某國際大廈巖土工程勘察及設計方案選擇

尚明 ，仲鎖慶，張茂鋒

(1.江蘇今邁工程勘察有限公司，江蘇 南京 210019;2.南京市測繪勘察研究院有限公司，江蘇 南京 210019)

1 工程概況

項目位于無錫市體育中心東南處，太湖大道北面，青祁路西側，西北臨新打造的體育場館。該項目是集商業、酒店、辦公于一體的超高層建筑，總建筑面積150300 m2。具體為:主樓呈“V”型展開，由兩棟連體塔樓組成，分別為地上45層和55層，地下3層，建筑物高度208.8 m，結構體系采用框架～筒體混合結構;裙樓為地上7層，地下3層，總高度為32.5 m，結構體系采用框架結構，柱網9 m×11 m;地下室為3層，層高為5.0 m，采用框架結構，范圍含建筑范圍及樓外空地。圖1為項目效果圖。

圖1 項目效果圖

2 勘探工作量布置

詳細勘察勘探點布置和勘探孔深度，應根據建筑物特性和巖土工程條件確定;勘探方法應精心選擇，不應單純采用鉆探［1，2］。

2.1 勘探點數量和深度

(1)勘探點數量和布置原則

主樓、裙樓勘探點沿建筑物周邊、角點布置，間距按摩擦樁要求控制;地下室勘探點沿周邊和角點布置，間距滿足基坑支護要求。根據上述原則，場地共布置勘探點27個。具體布置在:主樓布置勘探點7個，其中，控制性鉆孔4個，一般性鉆孔3個;裙樓布置勘探點6個，其中，控制性鉆孔3個;一般性鉆孔3個;地下室布置勘探點14個，其中，控制性鉆孔5個;一般性鉆孔8個。

(2)勘探孔深度和確定原則

主樓、裙樓勘探孔深度滿足樁基礎要求，其中，控制性鉆孔深度滿足樁基礎變形計算要求。地下室鉆孔深度除滿足基坑支護要求外，還應滿足抗浮樁深度要求。根據上述原則，勘探孔深度具體確定為:主樓控制性鉆孔深度為鉆穿第四紀覆蓋層進入基巖，深度約為95 m;一般性鉆孔深度約75 m;裙樓控制性鉆孔深度約為70 m;一般性鉆孔深度約50 m;地下室控制性鉆孔深度約為50 m;一般性鉆孔深度約為48 m。

2.2 現場原位測試工作量布置

(1)旁壓試驗孔

根據場地土層分布情況，選擇代表性的地段布置3個旁壓試驗孔，測求地基土的強度和變形模量，試驗深度40 m左右。

(2)波速測試孔

場地內布置波速測試孔3個(主樓2個、裙樓1個)進行巖土層波速測試。主樓2個波速測試孔進行全孔波速測試，測定巖土層剪切波速和壓縮波速;裙樓1個波速測試孔進行20 m深度的剪切波速測試。

(3)靜力觸探試驗孔

為詳細查明地下室周邊土層分布和工程性質，在地下室周邊布置了12個靜力觸探試驗孔，試驗深度20 m～22 m。

(4)標準貫入試驗孔

場地內布置標準貫入試驗孔6個，試驗深度為第四紀覆蓋層。

(5)承壓含水層水頭觀測孔

場地地下水豐富，為測定承壓含水層水頭，在場地內布置觀測孔3個，觀測孔深度根據承壓含水層所在深度確定。

3 場地工程地質條件和水文地質條件

3.1 場地工程地質條件

(1)場地地形地貌

場地位于無錫市體育中心東南面，太湖大道北面，青祁路西側，地形基本平坦，地面高程3.21～4.63 m?？碧角?，場地內分布的水溝、塘已基本填平。場地地貌單元屬長江三角洲沖積平原。

(2)場地巖土層分布

根據野外勘探、原位測試和室內巖土工試驗成果綜合分析，場地典型巖土層分布自上而下，如圖2所示。

圖2 工程地質剖面圖

3.2 場地水文地質條件

(1)場地地表水

無錫市屬長江流域太湖水系，區內地表水系較為發育。

目前場地已經成為無錫市經濟、文化中心，西北為市體育中心，四面環路，場內地表水系已不很發育，僅存的小水溝、小水塘在勘探前亦基本填平。

(2)場地地下水

根據場地地層結構，場地有潛水和承壓水分布:

