高層建筑巖土勘察分析及地基處理技術(shù)分析

摘要：隨著高層建筑的迅速發(fā)展，巖土勘察與地基處理技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。巖土工程的實(shí)施直接關(guān)系建筑物的安全穩(wěn)定性，而地基處理技術(shù)則在提升土體性能、減少地基沉降方面發(fā)揮著重要作用。本文主要研究高層建筑領(lǐng)域的巖土工程，探討巖土勘察分析及地基處理技術(shù)的前沿理論與實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)而促進(jìn)高層建筑工程的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高層建筑；巖土勘察；地基處理技術(shù)

DOI：10.12433/zgkjtz.20240641

在現(xiàn)代城市化進(jìn)程中，高層建筑成為城市發(fā)展的象征。但是高樓大廈的穩(wěn)固與安全關(guān)系到居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。建設(shè)單位運(yùn)用最新的巖土工程技術(shù)確保高層建筑的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程更為科學(xué)、可靠。

一、高層建筑中開展巖土工程勘察和地基處理技術(shù)的工作價(jià)值

高層建筑巖土工程勘察主要目的是查明影響場(chǎng)地穩(wěn)定的不良地質(zhì)作用，評(píng)價(jià)其對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性的影響程度，通過(guò)詳細(xì)的巖土工程勘察工作了解地下巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)，為巖土工程師提供合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，解決工程設(shè)計(jì)與施工中的實(shí)際問(wèn)題，確保建筑物地基基礎(chǔ)穩(wěn)定和工程安全。采用適當(dāng)?shù)牡鼗幚砑夹g(shù)有利于改良土層，地基處理技術(shù)通過(guò)改變天然地基土層的物理和化學(xué)特性提高其承載能力，減少沉降，從而確保建筑物的穩(wěn)定性和耐久性，能夠有效防止建筑物在使用過(guò)程中出現(xiàn)沉降問(wèn)題，還可以降低建筑物的維護(hù)成本，延長(zhǎng)其使用壽命。

二、高層建筑巖土工程勘察

巖土工程勘察工作應(yīng)針對(duì)高層建筑物特征，明確勘察任務(wù)要求，采用工程地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查、勘探、原位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)等多種手段和方法，調(diào)查對(duì)高層建筑場(chǎng)地的穩(wěn)定性、巖土條件、地下水以及與工程之間相互關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上對(duì)高層建筑地基基礎(chǔ)、基坑工程等作出分析評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)建議。

（一）前期準(zhǔn)備工作

巖土工程師需要初步了解場(chǎng)地地質(zhì)條件，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查獲取全面的地質(zhì)信息，收集有關(guān)工程項(xiàng)目的規(guī)模、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)用途、場(chǎng)地周邊環(huán)境、設(shè)計(jì)方的技術(shù)要求等資料，結(jié)合所獲取的信息進(jìn)行合理的勘察方案設(shè)計(jì)，選擇合適的巖土勘察方法，同時(shí)需要建立有效的勘察隊(duì)伍，確保成員具備專業(yè)技能和經(jīng)驗(yàn)，利用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)手段開展勘察工作，同時(shí)根據(jù)要求需要利用遙感和地理信息系統(tǒng)等輔助手段，以便提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全面性。通過(guò)以上所述的這些前期準(zhǔn)備措施，工程師能夠更好地應(yīng)對(duì)巖土工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，有利于高層建筑的勘察工作進(jìn)一步開展。

（二）確定巖土勘察工作內(nèi)容

首先，根據(jù)高層建筑規(guī)模和特征、場(chǎng)地、地基復(fù)雜程度以及破壞后果的嚴(yán)重程度，劃分勘察等級(jí)，針對(duì)可行性研究勘察、初步勘察、詳細(xì)勘察不同勘察階段，確定勘察方案，查明建筑物場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)、巖土物理力學(xué)性質(zhì)，查明基礎(chǔ)下軟弱和堅(jiān)硬地層的分布及其特性，查明地下水的儲(chǔ)積及穩(wěn)定水位、埋藏條件、類型、補(bǔ)給、徑流及排泄條件、季節(jié)變化幅度和腐蝕性，同時(shí)，應(yīng)對(duì)不良地質(zhì)作用和特殊巖土的防治，提供所需的設(shè)計(jì)參數(shù)。其次，巖土工程師應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘初步了解勘察場(chǎng)地的地形地貌、植被、水文地質(zhì)等情況，通過(guò)對(duì)地表特征的觀察，能夠初步判斷地層的性質(zhì)、地勢(shì)的變化等，而且實(shí)地踏勘也是獲取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)的途徑，可為巖土工程的后續(xù)階段的勘察提供直觀且全面的信息。

