1、1高层建筑勘察钻孔 布置与控制性勘探孔深度的讨论杨洪生 曾庆广（铁岭市建筑设计研究院 辽宁 铁岭 112000）摘要： 本文讨论 现行规范框架内 几种控制性勘探孔 深度的估算方法 ，对其适用条件及 影响因素进行分析，给出了一些可供参考的计算参数假设值 , 高层建筑钻孔布置要求。关键词 ： 岩土工程勘探孔深度；钻孔布置；地基变形计算深度；A bs t r a c t : t hi s pa pe r di s c us s e s t he c ur r e nt s pe c i f i c a t i o n s e ve r a l c o nt r o l l i ng e xpl o
2、r a t i o n wi t hi n t hef r a me wo r k o f t he ho l e de pt h e s t i ma t i o n me t ho d, a ppl i c a b l e t o t he c o nd i t i o n s a nd i nf l u e nc ef a c t o r s we r e a na l y z e d, a nd gi ve s s o me r e f e r e nc e va l u e c a l c ul a t i o n pa r a me t e r hyp o t h e s i s
3、,hi gh - r i s e bui l d i ng t he dr i l l ho l e l a yo u t r e qui r e me n t s .Ke y wo r ds : ge o t e c hn i c a l e ngi ne e r i n g e xpl o r a t i o n ho l e de pt h; T he dr i l l ho l e l a yo u t ; F o un da t i o nde f o r ma t i o n c a l c ul a t i o n de pt h中图分类号： T U74 文献标识码： A 文章编
4、号：高层建筑 一般是指层数超 过 10 层 ，住宅高 度超过 28m 或 其它建筑 （公建） 超过 24m 的建筑物 ， 30 层以上 或高度超过 100m 为超高层。对高 层建筑而 言，详细 勘察的勘 探点布 置应按岩 土工程勘 察等级确 定，布 置 1 31 2的勘探点为控制性 勘探点，对安全等级为一级 、 二级的建筑物，宜 按建筑物周边线布置 , 角点和中心点 及凹凸点应有勘 探点，勘探点的布 置还应满足纵横 方向对地层结构和 均匀性的评价要求 ， 其间距宜取 1535m ， 特殊体型的建筑物应按体型变化布置勘探点 ， 且单栋高层建筑的勘探点不 应少于 4 个，其中 控制性勘探点不 宜少
5、于 3 个。实际 上钻孔间距应主 要取决于场地的复杂程 度，即场地是否 存在暗沟、塘、浜 等异常带，保证 钻探所揭露地层能 准确反映水平和垂直方向土层情况及地下水存赋形态等等，而不是单纯由建筑物安全等级决定孔距。高层建筑 设计等级均为甲 、乙级，需按地基 变形进行设计。 对应的岩土工程勘 察，所布设的 勘探孔 按二种情 况考虑 ， 对于 一般性勘 探孔，以 揭穿 地基 土 主要受力 层为原则，一般 深度为基底 下 0.5 1. 0 倍基础宽 度 ；再就是 控制性勘探孔， 其深度必须满足压 缩层计算深度要求，深度 过小不能满足要 求；深度太大则无 谓增加勘察成本 。勘探深度实际上 由三方面因素决
