管線密集，一旦發(fā)生基坑邊坡失穩(wěn)，往往會產生區(qū)域內連帶風險，且危害極大，因此對范圍內在建工程基坑邊坡的穩(wěn)定性對本工程建設的影響亦應進行調查、評估。

3)水土突涌。

工程場地第⑦1層砂質粉土(第Ⅰ承壓含水層)層頂埋深約為28.4 m～29.7 m，裙房基坑開挖深度約25.0 m，其下臥隔水層厚度僅3.4 m～4.7 m，塔樓區(qū)核心筒基坑開挖深度約30.0 m，已揭穿⑦1層砂質粉土，并且工程場地內分布的第Ⅰ、第Ⅱ承壓含水層(第⑦層、第⑨層)相連通，水量極為豐富，更增加了水土突涌的危害性。由于水土突涌的突發(fā)性和危害性嚴重，水土突涌也是引發(fā)地質災害的主要災種之一。因此水土突涌也是引發(fā)邊坡失穩(wěn)、地基變形的致災因素之一。

4)砂土液化。

場地勘察資料顯示，20.0 m深度范圍內未分布成層飽和的粉性土和砂土，地震液化可不予考慮，但塔樓基坑開挖深度范圍內已涉及第⑦1層砂質粉土，有可能產生流砂現(xiàn)象，嚴重時可能導致坑壁坍塌，繼而影響到周邊環(huán)境(特別是對變形敏感的地下管線)。因此砂土液化也是災種之一，同時也是邊坡失穩(wěn)、地基變形的致災因素之一。

5)地面沉降。

上海地區(qū)地下水開采量的壓縮和回灌量的增加，使地下水位下降趨勢得到緩解[4]。但是密集建筑群，特別是高層建筑群的超大附加荷載以及相互應力疊加，使壓縮土層相連成片，從而導致大范圍的地面沉降。由于本工程屬于超深大基坑，基坑開挖期間需進行大面積、長時間的承壓水降水，影響面較廣，因此把它作為地面沉降的致災因素之一來考慮，其計算模型邊界也應擴大至評估范圍而不是單基坑或幾倍基坑開挖深度影響范圍。

3 災種優(yōu)先序列排布分析

災種之間往往相互關聯(lián)，如開挖導致的邊坡失穩(wěn)、水土突涌也是導致地基變形的重要因素。上海中心大廈作為上海乃至國內最高建筑，工程風險及難度很大，可借鑒的成功經驗也比較少，只有明確哪一種災種引發(fā)的災害風險性最大，以及各災種間的優(yōu)先順序及相互關系，才能更有針對性的進行評估工作。

在軟土地區(qū)建設中國第一的超高層摩天大樓，塔樓核心筒區(qū)域荷載極大，對樁基承載力、樁基持力層選擇、樁基變形、樁型工藝及施工質量等等提出了極高的要求。加之裙房區(qū)域荷載不大，樁基變形量小，而塔樓區(qū)域荷載極大，如何控制兩者之間差異變形的大小，也是工程風險考慮的重中之重。因此地基變形應該是本工程建設最為核心的問題。

至于邊坡失穩(wěn)，主要涉及25 m～30 m的深大基坑施工，相對于建設摩天大樓引起的地基變形來說，可借鑒的成功經驗較多，設計及施工控制手段也較成熟，基坑開挖引起土體側向位移、地表沉降、承壓水控制也相對容易，因此其災種重要性要相對弱化。但是基坑邊坡失穩(wěn)又是其他災種的致災因素，影響面極廣，危害性極大，因此就其地質災害引發(fā)的危險性嚴重程度而言，邊坡失穩(wěn)應該是重要評估災種。

針對地面沉降，本工程所屬區(qū)域位置較為敏感，為建筑高度密集的陸家嘴中心區(qū)域，工程建設效應的相互影響、相互疊加，已成為本區(qū)域工程建設的顯著特點，而且已成為該區(qū)域地面沉降發(fā)育的重要誘因之一，加之地下水開發(fā)、承壓水抽取等致災因素，地面沉降也應著重評估。

