高层建筑工程地质勘察实例探讨研究
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摘要：本文结合工程实例，对高层建筑基础工程地质勘察进行分析与探讨，以供同仁参考。
关键词：高层建筑基础工程；地质勘察；分析与探讨
1.工程概况
拟建某公寓建筑工程，为39栋17层高层商住楼、1层商业裙楼、幼儿园及配套设施，设计有1～2层地下室。该项目地面±0.00标高约15.50m。本工程主体采用钢筋混凝土框架结构，基础采用桩基础。场地内原为1～2层厂房，大部分已拆除，地表尚有不少建筑混凝土碎块，场地大致平整；局部未拆除的已停产，设备已搬迁。场地内地下无管线，周边道路旁侧有地下管线，但离施工场地较远，不存在施工安全隐患。本次勘察的目的是查明拟建场地工程地质条件，采用工程地质测绘与调查、勘探、原位测试、室内试验等多种勘察手段和方法，对该项目的地质情况进行综合评定，为项目设计施工方案的拟定提供参考。本次勘察由设计部门在场地内布置钻探孔235个，编号为：ZK1～ZK229，CZK208、CZK230、CZK231、CZK236～ZK238，其中：控制性钻孔79个，一般性钻孔156个。
2.场地岩土工程地质条件
根据勘察结果，在钻探深度范围内，本场地第（1）层素填土，虽然进行了压实，但其结构简单，不能做为项目基础的持力层；第（2）、（4）层粉质粘土、粘土及第（4）层粉砂，局部或零星分布，呈可塑—软塑状或稍密—中密状，承载力低，不得作拟建物桩基础持力层；第（3）层淤泥、淤泥质土，流塑，为高压缩性软土层，局部分布，承载力很低，不得作拟建物基础持力层；第（6）层残积粉质粘土、残积粘土，可塑—硬塑；第（7）层残积中砂、残积粗砂，中密—密实，局部分布，分布不均匀，有一定的承载力；第（8）层强风化岩，整体性强，分布也相对广泛，但岩体的厚度不均匀，起伏也大，但承载力相对比较好，一般宜作拟建物预制桩基础持力层；第（9）层中风化岩，承载力较高，局部揭露，厚度及岩面起伏变化大，且软夹层较多，一般宜作拟建物旋挖灌注桩基础持力层；第（10）层微风化岩，场地均有揭露，一般埋藏较深，岩石较完整，承载力非常高，岩面埋深变化大，可作拟建物旋挖钻孔灌注桩或钻（冲）孔灌注桩基础持力层。本项目场地之基础地基由人工分层填土、第四冲积层淤积土、风化残积土及碎屑岩岩层组成。根据当地的地质情况，该场地不属于岩溶活动地区，没有发现土洞和溶洞，也没有发现地层断裂的现象。场地周围地势也相对较好，不存在泥石流或山体倒塌的情况。本地块第（3）层多为淤泥质土，有局部沉降的可能，而场地上层为人工填土，经过了压实处理，局部填土厚度较大，逐渐出现不均匀性的沉降。地基内第（6）、（7）层残积土，赋水条件差，受水极易软化；第（8）层强风化岩，岩质极软，风化程度不均匀，存在“软、硬”夹层或互层现象，赋水条件较差，受水易软化，基坑（槽）、基础施工时需注意，采用预制桩基础应及时进行封底。钻探揭露基底岩石稳定性较好，未见断裂构造迹象。该项目总体施工地质结构总体处于相对安全区和稳定区，适宜于大型建物施工兴建。
3.场地水文地质特征
本次勘察在ZK15、ZK189、ZK53、ZK209钻孔各取水样1个，共4个，地下水无色、无味、透明状。经化学分析pH在7.24～7.26之间，平均值7.12，属中性水；矿化度202.20mg/L～343.40mg/L，平均值268.29mg/L，属淡水；侵蚀性CO2为：0.00mg/L。水化学类型均为：ZK15、ZK189水样：HCO3•SO4－Ca型水，ZK53、ZK209水样：HCO3•SO4－Ca•Na型水。本场地环境类别为Ⅱ类，局部砂类土有一定的厚度，地层渗透性按A类较合适。对比该项目的腐蚀性和水介质质量指标试验结果，地下水中的水质对钢筋混凝土框架结构具微弱的腐蚀性。应按《工业建筑防腐蚀设计规范》（gb50046-2008）顺序进行建筑腐蚀层的防护。
4.建议采用的基础形式
根据本场地的岩土工程地质条件，结合拟建物的结构、荷载等特点和基础施工的经济性、安全性和可行性，建议基础类型如下：
（1）预应力墙体混凝土钢筋管桩：该项目预应力墙体混凝土钢筋管桩桩径为φ500φ600㎜，以第（8）层中部强风力硬化岩上部为主支持力层或第（9）次地层中部强风化岩顶部，预计有效桩长大小差别较大，现场距地表下约17m~25m；有效设计桩长约8m~16m；具体预计有效桩长可以参考就近的地质钻孔工程柱状图及沉桩工程中的地质剖面柱状图；建议采用强力锤击冲压法或静力冲压法进行沉桩。桩基正式施工前应进行试桩，核实桩基设计承载力及终桩标准。该桩型工期较短，较经济，但桩较短，且风化基岩中局部存在“软、硬”夹层现象，易造成断桩或桩头碎裂。①设计时单桩竖向承载力可按省标《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）第10.2.3条提供的公式进行估算：Ra＝u∑qsiali＋qpaAp式中：qsia－第i土层桩侧的摩阻力特征值；qpa－桩端持力层端阻力特征值；u－桩身截面周长；li－第i土层的厚度；Ap－桩身截面面积。②预制管桩及岩土桩基础施工对现场周边环境的影响分析。该项目进行预制管桩和岩土桩基础施工，只需要先铲除场地表层的15cm~30cm处的砼地板，其他土层比较厚，持力层强度不算大，对预制管桩的施工阻力不大，预制管柱在穿过上部层的岩土受力层后再进入第（8）层的强风性硬化岩或（9）岩土层中高度风化的砂岩持续受力岩土层。该项目四周的建筑距离相对较远，为了减少施工对周边环境的影响，可以采用静压管桩的施工工法。
