超高层“上海中心大厦”地质灾害危险性评估技术要领

施 水 彬

(上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，上海 200032)

超高层“上海中心大厦”地质灾害危险性评估技术要领

施 水 彬

(上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，上海 200032)

从地基变形、边坡失稳、水土突涌、砂土液化与地面沉降等致灾因素分析入手，得出上海中心大厦以地基变形为核心、边坡失稳为重要评估灾种的优先序列排布，并提出了针对性的灾种控制技术要领。

中心大厦，地质灾害，地基变形，边坡失稳

1 工程概况

上海中心大厦位于上海浦东新区陆家嘴中心区，与金茂大厦、环球金融中心成“品”字形分布。基地平面尺寸约为200 m×160 m，由1幢127层塔楼(结构高度565.6 m、建筑高度632 m)和5层商业裙房(结构高度35 m)组成，整个场地下设5层地下室，基础埋深约为25 m～30 m，总建筑面积约为52万m2，其中地上建筑面积38万m2[1]。中心塔楼部分为巨型框架核心筒结构，其桩筏基础埋深约27 m～30 m。裙房部分为框架—剪力墙结构，基础埋深约为25 m。纯地下室区域基础埋深约25 m，设置抗拔桩。中心大厦地下基坑范围大，开挖面积约30 000 m2，平面近似矩形。塔楼区域基坑挖深达27 m～30 m，平面近似圆形，与裙房基坑挖深差达5 m。塔楼区域基坑采用明挖法施工，裙房及纯地下室区域基坑采用逆作法施工。

2 灾种确定及致灾因素的区分

上海市工程建设规范DCJ 08—2007—2006建设项目地质灾害危险性评估技术规程对主要的评估地质灾害种类做了明确的判别定义和规避规定，下面将从五个方面分别针对上海中心大厦这一超高层建筑进行案例分析：

1)地基变形。

上海中心大厦为超高层建筑，通过桩基将荷载传至深部土层，若发生过大地基变形可能会危及超高层建筑的结构安全，且塔楼、裙房和纯地下室区域的荷重差异大，易产生较大的差异沉降。另外，基坑开挖面积大、深度深，土体侧向位移及卸荷导致坑底土体回弹隆起等因素，可能导致基坑坑壁外一定区域的地基变形。还要考虑基坑开挖期间承压水抽水、砂土流失、水土突涌等产生地基变形，甚至是陆家嘴超高层建筑密集区本身的群载效应也会加剧本工程建设的地基变形[2，3]，在分析过程中均应注意区分。

2)边坡失稳。

对于超大型深基坑开挖，其设计、施工风险均较大，显然，边坡失稳是主要灾种之一。但是边坡失稳的致灾因素不局限于黄浦江边坡及本身基坑失稳风险，工程位于陆家嘴金融中心，基坑在建项目众多，应做重点调查。工程紧邻金茂大厦和上海环球金融中心两座超高层地标建筑，变形控制要求极高，周边管线密集，一旦发生基坑边坡失稳，往往会产生区域内连带风险，且危害极大，因此对范围内在建工程基坑边坡的稳定性对本工程建设的影响亦应进行调查、评估。

3)水土突涌。

工程场地第⑦1层砂质粉土(第Ⅰ承压含水层)层顶埋深约为28.4 m～29.7 m，裙房基坑开挖深度约25.0 m，其下卧隔水层厚度仅3.4 m～4.7 m，塔楼区核心筒基坑开挖深度约30.0 m，已揭穿⑦1层砂质粉土，并且工程场地内分布的第Ⅰ、第Ⅱ承压含水层(第⑦层、第⑨层)相连通，水量极为丰富，更增加了水土突涌的危害性。由于水土突涌的突发性和危害性严重，水土突涌也是引发地质灾害的主要灾种之一。因此水土突涌也是引发边坡失稳、地基变形的致灾因素之一。

4)砂土液化。

场地勘察资料显示，20.0 m深度范围内未分布成层饱和的粉性土和砂土，地震液化可不予考虑，但塔楼基坑开挖深度范围内已涉及第⑦1层砂质粉土，有可能产生流砂现象，严重时可能导致坑壁坍塌，继而影响到周边环境(特别是对变形敏感的地下管线)。因此砂土液化也是灾种之一，同时也是边坡失稳、地基变形的致灾因素之一。

5)地面沉降。

上海地区地下水开采量的压缩和回灌量的增加，使地下水位下降趋势得到缓解[4]。但是密集建筑群，特别是高层建筑群的超大附加荷载以及相互应力叠加，使压缩土层相连成片，从而导致大范围的地面沉降。由于本工程属于超深大基坑，基坑开挖期间需进行大面积、长时间的承压水降水，影响面较广，因此把它作为地面沉降的致灾因素之一来考虑，其计算模型边界也应扩大至评估范围而不是单基坑或几倍基坑开挖深度影响范围。

3 灾种优先序列排布分析

灾种之间往往相互关联，如开挖导致的边坡失稳、水土突涌也是导致地基变形的重要因素。上海中心大厦作为上海乃至国内最高建筑，工程风险及难度很大，可借鉴的成功经验也比较少，只有明确哪一种灾种引发的灾害风险性最大，以及各灾种间的优先顺序及相互关系，才能更有针对性的进行评估工作。