①潛水

潛水含水層為地表①層新填土。主要由碎磚石等粗顆粒混粉質粘土填積，結構松散、密實度差、孔隙大，連通性較好，含水性及透水性好，但總體厚度不大，含水量不很豐富。

根據室內試驗資料，②層可塑(局部硬塑)粉質粘土的平均滲透系數為 KV=0.15 ×10－6cm/s，Kh=0.05×10－6cm/s，屬微透水～不透水層，透水性弱，基本不含地下水，分布穩定，為隔水層。

野外勘探期間遇有雨雪天。根據場內各鉆孔及場地內所挖水坑的實際量測結果看，場地地下水初見水位埋藏深度在地面下0.20 m～0.90 m，高程為3.40 m～4.03 m(黃海高程系、下同);場地地下水穩定水位埋藏深度在地面下0.40 m～1.40 m，高程為3.21 m～3.59 m。潛水主要補給來源為大氣降水的入滲補給及地下管線滲漏補給，以蒸發方式排泄，水位受季節性變化影響明顯，年變幅為1 m左右。

②承壓水

勘探深度范圍自上而下有三層承壓水。

a.第一層微承壓水

由③～a層稍密～中密粉土組成含水層，隔水頂板為②層可塑(局部硬塑)粉質粘土，隔水底板為③層可～軟塑粉質粘土。透水性較強，富水性、給水性較好。但厚度不大(0.8 m～2.0 m)，僅局部呈透鏡狀分布，含水量不豐富，對工程施工影響亦不大。

量測的第一層微承壓水頭埋深在地面下約0.9 m～1.0 m，高程 3.16 m ～ 3.24 m，平均水頭高程為3.20 m，較潛水位略低，水位基本穩定，主要接受潛水的越流補給和場外與該含水層連通的地表水的補給，所以，水頭升降亦受季節性變化影響，雨水期水頭會略有升高。

b.第二層弱承壓含水

由④層軟～流塑粉質粘土和④～a層粉土組成含水層。隔水頂板為③層可～軟塑粉質粘土，隔水底板為⑤層可～硬塑粉質粘土。該含水層為影響基坑施工的主要含水層，埋藏較淺，厚度較大。其中，④層粉質粘土透水性較弱(滲透系數為6.76 ×10－6cm/s～14.4×10－6cm/s)，給水性較差;④～a層粉土透水性較強(滲透系數為88.3×10－6cm/s～187 ×10－6cm/s)，富水性、給水性較好。

量測的第二層弱承壓水頭埋深在地面下2.4 m～2.7 m，高程1.74 m ～1.88 m，平均高程為 1.87 m，較第一層微承壓水水頭低，水位較穩定，常年有水，主要接受潛水的越流補給，水頭升降亦受季節性變化影響，雨水期水頭仍會略有升高，該含水層具有弱承壓性。

c.第三層承壓水

由⑥～2層軟～流塑粉質粘土(夾淤泥質粉質粘土)組成含水層，隔水頂板為⑥～1層軟～可塑粉質粘土，隔水底板為⑥～3層可塑(部分軟塑)粉質粘土。該含水層厚度較大(5.3 m ～8.4 m)，由于夾粉土，使得透水性強弱不均勻。粉土含量高處，透水性較強、富水性較好;粉土含量低處，透水性較弱、富水性較差。所以，該含水層透水性、富水性不均勻。

量測的第三層承壓水頭埋深在地面下3.0 m～3.2 m，高程為 1.24 m ～1.43 m，水位較穩定，常年有水。主要接受場外含水層的補給，水頭升降受季節性變化影響不明顯，該含水層埋藏較深，但由于水頭較高，對工程施工有一定的影響。

4 場地和地基的地震效應評價

4.1 場地地段劃分

按規范［3］附錄A，無錫市抗震設防烈度為6°，設計基本地震加速度為0.05 g，設計地震分組為第一組。

場地位于廣闊的沖湖積平原之上，地形平坦，場地覆蓋層厚度大，20 m以上土層為可～硬塑粉質粘土和可塑粉質粘土夾厚度不大的飽和軟弱粘性土和稍密粉土層，深度5.1 m～13.6 m之間土層性狀差異大。綜合土層性質及所對應的厚度綜合分析，按規范［3］表4.1.1條及相應的條文說明，本場地屬于可進行建設的一般場地。

