高層建筑巖土工程勘察關(guān)鍵技術(shù)

崔 帥

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 北京 102600）

當(dāng)前城市規(guī)模逐步擴(kuò)大，土地資源緊缺的局面愈發(fā)明顯，為提高土地利用率，高層建筑成為重要的突破口，與此同時(shí)對(duì)其質(zhì)量也提出更高的要求[1]?，F(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境對(duì)高層建筑的穩(wěn)定性具有重要影響，因此在建設(shè)之前需要做好巖土工程勘察工作，以獲得準(zhǔn)確的勘察數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)和施工提供可靠依據(jù)。

1 工程概況

西紅門項(xiàng)目位于北京市大興區(qū)西紅門鎮(zhèn)，項(xiàng)目包含住宅、酒店等多類型建筑物，共計(jì)13 幢，高度11.4～41.8m，采取地上2～14 層+地下2 層相結(jié)合的樓層布設(shè)方式。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況擬采用筏板基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)組成類型中以混凝土框架為主體，輔以剪力墻。工程結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)地質(zhì)條件的要求高，對(duì)此應(yīng)做好勘察工作。

2 案例工程巖土工程關(guān)鍵技術(shù)問題分析

2.1 地下水控制問題

根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果得知，潛水水位均分布在基礎(chǔ)埋深以下，但潛水層存在較為明顯的年變幅，隨時(shí)間的推移易出現(xiàn)潛水水位上升的情況。對(duì)此，要充分考慮長期的地下水位觀測(cè)結(jié)果，以此為依據(jù)預(yù)判其在未來的變化情況，并確定是否有必要輔以科學(xué)的控制措施，以消除地下水的不利影響。

2.2 卵石地層粒徑及基坑支護(hù)問題

按照設(shè)計(jì)要求，基槽開挖深約9m，具有超深、超大的施工特點(diǎn)，基坑側(cè)壁地質(zhì)條件欠佳，分布大量卵石層和填土層，要兼顧地層、地下水的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)相適應(yīng)的深基坑支護(hù)體系。在卵石層等不利地質(zhì)條件的影響下，基坑施工難度較大，基于常規(guī)的鉆探方法難以確定卵石層內(nèi)部組成情況。且基坑支護(hù)對(duì)后續(xù)環(huán)節(jié)的影響較大，因此要充分掌握砂卵層粒徑等方面的情況，探討其對(duì)于支護(hù)體系的影響機(jī)制，注重對(duì)支護(hù)體系類型、鋼筋等方面的選擇。

2.3 抗浮穩(wěn)定性問題

抗浮水位將在很大程度上影響結(jié)構(gòu)防水、底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多個(gè)方面。在抗浮水位偏高的情況下，為使設(shè)計(jì)浮力維持均衡的狀態(tài)，則要增加結(jié)構(gòu)自重，或者采取增設(shè)抗拔樁的方式，局限之處在于施工工期延長、成本增加；對(duì)于抗浮水位偏低的情況，受地下水位上升的影響容易威脅到結(jié)構(gòu)的完整性，使其出現(xiàn)開裂等質(zhì)量問題。因此，地下水位的準(zhǔn)確性及抗浮設(shè)防水位的合理性對(duì)工程安全及經(jīng)濟(jì)合理性具有重要的影響，對(duì)勘察提出了更高的要求[2]。

2.4 地基基礎(chǔ)問題

高層建筑的荷載較大，對(duì)地基承載力提出更高的要求。本項(xiàng)目的各類型建筑施工中，均選擇的是相同的整體基礎(chǔ)底板，其局限之處在于各處的基底荷載分布具體較明顯的差異性，因此由于地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性欠佳而引發(fā)的建筑沉降問題需要得到高度的重視。

3 勘察技術(shù)對(duì)策

3.1 采用沖擊鉆的方法確定地下水位

考慮到地下水水位較深的特點(diǎn)，并且鉆進(jìn)過程中遇到深厚卵石層時(shí)施工難度較大，若要順利完成鉆探測(cè)量工作并非易事?？辈爝^程中結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況分析，采用常規(guī)干鉆辦法查明地下水位難度較大，因此，采用了沖擊鉆的辦法來查明地下水位。從所得結(jié)果來看潛水水位埋深24.6m，高程16.39m。

