高層建筑基礎(chǔ)巖土工程勘察要點(diǎn)分析

陳杰

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘察中心湖北總隊(duì),湖北 武漢430030）

工程地質(zhì)勘察是以研究和查明工程建設(shè)范圍內(nèi)地質(zhì)環(huán)境特征及其與地上工程建筑承載力關(guān)系的一門應(yīng)用性學(xué)科，它為城市道路、建筑、工廠、鐵路、礦山和港口等建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工提供了可靠的依據(jù)。在對(duì)工程基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)前，需要工程地質(zhì)勘察人員通過對(duì)建設(shè)范圍內(nèi)的地形、地質(zhì)和水文條件進(jìn)行實(shí)地勘探，摸清其地層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)年代、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)持力層的強(qiáng)度特征值，并對(duì)工程建筑的基礎(chǔ)做出可行性評(píng)價(jià)。由于工程地質(zhì)勘察的重要性，無論是工程設(shè)計(jì)還是施工，對(duì)工程地質(zhì)勘察的依賴性都很強(qiáng)；但由于工程地質(zhì)勘察的工作內(nèi)容是針對(duì)地下十幾米甚至數(shù)十米的巖土，在工程勘察時(shí)，如果準(zhǔn)備工作和實(shí)施時(shí)的細(xì)節(jié)不到位，容易出現(xiàn)漏勘和錯(cuò)勘的情況，極大地影響了工程地質(zhì)勘察結(jié)果的可靠性。筆者結(jié)合自己多年從事建筑工程地質(zhì)勘察工作的經(jīng)驗(yàn)，與廣大讀者探討一下高層建筑工程地質(zhì)勘察工作的要點(diǎn)。

1 高層建筑基礎(chǔ)工程巖土勘察工作的特點(diǎn)

民用建筑可分為住宅建筑和公共事業(yè)建筑。與工業(yè)建筑相比較，民用建筑的特點(diǎn)是跨度小，基礎(chǔ)荷載量較小，以靜荷載為主，基礎(chǔ)埋深淺。但隨著近些年來，城市建設(shè)的飛速發(fā)展，許多住宅建筑開始從多層建筑發(fā)展到層數(shù)為30層及以上的高層建筑，部分城市的住宅建筑甚至出現(xiàn)了高達(dá)50層的超高層建筑。這些高層建筑的基礎(chǔ)有以下幾個(gè)方面的突出特點(diǎn)：

（1）荷載大

由于高層建筑的高度遠(yuǎn)高于多層建筑，為了維系自身的結(jié)構(gòu)剛性與穩(wěn)定性，多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或者鋼結(jié)構(gòu)，因此其自身的重量較多層建筑有了高達(dá)數(shù)十倍的提升。例如，一幢高達(dá)35層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層，其基底的壓力可達(dá)800KPa，荷載的增加，對(duì)地基承載力的要求相應(yīng)的提高。

（2）基礎(chǔ)埋深大

城市用地逐漸緊張，住宅小區(qū)的興建多伴隨著地下空間的開發(fā)。如地下車庫，地下室及地下商業(yè)等。同時(shí)，高層建筑特呈現(xiàn)出了瘦高的特性，其基礎(chǔ)必須埋設(shè)于地下一定的深度，才能保證其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足抗震和抵御風(fēng)荷載的相關(guān)要求。一般來說，箱形基礎(chǔ)和筏形基礎(chǔ)的高層建筑，其基礎(chǔ)埋設(shè)深度一般不小于基建筑有效高度的1/15，而箱-樁和筏-樁基礎(chǔ)的埋設(shè)深度不應(yīng)小于其建筑有效高度的1/18。按35層約110m的建筑有效高度來計(jì)算，高層建筑的基礎(chǔ)埋深最小也要20m以上。高層建筑自身基礎(chǔ)的特點(diǎn)就給地質(zhì)勘察工作提出了很高的要求。工程地質(zhì)勘察人員必須通過對(duì)地形地貌、土體的物理與化學(xué)性質(zhì)、地下水的埋藏深度、地下水的特性等做出全面的了解，并對(duì)其中重要數(shù)據(jù)，如巖土分層構(gòu)造，厚度、深度、承載力強(qiáng)度值等做出準(zhǔn)確描述，結(jié)合設(shè)計(jì)人員對(duì)基礎(chǔ)深度及基礎(chǔ)形式的設(shè)計(jì)，從勘察出的地質(zhì)情況為其做出可行性和合理性的建議，以保證高層建筑的基礎(chǔ)形式可靠與穩(wěn)定。

