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高层建筑岩土工程勘察的分析与评价

时间:2017-10-09 14:51来源:未知 作者:360论文网 点击:

  高层建筑岩土工程勘察的分析与评价

  郑齐银

  (山西省交通科学研究院 太原 030006)

  摘要:论文结合实际工程分析评价了高层建筑岩土工程勘察,提出高层建筑岩土工程勘察模式和技术方法意见。

  关键词:高层建筑 岩土工程勘察 分析

  岩土工程勘察是工程建设的一项基础性工作,对高层建筑的岩土工程,其勘察的分析与评价工作尤为重要,一是因为地基士情况变化复杂,二是因为建筑物特别是高层建筑基础受力较复杂;三是因为基础方案选择正确与否直接影响工程造价;四是地基基础方案涉及深基础、浅基础、复合地基、基础托换、甚至基坑降水支护,要综合考虑桩土共同作用、地基基础与上部结构共同协调等,业务面知识面广泛。既有外业的踏勘、调查、布孔、钻探、岩土地层判定编录、现场取样、现场测试,又有内业的资料整理、归纳、实验测试、原始数据分析取舍(剔除异常数据,去伪存真),分析评价,提出报告等工作。在基础方案设计中既要考虑上部结构的形式、荷载和刚度,又要考虑工程地质情况,还要考虑当地建筑材料及施工条件。在高层建筑单位工程中占据越来越重要的地位,而地基基础工程的结构安全、施工质量、工程进度、对周围环境的影响、地基基础工程造价等因素都影响到了基础的设计和基础形式的选择,如何选择一种既能满足功能要求又经济合理,同时又满足各种限制因素的地基基础方案成为值得我们研究的问题。

  1工程概况及工程地质特点

  某办公大楼,楼座呈“L”形,建筑平面尺寸35m×62m,其中主楼长58m×宽32m,地上13层,地下2层,为框架剪力墙结构,建筑面积约5万平方米。设计采用嵌岩钻孔灌注桩基础,地下水为第四系潜水和强风化岩承压水,水位埋深6.10m~9.20m。根据岩土工程勘察报告,在勘探深度内揭露的地基岩土体,主要由第四纪以来冲洪积作用形成的粘土、粉质粘士与闪长岩全风化层、闪长岩强风化层及中风化岩层组成。

  2桩基础主要岩土工程技术特点

  本工程桩基础(包括支护桩)为嵌岩钻孔灌注桩,由于其穿过全部覆盖层,全断面嵌入基岩,可以充分利用基岩的承载性能而提高单桩承载力,且桩端持力层是压缩性极小的基岩,其单桩的沉降也不会因群桩效应而增大,群桩承载力不会因群桩效应而明显降低,以嵌岩桩为基础的建筑物比其他基础型式的建筑物地震反应更轻微,抗震性能更好。

  3高层建筑岩土工程勘察的分析及施工要点

  3.1 原材料质量和钢筋笼焊接,混凝土制备控制

  原材料质量是任何工程包括桩基工程都必须严格控制的重要环节,桩基工程主要是对砂子、石子、水泥、钢筋、混凝土质量的控制。控制措施上严格实行材料进场报验制度,对砂子、石子以外观检验和实验检验为主,对水泥、钢筋、混凝土质量必须进行外观、资料和实验检验,不合格材料严格禁止进场使用。根据水下灌注混凝土的特点,混凝土须具有良好的和易性,坍落度控制在180mm~220mm。