（2）钻（冲）挖打孔采用灌注桩或旋桩开挖桩基：钻（冲）挖打孔采用灌注桩桩径为φ1200㎜；前者用第（10）级基层的硬质微风层水化岩基层做主体桩端连续持力，预计主体桩长桩距相差较大，现在下距地面约17m~41m，桩长8m~32m；后者用第（9）级基层的硬质中风层水化岩为主体桩端连续持力层，预计主体桩长桩距相差较大，现地下约17m~38m，桩长8m~29m；按基本设计工艺要求即可进行基层嵌岩铺设工作。桩径，桩长长度要足以直接满足各种单桩可以垂直方向承载的总体设计结构要求，预计桩长长度可以直接参照圆形即近10m钻孔的单桩柱状结构图。①单桩竖向承载力特征值可按省标《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）第10.2.4条提供的公式进行估算：Ra=Rsa+Rra+Rpa=u∑qsiali+upC2frshr+C1frpAp式中：Rsa－桩侧土总摩阻力特征值；Rra－桩侧岩总摩阻力特征值；Rpa－持力岩层总端阻力特征值；u—桩入土段截面周长；up—桩嵌岩段截面周长；hr—嵌岩深度，当岩面倾斜时以低点起计；Ap—桩截面面积，对扩底桩取扩大头直径计算桩截面面积；frs、frp—分别为桩侧岩层和桩端岩层的岩样天然湿度单轴抗压强度；C1、C2—系数，根据持力层基岩完整程度及沉渣厚度等因素而定。②桩侧、桩端岩层的天然湿度单轴抗压强度frs、frp取值建议按岩石天然湿度单轴抗压强度标准值的建议值取值：中风化岩取5.00MPa；微风化砂质岩取13.00MPa，微风化泥质岩取9.50MPa。C1=0.32、C2=0.04。其它设计参数取值建议见表2。③该场地底岩为碎屑石，适合采用钻（冲）孔和旋挖灌注桩，其安全性较高，对于该项目基础的施工是一种不错的支护形式，但该项目前期项目施工场地风华岩层多，施工难度相对较大，建设成本也高，产生的泥浆需要设沉淀池来处理，另外弃土和沉淀物需要渣土车拉走处理。④钻（冲）孔灌注桩或旋挖灌注桩桩基施工前建议作超前钻探，以进一步确定桩底基岩的完整性。⑤成桩的可能性及桩基础施工对环境的影响分析：铲除地表15cm～30cm砼地板后，场区内浅部土层并无大面积障碍物，而且上部土层厚度较薄，持力层以上岩土层强度多为小—中等，对钻（冲）孔灌注桩或旋挖灌注桩施工无大的影响；对于第（9）层中风化岩，钻（冲）孔灌注桩或旋挖灌注桩施工可以穿越；总的来说一般能穿过上部岩土层进入第（10）层微风化岩持力层。该项目施工场地周边的建筑物相对距离较远，而灌注桩技术产生的噪音也不是特别大，相对远距离的建筑物产生的噪音影响也不大，采用灌注桩技术对于本项目也是适宜的。
（3）桩筏的基础：本建筑设计为1~2层地下室，底板高约85m，基坑挖深约6m~9m，这也是在深基坑施工的技术范围，该场地的素填土相对来说不是很厚，在挖除该部分素土后，基坑底板已经是残积土和风化岩，基坑底部比较结实，因此，本项目可采用桩筏基础，即先挖掘基坑，再在筏底下采用钻（冲）孔或旋挖桩，分别采用第（八）层的强风化岩、第（九）层的强风化岩、第（十）层的强风化岩作桩端持力层。①由于场地基坑底局部残积土或风化岩埋藏或厚度变化较大，设计时筏板厚度、钢筋规格宜适当加厚或加密以满足设计要求。②桩筏基础开挖至基坑底时应进行平板载荷试验，以进一步确定持力层的承载力和变形模量。基槽开挖后应立即进行封闭，防止水浸和长时间暴露。
（4）若按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）设计，请参考表3取值。
5.结语
本建筑工程项目基础地质情况主要为砂质岩土结构，其结构变化比较大，而且不是特别均匀，力学物理特性的周期性也变化较大，其地质复杂程度为中等，其中的地基密度级别为一等。总体评估本项目场地地点位于地层结构相对稳定的区域，适宜拟建项目建筑群的施工建设。
参考文献：
［1］《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001,2009年版）.
［2］《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）.
［3］《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）.
［4］《建筑工程地质勘探与取样技术规程》（JGJ/T87-2012）.
作者：丁就荣 单位：广东佛山地质工程勘察院
