高层建筑岩土工程勘察中常见几个问题的分析

关键词：高层建筑  岩土工程勘察  技术应用

引言

高层建筑的岩土工程勘察工作量大、内容繁杂, 具体要求表现为钻孔深度大、平面布置要合理；土工试验安排应保证参数符合实际要求；岩土工程评价要准确、详尽;岩土治理方案应科学、安全、实用、经济。

1　勘察工作量及工作内容安排

1．1  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取基础底面宽度的3倍～5倍，一般性孔深度宜深入持力层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）压缩层深度。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。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50m孔深就满足了要求。尤其当基础型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。简言之，勘探点深度可大略表示如下：

天然地基：

控制孔深(m) =基础埋深+地基压缩层厚度；

一般孔深(m) =基础埋深+ 0.5～1.0倍的基础宽度(深入稳定分布的地层并应小于2 /3压缩层厚度) 。

桩基础：

控制孔深(m) =基础埋深+预计桩长+桩端平面下压缩层厚度；

一般孔深(m) =基础埋深+预计桩长+5。

另外，当场地或场地附近没有可信资料时，至少要有一个钻孔满足地震场地划分对覆盖层勘察的要求。

1．2　钻孔间距问题

岩土工程勘察规范（GB50021-2001）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，且比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、荷载和建筑体形变异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。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。国外有些报告显示很多情况下，钻孔间距可达50m以上。

1.3　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100kPa～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。

2　岩土工程评价

2．1　基坑支护及施工降水

针对基坑开挖及支护，宜根据开挖深度及预估的场地岩土工程条件，在开挖边界外至开挖深度的1倍～2倍范围内布置勘探点，土质条件好可取小值，反之可取大值。勘探点布置可兼顾考虑，且孔深不必大。针对施工降水，首先应掌握场区所在地段区域性水文地质背景资料，必要时应进行水文地质勘察。

通过必要的测试手段提供相应的设计参数，诸如：根据土层结构及岩土性质, 提出土的有效应力强度参数或不排水抗剪强度参数；查明开挖范围和邻近场地地下水分布特征和渗流特征，提供相应的参数，并分析施工过程中水位变化对支撑系统和邻近建筑物与设施的影响，推荐计算模型、甚至支护方案及施工降水、隔水措施。

2.2　地基的液化势及湿陷性评价

采用桩基时液化势评价深度应加大，平原地区一般为20 m；每一土层的液化势要评价，不论是否满足由基础埋深、水位埋深等控制的初判条件，为提供桩侧阻力做准备。大于15 m 深度的液化判别可采用剪切波速法、静探法、铁路抗震规范（GBJ111 – 87）提供的标贯判别法，甚至动三轴试验法。

由于高层建筑基础埋深大、湿陷性评价有两方面应注意：1）Ⅱ级湿陷性黄土地基有可能总湿陷量微乎其微，因为Δzs > 7 cm时，Δs≤30 cm均在Ⅱ级之列，理论上大于零值即可。结论中应标明总湿陷量值，尤其小于5 cm时应特别指出，以免给设计人员造成错觉；2）总湿陷量计算公式中的修正系数β对于基础埋深很大时偏于保守，应注意,笔者另文对此进行了探讨，在此不再赘述。

2.3　桩侧壁摩阻力

相关规范规定，对液化土层极限侧阻力标准值宜折减；对自重湿陷性黄土场地上单桩承载力的确定，应考虑湿陷土层范围内桩侧的负摩擦力。以上二者应酌情提供，并应注意同时提供相应段土层的正常侧摩阻值—液化、非湿陷状态时的值，以便为工程试桩提供必要数据。

2.4　地基基础方案建议

虽然目前最终的地基基础设计方案由结构工程师决定，但是除了勘察报告中一些数值标识外，岩土工程师基于一些认识经验及感知，从岩土工程角度提出的建议还是有独到之处的，因此也是必要的；同时由于结构工程师有其设计习惯，加之，每种方案都有其施工难易、环境影响等诸多方面的优缺点，虽然最经济合理的只有一个，但还是多建议几个方案为宜。

3　结语

高层建筑的岩土工程勘察工作量大、内容繁多，具体要求表现为钻孔深度大、平面布置要合理；土工试验安排应保证参数符合实际要求；岩土工程评价要准确、详尽；岩土治理方案应科学、安全、实用、经济。要做到这些就必须对勘察工作的各个环节及其重点、特点胸有成竹, 才能使工作安排有的放矢，工作过程有条不紊，勘察成果也才能科学、高效、翔实。