岩土工程地质勘察对建筑工程施工至关重要,是建筑工程施工顺利开展的前提,为规划、设计、施工提供地质资料。本文对在高层建筑中实施岩土工程勘察的要点进行分析。
《建筑工程技术与设计》将采用图文声像多种形式,介绍建筑工程领域新技术、新工艺,反映建筑工程领域新成果、新进展、介绍城镇规划、建筑设计、建筑施工、建筑材料等方面的基础知识及新经验、交流建筑科技方面的新成果。促进建筑工程行业交流,为推动我国建筑科学技术发展服务。他们遍及全国的各个设计院、建筑师、工程师、材料商、房地产开发公司、装饰公司、大专院校的学生和各大企业的基建部门。
一、 工程概况
某高层建筑是集餐饮商务于一体的酒店式公寓,其中酒店式公寓1幢地上40层,高度148米,框架核心筒式结构;酒店1幢地上25层,高度100米,框架剪力墙结构;裙房分布于酒店式公寓、酒店四周,地上三层;地下车库范围为用地红线内区域,以上拟建物均带3层地下室且相互连通,开挖深度自现地坪下16米,该工程拟建物重要等级一级,场地复杂程度二级,地基复杂程度二级,工程勘察等级为甲级。 勘察主要解决以下问题:
1、查明现地坪下110米深度内土层类型、成因、时代、地层结构、工程特性,探明场区内暗河、明沟分部情况,掌握土层空间展布情况及变化规律,分析评价地基稳定性,均匀性和承载力,对场区20m以浅软土采用薄壁取土器。
2、查明不良地质作用的类型、成因、分部范围、发展趋势和危害程度,提出预防措施的建议。
3、提供土的动力测试参数,确定工程抗震设防烈度,判定土的类型、场地类别和场地土液化可能性。
4、对场地的天然地基及桩基条件进行评价,提供合理的天然地基,桩基方案,预估单桩竖向抗压极限承载力标准值及单桩竖向抗拔极限承载力标准值;评价成(沉)桩的可能性。论证桩的施工条件和对环境的影响;提供沉降计算必要参数,预估高层建筑沉降量,评价高低层差异沉降。
5、提供基坑结构设计的必要参数,查明地下水埋藏情况,判别地下水的腐蚀性,提供经济、安全、适用的基坑开挖挡土、止水方案。
二、勘察工作量布置及室内试验
1、勘察工作量布置
对25层酒店、40层酒店式公寓共布勘察点16个,深度65-110米,取样孔6个、标贯孔5个、鉴别孔5个,裙房及纯地下室车库部共布勘探点18个,深度50米,在二幢高层处布2个110米剪切波速测试孔及1个承压水位观测孔。
2、室内试验
除做常规物理、力学试验外,为了计算地基承载力、验算基坑边坡稳定性、支护桩设计,针对天津滨海特殊软土区分别了直剪、固结快剪试验,为提供地震动参数,按地层不同岩性和时代做动三轴试验,为计算高层建筑桩基沉降做分级分级荷重固结试验,为了解地基土渗透性做渗透试验。为测定场地有害气体做氡浓度测试。
三、场地水文地质条件及工程地质条件
(一)场地水文地质条件
1、本场地地下水类型为潜水及承压水,含水层位于Q24m第一海相层及其以上的粘性土、粉土、人工填土层内,以Q14h沼泽相粘性土为相对隔水层;承压水以潜水层的隔水底板极为隔水顶板,以其下之粉土、砂土层为承压含水层,根据地质柱状图,⑧4粉砂层为距基坑底较近的承压含水层,该土层埋深范围45-55.5米,经观测该承压水水头20米。勘察期间潜水静止水位埋深距现地坪2.0米左右。
2、地下水腐蚀性评价
根据水质分析报告,场区地下水PH值为7-7.2。
SO42-——2042-2117mg/L CL-——8419-8596mg/L
HCO2-——241-314mg/L K++Na+——4332-4394mg/L
Mg2+——538-563mg/L Ca2+——1027-1080mg/L
总矿化度——16600-17073mg/L
按Ⅲ类环境,长期浸水:地下水对混凝土结构具弱腐蚀性,对混凝土结构中的钢筋微腐蚀性。
干湿交替:地下水对混凝土结构具弱腐蚀,对混凝土机构中的钢筋强腐蚀性。
(二)场地工程地质条件
勘察揭露最大深度110米,地层分属第四系全新统、中、上更新统,依其岩性特征及成因类型划分为10个工程地层,进而划分为18个亚层,自上而下如下:
1、人工填土层(Qml):主要为近期回填粘性土,受微地貌影响,底板变化较大,层厚2.3-4.7m。
2、新近沉积层(Q43Nal):软塑状态,灰黄色粘土,层厚0.5-1.5米。
3、第一海相层(Q24m):由流塑状态的淤泥质土、淤泥及软塑状态的粉质粘土组成,层厚7.5-10米。
