簡述高層建筑巖土勘察及地基處理技術的應用

王偉兵 山西機械化建設集團有限公司

1 巖土勘察主要內容

1.1 分布勘察點

（1）矩形高層建筑物分布形式是雙排，但不規則高層建筑物分布形式是凸出角點或是凹進陰角。（2）層數、荷載與體形改變很大部位分布。（3）甲級高層建筑還需要在中心點和電梯以及核心筒位置分布。（4）獨棟建筑：甲級不少于5 個；乙級不少于4 個；控制性勘察點不少于勘察點總量的1/3。

1.2 距離

一般勘察距離是15m～35m。①巖土項目中，針對沖溝范圍、沉積地帶以及暗溝部位，能夠適當加密距離；②淺層巖溶發育區域：鉆探+物探；③鉆孔距離能根據實況合理加密。

1.3 鉆眼深度

（1）把控鉆眼深度大于地基變化計量深度。

（2）箱形基礎與筏形基礎把控鉆眼深度：缺少變形計量條件時：

（b：基礎底面寬度；dc：控制性勘測點深度；d：基礎埋置深度；β：下沉計量深度調整值；ac：與土層相關的經驗值）；β甲級為1.1；乙級為1。

（3）通常鉆眼深度超過重點荷載層深度，箱形基礎與筏形基礎常規鉆眼深度是：

（dg：常規性勘測點深度；ag：和土層相關的經驗值）。

（4）針對基巖地方或是淺層熔巖發育地方，要嚴格管理鉆眼完整與較完善基巖3m～5m；甲級取大值，乙級選擇小值。不同地質土類系數見表1。

表1 不同地質土類系數

1.4 采樣與原位檢測

（1）豎向距離：基底下1b深度范圍1m～2m，（地層單一時）能適當增大間距。（2）每個現場的各個主要土層，采樣與原位檢測數量不少于6個。（3）在建筑物地基主要荷載層區域，若夾層或是透鏡體厚度超過0.5m，就能展開采樣測試或是原位檢測。（4）若建筑結構地基巖土條件不均勻，就要適當增多采樣測試數量或是原位檢測數量。（5）巖石樣每層數量不少于6個。（6）計量地下室側墻和基坑邊坡可靠性時，或是規劃錨桿時，需要保證土層樣本數量超過6個。

2 巖土勘察后續信息整理和分析

巖土勘察結束后，需要各部門與技術人員仔細整理和研究所得信息，確定巖土指標，以便下個工序順利進行。（1）地區地層地質面貌信息。地區地層地質面貌主要指整個施工現場以及附近輻射區域地質特點大概狀況，針對后期建筑建設而言有著現實的指導作用，確定工藝技術與作業方案的關鍵參考信息。特別是針對高層建筑而言，地基處理效果的高低直接關系到建筑總體質量和安全，認真整理地區地層地質面貌信息，保證其準確性就是支撐地基建設的最好手段。（2）地基巖土布局與特點信息。勘察結束后要采取其中關于地基部位巖土的信息，且對其展開整理與研究，歸納出其巖土布局和特點，以便規劃和確定地基施工方案，這是巖土勘察的關鍵部分。（3）水文環境信息。水文環境信息，特別是地下徑流信息，針對地基處理而言直接關乎其生產安全。巖土勘察結束后要獨立提出水文信息，且對其展開評估，細分有利條件與不利條件。

3 地質評估

地質評估重點是分析評估巖土勘察信息，評估內容有地質結構的可靠性與優劣，且為地基與建筑建設提出建議。建筑地質評估通常會基于案例講述形式進行，由此達到準確高效的目的。

（1）地質結構可靠性與適宜性評估。地質結構不可靠一般表現為極易產生滑坡坍塌，泥石流等情況，地質結構可靠性、適宜性評估及分析是否會產生類似地質災害，研究施工環節產生地質災害的概率、災害程度與處理方法，還能直接否定場地禁止用在高層工程方面。（2）地基巖土評估。，即針對巖土是否適合處理地基展開評價，和勘察地段可否投入建設存在緊密聯系，還與地基位置有直接關系。通常超過51.45m的土層結構可靠，巖土布局規律，層面齊全，表層均勻的就能夠被看作比較好的地基土。（3）圍巖劃分與土可挖性評估。勘察巖土結構結束后需要研究其可挖性，了解該地段可否開挖地基與開挖深度等。