6、定； 基础埋深 ； 预计桩长 ； 压缩层深 度。对于基础埋 深可根据场地条件 及土层冻深初步确定 。对于桩基础而 言，可参照临近建 筑经验，预估桩 的类型，初步选定 桩长。关于压缩层深度应自基 底算至附加压力等于土层自重压力 的 10%- 20%，荷载较小、土 层较硬、无相邻荷载影响时，可取较大值，荷载较大、土层较软、且有相邻荷载影响时，可取较小值。2在现行规 范框架内，以下 几项规定（强制性 条文）至关重要 ，是制定勘察方案 所必须遵循的原则：建筑地基基础技术规范 3. 0.2.（ 2 ） ： 设计等级为甲级 、 乙级的建筑物均应按地基变形设计 。岩土工程 勘察规范 4. 1.18.（ 2
7、） ：对高层 建筑和需作变形 计算的地基，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。高层建筑岩土工程勘察规程 4. 1.4 1 控制性勘探孔的深度应超过地基变形的计算深度。建筑地基处理技术 规范 9. 2.9 ：地基变形计算深 度应大于复合土层的厚度，并符合 现行国家标准建筑地基基础设计规范 G B 50007中地基变形计算深度的有关规定。建筑桩基技术规范 3. 2.2 2 1 ） ：控制性孔应穿透平面以下压缩层厚度。由于体制和历史原因 ， 我国现行的几部规范 （ 程 ） ， 对控制性勘探孔
8、深度定义原则基本一致，但在 具体操作实施中 ，又体现出各自的 特点，目的是将 变形计算这一复杂 问题简化，以利于岩土 工程师在实际工 程中方便使用。鉴 于理论依据和考 虑因素不同，各规 范给出的方法（公式） 存有差异，形成 目前 “ 五部规范 四种提法 ” 的现状， 对同一项工程， 不同的工程师在制定勘 察方案时，往往 会给出不同的控制 性勘探孔深度， 为什么会出现这样 的结果，有哪些因素在发挥作用，分析并深入讨论这些问题，对我们制定科学合理的勘察方案会有帮助。1 地基变形影响因素控制性勘 探孔深度以控制 地基变形计算深度 为原则，所以， 有必要对决定变形 计算及计算深度的各种因素进行分析，以
9、利于勘察方案既安全合理又简便实用。（ 1 ）地基土的压缩性根据土工 试验得到的压缩 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。这 方面， 高层建筑 岩土工程勘察规程 的经验公式法给出了一个经验系数 ， 在一定程度上体现了土的压缩性对压缩层深度的影响 ，其他的计 算方法对该因素 基本忽略，建筑地 基基础技术规范 则认为，地基土类 别对压缩层的深度的影响无明显规律。（ 2 ）基础宽度基础宽度大小对压缩层深度的影响较大 ， 这一点在土力学的等应力线图上 （ B ouss i nes q 解 ）有直观表 达。在荷载相同 条件下，
10、基础宽度 越大，地基压缩 层深度也就越大。 地基规范的简化公式中 ，基础宽度表达 最为直接，是唯一 的变量，按照地 基规范条文说明， 该表达式有实测和试验 数据支持。另外 ，经验公式法也考 虑了这一因素， 直接与经验系数成 倍数关系。可3以说，在诸多影响因素中，基础宽度的影响是公认的。（ 3 ）计算点位置高层建筑平面形状各异 ， 有方形 、 圆形 、 矩形及不规则形状等 。 在不同部位之下地基中 ，其应力分 布和大小是不同 的，从而地基压缩 层计算深度亦有 所不同。一般情况 下，基础中心点计算深 度最大，边点次 之，角点最小。相 应地，布设在不 同部位的控制性勘 探点深度也就有所不同 。例如，
