分析高层建筑中岩土工程的勘察要点

摘 要：本文根据高层建筑的特点，阐述了岩土工程勘察过程中的几个关键问题和应注意的实际问题，仅供参考。

关键词：岩土工程;工程勘察;沉桩可行性;基坑支护

1、引言

随着科学技术的发展，高层建筑一般已由过去的十几层、二十几层发展到现今的三十多层甚至超过五十层的超高层建筑。高层建筑的最突出特点是: 1)荷载大,如35层的钢筋混凝土结构总基底压力可达800kPa; 2)基础埋深大,由于结构自身稳定性的需要,箱形基础和筏形基础埋置深度不小于建筑有效高度的1/15,桩-箱和桩-筏基础的埋置深度不宜小于建筑有效高度的1/18。加上由于商业用地的紧张造成对地下空间使用需求的日益增长,如利用建筑地下部分作为停车场、商场等,高层建筑的基础埋深有不断加深的趋势,有资料显示已有基础埋深大于20m的高层建筑。基础埋置深度加大带来最突出的岩土工程问题是基坑支护和施工降水问题,加之城市建筑密集,并由此引起对周围建筑安全的影响问题。

2、勘察工作量及工作内容安排

2.1 钻孔间距问题

(GB50021-2001)《岩土工程勘察规范》(JGJ72-2004)《高层建筑岩土工程勘察规范》规定高层建筑勘探点间距15m～35m,其包含的意思:间距比一般建筑的要小,且安全等级高的更要小。实际上钻孔间距应主要取决于场地的复杂程度,即场地是否存在暗沟、塘、浜等异常带,保证钻探所揭露地层能准确反映水平和垂直方向土质情况及地下水存赋形态等等,而不是建筑物安全等级决定孔距。当然布孔位置也要考虑到拟建建筑物的条件,如在主体建筑角上、电梯井、核心筒部位及荷载和建筑体型变化较大处应有勘探点进行控制。另外对于不同地貌交界处也应加密勘探点。

一般而言,应根据地貌条件,在地层结构简单的场地,对于有丰富建筑经验的地区,孔距可放大。成立时间较长的当地勘察队伍,都有相当丰富的区域地质经验,加之高层建筑基础埋深大,地表下分布比较复杂的土层将被挖除。因此,根据具体情况可适当放大孔距,比如在某一方向布较少孔时,孔距可能超过了35m,再增加一个孔就可满足孔距规定要求,而按地层分布情况又无必要时,大可不必墨守成规。

2.2 钻孔深度问题

勘察规范规定,当采用箱基或筏基时,控制性勘探孔深度应大于压缩层下限;一般性孔应能控制主要受力层;当采用桩或墩基时,控制孔深度应达压缩层计算深度或在桩尖下1～1.5倍基础底面宽度,一般性孔深度宜进入持力层3m～5m。

根据以上规定经过分析,勘探深度实际上由三方面因素决定(按需要进行变形计算考虑): 1)基础埋深; 2)预计桩长: 3)压缩层厚度。对基础埋深设计人员大都可以提供,或者无特殊要求时可根据建筑物高度预估,可视为已知值;对预计桩长,当然只对采用桩基时而言,可根据荷载大小、区域地质资料,参照附近建筑经验,通过预估桩的类型、分布方式,初步选定桩长。对于压缩层厚度,有多种估算方法,包括国标地基规范、高层建筑勘察规范,以及有关地方规范,都列出一些简明公式或方法,但是其主要计算参数都是基础宽度。实际上基础宽度一定的情况下压缩层厚度随荷载变化是很大的,比如我们做过一个高低层连成一体的商务楼工程,基础尺寸72m×54m,基底压力300kPa,基础埋深7.5m。如果按勘察规范有关条文预估控制孔深应达70m,而实际通过计算55m孔深就满足了要求。尤其当基础形式同时满足其它要求设置时——比如为满足地下设施的防水等要求将基础连为整体,压缩层深度更不能按基础宽度预估。

笔者根据经验认为:应力控制法比较直观、可靠、实用。即自基底或桩端平面算起,算至附加压力等于土层自重压力的10%～15%,荷载较小、土层较硬、无相邻荷载影响时,可取较大值,荷载较大、土层较软、且有相邻荷载影响时,可取较小值。计算时应注意几个问题: 1)应考虑地下水的影响,如地下水浮力对附加压力的消减,水位以下土层应采用有效重度计算土层的自重应力; 2)计算桩端平面以下压缩土层厚度应与具体的布桩方式相结合; 3)采用复合地基时应考虑加固以后土体对应力扩散的影响;4)宜按建筑平面中心位置处的应力确定。另外大量计算表明,对筏基或箱基而言压缩层厚度一般不会超过2倍的基础宽度。勘探点深度可大略表示如下:

天然地基: 控制性孔深(m)=基础埋深+地基压缩层厚度。

一般性孔深(m)=基础埋深+0.7b(并小于2/3压缩层厚度)。

当以岩石作为天然地基时，孔深应达到基底下不少于0.5～1.0倍基础宽度，且不应少于5.0米。

桩基: 控制性孔深(m)=基础埋深+预计桩长+桩端平面下压缩层厚度

一般性孔深(m)=基础埋深+预计桩长+5。

当端承桩以基岩作为持力层时，勘探孔深度应达到预计嵌岩面以下3~5d,且不少于5.0米。

另外,每个场地至少要有二个钻孔深度应满足地震场地划分对覆盖层勘察的要求。

2.3　压缩试验试样加荷

按分层总和法计算地基沉降量时,要用到各土层的压缩模量,这一模量值应是一单元土层所受有效自重压力至有效自重压力与附加压力之和这一压力段的值。土工试验规程规定试验时,试样最后一级压力应比土层的计算压力大于100 kPa～200kPa。笔者认为这一压力的取值也应通过应力计算实现,如果计算压缩层深度时采用的是应力控制法,此时则可参照其计算过程使用。

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