（三）整理并分析巖土勘察后的資料數(shù)據(jù)

結(jié)合高層建筑的工程特點(diǎn)和主要巖土工程問(wèn)題編制巖土工程勘察報(bào)告。勘察報(bào)告內(nèi)容應(yīng)包括：建筑、結(jié)構(gòu)條件及荷載特征，地下室層數(shù)、基礎(chǔ)埋深及形式等基本情況；場(chǎng)地與地基的穩(wěn)定性，不良地質(zhì)作用、特殊性巖土和地震效應(yīng)評(píng)價(jià)；采用天然地基的可能性，地基均勻性、承載力評(píng)價(jià)；對(duì)復(fù)合地基和樁基的樁型和樁端持力層選擇，樁的側(cè)阻力、端阻力提出建議；基坑的開挖和支護(hù)的評(píng)價(jià)，以及施工中應(yīng)注意的工程問(wèn)題及工程對(duì)環(huán)境的影響分析與評(píng)價(jià)。在整理巖土勘察的資料數(shù)據(jù)時(shí)，需要將獲取的各種信息進(jìn)行分類整理。這些數(shù)據(jù)包含的門類較多，應(yīng)將這些數(shù)據(jù)按照一定的條件完成分類，形成清晰的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)建立數(shù)據(jù)庫(kù)或電子文檔，使得數(shù)據(jù)易于管理和檢索。這一步驟能夠?yàn)楹罄m(xù)的分析奠定基礎(chǔ)，確保巖土數(shù)據(jù)能夠被高效利用。

在巖土數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查這一步驟中，巖土工程師需要仔細(xì)審查現(xiàn)場(chǎng)記錄和測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、遺漏或不一致性，這個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量檢查效果會(huì)直接影響后續(xù)分析的可靠性。隨后需要利用統(tǒng)計(jì)和地理信息系統(tǒng)等方法對(duì)整理后的巖土數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，團(tuán)隊(duì)可以得出巖土層分布、地下水位變化等信息。地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用能夠直觀地呈現(xiàn)巖土分布的空間關(guān)系，能夠更好地理解地質(zhì)情況。在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，應(yīng)注重發(fā)現(xiàn)潛在的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素，揭示地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，預(yù)測(cè)可能的沉降、滑坡、地裂等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)這種方式制定科學(xué)的地基處理方案，提前采取措施避免潛在的工程問(wèn)題。完成結(jié)果的整理并分析，并且需要以詳細(xì)的巖土報(bào)告應(yīng)包括項(xiàng)目的基本信息、勘察的目標(biāo)和范圍、整理和分析的數(shù)據(jù)及方法、發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)特征和潛在風(fēng)險(xiǎn)等內(nèi)容。報(bào)告的結(jié)論應(yīng)清晰明了，為后續(xù)工程設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)。

三、高層建筑巖土中地基處理技術(shù)的應(yīng)用

由于場(chǎng)地的地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，各地施工機(jī)械條件、技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)積累，以及建筑材料品種、價(jià)格差異很大，在選用地基處理方法時(shí)一定要因地制宜，具體工程具體分析，充分發(fā)揮地方優(yōu)勢(shì)，利用地方資源，確保工程質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)合理和技術(shù)先進(jìn)。近些年，我國(guó)地基處理技術(shù)發(fā)展很快，地基處理水平很高，地基處理已成為活躍的土木工程領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)。地基處理技術(shù)方法較多，包括有高原噴射注漿法、振沖法、強(qiáng)夯法、深層攪拌法、土工合成材料、強(qiáng)夯置換法、排水固結(jié)法、土樁和灰土樁法、砂樁法、真空預(yù)壓法、錨桿靜壓樁法、孔內(nèi)夯壓碎石樁法、低強(qiáng)度樁復(fù)合地基法、剛性樁復(fù)合地基法等。

（一）土壤置換處理技術(shù)

土壤置換處理技術(shù)可以解決土壤的承載能力不足、不均勻沉降等問(wèn)題，從而確保高層建筑的地基穩(wěn)定。在實(shí)際工程中合理應(yīng)用土壤置換處理技術(shù)，需要從多個(gè)方面綜合考慮，才能達(dá)到理想效果。