4 地基處理要點

地基處理主要包含早期準備、確定工藝與質量管理，以下對這三個部分展開深入討論。

4.1 早期準備

高層建筑建設中運用地基處理方法時，要做好早期準備任務。嚴格按照國家及各部門發布的明文規定，保證地基規范處理。①根據現場地勘信息，仔細審查地基處理計劃，及時處理作業方案中出現的操作工序與作業手段不合理現象。比如在地質結構大都是淤泥的狀態下，要先處理淤泥，且采用替換等方法進行處理。需要注意的是，編制地基處理方案過程，還要綜合工程現場的水文環境、材料性能與具體供給狀況，提高作業方案的整體性，保障其為地基處理方法的后續使用帶來完善的執行依據。②早期準備過程也要從確定地基強度與剛度著手，根據建筑建設情況，科學計算地基處理過程所要的強度參數，由此提高建筑結構總體穩固性。③設備準備。首先確定地基施工設備體系，了解每個部分的設備需要，再按照地基概況確定設備數量，地基處理通常會采用長螺旋鉆機，混凝土攪拌機，混凝土輸送泵，碾壓機等。按照現代綠色建筑施工要求，設備組合要選用噪聲低耗能少與高效率的產品。在提高施工質量的基礎上也要考慮生態環保，盡量讓地基處理的經濟價值、環境效益等更加明顯。

4.2 工藝應用

①測量和定位工藝。這是地基處理的關鍵環節，能采取打孔液石灰法處理，也能通過吊線錘檢測垂直度。而打孔液注石灰操作步驟是：鋼管打眼、注入石灰粉、復檢鋼筋樁位，操作時要一次性處理好。鋼管口徑打眼深度等按照實際情況確定。②鉆入成孔處理。該方法的使用要重視很多細節，尤其是要科學調節力度，防止影響整個施工環節。鉆入成孔要采用科學措施，即采用先進手段不斷完善，根據建筑實際情況選擇切實可行的方式方法。鉆入成孔處理主要對鉆壓和作業速度等進行嚴格控制與調整的具體過程，實際施工中通常采取間歇式鉆入成孔方法，該方法更滿足高層建筑的具體情況，而且還是根據巖土勘察結果所采取的有效對策。采用鉆入成孔處理方法時，時間要維持在30s～60s，如此方可更好地滿足建筑實際需求。③混凝土加工與泵送。高層結構地基處理過程，為使之更為穩固，必須注重材料的應用，尤其是基礎混凝土材料，更要注重其加工與泵送過程。建筑建設中，要嚴格根據操作工序進行加工，工序應當科學，根據作業標準穩定推進所有步驟，實際操作時滿足國家方針政策及標準規范，然后精準定位為高層建 筑物順利投用提供良好條件。為適應地基處理要求，必須嚴謹采用技術方法，唯有基于國家標準開展基本工作，方可保證地基處理質量合格，提高地基穩固性。混凝土配比要合理，唯有其滿足一定標準方可投用，例如合理控制溫度，振搗過程重視細節，防止力度太大或者太小影響混凝土應用效果。

4.3 質量管理

①單樁承載力管控及保障。樁下粉細砂層和細中砂層處理時受到擾動是減小樁柱承載性能的重要原因，由此降低了整個樁體承載性能。通過研究發現，能加大樁柱長度解決這一問題，主要原理是經加大長度使樁端穿過粉細砂層和細中砂層，如此粉細砂層和細中砂層出現擾動就不會干擾樁端。②防治竄孔現象。于飽和性粉土、粉細砂層上作業時，兩相鄰樁處理過程，一方樁體處理完成，開始另一相鄰樁體處理時已完成的樁體產生沉降，且沉降深度很大，隨后在灌漿時沉降樁體能夠回升，當灌注滿足規定容量后，沉降樁體能恢復到原本的部位，這種情況即竄孔。作業土質、樁體距離，成孔過程與垂直度等均會引起這個問題，則在產生竄孔問題后必須逐個排查以上狀況。防治竄孔現象必須嚴格管理機械設備與技藝，具體內容是：長螺旋鉆端部吃土水平、成孔時長、擾動性能等。

5 高層結構地基處理方法運用分析

5.1 砂巖墊層置換法

該方法旨在提升軟士強度，采取替代處理方法處理軟基內的礫沙、中砂以及粗砂等強度差的地方。操作人員要用碎砂石、粗砂、礫石以及中砂等完成軟土與浮土置換工作。該過程必須嚴格管理施工環節，具體包含如下幾點：①科學調整沙墊與地表高度，保證其處于同個水平面上，若在實際施工中反復調整的高度不一樣，要根據首次深淺操作順序處理。②施工時要把現場布置成斜坡。當選用礫石用作墊層時，需在基坑下方鋪上一層沙子，建立礫石墊層，防止局部地基損壞基坑地面軟土。

