浅谈高层建筑勘探孔深度的确定

浅谈高层建筑勘探孔深度的确定摘要：本文以某高层建筑为例，详细描述了勘探孔深度的确定。关键字：高层建筑勘探孔深度控制性勘探孔深度地基变形引言民用建筑可按层数及建筑高度分为以下几种：低层：1～3层（≤10m）；多层：4～6层（1024m）；中高层：7～9层（24～28m）；高层：10层及10层以上（≥28m）；超高层：100m以上。随着社会的发展，高层及超高层建筑不断的涌现，这就要求勘察工作者要熟练掌握高层建筑勘探孔的布置及深度的控制。下面笔者通过工程实例来探讨高层建筑勘察孔深度的确定。1现行规范要求勘察方案的编制应符合以下规范规定的要求：《岩土工程勘察规范GB50021-2001(2009年版)》中4.1.18、4.1.9：对高层建筑和需作变形验算的地基，控制性勘探孔的深度应超过地基变形计算深度；高层建筑的一般性勘探孔应达到基底下0.5～1.0倍的基础宽度并深入稳定分布的地层。地基变形计算深度，对中、低压缩性土可取附加压力等于上覆土层有效自重压力20%的深度；对于高压缩性土层可取附加压力等于上覆土层有效自重压力10%的深度。《高层建筑岩土工程勘察规程JGJ72-2004》中4.1.4：控制性勘探孔的深度应超过地基变形的计算深度。控制性勘探孔深度，对箱型基础或筏形基础，在不具备变形深度计算条件时，可按下式计算确定：dc=d+αcβb（4.1.4-1）一般性勘探孔的深度应适当大于主要受力层的深度，对于箱型基础或筏形基础可按下式计算：dg=d+αgβb（4.1.4-2）《建筑地基基础设计规范》GB50007中5.3.5规定：计算地基变形时，地基内的应力分布，可采用各项同行均质线性变形理论。其最终变形可按下式进行计算：（5.3.5）5.3.7规定：变形计算深度Zn，应符合下式的规定。当计算深度下部仍有软弱土层时，应继续计算：（5.3.6）5.3.8规定：当无相邻荷载影响，基础宽度在1m～30m范围内时，基础中心点的地基变形计算深度可按简化公5.3.8式进行计算：Zn=b（2.5-0.4lnb）（5.3.8）2勘探孔深度的确定分析根据规范要求，控制性勘探应超过地基变形的计算深度，所以，下面针对影响变形计算及计算深度的因素进行分析：1）基础宽度基础宽度大小对压缩层深度的影响较大，在相同荷载作用下，基础宽度越大，地基压缩层深度也越大。建筑地基基础设计规范中的简化公式（式5.3.8）中，基础宽度是表达式中唯一的变量，按照该规范条文说明，此表达式有实测及试验数据的支持。此外，高层规范中的经验公式法中也考虑了这一影响因素，钻孔深度与基础宽度成倍数关系。2）基础埋深随着城市的发展，地下空间的利用也成为了建筑设计的重要一部分。抗震、人防和使用功能的要求，使得高层建筑一般都设有地下室。建筑地下部分层数及深度呈现增加的趋势，勘探孔有效深度从基础底面起算，基础埋深越大，勘探孔的深度亦随之增加。但地基变形计算时，基底压力取荷载效应准永久组合，随着基础埋深的增大，附加压力相应的会变小，计算的变形量也将随之减小。3）基底压力根据土力学理论，基底的压力越大，地基中的附加应力也就会越大，从而地基的压缩变形也就越大，但随着深度增加，附加应力会发生衰减，当衰减到一定程度时，其大小对地基变形就会没有影响，该深度视为变形计算深度。4）地基土的压缩性压缩系数，可划分为高、中、低三类，不同压缩性的土，变形计算深度是不同的，压缩性越高，相应的变形计算深度越大。