2 高層建筑基礎(chǔ)巖土勘察的要點(diǎn)

2.1 工程勘察前期準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行工程勘察前，勘察企業(yè)應(yīng)提前將勘察中所需的資料及符合勘察過程的手續(xù)辦理妥善，以保證勘察任務(wù)的正確性、合法性及有效性。這些資料包括由建設(shè)單位提供的勘察任務(wù)書和計(jì)劃書、勘察范圍的用地紅線和相關(guān)的批準(zhǔn)文件；另外，還有一些需要建設(shè)單位協(xié)助，由設(shè)計(jì)單位提供的建筑平面布置圖和地形圖、由設(shè)計(jì)單位填寫的勘察技術(shù)要求、質(zhì)量要求以及勘察進(jìn)度要求等。除了收集各種勘察必須的資料和辦理勘察工作的合法手續(xù)外，勘察單位還應(yīng)提前到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地踏勘，了解擬勘察場(chǎng)址的位置及特點(diǎn)，提前做好臨時(shí)道路、水、電的清理與修建工作，組建項(xiàng)目組，為項(xiàng)目配備與之相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人員，備齊勘察過程中所需的技術(shù)條例，勘察工程技術(shù)規(guī)范等相關(guān)資料，以備勘察工作過程中做到隨時(shí)查閱，而不是完全憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)行事。

2.2 建筑工程勘察的目的與任務(wù)

建筑工程勘察的目上的是為了滿足建筑工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可行性與合理性的要求，為建筑工程基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、施工、基坑開挖與支護(hù)、降水等提供可靠的地質(zhì)資料和設(shè)計(jì)依據(jù)，同時(shí)為基礎(chǔ)施工中的關(guān)鍵技術(shù)問題提供論證和評(píng)價(jià)服務(wù)的。

基于以上的目的，建筑工程基礎(chǔ)的勘察任務(wù)如下：

（1）查明建筑場(chǎng)址范圍內(nèi)有無影響工程穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用類型，查清其成因、分布范圍與影響程度，提出治理方案；

（2）查明對(duì)工程施工不利的地質(zhì)問題，如地下暗河、空洞、墓穴等；

（3）查明建筑場(chǎng)址范圍內(nèi)的地層分布、厚度、深度、年代、結(jié)構(gòu)類型、工程特性以及各土層之間的關(guān)系與其物理力學(xué)性質(zhì)；以此為基礎(chǔ)，分析和評(píng)價(jià)地基的穩(wěn)定性、均勻性和地基承載力；

（4）查明地基內(nèi)巖土層的承載力特征值、變形模量、基床系數(shù)等物理力學(xué)指標(biāo)，論證使用天然地基形式的可行性，對(duì)持力層與基礎(chǔ)的埋藏深度做出評(píng)價(jià)與建議。對(duì)巖質(zhì)地基還應(yīng)查明巖石的堅(jiān)硬程度、巖體和完整程度、基本質(zhì)量等級(jí)、巖石的風(fēng)化程度和風(fēng)化帶內(nèi)的單軸抗壓強(qiáng)度（天然、飽和、烘干）；

（5）查明地下水的分布、類型、埋藏深度、補(bǔ)給條件、地下水位季節(jié)性變化以及抽水流量等情況，提供未來50年內(nèi)的最高水位，為建筑的抗浮設(shè)計(jì)及地下水的腐蝕性防護(hù)做出定性與定量評(píng)價(jià)。提供地下水的滲透系數(shù)，并針對(duì)基坑開挖中需采取的降水控制措施和降水對(duì)周圍環(huán)境的影響做出評(píng)價(jià)；

（6）提供勘察場(chǎng)地范圍內(nèi)的抗震設(shè)防烈度等級(jí)、設(shè)計(jì)基本地震加速度和設(shè)計(jì)特征周期。判定場(chǎng)地類別，評(píng)價(jià)場(chǎng)地屬于對(duì)抗震有利、不利或危險(xiǎn)地段，提供場(chǎng)地土類型、覆蓋層厚度、土層剪切波速等地震參數(shù)；

