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摘 要 本文通过对某高层办公楼工程岩土工程总结,介绍了在该工程岩土工程勘察方法的选用,室内土工试验方法的确定以及基础形式的选择、基坑支护等方面的一些做法.并论述了在该工程勘察以及深基坑支护工作中应重点加强和进一步完善的有关内容.
关 键 词 高层建筑；经验总结；基坑支护；载荷试验
新建的某高层办公楼工程场地位于克拉玛依市昆仑路南侧,友谊路西侧,东西长度178.0m,南北长度106.6m,总建筑面积69735m2.建筑物分A、B、C三座,其中A、C楼地上十三层,结构形式为框架一剪力墙结构,B楼地上三层,结构形式为框架结构,三座楼设连通地下室,地下室层高均为4.8m,基础预计埋深8.0m,基础形状梁筏或桩基础,基础宽度约23.0m.
以下对某高层办公楼工程的岩土工程勘察及基坑支护设计进行总结,并对勘察中存在的一些问题进行初步探讨.
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1,岩土工程勘察等级
工程场地为抗震有利地段,但基础埋深8.0m,位于地下水位以下,因此确定场地复杂程度等级为二级；场地地层自上而下为角砾、砾岩、泥岩、砂岩,岩土种类较多,出露的泥岩层具有弱～中等膨胀潜势,为特殊性岩土,需作专门处理,地基复杂程度判定为二级.
根据《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72,2004J366－2004)的规定,岩土工程勘察等级划分为乙级.
2,勘探点的布置
拟建工程拟采用箱型基础,在进行勘探点的布置时,在建筑物周边双排布设.控制性勘探点占勘探点总数的1／3～1／2,控制性勘探孔和一般性勘探孔的深度根据设计要求和建筑物具体情况按规范《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72,2004 J366―2004)4,2,4条结合拟建建筑物分布情况综合确定.
在本次岩土工程勘察中,共布置勘探点34个,控制性钻孔设计深度为19.50m,共布10个孔,一般性钻孔设计深度为15.00m,共布14孔,勘探点间距控制在15～30m范围内.根据一孔多用原则在勘探孔上布置各种原位测试点,其中重型动力触探孔占勘探点总数的1／3,计12孔；单孔波速测试孔占勘探点总数的1／6,计6孔；静力载荷试验点4个；大型剪切试验点4个；取土试样孔占勘探点总数的1／2,计17孔.实践说明,较好的满足了建筑地基方案的确定和建筑物沉降估算的要求.
3,勘察手段
3,1
现场勘探及原位测试：针对拟建建筑物场地地层特点,结合《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72,2004J366－2004)要求,主要采取以下勘探及原位测试方法：
(1)工程钻探：揭露场地角砾层,泥岩、砂岩互层和砾岩层的厚度、埋深及分布特征；采集土样、水样；在孔内进行标准贯入试验、重型动力触探试验等现场原位测试手段来获取场地各地层的物理力学性质指标及地基土的强度指标；了解地下水埋藏情况,观测地下水位.
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取土试样：随钻探进行,5米以上按1个／0.5m的间距采取扰动样,5～10m按1个／1.0m的间距采取扰动样；在钻孔中遇泥岩或砂岩时采取原状样,每层土必须保证多于6个样.
取水试样：在钻孔中采取,进行室内水质分析,以判定地下水对建筑物基础结构材料的腐蚀性.
(2)静力载荷试验：采用深层平板载荷试验,确定深部地基土(泥岩、砂岩层)在承压板下应力主要影响范围内的承载力及变形模量,测试深度8.0m.
(3)单孔波速测试：进行单孔波速测试来获取场地各地层的动力学参数及地基土的卓越周期；用于计算场地土类型和覆盖层厚度,进而判定建筑物场地类型,并可作为地震安全性评价的基础资料.测试深度19.5m.
(4)标准贯入试验：用于确定强风化泥岩、砂岩互层的力学性质.
(5)动力触探试验：可利用锤击数判定角砾层及强～中等风化基岩的力学性质,同时也可以利用场地内的钻探资料或已经熟悉的地层资料进行地层分层,确定地层的分布厚度、基岩面的埋藏深度、软质岩石、强风化层厚度等.
