中国天辰科技园天辰大厦项目岩土工程实录

王鑫文 薛 梅 杨 名

(天津市勘察院，天津 300191)

中国天辰科技园天辰大厦项目岩土工程实录

王鑫文 薛 梅 杨 名

(天津市勘察院，天津 300191)

对中国天辰科技园天辰大厦项目41层科研楼及3层裙楼的桩端持力层进行了详细评价，根据注水试验计算结果提供了承压含水层渗透系数及承压水头，并针对高层建筑特点，对桩基础水平承载力及最终沉降量进行了估算，评价了深基坑开挖支护的稳定性，同时分析了对周围环境的影响，为工程设计提供了依据。

基坑，注水试验，水平承载力，坑底回弹量

1 工程概况

中国天辰科技园天辰大厦项目主体为1栋地上40层～41层科研楼，高度约182.50 m，框架剪力墙结构；裙房3层，高度14.00 m，框架结构；场地范围内设3层地下室，埋深约17.00 m。本项目总用地面积37 685 m2，总建筑面积约12万m2。本工程主、副楼高差大，基坑开挖深度大，周围环境复杂，涉及的岩土工程难点问题较多，需要的土工试验项目较多，且对各种参数的准确度要求很严格，涉及的岩土工程评价问题颇多，工程技术问题极其复杂，难度大。

拟建场地位于北辰区天穆镇，京津公路与中环线交口处西北侧，北运河东侧，场地毗邻勤俭桥，交通便利，周围环境复杂，周围道路及建筑亦距离较近。因此，基础沉降及不均匀沉降、深基坑开挖与支护极易对周围建筑和道路产生不利影响，基坑开挖与支护难度较大。

2 勘察工作量简介

根据工程性质和设计要求及相关规范，勘察采用原状取土、标准贯入、剪切波速、地脉动等手段对场地进行了详细勘察，本工程根据整个场地综合布孔，共布置施工勘探点38个。其中41层主楼一般性孔深80.00 m，控制性孔深120.00 m，共布置勘察孔5个；裙房、纯地下部分一般性孔深55.00 m，控制性孔深65.00 m，共布置勘察孔24个，相邻部位互相借用；为确定场地覆盖层厚度并配全地震安全性评价工作，布置2个孔深度为120.00 m的波速测试孔；为查明承压含水层水头及渗透性，布置2个孔深为28.00 m～38.00 m的注水试验孔；为判定地下水对建筑材料的腐蚀性，布置3个取水孔，孔深均为7.00 m。本次拟建筑物性质复杂，涉及的岩土工程问题颇多，在室内土工试验上采用直剪快剪、固结快剪、三轴不固结不排水剪(uu)、基床系数、高压固结、回弹再压缩、渗透、水质简分析等试验，并对各种指标进行综合分析、科学统计，给设计人员提供充分、可靠的设计依据。

3 注水试验

本工程对场地水文地质条件进行了评价，首次进行了钻孔注水试验，根据注水试验结果提供了承压含水层渗透系数及承压水头，为基坑设计提供了可靠的设计依据。

注水试验成孔工艺相对复杂，易出现封孔不严、孔壁漏水等隐患，造成试验段承压水与上层水连通，从而导致试验失败。本次试验过程中，经过多次预成孔试验，完善了施工工艺，对施工设备及施工步骤提出了严格的要求，项目负责人现场监督，对每一道工序严格把关，成孔质量相对较好。注水试验示意图见图1。

根据本次勘察注水试验结果(见图2)，本场地第一微承压含水层(7a)水头位于埋深约5.15 m处，相应标高为-0.25 m左右，第二微承压含水层(9b)水头位于埋深约6.80 m处，相应标高为-1.90 m左右。注水试验渗透性成果表见表1。

