高層建筑巖土工程勘察關鍵技術

崔 帥

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司， 北京 102600）

當前城市規模逐步擴大，土地資源緊缺的局面愈發明顯，為提高土地利用率，高層建筑成為重要的突破口，與此同時對其質量也提出更高的要求[1]。現場地質環境對高層建筑的穩定性具有重要影響，因此在建設之前需要做好巖土工程勘察工作，以獲得準確的勘察數據，為設計和施工提供可靠依據。

1 工程概況

西紅門項目位于北京市大興區西紅門鎮，項目包含住宅、酒店等多類型建筑物，共計13 幢，高度11.4～41.8m，采取地上2～14 層+地下2 層相結合的樓層布設方式。根據現場情況擬采用筏板基礎，上部結構組成類型中以混凝土框架為主體，輔以剪力墻。工程結構較復雜，對地質條件的要求高，對此應做好勘察工作。

2 案例工程巖土工程關鍵技術問題分析

2.1 地下水控制問題

根據地質勘察結果得知，潛水水位均分布在基礎埋深以下，但潛水層存在較為明顯的年變幅，隨時間的推移易出現潛水水位上升的情況。對此，要充分考慮長期的地下水位觀測結果，以此為依據預判其在未來的變化情況，并確定是否有必要輔以科學的控制措施，以消除地下水的不利影響。

2.2 卵石地層粒徑及基坑支護問題

按照設計要求，基槽開挖深約9m，具有超深、超大的施工特點，基坑側壁地質條件欠佳，分布大量卵石層和填土層，要兼顧地層、地下水的實際情況，設計相適應的深基坑支護體系。在卵石層等不利地質條件的影響下，基坑施工難度較大，基于常規的鉆探方法難以確定卵石層內部組成情況。且基坑支護對后續環節的影響較大，因此要充分掌握砂卵層粒徑等方面的情況，探討其對于支護體系的影響機制，注重對支護體系類型、鋼筋等方面的選擇。

2.3 抗浮穩定性問題

抗浮水位將在很大程度上影響結構防水、底板結構設計等多個方面。在抗浮水位偏高的情況下，為使設計浮力維持均衡的狀態，則要增加結構自重，或者采取增設抗拔樁的方式，局限之處在于施工工期延長、成本增加；對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構的完整性，使其出現開裂等質量問題。因此，地下水位的準確性及抗浮設防水位的合理性對工程安全及經濟合理性具有重要的影響，對勘察提出了更高的要求[2]。

2.4 地基基礎問題

高層建筑的荷載較大，對地基承載力提出更高的要求。本項目的各類型建筑施工中，均選擇的是相同的整體基礎底板，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，因此由于地基基礎穩定性欠佳而引發的建筑沉降問題需要得到高度的重視。

3 勘察技術對策

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，并且鉆進過程中遇到深厚卵石層時施工難度較大，若要順利完成鉆探測量工作并非易事。勘察過程中結合現場地質情況分析，采用常規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

為獲得準確可靠的卵石地層參數，選擇人工探井的方式，在整個卵石地層中選擇兩個具有代表性的位置設置人工探井，分層描述卵石地層的地質情況，例如顆粒級配、最大粒徑等；為掌握大粒徑卵石在施工場地內的分布特點，抽樣后轉移到試驗室做進一步的檢驗，以掌握顆粒級配的實際情況；確定粒徑＞300mm 的漂石，通過稱重的方式明確其具體重量，并測得三軸尺寸；為掌握卵石的實際強度特點，組織了荷載試驗以及單軸抗壓強度試驗。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，使后續各環節施工順利推進。

3.3 抗浮設防水位專項研究

地下水壓力是工程施工中需要重點考慮的因素[3]，以滲流分析理論為引導，綜合考慮北京市現有的地下水勘察資料、氣象資料等方面的信息，并顧及設計條件、施工現場的地質以及水文方面的實際情況，明確地下水壓力在歷史階段所發生的變化特點，并以此為依據預測其在后續的變化趨勢。基于上述分析，創建穩定性數學模型，由技術人員模擬地下室外墻水壓力，根據所得結果進一步做出預測，從而得到最大水壓力分布的基本情況。重點考慮基底標高23m 處的水文情況，可以得知其最大地下水壓力為125kPa，對應的是地下水標高35.5m 處。鑒于此，基底的抗浮設防水位標高的控制標準應當是“至少達到35.5m”。

3.4 地基-基礎-上部結構協同沉降計算

此外，本工程還引入了PKPM 系統軟件，利用此平臺創建完整的地下結構模型，其包含地基-基礎-上部結構，具體見圖1。

圖1 地下結構整體模型

為做好基礎設計工作，需要重點分析上部結構剛度情況，明確其對于基礎內力的影響；此外，地下結構的整體剛度也是重點分析要素，需要協調各單體的關系，盡可能地減少變形誤差，從而實現協同設計。

相鄰建筑地基荷載影響的問題也較為普遍，需要從地基基礎上部結構出發，對該部分展開協同沉降分析，以便確定傾斜量、差異沉降等，從所得結果來看可以滿足設計要求，也與現階段的相關工程規范相符[4]。此外，引入變剛度調平基礎的方式，以附加荷載為基本參考，確定合適的地基承載力標準值，鑒于超高塔樓的附加荷載偏大的特點，在地基設計工作中可將地基承載力取小值；而對于高層辦公樓，此類建筑中較為合適的是取較大地基承載力值。盡可能協調好各部分的變形，使其具有協同關系，從而減小差異沉降，將沉降穩定在合理范圍內。

4 結束語

高層建筑施工復雜，前期的巖土工程勘察可為設計方案的編制、施工作業提供重要的依據。案例工程中，針對地下水水位的問題采用了沖擊鉆的方式查明；針對卵石粒徑的情況采用了人工探井的方式查明；針對抗浮設防水位的大小采用了數值模擬的方式查明，這些方法為其它高層建筑勘察提供了參考。此外，本工程勘察作業全程遵循文明施工的原則，建設單位等相關主體積極參與其中，監理單位發揮出監督作用，在多方協同的工作模式下，最終結束本次勘察工作，取得具有參考價值的地勘信息。