  3.2对勘探深度的要求

  要求更详细准确地了解地层结构,掌握其变化。这不仅是计算沉降、预防倾斜的要求,也是基础类型选择与设计的需要。这是深基坑开挖设计与施工的需要。(1)勘探点间距要小,以满足掌握地层结构在纵横两个方面的变化和分析横向倾斜可能性的需要,间距一般15m~35m,若预期采用一般桩基,则间距为10m~30m}若采用大直径桩,一桩一孔或一桩多孔,则每孔都要勘察。(2)勘探点深度要深。由于压缩层的下限要比一般建筑物的基础深得多,为了沉降计算的需要,一般应有不少于勘探孔总数1/2的控制孔深度达到和超过预计的压缩层深度。不过,有时压缩层深度不是决定勘探点深度的惟岩有高压缩性土层等情况,勘探点深度要加深。(3)水文地质条件要查明依据。如采用桩基或桩,由于基坑的深度往往较深,因而不但有施工降水和开挖方法问题,而且有支护结构类型的选择与设计,防止坑底发生隆起破坏、坑外土体的过量变形等问题。本项目中采用了补勘、查岩面专勘、桩孔钻进施工勘察等措施,并在施工初期采取如下措施:安排各施工队伍在各自的分区内分散布置设备,入岩段成孔全段钻取岩芯,取岩样判定岩石、确定岩面,结合各种勘察资料,掌握岩石的变化和岩面起伏规律,绘制基岩面标高等高线图,在准确判定岩石面的基础上,按设计的深度控制入岩深度,特别采取小径深钻取样措施,重点控制防止出现因球状风化而引起错误判断,造成质量隐患。

  3.3充分发挥原位测试的长处

  标准贯入试验在国内外使用非常普遍。虽然关于它的“标准性”讨论一直不停,却愈来愈被采用,它的已被公认的用途有:鉴别砂土的相对密度及士的状态,估算砂土的某些岩士技术性质指标(如变形模量量等),确定砂土的承载力;选择适宜的桩尖持力层,计算单桩承载力;经计算,主楼地基压缩层深度为8.20m,对主楼持力层及下卧层情况进行了统计,根据统计资料从持力层层面坡度、持力层和第一下卧层在基础宽度方向上的均匀性以及地基压缩层内压缩模量的均匀性等三个方面进行评价。

  3.3.1按持力层层面坡度的均匀性评价

  根据建筑周边各钻孔之间持力层层面高程差计算坡率,坡率大于10%为不均匀.小于10%为均匀,经计算在场地西南角,孔间坡率分别为11.11%和13.12%,存在不均匀性,因土质及厚度变化较大所致。按地基持力层和第一下卧层在宽度方向上均匀性评价:在拟建主楼三条剖面上进行了持力层和第一下卧层在宽度方向上的厚度差计算,当厚度差值大干0.05b(b为基础宽度)为不均匀地基。

  3.3.2按压缩层内各土层压缩模量评价地基宽度方向上的均匀性

  根据本地区建筑经验将钻孔各土层的变形模量按经验公式Es=EO/l.l换算成压缩模量,再按各土层厚度与压缩模量进行加权平均,求得单孔压缩模量加权平均值进行评价计算,采用评价剖面两端钻孔压缩模量差与压缩模量之和的1/20相比,若后者小于前者为不均匀地基。经计算剖面Es9-Es3-11.36MPa,(Es9+Es3)/20=4.17MPa,故呈现了不均匀性,产生不均匀的原因是ZK9钻孔在下卧层中细砂层厚度大、压缩模量低所致。从以上几方面对场地天然地基均匀性评价结果可以看出,该场地天然地基存在不均匀性,属局部不均匀地基。

  存在不均匀性的主要原因,是在持力层和下卧层顶部中存在中砂及松散卵石层呈软弱夹层或透镜体赋存在基坑底面上下,造成土质强度和模量变化大而引起的,故直接利用作天然地基有一定难度,只有采取地基处理措施,以满足主楼基础对地基土均匀性的要求。

  3.4桩型选择和桩长的确定

  综合本地工程建设经验及建筑物的荷载条件,适宜的桩型有预制桩、预应力管桩及钻孔灌注桩,本工程桩型可本工程深基础设计中800mm钻孔灌注桩,桩顶相对标高-10.20m~-12.Om,主要以闪长岩中等风化岩为桩端持力层,且要求:当桩长≥19m时,桩端进入持力层深度保证大干2000mm;当桩长<19m时,桩端进入持力层深度保证≤3200mm。单桩承载力设计值5000kN。对该部位桩基,设计要求在保证桩长大于28m时,其单桩承载力设计值为3800kN。桩身混凝土强度为C25。钢筋笼直径为680mm,配筋为:主筋12中20通长配置;螺旋箍筋为中8@100(桩顶以下1500mm范围内)和中8@200;加强箍筋为tD12@2000。设计桩数361支。其中布置3组静载荷试验桩,试锚桩全部为工程桩。