表1 注水试验渗透性成果表

微承压含水层岩性水平渗透系数KH/cm·s-1渗透性第一(7a)粉土6.74×10-4弱透水第二(9b)粉土1.02×10-3弱透水

4 桩基础评价

4.1 桩端持力层选择

本次拟建主楼为地上40层～41层，高度大，荷重大，应采用桩基础，拟建3层裙房柱距大，亦应采用桩基础。

第一桩端持力层：位于埋深约35.00 m～39.00 m段为上更新统第三组陆相冲积层粉土(地层编号9b)，该层土水平方向分布较均匀、稳定，可作为本次拟建3层裙房的桩端持力层。建议将桩端置于埋深约37.00 m处，标高约-32.50 m处。

第二桩端持力层：位于埋深约42.00 m～52.00 m段为上更新统第三组陆相冲积层粉砂(地层编号9d)层，该层土水平方向分布总体上较均匀、稳定，亦可作为本次拟建3层裙房的桩端持力层。建议将桩端置于埋深约46.00 m～48.00 m段，标高约-42.00 m～-44.00 m段。

第三桩端持力层：位于埋深约65.00 m～77.00 m段为上更新统第一组陆相冲积层粘土(地层编号11a)，水平方向分布较均匀、稳定，可作为本次拟建40层～41层主楼的桩端持力层。建议将桩端置于埋深约67.00 m～75.00 m段，标高约-62.50 m～-70.50 m段。

4.2 桩型选择

本工程对单桩承载力要求高，建议采用钻孔灌注桩。为提高单桩抗压承载力、减小沉降，可采用后压浆技术措施。该工艺在桩端、桩侧压入水泥浆，能够消除桩端沉渣、提高桩端阻力及侧摩阻力，压浆参数建议通过试桩综合确定。

4.3 单桩竖向极限承载力标准值

估算条件及结果详见表2。

表2 单桩竖向极限承载力标准值估算表

4.4 水平承载力评价

拟建41层主楼高度大，设计时应考虑地震作用下桩体水平承载力。根据本场地土质条件对单桩水平承载力进行估算。

估算条件：采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径为φ=1.00 m，混凝土强度等级C30，桩身配筋率按0.70%考虑，桩入土深度为74.00 m，桩顶约束情况按铰接考虑。

根据JGJ 94—2008建筑桩基技术规范第5.7.2.6，桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩单桩水平承载力特征值估算如下：

计算公式：

假定本工程采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩身混凝土强度等级C30，混凝土弹性模量Ec取3.0×104N/mm2，钢筋弹性模量Es取2.0×105N/mm2，桩径φ=1.00 m。

根据JGJ 94—2008建筑桩基技术规范表5.7.2，按桩顶约束情况为铰接状态考虑，桩顶水平位移系数vx取2.441。

4.5 桩基础沉降量估算

本次拟建40层～41层主楼高度大、荷重大、对变形要求严格，报告中采用四种方法对本次拟建主楼的最终沉降量进行估算(等效分层总和法、Geddes法(有限元分析法)、简化估算法及桩基规范法)。

按以上方法、估算条件，不考虑裙房的影响，按主楼基础与周围基础断开进行计算，主楼中心点、角点最终沉降量估算结果详见表3。

5 基坑支护设计与评价

5.1 施工方案选择

本次工程基坑东西向宽约75.00 m～95.00 m，南北向长约159.00 m，开挖面积大；场地东侧距京津公路50 m，西侧距北运河河堤最近距离约30 m，基坑开挖深度约为17.00 m，开挖深度大。本场地地下水位较浅，基坑开挖所面临的岩土工程问题较多，为不使基坑开挖时基坑侧壁变形对工程桩及周边环境(地下管线、道路等)产生过大影响，应做好支护与止水、降水工作，做到合理开挖、科学施工。应采用既挡土又止水的支护体系，可采用加撑地下连续墙支护、止水体系，亦可采用加撑连排钻孔灌注桩加隔水帷幕支护、止水体系。

表3 桩基最终沉降量估算表 mm

5.2 深基坑开挖地基土隆起量估算

开挖时由于土体的挖出与自重应力释放，致使基坑底向上回弹，同时基坑开挖后，支护结构墙体向基坑内变位，当基坑底面以下部分的墙体向基坑内方向变位时，挤推基坑内的土体，造成基坑底的隆起。基坑土体的回弹可对基坑及基桩产生不利影响，严重时可导致断桩、基坑失稳等工程事故。报告中采用两种方法对基坑开挖引起的回弹量进行估算：