在地質(zhì)勘察和巖土分析過(guò)程中，巖土工程師應(yīng)了解勘察區(qū)域的地質(zhì)情況，通過(guò)巖相分析確定土壤的承載能力、沉降性質(zhì)等關(guān)鍵參數(shù)，為后續(xù)的土壤置換處理提供科學(xué)依據(jù)，確保處理方案的可行性?；诘刭|(zhì)勘察和巖土分析的結(jié)果，制定科學(xué)合理的土壤置換處理方案，根據(jù)具體的工程要求和地質(zhì)條件，確定合適的土壤置換材料和置換深度，同時(shí)還需綜合考慮土壤置換的成本、施工難度等實(shí)際情況，制定既能滿足工程需要又具有經(jīng)濟(jì)效益的方案。在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的施工操作：第一步是確保土壤置換材料的質(zhì)量和穩(wěn)定性，選擇適當(dāng)?shù)奶盍先缟笆?、碎石等?lái)滿足工程對(duì)土壤強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求。第二步是進(jìn)行適度的壓實(shí)處理，確保土壤填充均勻、密實(shí)，降低后期沉降的可能性。第三步是在施工中注意土壤置換的速度和均勻性，從而避免后續(xù)出現(xiàn)工程質(zhì)量問(wèn)題。在土壤置換處理過(guò)程中還要注意監(jiān)測(cè)與調(diào)整，利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沉降和承載能力等指標(biāo)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并采取調(diào)整措施，注意監(jiān)測(cè)與調(diào)整的過(guò)程，從而保障土壤置換處理的效果和工程質(zhì)量。

以某城市一高層住宅項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目地處河濱地帶，上部主要地層為軟弱黏土層，地基承載力較低，為了提高其地基承載力，工程團(tuán)隊(duì)采用土壤置換處理技術(shù)，挖掘土壤大規(guī)模，清除不適宜承載的土層，隨后采用高效的土壤改良劑，通過(guò)與挖掘土混合實(shí)現(xiàn)對(duì)原土壤的替代和改善。在土壤置換的同時(shí)，工程團(tuán)隊(duì)還考慮周邊環(huán)境的生態(tài)平衡，采用環(huán)保型土壤改良材料，減少了對(duì)原有生態(tài)系統(tǒng)的影響。這種綜合考慮土壤改良和環(huán)保要求的處理方式，使得工程不僅在技術(shù)上達(dá)到預(yù)期效果，還得到了社會(huì)和環(huán)保方面的認(rèn)可。

（二）強(qiáng)夯處理技術(shù)

利用巖土分析結(jié)果揭示土體的特性，然后基于地質(zhì)勘察和巖土分析的結(jié)果進(jìn)行科學(xué)合理的強(qiáng)夯處理方案設(shè)計(jì)，綜合考慮各項(xiàng)影響條件，確定強(qiáng)夯處理的區(qū)域范圍、強(qiáng)夯點(diǎn)的布置密度、處理深度等關(guān)鍵參數(shù)，滿足高層建筑對(duì)土體承載力和沉降性的要求，在方案設(shè)計(jì)中要注意對(duì)施工的可行性、成本效益以及環(huán)境影響等做好充分考慮。在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還需要進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃的施工操作。施工前確保強(qiáng)夯設(shè)備的質(zhì)量和性能以及操作人員的專業(yè)素質(zhì)，在具體施工中要根據(jù)方案要求合理控制強(qiáng)夯機(jī)的振動(dòng)參數(shù)、夯擊頻率和夯擊深度等，同時(shí)在施工過(guò)程中不斷調(diào)整施工參數(shù)，從而保障這種施工形式可以適應(yīng)實(shí)際土體的變化，確保土體的均勻性和穩(wěn)定性。實(shí)施強(qiáng)夯處理后，同樣需要對(duì)工程地基進(jìn)行監(jiān)測(cè)。強(qiáng)夯處理技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中還需要做好施工現(xiàn)場(chǎng)管理和安全控制，確保施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性，同時(shí)合理規(guī)劃施工進(jìn)度，讓每個(gè)施工階段都能順利推進(jìn)。

（三）注漿加固處理技術(shù)

注漿加固的核心理念在于通過(guò)注入特定材料，如水泥漿或聚合物漿來(lái)加強(qiáng)地基土體的力學(xué)性質(zhì)。這一技術(shù)的應(yīng)用涉及多個(gè)方面，其中之一是提高土體的承載能力，通過(guò)選用合適的注漿材料和控制注漿參數(shù)可以有效增強(qiáng)土體的抗壓強(qiáng)度，使其更適合承受高層建筑所帶來(lái)的垂直荷載。注漿加固技術(shù)可有效提升土體的抗剪強(qiáng)度。在高層建筑的地基處理中，土體承受的力除了垂直荷載，還包括水平方向上的力，因此需要合理設(shè)計(jì)注漿方案，從而在一定程度上提高土體的抗剪性能，增強(qiáng)其對(duì)水平荷載的抵抗能力。在實(shí)際工程中，地基土體的復(fù)雜性，注漿加固技術(shù)用于改善土體的變形特性，通過(guò)控制注漿漿體的流動(dòng)性和黏度，在一定程度上能夠調(diào)控土體的收縮膨脹性能，減緩地基沉降速度，進(jìn)而確保高層建筑的安全穩(wěn)定。