高层规范中的经验公式法给出了一个经验系数，在一定程度上体现了压缩性对压缩层深度的影响，自然界中完全均质的地基很少，地基的压缩层往往是由不同压缩性的多层土组成，不同组合对地基变形计算深度会产生不同的影响，在一定条件下，持力层为压缩性较高的土层，而下卧层压缩性较低，这种地层组合比较容易达到稳定标准，反之则亦然。5）计算点位置高层建筑平面形状大多以矩形为主，也有方形、圆形及不规则形状。在不同部位的地基中，其应力分布和大小也是不同的，这就使地基压缩层计算深度有所不同。通常情况下，基础中心点计算深度最大，各边上的点次之，角点的最小。因此，在布设不同部位的控制性勘探点深度时，也应有所不同。例如，“塔楼及核心筒”中心点要求布置控制性勘探孔，深度相对就要大一些，常见的框架及框剪结构的楼座，控制性勘探孔一般布置在基础的角点，深度要求相对较浅。3勘探孔深度的确定实例3.1工程概况石家庄某工程拟建建筑物概况见下表：拟建建筑概况表表1建筑物名称楼层数(建筑高度)预计基础埋深（m）基础大小结构及基础形式基底压力（kPa）办公楼主楼22F/2F（65.35m）7.018*42框架结构筏板基础3903.2参考地层资料收集临近场地资料如下表：地层信息一览表表2地层编号及岩性层厚（m）Es0.1-0.2Es0.2-0.4Es0.4-0.6Es0.6-0.8Es0.8-1.0①层填土1.0②层粉土4.08.90③层细砂4.512.0*④层粉土5.55.888.5111.5619.0522.43⑤层中砂10.020.0*⑥层粉质黏土5.06.779.6312.4118.2623.15⑦层中粗砂20.025.0*3.3勘探孔深度的确定根据以上分析，勘探孔深度可按以下进行确定：1）在设计条件具备的情况下，按上地基规范公式5.3.5进行计算确定；2）在不具备变形深度计算条件时，只是对场地地层有大致了解时，可按高规4.1.4中经验公式及勘察规范4.1.9中的规定进行计算确定；表4.1.4经验系数αc、αg值土类值别碎石土砂土粉土粘性土（含黄土）软土αc0.5~0.70.7~0.90.9~1.21.0~1.52.0αg0.3~0.40.4~0.50.5~0.70.6~0.91.0注：表中范围值对同一类土中，地质年代老、密实或地下水位深者取小值，反之取大值。3）仅对建筑的概况了解时，可采用5.3.8简化公式法及勘察规范4.1.18规定估算。以上条件下的计算结果表表3计算方法5.3.5变形法4.1.18一般性孔4.1.4-1经验公式法4.1.4-2经验公式法4.1.9应力法5.3.8简化公式法zn勘探孔深度m18.6m25.0m24.9m17.1m22.1m24.0m最终的勘探孔深度可以上的计算结果做参考，并充分考虑地层的差异性及采用地基处理的方式，对钻孔深度进行相应的加深处理，一般建议加深5.0m，对于复合地基的控制性钻孔建议加深至10.0m。4结论通过上文的分析及工程实例试算，笔者认为高层建筑勘探孔深度的确定可以从以下几点来确定：1、当有工程经验可以收集到一下两点信息时，可采用估算沉降量的方法来确定孔深，当然在确定时，需充分考虑地层的变化，在计算结果上增加适当的深度。1）要收集上部结构型式，上部荷载、基础形式、基础尺寸及地基形式等建筑物概况；2）收集相近工程的地层分布条件，土质特点等地层信息；2、如果仅有建筑物概况，没有详细的计算条件，只是对场地地层有大致了解时，可以使用高规经验公式法。3、如果缺乏工程地层经验，仅有对建筑的概况了解时，可采用 基础规范5.3.8简化公式法估算，因为该公式中基础宽度是唯一的变量；同时要满足勘察按规范4.1.18中的相关规定。总之，高层建筑勘探孔深度的确定涉及到的因素很多，也十分复杂，不仅包括地基土的不同组合，也有拟建建筑各种各样的设计条件，同