(6)现场直接剪切试验：可用于岩土体本身、岩土体沿软弱结构面和岩体与其他材料接触面的剪切试验,可分为岩土体试体在法向应力作用下沿剪切面剪切破坏的抗剪断试验,岩土体剪断后沿剪切面继续剪切的抗剪试验,法向应力为零时岩体剪切的抗切试验.本工程中主要是在角砾层上进行此项试验,通过试验获得角砾层的C、λ值.
3,2室内土工试验
(1)土壤易溶盐分析试验ᦂ
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(2)颗粒分析试验：测定角砾土中各种粒组所占该组总质量的百分数,以明了颗粒大小分布情况,供土的分类及判断土的工程性质之用.
(3)水质分析：对勘察中采取的水试样进行室内水质化学分析,以判断场区地下水对建筑物基础材料的腐蚀性.
(4)标准固结试验：固结试验是研究土体一维变形特征的测试方法.用于测定全一强风化泥岩在压力作用下的压缩特征,所得的各项指标用以判断土的压缩性和计算土工建筑物与地基的沉降.
(5)剪切试验：根据在泥岩、砂岩互层中采取土样的类型,进行直剪和固结快剪试验,取得土层的C、中值指标.
(6)自由膨胀率、膨胀力、膨胀率试验：用于判定膨胀性泥岩在无结构力影响下的膨胀潜势,为判别膨胀土提供指标.
(7)饱和单轴抗压强度：用来测定场地内出露的基岩层的岩石的应力与应变关系曲线和单轴抗压强度及残余强度,了解岩石的变形特征和强度大小,确定基岩的弹性变形参数,判定基岩的坚硬程度.
4,地基及基础方案
根据勘察结果,场地第四系地层(以角砾为主)厚度6.1～9.0m,下层为砾岩及泥、砂岩风化层.各岩土层岩土参数如表1.
高层部分拟建建筑物,预计基础埋深8.0m,该深度揭露的地层为强风化泥岩、砂岩互层,该层分布连续,最大揭露厚度14.5m,承载力特征值fak＝300kPa,可以满足设计要求,所以该层适宜作为拟建建筑物可采用天然地基方案.基础形式可以采取箱型基础.
由于泥岩、砂岩均为极软岩,泥岩裂隙发育,水浸易软化,具有弱～中等膨胀潜势；砂岩以泥质胶结为主,结构松散,易破碎,遇水崩解后呈粉砂状,基坑开挖后,应避免长时间曝晒和水浸,考虑泥岩和砂岩的工程特性、风化程度存在一定的差异,建议采用厚度不小于30cm级配砾石垫层.
5,基坑支护方案选用和实施
5,1基坑支护的必要性：对于场地基坑周边环境较复杂,基坑外侧并无较大的施工活动空间,最窄处基础外边距已建构筑物仅有6.0m；破坏后果严重；基坑开挖深度为8.0m,大于6.0m小于12.0m；工程地质条件较复 杂；地下水水位较高、条件较复杂,最小埋深为3.8m,对工程影响较严重,按照《高层建筑岩土工程勘察规范》(JGJ72―2004)判定基坑工程安全等级二级.为保证基坑边坡及相邻道路的安全和正常使用,使地基基础部分在安全、稳定的环境内施工,就必须进行基坑支护.
5,2基坑支护方案的确定：对于深基坑支护工程,一般可采用水泥土墙、土钉墙、逆作拱墙和护坡桩、护坡挡墙等支护方案.根据场地条件及支护目的,该工程边坡支护对上部第四系土层选用土钉喷锚技术进行支护,对下部基岩如土钉支护困难采用岩锚支护.
土钉支护的应用范围：适用土钉支护的土体包括：地下水位以上或经过降排水措施后的素填土、普通粘性土,有一定毛细水粘聚小的中细砂土(含水量小于5％－6％),有一定天然胶结能力的砂土和砾石土,具有天然粘聚力的粉土及低塑性土,以及风化岩层等.