  3.5勘探取样数量

  (1)勘探:单幢高层建筑的勘探点不宜少于4个,并保证突出角点和中点,在层数荷载和建筑体型变化较大处,宜加密。(2)取土。取土点不宜少于勘探点总数的1/2,且每幢建筑不少于2个。一般持力层取不扰动样12—18个,主要受力层取样8~12个,主要受力层以下取样6—10个,基底以上土层取样不少于3个。(3)室内试验。持力层用三轴,不少于6组;下卧层可用直剪,考虑风载或地震,进行反复加、卸荷试验。不少于3组。(4)桩机对位、钻进成孔垂直度控制:传统措施是水平仪测调机座水平,线坠测调钻头对位和钻杆垂直度。本工程设计桩顶标高为-10m~-12m.要保证在自然地面施工情况下,必须采取更严格的,更高精度的控制措施。经过研究,决定:利用极坐标或采用双经纬仪交会校验桩机对位,控制桩位点、钻头中心、钻杆中心在经纬仪镜头内处在同一竖线上;从相互垂直的两个方向,用经纬仪镜头内竖向标线标测钻杆,测调钻杆垂直度;提高垂直度偏差要求,严格按0.5%控制,以保证在最低设计桩顶标高一12.Om处桩位偏差不大于100mm。

  3.6泥浆比重、泥浆粘度和清孔清渣控制本工程主要采用泥浆护壁正循环成孔施工工艺,泥浆比重和粘度控制对钻孔护壁、土层和入岩段侧摩阻力发挥、控制孔底沉渣,发挥桩端阻力至关重要。将其作为重点监控点之一加以控制,利用泥浆比重仪和粘度仪测试,开钻前制备泥浆比重控制在1.18左右,粘稠度控制在21s左右;钻进风化岩层前再次测试,比重控制在不超过1.25,粘度22s左右,保持至终孔并冲孔清渣全过程。

  3.7混凝土水下灌注和成桩质量控制混凝土水下灌注必须保证初灌成功、灌注过程连续、正常,控制导管提升标高和提拆节奏,防止断桩,并在混凝土的初凝时间内完成灌注,以确保成桩混凝土胶结良好,无松散、夹泥或分层现象。首先检查混凝土出厂单。包括混凝土等级、坍落度、发车时间等是否满足要求。对坍落度不符合要求或搅拌不均匀和易性差等对质量有影响的混凝土作退货处理,以免出现浇筑事故。确保混凝土初灌后导-管的埋深达到规范要求的0.8m以上。

  3.8桩基验收

  三组试桩在达到试压龄期要求后,及时组织试压,全部达到了设计要求;基坑开挖破桩后,根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)、《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)要求,对桩位中心、桩顶标高复核及桩头混凝土、钢筋检查,均满足要求,混凝土试块强度评定合格。设计、施工、监理、业主、检测单位及质监部门共同验收,结果为:桩基各检验批、各分项验收合格,质量控制资料完整,桩基检测结果符合设计、规范要求,桩基验收合格。

  4结语

  本次勘察查明了拟建场地内的地层结构和各地基土层的物理力学性质指标。拟建场地内土层分布较稳定,拟建场地区域背景稳定,无不良地质作用存在,适宜建筑物的建造。抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度值为0.05g,地震设计分组为第一组,本工程抗震设防分类为丙类,地基土可不进行液化判别和处理。

  参考文献

  [1]李柬乐.岩土工程勘察[M],北京:黄河水利出版社,2004.

  [2] GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

  [3]GB50223-2004,建筑工程抗震设防分类标准【S].北京:中国建筑工业出版社,2003.

  [4]吴爱君,浅谈工程地质勘察的野外工作[J].山西建筑,2008(34).

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