方法一：GB 50007—2002建筑地基基础设计规范提供的方法。

根据GB 50007—2002建筑地基基础设计规范5.3.9，当建筑物地下室基础埋置较深时，需要考虑开挖基坑地基土的回弹，该部分回弹变形量按下式计算：

方法二：《基坑工程手册》提供的方法：

《基坑工程手册》中提供的基底隆起量估算公式如下：

5.3γ·c-0.04·(tgφ)-0.54。

本基坑基底隆起量估算中，H取17.00m；P取20.00kPa；D取16.00m；c，φ取35.00m以内各层土固结快剪标准值厚度加权平均值，分别为17.64kPa，20.10°；γ取基坑底面以下基坑深度范围内各层土厚度加权平均值(地下水位以上取浮重度)为9.6kN/m3。

根据上述方法计算结果见表4。

计算结果表明，本次基坑开挖后，坑底中心点隆起量在3.10cm～4.30cm左右，由于本工程采用桩基础，考虑到基坑中有工程桩分布，因此基坑开挖土体回弹一般比计算值偏小，坑底回弹量对本工程影响较小。

表4 基坑中心点隆起量估算表 mm

6 工程验证

1)经与建设单位和基桩检测单位了解，桩长、桩径等均与报告相符，报告理论估算单桩竖向承载力标准值与试桩结构基本相符。

2)大厦竣工后沉降观测结果为：主楼中心部分沉降为27.9mm，根据天津地区经验，建筑物竣工时沉降量可以达到最终沉降量的60%左右，与报告中估算值基本符合。

3)基坑施工采用两道内支撑，与报告所计算的条件基本相符，计算的地下连续墙入土深度与报告基本相符。通过与基坑施工监测单位了解，施工过程中基坑的位移及周围的沉降均较小，未对周围建筑物造成影响。

4)通过上述定量分析评价，不仅为设计人员提供了可靠的设计依据，而且为甲方及施工单位节省了投资，受到甲方和设计人员的好评，由于勘察成果提供的参数准确、建议合理，多项建议被采纳，对主楼建议采用后压浆技术，试桩结果单桩承载力有了大幅提高，为甲方节省成本。勘察报告内容丰富，揭示的地层准确，各项地基土参数齐全准确，分析计算细致、科学，岩土工程评价详实、深入，不同荷重拟建筑物基础处理方案针对性强，建议合理、可行，多项建议被设计及甲方采纳，得到甲方、设计的一致好评。本项目也为天津高层工程的岩土工程综合问题的分析与评价积累了宝贵的经验，获得了明显的经济效益、环境效益和社会效益。

[1] 《桩基工程手册》编写委员会.桩基工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1995．

[2]GB50021—2001，岩土工程勘察规范[S].

[3] 姚天强，石振华.基坑降水手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2006.

[4] 刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997．

[5] 高大钊.岩土工程勘察与设计[M].北京：人民交通出版社，2013．

[6] 《工程地质手册》编委会．工程地质手册[M]．第4版.北京：中国建筑工业出版社，2007．

Geotechnical Engineering record of Tianchen mansion project of China Tianchen Science & Technology Park

Wang Xinwen Xue Mei Yang Ming

(TianjinInstituteofSurvey,Tianjin300191,China)

The paper specifically evaluates pile end bearing layer of science research building on the 41st floor and podium building on the 3rd floor of Tianchen mansion project of China Tianchen Science & Technology Park, provides bearing moisture layer permeability coefficient and pressure bearing water head according to water-injecting test calculation results. In light of high-rise building features, it estimates horizontal bearing capacity of pile foundation and eternal settlement amount, assesses the stability of deep foundation excavation support, and finally analyzes its impact upon surrounding environment, which has provided some basis for engineering design.

foundation, water-injecting test, horizontal bearing capacity, bottom rebound quantity

1009-6825(2015)28-0076-03

2015-07-07

王鑫文(1986- )，男，工程师； 薛 梅(1986- )，女，助理工程师； 杨 名(1984- )，男，助理工程师

TU412

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