土钉喷锚支护的主要特点：用料少、工程量小、施工快、施工设备轻便、操作简单、对环境干扰小；对场地土层适应性强；结构轻巧,柔性大,有非常好的抗震性能；随基坑开挖逐层分段作业,施工效率高,开挖完成时土钉墙就能建好；施工不需单独占用场地,特别用于施工场地狭小的工程；安全可靠,土钉数量众多,并作为群体而起作用,个别土钉出现问题或失效,对整体影响不大,具有良好的延性破坏特征,出现不利情况能及时采取加固措施,避免出现大事故；经济,有经验数据表示,土钉支护比一般拉锚支护可节约造价20％左右.
5,3主要设计方法：对于该工程的基坑支护,设计方案见图2基坑支护设计简图；设计土钉支护土钉道数为4道,具体设计土钉参数见表2土钉参数表.
考虑现场施工情况,本次土钉施工长度自上而下分别为6m、5m、3m、2m,均能够起到良好的支护作用.
B座：(5.1m深按土钉墙设计支护)
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同理,在B座设置三排土钉,依据上述公式,得到本次土钉施工长度自上而下分别为6m、5m、2m.
5,4土钉支护施工
(1)土钉喷锚支护施工噪声小、无环境污染、设备投入小,工期短、造价低.在基坑处于粉质粘土和粉土及砂质层的地区,可推广应用.
(2)土钉喷锚围护施工中,应注意周围道路,房屋下的管道线路及桩基不受土钉影响,故在设计施工前应周密调查周围建(构)筑物的地下设施.
(3)土钉喷锚支护应与土方开挖相互错开循序渐进实施,严禁任意超挖.即根据现场开挖的情况,适时调整土钉锚杆的间距和长度,及时补充完善设计,确保基坑安全.
6,经验总结
以下针对拟建工程岩土工程勘察时遇到的问题进行初步探讨,以期对今后高层建筑的勘察工作有所借鉴.
6,1
载荷试验在工程中的应用及存在的问题：静力载荷试验是一项使用最早、应用最广泛的原位试验方法,该试验是在一定尺寸的刚性承压板上分级施加静荷载,观测各级荷载作用下天然地基土随压力和变形的原位试验.对于高层建筑基础埋深一般较大,通常需采用深层平板载荷试验,它适用于埋深等于或大于3,Om和地下水位以上的地基土.
拟建工程采用了深层平板载荷试验,承压板放置在8.0m的载荷试验坑底,底部出露土层为泥岩层.反力采用K型板架设于角砾层上,试样场地地下水水位较浅且水量很大,角砾层受到地下水侵蚀,结构变得松散,未能取得良好的反力作用；同时反力杆过长,使得变异系数增大,也加大了载荷试验成果数据的误差；底层出露的泥岩层具有弱膨胀潜势,受到地下水的侵蚀后,承载力受到破坏,不能够准确反应出地基持力层的承载力,最终导致载荷试验成果可信度较低.
对于场地内地下水出露较浅的高层建筑勘察,不适合进行深层平板载荷试验,为了提供准确的持力层承载力,最好在拟建建筑物基坑开挖完成后,在基坑坑底进行平板载荷试验,这样即可以解决试验过程中的技术问题,又可以更直接更准确的观测各级荷载作用下天然地基土的变形.
6,2克拉玛依市区内地下水：克拉玛依市区场地出露的地下水,埋藏情况较复杂,地下水水位、水量等随环境、季节变化较大.在拟建工程在勘察时,采用钻探形式,只探明了拟建场地各孔均有地下水出露,地下水主要赋存于角砾层中,地下水类型为潜水,稳定水位埋深较浅,但在进行深层载荷试验时,试坑开挖后发现地下水水量很大,影响了试验顺利进行.为了避免此类问题发生,在岩土勘察中,条件许可时宜布置适量探井或采取其他探测方法,来较准确的探明场地内地下水的水位、水量及流速.
另外克拉玛依缺少地下水常年水位观测资料,在编写该工程岩土工程勘察报告时,无法准确提供地下水的年变化幅度及抗浮设计所需的历年最高水位,今后应开展地下水长期观测工作,对克市市区的地下水常年水位数据进行系统的统计.
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