作為災種之一的水土突涌、砂土液化，跟所屬區(qū)域地層分布特征關系密切，即使存在地質災害發(fā)生的可能性，但由于施工經驗豐富、應急預案等技術手段成熟，往往可以將災害危險性影響范圍控制到最小，因此可以將其作為次要災種。

4 類比鄰近工程

模型計算是地質災害評估的重要方面，應充分收集工程周邊的巖土工程勘察、樁基設計與咨詢、基坑圍護設計及施工、地質災害評估、地震安全性評價等等，充分利用相關成果，得出的結論往往更具可行性。

陸家嘴地區(qū)超高層建筑較多，最具參考價值的工程應是鄰近的金茂大廈和環(huán)球金融中心，兩者的樁基持力層選擇及實測變形資料對本工程樁基變形預測分析具有重要的參考價值。環(huán)球金融中心的塔樓為101層，建筑高度492 m，樁基采用φ700鋼管樁，樁端入土深度79 m，樁基持力層為第⑨2層含礫中粗砂，單樁承載力設計值5 375 kN。根據已有沉降觀測資料，塔樓核心筒中央沉降量約為10 cm，裙房沉降量約為4 cm～6 cm；金茂大廈的塔樓88層，建筑高度420 m，樁基采用φ914鋼管樁，壁厚20 mm，入土深度83 m，樁基持力層為第⑨2層含礫中粗砂，單樁承載力設計值9 375 kN。根據已有的沉降觀測資料(1995.10～2003.4)，塔樓核心筒中心的最大沉降為82 mm，角點處最大沉降為44 mm。

根據對金茂大廈和環(huán)球金融中心樁基及工程竣工后產生的地基變形數(shù)據分析可知，對于金茂大廈和環(huán)球金融中心兩棟超高層建筑，采用鋼管樁，樁基持力層選?、?層粉砂夾中粗砂，其塔樓樁基沉降約在8 cm～12 cm。其為陸家嘴區(qū)域建設超高層建筑累積了樁基沉降數(shù)據，證明只要樁基方案合理，樁基沉降變形、主樓及裙樓間的差異沉降可控制在較合理的水平。

5 結語

1)地質災害危險性評估是一項實踐性很強的技術性工作，特別是在建筑密集區(qū)進行超高層建筑的工程活動，致災因素多，相互關系錯綜影響，工程風險大，建設成功經驗少，評估工作難度較大。

2)地質災害評估也需明確災種的優(yōu)先順序，注意區(qū)分災種及致災因素的區(qū)別，應著重評估主要災種的危險性。

3)除了建模計算等常規(guī)手段外，類似工程的數(shù)據收集也十分重要，通過類比，得出的結論更具針對性。

[1] 鐘正雄,施水彬.上海中心大廈地質災害危險性評估報告[R].上海:上海巖土工程勘察設計研究院有限公司,2008.

[2] 張文龍.對上海市地質災害災種和致災因素的探討[J].上海地質,2007(4):60-63.

[3] 龔士良.上海地區(qū)地質災害危險性評估關鍵技術問題研究[J].中國地質災害與防治學報,2007,9(18):92-96.

[4] 張阿根.上海城市可持續(xù)發(fā)展與地面沉降防治管理[J].中國地質災害與防治學報,2005,3(16):1-4.

Technical essentials of the geological hazard assessment of the high-rise building-“Shanghai Tower”

Shi Shuibin

(ShanghaiGeotechnicalInvestigations&DesignInstituteCo.,Ltd,Shanghai200032,China)

To the Shanghai Tower project, the foundation deformation, slope instability, soil and water outburst and sand liquefaction were investigated and the hazards mentioned would be arranged in order of priority. Then, the technical essentials by engineers to control the geological hazards were proposed.

central building, geological hazard, land deformation, slope instability

1009-6825(2017)21-0070-02

2017-05-16

施水彬(1981- )，男，碩士，工程師

P694

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