值得注意的是，注漿加固技術(shù)在高層建筑地基處理中的應(yīng)用中，必須重視提高土體的抗液化能力，尤其是在地震多發(fā)的地區(qū)，注漿加固技術(shù)能夠通過(guò)改善土體的孔隙結(jié)構(gòu)的方式來(lái)減少孔隙水壓，從而有效提高土體的抗液化能力。

例如，某高層建筑位于地震頻發(fā)區(qū)域，注漿加固處理技術(shù)被成功應(yīng)用展現(xiàn)了其在巖土地基處理中的效果。該項(xiàng)目所在地地質(zhì)條件較為復(fù)雜，工程團(tuán)隊(duì)決定采用注漿加固處理技術(shù)來(lái)增強(qiáng)地基的承載能力和抗震性能，首先鉆孔深入地下土層，然后通過(guò)高壓注漿機(jī)將特制的漿液注入土壤中，填充土層中的裂隙，有效增加地基的強(qiáng)度。通過(guò)注漿加固處理技術(shù)的應(yīng)用，該高層建筑工程得以成功應(yīng)對(duì)地質(zhì)條件的挑戰(zhàn)，提高了建筑物的整體穩(wěn)定性和抗震性。

四、高層建筑巖土勘察中的基礎(chǔ)施工質(zhì)量管控措施

（一）單樁承載力的管控

為確保地基施工質(zhì)量，應(yīng)開展前期調(diào)查，了解地質(zhì)情況，確定單樁的設(shè)計(jì)參數(shù)，為后續(xù)施工提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)地質(zhì)條件選擇符合規(guī)范要求的樁身材料，確保其質(zhì)量穩(wěn)定可靠，同時(shí)配備專業(yè)化的施工設(shè)備來(lái)保障施工過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確控制，從而提高施工效率。為了提高單樁的承載力，施工中采用樁基施工工藝，如挖孔、漿液循環(huán)、灌注樁等環(huán)節(jié)，都需要精心設(shè)計(jì)和操作，做好挖孔尺寸的準(zhǔn)確控制、漿液的合理配比和灌注樁的均勻澆筑，這樣才能有效提高單樁的承載力。

另外，在施工的各個(gè)階段都需要進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)與測(cè)試，進(jìn)而保證施工過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，完成對(duì)樁基豎向承載力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、樁身質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)等工作。在此過(guò)程中，可通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)提高單樁的承載能力，而且應(yīng)加強(qiáng)人員培訓(xùn)與技術(shù)交流，通過(guò)培養(yǎng)專業(yè)的施工隊(duì)伍來(lái)提高施工人員對(duì)地基工程的理論水平和實(shí)際操作技能，以便保障在施工過(guò)程中能夠迅速應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況，同時(shí)還要注意促進(jìn)與相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)交流，吸收先進(jìn)技術(shù)，不斷提升單樁承載力的施工水平。

（二）竄孔問(wèn)題的防治工作

在高層建筑巖土地基施工質(zhì)量管控中，竄孔問(wèn)題是經(jīng)常出現(xiàn)的地基質(zhì)量隱患，因此需要采取科學(xué)有效的防治措施。竄孔是指在施工過(guò)程中注漿材料滲透、浸潤(rùn)或流動(dòng)而導(dǎo)致土體中的孔隙增大，進(jìn)而影響地基的穩(wěn)定性。根據(jù)地質(zhì)勘察和巖相分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)師合理選擇注漿參數(shù)、注漿方式等關(guān)鍵參數(shù)，選擇合適的注漿方式，如分段注漿、分層注漿，進(jìn)而保證注漿材料充分填充孔隙，防止竄孔。在注漿方案設(shè)計(jì)中還需要考慮周邊環(huán)境、地基結(jié)構(gòu)和荷載特性等因素，確保注漿操作的穩(wěn)妥性。在注漿施工過(guò)程中實(shí)施科學(xué)合理的施工措施，人員經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)，熟悉注漿設(shè)備的操作原理和注漿材料的特性，控制好注漿的速度、壓力和時(shí)間，防止過(guò)度注漿導(dǎo)致竄孔，同時(shí)還需要根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整施工參數(shù)，確保注漿的均勻性和充實(shí)度，降低竄孔的風(fēng)險(xiǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：龔良成（1972），男，湖南省邵陽(yáng)縣人，本科，水工環(huán)高級(jí)工程師、注冊(cè)巖土工程師，研究方向?yàn)閹r土工程。