高层建筑岩土工程勘察关键点分析

赖文杰

摘要：高层建筑岩土工程勘察按其工程特点作了一些专门要求。这些要求可归纳为：对勘探点的平面布置、深度与取样等的要求；对发挥原位测试技术的要求；对室内试验的要求；岩土工程分析上的一些特殊要求等。本文主要探讨高层建筑岩土工程勘察工作及评价分析。

关键词：高层建筑；岩土工程；勘察

中图分类号：TU208文献标识码： A

高层建筑的结构与地基基础设计要求更详细准确地了解地层结构，掌握其变化。这不仅是计算沉降、预防倾斜的要求，也是基础类型选择与设计的需要。这是深基坑开挖设计与施工的需要。

一、高层建筑岩土工程的主要特征

1.高度高，相应地本身刚度也大

目前我国最高的建筑已超过80层，420m；国外则已超过100层，450m。建筑物的高度大了，对稳定性，特别是对整体倾斜的要求就十分严格。与此同时，还有高层部分与低层的裙房部分之间的沉降差等问题。

2.质量大，即垂直荷载大

通常一幢高层建筑物的总重可由数万吨至数十万吨。由于建筑物高耸，不仅竖向荷载大而集中，而且风荷载和地震荷载引起的倾覆力矩成倍增长，因此，要求基础和地基提供更高的竖直与水平承载力。同时使沉降和倾斜控制在允许的范围内，并保证建筑物在风荷载与地震荷载下具有足够的稳定性。这就对基础的设计与施工提出了更高、更严的要求。

3.深度大，常有多层地下部分

为了满足建筑功能和稳定性要求，高层建筑的基础一般具有较大的埋置深度，甚至超过20m，因而必须开挖较深的基坑和采取相应的降水措施。实践证明，经济合理的基坑支护结构和各种严密的防护措施是高层建筑基础工程不可分割的一部分。

4.环境效应问题

随着层数和高度的增多，高层建筑的建设难度越来越大，其中有一个非常突出的问题，就是其基础工程施工的环境效应问题，这个问题越来越受到广泛关注。

二、高层建筑岩土工程勘察的重要性

高层建筑具有高度高、质量大和基础埋置深度深等主要特点，因此对基础的稳定性、地基承载能力有十分严格的要求，对地基变形量和由于地基不均匀变形造成建筑物的整体倾斜有十分严格的限制。同时，由于基础埋置深度深，对深基坑施工的支护和降水产生的对邻近已有建筑和重要地下设施的影响也要进行细致的分析。

因此，通过地基勘察探明建筑场地的地质条件、地下水情况和地基岩土的性状对保证建筑物的安全、工程质量以及节约建设投资是非常必要的[2]。

三、高层建筑岩土工程勘察工作的对策与评价

（一）对勘探深度的要求

1.勘探点间距要小，以满足掌握地层结构。在纵横两个方面的变化和分析横向倾斜可能性的需要间距一般15～35m；若预期采用一般桩基，则间距为10～30m；若采用大直径桩，一桩一孔或一桩多孔，则每孔都要勘查。

2.勘探点深度要深。由于压缩层的下限要比一般建筑物的基础深得多，为了沉降计算的需要，一般应有不少于勘探孔总数1/2的控制孔深度达到和超过预计的压缩层深度。不过，有时压缩层深度不是决定勘探点深度的惟一依据。如采用桩基或桩岩有高压缩性土层等情况，勘探点深度要加深。

3.水文地质条件要查明。由于基坑的深度往往较深，因而不但有施工降水和开挖方法问题，而且有支护结构类型的选择与设计，防止坑底发生隆起破坏、坑外主体的过量变形等问题。为此，基坑底面以上的土层也要仔细观察、描述与分层取样，进行必要的试验，尤其要划分好潜水层和各承压水层，确定其位置、厚度、颗粒成分，准确量测其水位，分析不同含水层之间的水力联系，并通过试验提出各透水层，特别是包括潜水层在内的上部各含水层的水文地质参数[3]。