3.2 探井獲取卵石地層粒徑

為獲得準(zhǔn)確可靠的卵石地層參數(shù)，選擇人工探井的方式，在整個(gè)卵石地層中選擇兩個(gè)具有代表性的位置設(shè)置人工探井，分層描述卵石地層的地質(zhì)情況，例如顆粒級(jí)配、最大粒徑等；為掌握大粒徑卵石在施工場(chǎng)地內(nèi)的分布特點(diǎn)，抽樣后轉(zhuǎn)移到試驗(yàn)室做進(jìn)一步的檢驗(yàn)，以掌握顆粒級(jí)配的實(shí)際情況；確定粒徑＞300mm 的漂石，通過稱重的方式明確其具體重量，并測(cè)得三軸尺寸；為掌握卵石的實(shí)際強(qiáng)度特點(diǎn)，組織了荷載試驗(yàn)以及單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。通過上述提及的多種方法，可充分掌握卵石地層粒徑組成情況，以便給施工方案的編制提供可靠的依據(jù)，使后續(xù)各環(huán)節(jié)施工順利推進(jìn)。

3.3 抗浮設(shè)防水位專項(xiàng)研究

地下水壓力是工程施工中需要重點(diǎn)考慮的因素[3]，以滲流分析理論為引導(dǎo)，綜合考慮北京市現(xiàn)有的地下水勘察資料、氣象資料等方面的信息，并顧及設(shè)計(jì)條件、施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)以及水文方面的實(shí)際情況，明確地下水壓力在歷史階段所發(fā)生的變化特點(diǎn)，并以此為依據(jù)預(yù)測(cè)其在后續(xù)的變化趨勢(shì)。基于上述分析，創(chuàng)建穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型，由技術(shù)人員模擬地下室外墻水壓力，根據(jù)所得結(jié)果進(jìn)一步做出預(yù)測(cè)，從而得到最大水壓力分布的基本情況。重點(diǎn)考慮基底標(biāo)高23m 處的水文情況，可以得知其最大地下水壓力為125kPa，對(duì)應(yīng)的是地下水標(biāo)高35.5m 處。鑒于此，基底的抗浮設(shè)防水位標(biāo)高的控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)是“至少達(dá)到35.5m”。

3.4 地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)協(xié)同沉降計(jì)算

此外，本工程還引入了PKPM 系統(tǒng)軟件，利用此平臺(tái)創(chuàng)建完整的地下結(jié)構(gòu)模型，其包含地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)，具體見圖1。

圖1 地下結(jié)構(gòu)整體模型

為做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作，需要重點(diǎn)分析上部結(jié)構(gòu)剛度情況，明確其對(duì)于基礎(chǔ)內(nèi)力的影響；此外，地下結(jié)構(gòu)的整體剛度也是重點(diǎn)分析要素，需要協(xié)調(diào)各單體的關(guān)系，盡可能地減少變形誤差，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)。

相鄰建筑地基荷載影響的問題也較為普遍，需要從地基基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)該部分展開協(xié)同沉降分析，以便確定傾斜量、差異沉降等，從所得結(jié)果來看可以滿足設(shè)計(jì)要求，也與現(xiàn)階段的相關(guān)工程規(guī)范相符[4]。此外，引入變剛度調(diào)平基礎(chǔ)的方式，以附加荷載為基本參考，確定合適的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，鑒于超高塔樓的附加荷載偏大的特點(diǎn)，在地基設(shè)計(jì)工作中可將地基承載力取小值；而對(duì)于高層辦公樓，此類建筑中較為合適的是取較大地基承載力值。盡可能協(xié)調(diào)好各部分的變形，使其具有協(xié)同關(guān)系，從而減小差異沉降，將沉降穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

高層建筑施工復(fù)雜，前期的巖土工程勘察可為設(shè)計(jì)方案的編制、施工作業(yè)提供重要的依據(jù)。案例工程中，針對(duì)地下水水位的問題采用了沖擊鉆的方式查明；針對(duì)卵石粒徑的情況采用了人工探井的方式查明；針對(duì)抗浮設(shè)防水位的大小采用了數(shù)值模擬的方式查明，這些方法為其它高層建筑勘察提供了參考。此外，本工程勘察作業(yè)全程遵循文明施工的原則，建設(shè)單位等相關(guān)主體積極參與其中，監(jiān)理單位發(fā)揮出監(jiān)督作用，在多方協(xié)同的工作模式下，最終結(jié)束本次勘察工作，取得具有參考價(jià)值的地勘信息。