4、第二陆相层:(Q14al)软-可塑状态,灰黄色粉质粘土组成,层厚1.8-3.0米。
5、第三陆相层(Qe3al):由黄褐色、可塑状态的粉质粘土、黄色中-密实状态的粉土组成,厚约10-12.0米。
6、第二海相层(Qd3ml):由灰褐色可塑状态的粉质粘土、中密状态粉土组成,,厚4.8-70.米。
7、第四陆相层(Qc3al):由黄褐色可塑状态的粉质粘土、密实状态粉砂组成。厚10-15.0米。
8、第三海相层(Qb3m):由灰-褐灰色可塑状态的粉质粘土、密实状态粉砂组成,厚12.0-15.0米。
9、第五陆相层(Qa3al):由可-硬塑,灰黄-黄褐色粘性土及粉砂组成,厚15.5-23.5米。
10、第四海相层(Q32mc:由可-硬塑,灰绿-灰黄色粉质粘土组成,揭露厚度19.0米。
(三)、场地地震效应
依据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001,2008版)本场区抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.15g,设计地震分组为第一组。20米深度范围内粉土、粉砂为非液化土,根据实测剪切波速资料,等效剪切波速为143m/s,覆盖层深度75米,场地土类型为中软土,建筑场地类别为III类。属抗震不利地段。
四、地基基础分析与评价
本工程拟建物均为地下三层,基坑开挖16m,基础底板将置于③淤泥质粘土之上,该层土经深度修正后的地基承载力为215KPa,40层酒店式公寓基底压力位880KPa,25层酒店基底压力610KPa,可见天然地基不满足,同时纯地下车库及3层裙房须考虑抗拔,亦不能采用天然地基方案。
五、桩基方案
(一)桩基参数
由以上分析可知,主楼、裙房和纯地下车库采用天然地基均不可行,由于主楼层数多、荷载大,对沉降及不均匀沉降敏感,而裙房和纯地下车库则要考虑抗拔,所以采用钻孔灌注桩较适宜。有关参数见表1。
表1单桩竖向抗压及抗拔极限承载力及标准值
钻孔灌注桩 持力层 有
效
桩
长(m) 单桩竖向极限抗压承载力标准值(KN) 单桩竖向抗拔极限承载力标准值(KN)
Ф700mm ⑦1粉质粘土 20 2150 1200
Ф800mm 2500 1300
Ф700mm ⑧4粉砂 33 3900 2200
Ф800mm 4500 2500
Ф900mm ⑨2粉砂上部 43.0 6700
Ф1000mm 7100
Ф900mm ⑨2粉砂下部 48.0 7500
Ф1000mm 8200
Ф900mm ⑩1粉质粘土 50.0 9000
Ф1000mm 9700
(二)建议的桩基方案:
裙房及纯地下车库:采用Ф800钻孔灌注桩,以⑦1粉质粘土为持力层,有效桩长20m;25层酒店:采用Ф800mm钻孔灌注桩,以⑧4粉砂为持力层,有效桩长33m;40层酒店式公寓采用Ф900mm钻孔灌注桩,以⑨2粉砂为持力层,有效桩长43m。
(三)桩基持力强度验算及桩基沉降计算
以40层酒店式公寓为例,结果如下:40层酒店式公寓高以⑨2粉砂为持力层,有效桩长43.0米,⑨2粉砂层经深宽修正后的承载力特征值fa=770KPa,(Fk+Gc)/A=680KPa,
(四)基础变形协调分析
本工程主楼、裙房、纯地下车库三层地下室相通,高度相差大,上部结构荷载及各拟建物对变形要求差异较大,应进行变形均衡设计,并采取综合措施协调拟建物基础变形,减少差异沉降,主楼与裙房应设置后浇带并通过调整桩长来协调差异沉降。
六、结束语
本次勘察查清了110米深度范围内的地层岩性特征及分布规律;地下水埋藏情况、腐蚀性,以及对基坑有威胁的承压水水头高度。论证了桩基方案可行性,为施工图设计提供了准确的桩基参数。提供了基坑开挖挡土、止水方案,并对基坑抗渗流、抗降起进行了验算。为本工程设计提供了必要依据。
参考文献:
(1)《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008
(2)《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
(3)《岩土工程勘察规范》GB50021-2001(2009版)
(4)工程建设标准《岩土工程技术规范》DB29-20-2000