11、常见的 “ 板楼 ” 用整体倾 斜控制，控制性 勘探孔布置在基础 的角点部位，深度要求较浅，而 “ 塔楼 ” 中心点要求有控制性勘探孔，深度就要相对大一些。（ 4 ）基础埋深由于抗震 、 人防和使用功能的要求 ， 高层建筑一般都设有地下室 。 近年来城市土地稀缺 ，建筑地下 部分层数和深度 呈现增大的趋势， 对建筑地基，勘 探孔有效深度从基 础底面起算，基底以上钻探不是有效进尺 。 所以 ， 基础埋深越大 ， 勘探孔的深度亦随之增加 。 但另一方面 ，地基变形 计算时，基底压 力取荷载效应准永 久组合，随着基 础埋深增大，附加 压力变小，相应的计算变形量亦随之减小。除上述因 素之外，诸如基 础
12、形式也会对地基 压缩变形深度产 生影响；另外，工 程施工速度等因素也间接地发挥作用，但都不是主控因素，在此不一一列举。2 地基变形计算深度讨论控制性勘 探孔深度与地基 压缩层计算深度之 间存在密切联系 ，控制性勘探孔取 决于地基变形验算深度。看以下二个公式：)( 1i1-iiin1i s ios ZZEpS= （ 1 ）= n1iin S025.0S （ 2 ）公式 （ 1 ） 这就是我们熟知的分层总和法变形计算公式 ， 从基础底面起算 ， 当满足公式 （ 2 ）条件时， 即可认为达到计 算深度。用文字表 述公式 的含义是 ：自某一计算深 度向上取厚度为 Z 的土层计算变形值小于等于 0. 0
13、25倍的 累计变形值 ， 以此作为计算深度的下限 。 相应的控制性勘探孔深度应该等于或略大于这个深度。为了简化计算 ， 地基规范还给出了一个简化的公式 ， 当无相邻荷载影响 ， 基础宽度在 1 30m 范围内时，基础中心点的地基变形计算深度 Z n 可以按下式考虑：Z n=b( 2.5 0.4lnb) （ 3 ）公式中唯一变量是基础宽度 b ，工程中比较容易掌控。43 。控制性勘探孔的其它确定方法上述地基 规范给出的方法 称之为变形比法， 除此之外，还有 一些其他方法可以 推算控制性勘探孔的深度，（ 1 ）经验公式法经验公式 法来自高层建筑 岩土工程勘察规程 ，该规程对控制 性勘探孔深度采取
14、了比较宽泛的规定 ， 可按变形比法计算 ， 原则是深度应超过变形计算深度 。 在不具备变形计算条件时 ，可以按以下经验公式计算。bdd cc += （ 4 ）与地基规范中简化公式不同的是，公式 （ 4 ）引入了以下二个参数：1 ） 与建筑层数或基底压力有关的经验系数，勘察等级为甲级的取 1. 1，乙级取 1. 0，其含义是：重要建筑慎重考虑，勘探孔适当加深。2 ） c 与土的压缩性有关的经验系数 ， 和土的成因年代 、 密实度 、 地下水位等因素有关 。该规程表 4. 1.4 中给出了 c 的范围值 ， 如何选取依赖于对工作地区勘察实践经验的把握 ， 地质条件较好时取较小值，反之取较大值。4
15、。复合地基高层建筑由于荷载较大 ， 天然地基往往不能满足设计要求 ， 故多采用复合地基或桩基础 ，而复合地 基相比桩基造价 低，经济效益显著 ，近年来得到越 来越多的应用，以 铁岭市建设工程为例， 高层建筑采用复合 地基的超过 10%，面对这 种状况，岩土工程 勘察时就必须要 考虑复合地基的作用机理，以及由此而引发的控制孔深度问题。建筑地基处理技 术规范 3. 0.5 条规定：按地基变 形设计或应作变形验算且需进行地 基处理的建筑物或构 筑物，应对处理后的地基进行变形 验算。 9. 2.9 条就验算方法和计 算深度作如下说明 ：地基变形计算 深度应大于复合土 层的厚度，并符 合现行国家标准 建