（7）判別有無液化土層及其等級(jí)；

（8）提供抗浮錨桿與巖土的結(jié)合強(qiáng)度特征值；

（9）預(yù)測(cè)地基下沉、變形和傾斜的特征；

（10）對(duì)可能采取的復(fù)合地基的類型、適宜性、持力層提出建議，為施工方案中的可行性及對(duì)周圍環(huán)境的影響提出問題和建議；

（11）對(duì)基坑工程的設(shè)計(jì)和施工方案提出建議，提供基坑各側(cè)邊坡的地質(zhì)模型建議；

（12）對(duì)初步勘察中遺留的問題做出結(jié)論。

2.3 工程勘察過程的工作重點(diǎn)

工程勘察過程中的工作重點(diǎn)包含兩個(gè)方面：一是工程勘察現(xiàn)場(chǎng)中實(shí)際操作的技術(shù)重點(diǎn)，另外一方面是數(shù)據(jù)整理形成勘察報(bào)告文件的工作重點(diǎn)。

（1）工程現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí)，應(yīng)根據(jù)提前制訂好的工程勘察工作任務(wù)進(jìn)度及實(shí)施綱要，按計(jì)劃、有步驟地開展工作，對(duì)于工程勘察中使用的各種儀器與設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按照儀器與設(shè)備操作說明進(jìn)行，避免出現(xiàn)蠻干的現(xiàn)象，除了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性外，還要保證操作人員的安全與設(shè)備的良好工作狀態(tài)。除了儀器設(shè)備的正確使用，工作人員還應(yīng)按要求定時(shí)對(duì)所用儀器的計(jì)量精確度進(jìn)行校準(zhǔn)和審核，在設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前應(yīng)首次校核，在工作過程中也應(yīng)按使用校核時(shí)間間隔要求再次進(jìn)行校核，始終使儀器與設(shè)備在計(jì)量許可認(rèn)證的范圍內(nèi)工作，才能保證勘察原始資料的準(zhǔn)確性。勘察現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的各種原始資料的記錄過程必須認(rèn)真填寫，按規(guī)定的格式與內(nèi)容來進(jìn)行，杜絕隨意修改與涂抹的現(xiàn)象，填寫的內(nèi)容不可用簡(jiǎn)稱或縮寫，相關(guān)數(shù)據(jù)的填定與認(rèn)可應(yīng)有校驗(yàn)人員的簽字方可生效。同時(shí)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人也應(yīng)隨時(shí)駐現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)與技術(shù)督查，保證勘察現(xiàn)場(chǎng)的工作有序性和準(zhǔn)確性。

（2）勘察成果的編制與審核是控制勘察工作質(zhì)量的工作重點(diǎn)。在各級(jí)負(fù)責(zé)人對(duì)勘察原始記錄資料準(zhǔn)確、完整、有效地基礎(chǔ)上，應(yīng)依據(jù)工程的類別和有關(guān)部門的要求，對(duì)工程勘察中產(chǎn)生的資料、圖表和報(bào)告等按照相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行整理和分類。由于巖土勘察成果除了滿足查清地層構(gòu)造與分級(jí)的要求外，更要根據(jù)工程建設(shè)的特點(diǎn)，結(jié)合工程場(chǎng)地的條件，對(duì)工程設(shè)計(jì)、施工條件和地基處理時(shí)的開挖、支護(hù)及降水等關(guān)鍵技術(shù)措施做出具體的要求和評(píng)價(jià)，為巖土工程中產(chǎn)生的問題進(jìn)行一定的決策和指導(dǎo)，提出基礎(chǔ)工程、邊坡工程的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和相關(guān)的指導(dǎo)性意見，從而為設(shè)計(jì)與施工提供相應(yīng)的技術(shù)依據(jù)，服務(wù)于工程建設(shè)過程。最后，按照勘察技術(shù)成果規(guī)范的相應(yīng)要求和合同中對(duì)于勘察成果的要求對(duì)整理后的資料進(jìn)行層級(jí)審核，在質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上，各專業(yè)負(fù)責(zé)人和部門技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)在報(bào)告上簽字，并加蓋勘察單位的公章與資質(zhì)章，形成最終的勘察報(bào)告成果。