4.2 場地類別劃分

場地內進行了3個鉆孔的波速檢測，場地20 m深度土層等效剪切波速vse=188 m/s～201 m/s，場地覆蓋層厚度為 89.7 m ～94.3 m，大于 50 m，按規范［3］表4.1.6判定，建設場地為Ⅲ類建筑場地，特征周期值為0.45 s，見表 1。

表1 土層等效剪切波速

5 基礎設計方案選擇

由于建筑物結構荷載大，從場地土層分布及工程性質分析，采用天然地基或者采用單樁基礎均不滿足設計要求［4］，經分析比較主樓基礎宜采用樁基+筏式厚底板，樁基采用大直徑鉆孔灌注樁;裙樓基礎宜采用樁基+筏式底板，樁基采用鉆孔灌注樁。

5.1 樁基礎持力層的選用

本工程由主樓、裙樓和純地下室三部分組成。由于荷重差異大，所以，樁基持力層除考慮單樁豎向承載力應滿足設計布樁要求外，還應考慮主樓的總沉降量的控制、主樓與裙樓和純地下室之間差異沉降控制。

(1)主樓持力層的選用

由于主樓為一幢超高層建筑，結構荷載大，要求單樁豎向承載力高，對地基變形控制嚴格。從場地土層分布看，⑨～1層可～硬塑粉質粘土強度較高、層位穩定、厚度大，其下的⑨～2層土質更好。所以主樓建議以⑨～1層可～硬塑粉質粘土作為樁端持力層。

(2)裙樓持力層的選用

裙樓為7層，地下室3層。考慮地下水浮力及基坑挖土的補償作用，建成后基底處平均有效附加應力將不大，但由于建筑物柱網較大，單柱荷載仍相對較大。從場地土層分布看，⑦～1層可～硬塑粉質粘土強度較高、層位穩定、層厚較大亦較均勻可以作為樁端持力層。

(3)純地下室持力層的選用

本工程地下室大于主樓和裙房范圍，純地下室區域的地下水浮力及高大的主樓在風荷載作用下對地下室樁基礎產生的抗拔力將遠大于結構自重和上覆土重。純地下室區域應設置抗拔樁。根據經驗，該類抗拔樁的樁端入土深度(或樁端持力層)宜與裙樓相同，即以⑦～1層可～硬塑粉質粘土為樁端持力層。

5.2 單樁承載力估算

根據規范［5］公式 5.2.9，采用經驗參數法估算鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力，以J8、J13、J3、J5孔為例，估算鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力標準值見表2。

表2 估算鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力標準值

5.3 樁基沉降計算

按規范［5］，本工程樁基安全等級為一級，應進行樁基沉降計算。采用分層總和法計算樁基沉降時，公式中的第i層土的壓縮模量，可按原位測試方法結合室內壓縮試驗綜合確定。其自重壓力(p0)至自重壓力加附加壓力(p0+Δp)段的壓縮模量見表3。

表3 壓縮模量建議值

當按土層應力歷史計算樁基沉降時，可以按規程［2］中的公式 8.2.11 －3 進行計算，公式中各土層的壓縮指數(Cc)根據室內高壓固結試驗確定，見表4。

表4 各土層的壓縮指數Cc

根據規范［5］中的公式 5.3.5 和規程［2］中的公式8.2.11－3，估算塔樓中心點樁基沉降量見表5。

表5 估算塔樓中心點樁基沉降量S/mm

6 基坑工程評價

本工程設有3層地下室(地下室范圍包括主樓和裙樓及樓外空地)，層高5 m，預計開挖深度在現地面16 m～18 m之間，開挖深度及開挖面積大。

6.1 基坑周邊環境

建設場地地勢較開闊，四面環路，無重要文化歷史遺跡，基坑南側為太湖大道，人行道與基坑邊界的距離約為50 m;東側為青祁路，人行道與基坑邊界的距離約為30 m;西北兩側為無錫市體育中心廣場和體育中心的道路，北側道路外為體育場館，但與基坑邊界的最小距離在60 m以上。

據了解，太湖大道、青祁路道路下(主要為非機動車道及人行道)有管線(上水和下水管、通訊和照明電纜);體育中心道路下有管線(主要上水和下水管)。市體育中心體育場館采用了樁基礎。