16、筑地基基础设计规范中地基变形计算深度的有关规定。5 。桩基础桩基础的 勘探孔深度取决 于桩的受力状态， 控制性勘 探孔深度要求应 满足地基变形计算深度的要 求。 由于桩端 持力层大多选用 工程性能良好的低 压缩性岩土层， 如密实状态的砂类土、碎石 或基岩等，此类 地层压缩模量值很 大，比较容易达 到稳定。 对此，高 层建筑勘察规范建议，群桩桩基 础沉降计算深度宜取桩端平面以下 附加应力为上覆土有效自重应力 20的5深度，或按桩端平面以下假象实体 基础宽度的 1. 0 1. 5 倍 的深度 考虑 。对以基岩 等不可压缩地层 作为持力层的端承 桩，可以不进行 变形验算， 控制性勘 探孔深度进入桩端
17、平面以下 3 5 倍桩径即可 ， 其目的并非是变形计算需要 ， 而是查明在此深度内是否存在破碎带、软弱结构面、岩溶、采空区等不良地质条件对桩基整体稳定性的影响。6 。小结通过分析对高层建筑控制性勘探孔深度，我们大致可以总结出以下一般规律：群桩基础刚性复合地基天然地基上硬下软的地层结构均质地基上软下硬地层结构软土 一般土低压缩性岩土荷载较大建筑荷载较小的建筑基础宽度大基础宽度小基础中心点边缘角点上述比较 结果，是荷载、 基础形式、基础尺 寸、地基土性质 等相关因素对地基 变形计算深度影响 的综合反映，属 于定性的概念分析 。对于每项具体 工程，不同的因素 相互交叉，情况千变万 化，要找到一个 对
18、所有工程都适用 的计算公式或方 法几乎是不可能的 ，需要具体问题具体分析。一般情况下，在勘察方案中控制性勘探孔深度确定，可以按如下思路展开：（ 1 ） 收集了解项目所在地的工程经验 ， 包括地层条件 、 土层性质 、 同类型工程的地基基础形式等，在此基础上初步建立该项目的地基基础模式（桩基，复合地基，天然地基 ） ；（ 2 ） 通过技术委托任务书和总平面图 ， 了解相关设计意图 ， 包括基础形式 、 形状 、 埋深 、长度和宽度、基底压力等。（ 3 ）在完成以上准备工作后，可按以下 条件估算 控制性勘探孔深度：1 ）在有工 程经验的地区 （ 如 城市建成 区 ） ，控制性 勘探孔深度 H =
19、基础埋深 + 地基压缩 层厚度 + 补充深度 。 所增加的补充深度 ， 是考虑到计算参数误差可能 导致 的深度误差 ， 一般可 取2 5 米，计算深度下限为土层时取较大值，砂层或卵石层取较小值。2 ） 在缺乏经验的地区 ， 可采用简化公式法估算 ， 因为该计算公式唯一的变量是基础宽度 ，这是比较容易把握的。3 ） 如遇 特殊情况 ， 岩土工程师可根据场地条件 现场估算 勘察工作量 。 对 铁岭 市区的高层建筑勘察 ， 控制性勘探孔深度取基础埋深 + 基础宽度的 1. 2 1.5 倍 ， 15 层以下取较小值 ， 1525 层取中间值， 25 层 以 上取较大值。如果是复合地基，在此深度基础上再
20、增加 5 10m 。总之，控 制性勘探孔深度 涉及到的因素十分 复杂，包括地基 土的不同组合，以 及拟建建6筑各种各 样的设计条件， 同时，还要考虑方 案本身的经济性 和竞争力。在这个 问题上，需要把握的基本原则是：控制性勘探孔深度应略大于地基变形的计算深度。参 考 文 献1 陈希哲土力学地基基础 北京：清华大学出版社， 20042 高层建筑岩土工程勘察规程 （ J G J 72 2004） . 中国建筑工业出版社3 建筑地基基础设计规范 G B 50007 2002.中国建筑工业出版社4 建筑地基基础技术规范 D B 21 907 2005.中国建筑工业出版社5 岩土工程勘察规范 G B 50021 2001（ 2009年版） . 中国建筑工业出版社6 建筑桩基技术规范 ( J G J 94 2008). 中国建筑工业出版社 , 20087 建筑地基处理技术规范 ( J G J 79 2002). 中国建筑工业出版社 , 20028 高层建筑混凝土结构技术规程 （ J G J 3-2010）中国建筑工业出版社