5.2 土方開挖法

高層建筑物地基處理中，支護規劃和土方開挖是重點，針對地基基礎項目質量影響較大。實際施工中要設計施工場地的平面圖，了解各個部位的信息，比如邊坡坡度、開挖水井的部位、土方開挖的基本路線等。開始開挖前，要清除挖方中的障礙物，涉及電纜與管道，避免開挖時產生問題。若施工場地地質很硬，就要利用機械設施，比如反鏟挖掘機。若是巖石地質就必須借助巖石粉碎機操作，要按照地質條件采取恰當的處理方法。土方開挖環節并非所有操作均要借助機械設備，有些施工過程也要由人工處理，比如基坑邊角處理，就要借助人工精準管理挖掘深度，避免因挖掘深度太大而損壞地基原土。最后仔細檢測土方開挖效果，檢測時嚴格遵守質量標準，針對允許存在偏差的作業環節也要保證偏差合格。

5.3 樁基礎作業方法

地基處理過程，應選擇粉質黏土層用作持力層，樁長約為13m～14m。挖掘基坑時，能自然放坡，選擇土釘墻噴錨支撐基坑。現場地下水是上層滯水與承壓水，對建筑建設有較大影響的一般是上層滯水。挖掘基坑前要先做好基坑降水措施，排水方法能采取集水明排處理；降水方法能夠考慮選擇輕型井點降水。挖掘好基坑后避免水浸與日曬，仔細驗槽與墊層；基礎處理完成后要立即填充黏性土，回填土避免選擇腐殖土、含水量高的土、雜填土等，并根據要求逐層夯實，符合密實度標準。

5.4 高壓噴射灌漿法

高壓噴射灌漿法即借助鉆機鉆孔法，把灌漿管送到預設部位，用高壓機械把地基內的漿液變成高壓射流溢出來，由此沖擊地基內的土體，讓土料和地基相結合，在冷卻硬化后產生堅硬的復合地基，增強地基承載性能，提高地基處理效果。在高層建筑物地基處理過程采用高壓噴射灌漿法，增強了地基剛度，確保了建筑物質量及安全。

5.5 添加劑操作方法

添加劑操作方法用于地基處理中即通過水泥改善地基內軟性泥土成分，提高泥土可塑性，保證機械設備可以順利完成任務，有助于地基處理規范開展。有些高層建筑物自然地基一般由軟土組成，承載力不能符合建筑實際要求，需要添加一些添加劑來提高地基強度，提高高層結構地基承載性能。

6 工程案例

某高層建筑居民區，3#～4#樓的結構安全等級是Ⅱ級，而且無地下工程，3#樓的工程面積是7356m2，4#樓的工程面積是2445m2,3#～4#樓結構模式都是框架結構。

6.1 穩固性驗算研究

在該高層結構巖土項目勘察過程，針對地基基礎測算辦法是：①測算高層結構傾斜度；②高層結構下降量很大，所以要測算該高層結構地基下降量；③測算該建筑結構基礎穩固性。其中，針對建筑穩固性的驗算最重要。當前，國際上針對建筑結構基礎方面的探究比較片面，導致在高層結構地基穩固性驗算上水平較低，因此需要對該方面進行深度探究。

6.2 施工機械設備

對于案例工程的實際情況，擬選擇一臺HBT60型混凝土運輸泵、兩臺ZKL800BB 型步履式螺旋鉆機、一臺JS50型混凝土攪拌機，以上機械在實際施工環節不會出現漿液污染，噪聲較小；成孔穿透力很強，且施工時能防止影響新打樁。

對于高層建筑建設，首先應選取恰當的工藝技術。高層建筑物巖土勘察研究與地基處理方法中，基于現場作業條件和環境挑選恰當的機械設備能夠取得事半功倍的成效。地基處理環節，選取混凝土泵與混凝土攪拌機組成的施工設備，能夠更好提升施工效果及速度。混凝土攪拌機、混凝土運輸泵以及長螺旋機被經常用于施工方面，該種機械噪聲很小，并且在制樁時更具備穿透力，不僅可以減少對周邊環境的污染，還可以提升工作效率。

6.3 基礎方案

（1）高層建筑建設中，針對自然地基要展開可行性探究。經研究施工場地自然地基淺基礎，能詳細了解地基是否滿足建筑建造標準。一般自然地基淺基礎通過軟土組成，承載性能很低。此外，自然地基可能存在溶洞，如此就會下降土地強度。而且自然地基地下水很豐富，所以不得采取換土方法處置地基。（2）對高層建筑結構人工復合地基淺基礎展開可行性研究。在建造本建筑3#～4#樓時，要根據地基實況實施淺層攪拌樁加固辦法，以④層用作樁端持力層，預估樁長是11.7m～15.6m，具體攪拌深度要根據施工場地實況合理調整。

7 結束語

高層建筑備受人們的廣泛關注。本文著重分析了高層結構巖土勘察活動情況，并詳細介紹了地基處理方法的使用。希望可以給高層建筑物地基處理帶來借鑒，還進一步證實了巖土勘察活動的要領與細節，為后期相關任務開展提供良好的參考。