6.2 基坑支護方案的建議

本工程基坑側壁安全等級為一級［6］，根據基坑周邊環境及場地工程地質和水文地質條件分析，本工程可以采用地下連續墻或排樁加內支撐作為支護結構。

(1)地下連續墻

地下連續墻的優勢在于既可以作為基坑開挖的止水、擋土結構，將來結構施工時亦可以作為地下室的外墻。

由于場地水文地質條件較復雜，有多層含水層，采用地下連續墻止水效果將較為明顯。

當采用地下連續墻時，為了保證地下連續墻自身的沉降不能過大又能起到止水作用，減小承壓水對坑底土層的頂托作用，需將墻體置于強度較高，透水性較差的地層中。從場地土層看，建議連續墻下端插入⑥～3層可塑(部分軟塑)粉質粘土中。支撐體系可選擇內支撐，內支撐的設置可根據地下室結構型式、施工方法，驗算后確定。

(2)排樁

由于地下連續墻成本高，施工工藝較復雜，本工程還可以采用鉆孔灌注樁支護方案，內支撐的設置可根據地下室結構類型、施工工藝要求，驗算后確定。

考慮到采取止水措施有一定要求，所以，要求鉆孔灌注樁咬合緊密，除起擋土作用外，還應起止水作用。

如不采用鉆孔咬合樁或咬合效果不好，尚應采取高壓旋噴注漿止水措施，阻斷④和④～a承壓水與場外的水力聯系。

通過經濟、技術、工期等多方面比較，建議采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水+內支撐的支護結構體系，可大大節省工程造價，縮短工期。

6.3 地下水控制方案的建議

對本工程有影響的含水層有四層(潛水含水層和三層承壓含水層)。其中，潛水含水層和第一層微承壓含水層由于厚度小、埋藏淺，對開挖施工影響小;第二層弱承壓水含水層在基坑開挖施工中容易產生坑底涌水和涌砂;第三層承壓水在基坑開挖施工中可能會產生坑底隆起變形。所以，有必要對第二層弱承壓水和第三層承壓水進行控制。

當采用地下連續墻支護，墻體下端插入⑥～3層可塑(部分軟塑)時，施工前或施工中只要在基坑內設置一定數量的疏干井對坑內地基土進行排水疏干。另外，在距離坑壁0.5 m～1 m處的坑底四周及中間設置排水溝就可以進行開挖施工。

當采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水+內支撐的支護結構體系，可阻斷第二弱承壓水(④和④～a層)與場外的水力聯系。同時，為了防止第三層承壓水在基坑開挖施工中可能產生坑底隆起變形，除在基坑內設置一定數量的疏干井對坑內地基土進行排水疏干外，還應在基坑內設置一定數量的降水井，以降低第三層承壓水水頭，根據坑底抗隆起穩定性計算，第三層承壓水水頭要求降到現地面下10 m。

6.4 基坑工程監測

地下室施工期間應進行嚴密監測。監測內容包括:

(1)支護結構體系自身的變形、內力的監測。

(2)基坑周圍地面及建(構)筑物的變形監測。

(3)必要時還應對降水效果進行監測。

7 結語

針對本工程建筑高度高、結構荷載大以及復雜的場地環境條件和復雜的地質條件，提出了適合本工程的地基基礎形式和持力層、圍護結構體系和降排水方案。對塔樓、裙房、地下室建議選用不同深度的持力層，減少了成本，縮短了工期;對于大面積的基坑，進行了地下連續墻及排樁支護方案優劣的分析和比較，考慮到場地上部土層相對較好的特點，建議采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水+內支撐的支護結構體系，大大節省了工程造價，縮短了工期，取得了明顯的經濟、環境、社會效益?？蔀榻窈箢愃频膸r土工程勘察項目起到借鑒作用。

［1］GB50021－2001.巖土工程勘察規范［S］.

［2］JGJ72－2004.高層建筑巖土工程勘察規程［S］.

［3］GB50011－2001.建筑抗震設計規范［S］.

［4］GB50007－2002.建筑地基基礎設計規范［S］.

［5］JGJ94－94.建筑樁基技術規范［S］.

［6］JGJ120－99.建筑基坑支護技術規程［S］.