在软土地区建设中国第一的超高层摩天大楼，塔楼核心筒区域荷载极大，对桩基承载力、桩基持力层选择、桩基变形、桩型工艺及施工质量等等提出了极高的要求。加之裙房区域荷载不大，桩基变形量小，而塔楼区域荷载极大，如何控制两者之间差异变形的大小，也是工程风险考虑的重中之重。因此地基变形应该是本工程建设最为核心的问题。

至于边坡失稳，主要涉及25 m～30 m的深大基坑施工，相对于建设摩天大楼引起的地基变形来说，可借鉴的成功经验较多，设计及施工控制手段也较成熟，基坑开挖引起土体侧向位移、地表沉降、承压水控制也相对容易，因此其灾种重要性要相对弱化。但是基坑边坡失稳又是其他灾种的致灾因素，影响面极广，危害性极大，因此就其地质灾害引发的危险性严重程度而言，边坡失稳应该是重要评估灾种。

针对地面沉降，本工程所属区域位置较为敏感，为建筑高度密集的陆家嘴中心区域，工程建设效应的相互影响、相互叠加，已成为本区域工程建设的显著特点，而且已成为该区域地面沉降发育的重要诱因之一，加之地下水开发、承压水抽取等致灾因素，地面沉降也应着重评估。

作为灾种之一的水土突涌、砂土液化，跟所属区域地层分布特征关系密切，即使存在地质灾害发生的可能性，但由于施工经验丰富、应急预案等技术手段成熟，往往可以将灾害危险性影响范围控制到最小，因此可以将其作为次要灾种。

4 类比邻近工程

模型计算是地质灾害评估的重要方面，应充分收集工程周边的岩土工程勘察、桩基设计与咨询、基坑围护设计及施工、地质灾害评估、地震安全性评价等等，充分利用相关成果，得出的结论往往更具可行性。

陆家嘴地区超高层建筑较多，最具参考价值的工程应是邻近的金茂大厦和环球金融中心，两者的桩基持力层选择及实测变形资料对本工程桩基变形预测分析具有重要的参考价值。环球金融中心的塔楼为101层，建筑高度492 m，桩基采用φ700钢管桩，桩端入土深度79 m，桩基持力层为第⑨2层含砾中粗砂，单桩承载力设计值5 375 kN。根据已有沉降观测资料，塔楼核心筒中央沉降量约为10 cm，裙房沉降量约为4 cm～6 cm；金茂大厦的塔楼88层，建筑高度420 m，桩基采用φ914钢管桩，壁厚20 mm，入土深度83 m，桩基持力层为第⑨2层含砾中粗砂，单桩承载力设计值9 375 kN。根据已有的沉降观测资料(1995.10～2003.4)，塔楼核心筒中心的最大沉降为82 mm，角点处最大沉降为44 mm。

根据对金茂大厦和环球金融中心桩基及工程竣工后产生的地基变形数据分析可知，对于金茂大厦和环球金融中心两栋超高层建筑，采用钢管桩，桩基持力层选取⑨2层粉砂夹中粗砂，其塔楼桩基沉降约在8 cm～12 cm。其为陆家嘴区域建设超高层建筑累积了桩基沉降数据，证明只要桩基方案合理，桩基沉降变形、主楼及裙楼间的差异沉降可控制在较合理的水平。

5 结语

1)地质灾害危险性评估是一项实践性很强的技术性工作，特别是在建筑密集区进行超高层建筑的工程活动，致灾因素多，相互关系错综影响，工程风险大，建设成功经验少，评估工作难度较大。

2)地质灾害评估也需明确灾种的优先顺序，注意区分灾种及致灾因素的区别，应着重评估主要灾种的危险性。

3)除了建模计算等常规手段外，类似工程的数据收集也十分重要，通过类比，得出的结论更具针对性。

[1] 钟正雄,施水彬.上海中心大厦地质灾害危险性评估报告[R].上海:上海岩土工程勘察设计研究院有限公司,2008.

[2] 张文龙.对上海市地质灾害灾种和致灾因素的探讨[J].上海地质,2007(4):60-63.

[3] 龚士良.上海地区地质灾害危险性评估关键技术问题研究[J].中国地质灾害与防治学报,2007,9(18):92-96.

[4] 张阿根.上海城市可持续发展与地面沉降防治管理[J].中国地质灾害与防治学报,2005,3(16):1-4.

Technical essentials of the geological hazard assessment of the high-rise building-“Shanghai Tower”

Shi Shuibin

(ShanghaiGeotechnicalInvestigations&DesignInstituteCo.,Ltd,Shanghai200032,China)

To the Shanghai Tower project, the foundation deformation, slope instability, soil and water outburst and sand liquefaction were investigated and the hazards mentioned would be arranged in order of priority. Then, the technical essentials by engineers to control the geological hazards were proposed.

central building, geological hazard, land deformation, slope instability

1009-6825(2017)21-0070-02

2017-05-16

施水彬(1981- )，男，硕士，工程师

P694

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