2.4 勘察工作的管理

（1）理論與經(jīng)驗(yàn)結(jié)合

巖土工程的勘察工作較為復(fù)雜，其許多技術(shù)的發(fā)展并非來自于純理論模型的推導(dǎo)，而更多是來源于實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，因此，在實(shí)際開展工作時(shí)，理論與經(jīng)驗(yàn)不是孤立的，而是相輔相承的。例如，從理論上講，一般建設(shè)在地質(zhì)情況良好，高度的小于7層的多層結(jié)構(gòu)建筑中，勘探孔的深度在15m以內(nèi)基本能滿足基礎(chǔ)的要求了。但對(duì)于同樣高度的大型公共建筑，由于其自重較大，對(duì)基礎(chǔ)的要求也較高，勘察深度依然維持在15m以內(nèi)顯然不滿足工程實(shí)際的需求。這種情況下，應(yīng)根據(jù)地層的分布情況尋找持力層，并將探孔打至持力層以下作為終孔的標(biāo)準(zhǔn)。由實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)勘察到較密實(shí)的巖石基礎(chǔ)，且其埋藏深度較淺時(shí)，勘探深度可以適當(dāng)降低；而當(dāng)遇到性質(zhì)較差的淤泥或者其它承載力較差的不良地質(zhì)和軟土?xí)r，勘探深度往往要加大，直至打到符合要求的地層為止。應(yīng)該說勘察工程是一個(gè)以基礎(chǔ)理論為依據(jù)，結(jié)合工程技術(shù)人員自身的工程經(jīng)驗(yàn)，加上對(duì)試驗(yàn)參數(shù)和判斷能力的良好掌握，才能真正遇到問題解決問題的行業(yè)。因此，勘察工作人員應(yīng)注重對(duì)工程經(jīng)驗(yàn)的積累，不能完全依據(jù)純理論去解決工程中遇到的問題。

（2）經(jīng)濟(jì)性

我國(guó)的高層建筑現(xiàn)在正處于大發(fā)展的時(shí)期，許多地區(qū)，無論地質(zhì)條件好或差都在大規(guī)模地建設(shè)高層建筑。有些地區(qū)溶巖發(fā)育充分，地下孔洞多；有些地區(qū)位于沿海，地下淤泥和軟弱土層較厚，這些不良的地質(zhì)情況均加大勘察的深度，增加勘察的成本。因此，在勘察工作中，應(yīng)注意勘察工作的經(jīng)濟(jì)性，避免出現(xiàn)浪費(fèi)的現(xiàn)象。例如，樁基工程規(guī)范要求"一般的樁基礎(chǔ)孔，應(yīng)延伸至4-6倍的樁徑以下，且不得小于4m，對(duì)于大直徑的樁，不應(yīng)小于5m。"對(duì)于這樣的情況，如果在勘察方案中要求孔深50m，從控制性孔的資料來看，如果將孔深調(diào)整為45m，則不但能保證樁基滿足設(shè)計(jì)要求，還可以使樁端的持力層保持在40m左右的位置，同時(shí)還可以減少樁孔的深度，減少了經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。

（3）堅(jiān)持技術(shù)安全原則

地質(zhì)構(gòu)造涉及建筑結(jié)構(gòu)的安全，勘察工程技術(shù)人員務(wù)必提高重視，堅(jiān)持安全原則。

例如，某高層建筑基礎(chǔ)深度較大，深度為20m?45m，由于其上部地層為軟土，頂面坡度較大，采用鉆孔灌注樁較為合理，但房地產(chǎn)公司單方面為了追求工程進(jìn)度而將樁基形式改為預(yù)應(yīng)力管樁，勘察單位堅(jiān)持了技術(shù)安全原則，經(jīng)多方論證仍采用了原方案，避免了因牽就建設(shè)方而重新探孔和編寫報(bào)告造成返工的局面，提高了項(xiàng)目的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

結(jié)語

高層建筑基礎(chǔ)的巖土勘察工作較為復(fù)雜，要求鉆孔深度大、平面布置與土工試驗(yàn)應(yīng)合理、參數(shù)選取正確等，這對(duì)勘察工程技術(shù)人員提出了較高的要求。在進(jìn)行高層建筑基礎(chǔ)的勘察時(shí)，應(yīng)明確勘察的目的與任務(wù)，提前做好各種準(zhǔn)備措施，明確工作重點(diǎn)，加強(qiáng)勘察工作的管理，才能保證勘察任務(wù)的順利進(jìn)行，滿足工程建設(shè)的實(shí)際需求。

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