（二）充分发挥原位测试的长处

原位测试在很多方面有取样试验不具有的优点，而且每种方法各有所长，选用、组配好了可以发挥极大作用。

1.标准贯入试验（SPT）。这一方法在国内外使用非常普遍。虽然关于它的“标准性”、可靠性等的讨论一直不停，却愈来愈被采用，它的已被公认的用途有：（1）鉴别砂土的相对密度和黏性土的状态；（2）估算砂土的某些岩土技术性质指标；（3）确定砂土和黏性土的承载力；（4）选择适宜的桩尖持力层，计算单桩承载力。（5）评价饱和砂土的地震液化势。

对高层建筑岩土工程勘察来说，适宜的做法是选择一部分代表性的控制性钻孔从上到下按一定间距（如1.0m）“连续地”作标准贯入试验。试验提供的以深度与锤击数N0。关系表示的地层力学性质柱状剖面在选择桩尖持力层和桩长，计算单桩承载力上起了重要作用。

2.静力触探试验（CPT）。静力触探试验最大的优点是所测指标相对准确并能取得完全连续记载的剖面数据，在国内外，其公认的用途有：（1）提供以桩尖阻力g0和侧阻力与深度关系表示的测试孔力学剖面；（2）确定地基承载力；（3）选择适宜的桩尖持力层，计算单桩承载力；（4）评价饱和砂土的地震液化势；（5）估测土层的不排水剪强度C0、压缩模量E0等；（6）当使用测压探头时，还可同时测得沿深度各点贯入时的超孔隙水压力，其消散速度与稳定孔隙水压力。

我国现行的建筑抗震设计规范要求划分场地土类别和确定场地类别，以便据此选用结构抗震设计所需的特征参数和地震影响系数。这个要求对一般建筑和高层建筑都适用。波速试验结果可提供分层的横波波速，划定场地区类别，确定覆盖层厚度和场地类别。有时，拟建的高层建筑设计需要有专门的反应谱，所需的各层土的动剪切模量就可用实测的各层土的横波波速算得[4]。

（三）对室内试验工作的要求

1.固结试验。（1）每个试样所代表的土层将要承受的垂直有效压力，即试验的最终压力，应大于有效覆盖压力和附加压力之和，用于沉降计算的各土层的a或E0计算的△e和AP应取自e―P曲线上的与上述的总垂直有效压力相应的压力段。（2）对试样压缩性的认识不应脱离土的应力历史，即要以e―lgp曲线形式整理数据，求出代表土曾受过的历史上最大压力（前期固结压力）P0，并进行提供P0以前的回弹再压缩指数C及P0以后的初次压缩指数C。，从而有可能对超固结土按e―lgp曲线分段计算沉降并累计。（3）为了消除或部分消除对试样的扰动影响，宜在试验进展到刚超过预期的P0之后进行一次卸荷和再压缩回环，再将试验进行完毕。（4）提供各层土的与其将承受的总有效压力相应的固结系数C0，以便对高层建筑的沉降历时进程进行预测并将预测与实际监测结果进行比较。

2.合理选择剪切试验方法。由于三轴试验土样受力条件比较清楚，在高层建筑的地基计算评价中宜以三轴试验为主。还有一点也很重要，这就是要按地基中不同部位的土样的初始应力状态，应力施加方式、速率、排水条件等选择三轴试验类别。这是因为试验条件不同，所测得的强度指标也会不同。

结束语：

综上所述，勘探工作既要满足平面控制上的要求。又有足够的深部控制的要求，还有对水文地质上的要求。本文通过对高层建筑岩土工程勘察工作及评价进行分析，期望能够对我国高层建设岩土工程勘察工作有所帮助。

参考文献：

[1] 孙富强.某高层建筑岩土勘察分析及地基处理技术应用探讨[J].中华民居（下旬刊），2013，03：231-232.

[2] 马真贵.成都地区超高层建筑岩土工程勘察技术标准探讨[J].四川建材，2013，02：214-216.

[3] 彭志辉.民用建筑岩土工程勘察技术的应用探析[J].门窗，2013，08：153-154.