高层建筑岩土工程勘察关键技术

崔 帅

（中铁第五勘察设计院集团有限公司， 北京 102600）

当前城市规模逐步扩大，土地资源紧缺的局面愈发明显，为提高土地利用率，高层建筑成为重要的突破口，与此同时对其质量也提出更高的要求[1]。现场地质环境对高层建筑的稳定性具有重要影响，因此在建设之前需要做好岩土工程勘察工作，以获得准确的勘察数据，为设计和施工提供可靠依据。

1 工程概况

西红门项目位于北京市大兴区西红门镇，项目包含住宅、酒店等多类型建筑物，共计13 幢，高度11.4～41.8m，采取地上2～14 层+地下2 层相结合的楼层布设方式。根据现场情况拟采用筏板基础，上部结构组成类型中以混凝土框架为主体，辅以剪力墙。工程结构较复杂，对地质条件的要求高，对此应做好勘察工作。

2 案例工程岩土工程关键技术问题分析

2.1 地下水控制问题

根据地质勘察结果得知，潜水水位均分布在基础埋深以下，但潜水层存在较为明显的年变幅，随时间的推移易出现潜水水位上升的情况。对此，要充分考虑长期的地下水位观测结果，以此为依据预判其在未来的变化情况，并确定是否有必要辅以科学的控制措施，以消除地下水的不利影响。

2.2 卵石地层粒径及基坑支护问题

按照设计要求，基槽开挖深约9m，具有超深、超大的施工特点，基坑侧壁地质条件欠佳，分布大量卵石层和填土层，要兼顾地层、地下水的实际情况，设计相适应的深基坑支护体系。在卵石层等不利地质条件的影响下，基坑施工难度较大，基于常规的钻探方法难以确定卵石层内部组成情况。且基坑支护对后续环节的影响较大，因此要充分掌握砂卵层粒径等方面的情况，探讨其对于支护体系的影响机制，注重对支护体系类型、钢筋等方面的选择。

2.3 抗浮稳定性问题

抗浮水位将在很大程度上影响结构防水、底板结构设计等多个方面。在抗浮水位偏高的情况下，为使设计浮力维持均衡的状态，则要增加结构自重，或者采取增设抗拔桩的方式，局限之处在于施工工期延长、成本增加；对于抗浮水位偏低的情况，受地下水位上升的影响容易威胁到结构的完整性，使其出现开裂等质量问题。因此，地下水位的准确性及抗浮设防水位的合理性对工程安全及经济合理性具有重要的影响，对勘察提出了更高的要求[2]。

2.4 地基基础问题

高层建筑的荷载较大，对地基承载力提出更高的要求。本项目的各类型建筑施工中，均选择的是相同的整体基础底板，其局限之处在于各处的基底荷载分布具体较明显的差异性，因此由于地基基础稳定性欠佳而引发的建筑沉降问题需要得到高度的重视。

3 勘察技术对策

3.1 采用冲击钻的方法确定地下水位

考虑到地下水水位较深的特点，并且钻进过程中遇到深厚卵石层时施工难度较大，若要顺利完成钻探测量工作并非易事。勘察过程中结合现场地质情况分析，采用常规干钻办法查明地下水位难度较大，因此，采用了冲击钻的办法来查明地下水位。从所得结果来看潜水水位埋深24.6m，高程16.39m。

3.2 探井获取卵石地层粒径

为获得准确可靠的卵石地层参数，选择人工探井的方式，在整个卵石地层中选择两个具有代表性的位置设置人工探井，分层描述卵石地层的地质情况，例如颗粒级配、最大粒径等；为掌握大粒径卵石在施工场地内的分布特点，抽样后转移到试验室做进一步的检验，以掌握颗粒级配的实际情况；确定粒径＞300mm 的漂石，通过称重的方式明确其具体重量，并测得三轴尺寸；为掌握卵石的实际强度特点，组织了荷载试验以及单轴抗压强度试验。通过上述提及的多种方法，可充分掌握卵石地层粒径组成情况，以便给施工方案的编制提供可靠的依据，使后续各环节施工顺利推进。

3.3 抗浮设防水位专项研究

地下水压力是工程施工中需要重点考虑的因素[3]，以渗流分析理论为引导，综合考虑北京市现有的地下水勘察资料、气象资料等方面的信息，并顾及设计条件、施工现场的地质以及水文方面的实际情况，明确地下水压力在历史阶段所发生的变化特点，并以此为依据预测其在后续的变化趋势。基于上述分析，创建稳定性数学模型，由技术人员模拟地下室外墙水压力，根据所得结果进一步做出预测，从而得到最大水压力分布的基本情况。重点考虑基底标高23m 处的水文情况，可以得知其最大地下水压力为125kPa，对应的是地下水标高35.5m 处。鉴于此，基底的抗浮设防水位标高的控制标准应当是“至少达到35.5m”。

3.4 地基-基础-上部结构协同沉降计算

此外，本工程还引入了PKPM 系统软件，利用此平台创建完整的地下结构模型，其包含地基-基础-上部结构，具体见图1。

图1 地下结构整体模型

为做好基础设计工作，需要重点分析上部结构刚度情况，明确其对于基础内力的影响；此外，地下结构的整体刚度也是重点分析要素，需要协调各单体的关系，尽可能地减少变形误差，从而实现协同设计。

相邻建筑地基荷载影响的问题也较为普遍，需要从地基基础上部结构出发，对该部分展开协同沉降分析，以便确定倾斜量、差异沉降等，从所得结果来看可以满足设计要求，也与现阶段的相关工程规范相符[4]。此外，引入变刚度调平基础的方式，以附加荷载为基本参考，确定合适的地基承载力标准值，鉴于超高塔楼的附加荷载偏大的特点，在地基设计工作中可将地基承载力取小值；而对于高层办公楼，此类建筑中较为合适的是取较大地基承载力值。尽可能协调好各部分的变形，使其具有协同关系，从而减小差异沉降，将沉降稳定在合理范围内。

4 结束语

高层建筑施工复杂，前期的岩土工程勘察可为设计方案的编制、施工作业提供重要的依据。案例工程中，针对地下水水位的问题采用了冲击钻的方式查明；针对卵石粒径的情况采用了人工探井的方式查明；针对抗浮设防水位的大小采用了数值模拟的方式查明，这些方法为其它高层建筑勘察提供了参考。此外，本工程勘察作业全程遵循文明施工的原则，建设单位等相关主体积极参与其中，监理单位发挥出监督作用，在多方协同的工作模式下，最终结束本次勘察工作，取得具有参考价值的地勘信息。