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摘要：在高層建筑工程建設當中，巖土工程勘察工作有著不可替代的地位和重要性。巖土勘察方案布設和勘察工作布置既要符合各類規范的要求，又要滿足設計的基本要求。對場地勘探孔布置進行了分析，認為勘察階段應綜合建筑要求與擬建場地特征進行布孔，以取得最佳勘探效果；從現行規范規程角度出發對比分析了不同地基壓縮層深度的計算方法、優缺點和適用范圍；最后以地基壓縮層深度為依據并從設計角度出發，論述了各類場地勘探孔深度的合理確定。該成果對提升高層建筑巖土工程勘察結果的準確性與科學性具有一定借鑒意義。

關鍵詞：巖土工程勘察；勘察質量；勘探孔深度；勘探孔間距

隨著中國城市化建設持續高速發展，現高層建筑已成為工程建設領域內一種主流趨勢，相比較普通建筑，高層建筑巖土工程易受到工程地質條件的影響[1]，因此，在勘察期間，能夠準確查明場地工程地質情況對保障高層建筑整體結構的穩定性顯得尤為重要。巖土工程勘察成果不僅是影響勘察質量的重要環節，也是為后續設計、施工提供經濟合理參數的重要支撐。在接到建筑工程勘察項目意向后，首先要確定建設工程勘察方案，勘察方案的合理性決定著勘探工作量，也顯著影響著巖土工程勘察質量。勘探孔布置和深度確定是巖土工程勘察中非常重要的一環，也是提高勘察技術工作質量的需要。在巖土工程勘察階段，通過根據規范縮短勘探孔之間的距離，加深勘察點深度的方式來了解現場施工環境是不可取的，既增加了勘探工作量和勘探工作的周期，同時也降低了技術工作布置的科學性。勘探孔的布置間距和勘探孔深度與場地土層分布特性密切相關，勘探孔的合理布置決定場地土層的完整性，而勘探孔深度的合理確定能夠在探明地基土層情況下減少勘察工作量。因此，勘探孔布置間距和勘探孔深度應共同發揮作用，以查明建設場地的地質情況。本文主要對勘探孔布置、地基壓縮層深度計算及場地勘探孔深度確定進行了詳細分析，本文的論述對高層建筑下巖土工程勘察的方案確定具有借鑒意義，同時為巖土工程勘察工作者確定勘察方案提供了多種思路。

1場地勘探孔布置

場地勘探孔布置的主要目的是保證勘探孔所揭露地層能準確反映場地土層分布特征及地下水存賦形態。對于高層建筑，規范規定勘探孔間距為15～35m，當上層建筑要求等級較高時，勘探孔間距應當取小值，工程經驗及工程案例表明，此方式總體上是符合工程要求的，但勘探孔間距與場地土層的復雜程度并無對應關系，鉆孔間距不能保證揭露場地土層結構與有關參數在水平和豎直方向上的變化規律，僅考慮了高層建筑類型和等級。在勘探孔間距布置時，由于高層建筑總平面內在層高、荷載分布和結構形式上變化很大，應結合設計單位勘察技術要求，對擬建工程高差變化大及軸力大的部位應縮小勘探孔間距，同時在建筑角點上以及上部荷載附加壓力較大的部位應留有勘探孔。一、二級的基坑勘探孔間距為20～35m，同時應考慮坑外周邊地層的變化，搜集周邊建（構）筑物的勘察和施工資料，適當增補勘探孔。對帶有裙房或外擴地下室的高層建筑摩擦型樁勘探孔布設，應與主樓一致，勘探孔間距取值為20～35m，對端承樁勘探孔按柱列線布置，勘探孔間距取值為12～24m。在勘探期間，應綜合建筑要求與擬建場地特征2個方面進行場地勘探孔布置，當場地土層突變較明顯時，應當縮小勘探孔間距，上部載荷較大時從整體上布置符合規范要求的勘探孔，同時應以事實為依據，不斷變更完善方案，以查明場地工程地質情況，消除勘察不明帶來的工程安全隱患。

2地基壓縮層深度計算

在上部荷載作用下地基土必然要發生變形，考慮到地基土受力變形的復雜性，規范從總體上來控制地基土的受力和變形，主要從建筑條件和基底荷載分布2個方面計算地基壓縮層的深度。實際上，場地勘探孔深度的確定就是以地基壓縮層的深度為依據。

2.1應力控制法

在地基下部，始終存在一個最小垂直深度，使得荷載附加壓力不能夠克服土顆粒間結合力，該深度以下的土顆粒之間可以達到沒有相對移動，該臨界深度為地基壓縮層深度。在自重應力作用下，土層完成了固結與沉降變形，建造高層建筑帶來的附加應力會重新引起新的沉降變形，土層深度越大，附加應力隨著深度增加以遞減函數形式開始減小，當場地中高壓縮性土層占比較大時，高壓縮性土附加壓力取等于上覆土層有效自重壓力10%的深度，均勻性和整體性良好的一般性土附加壓力取上覆土層的有效自重壓力20%的深度。由其引起的沉降值在總的沉降變形中的占比可忽略不計，因此以地基附加應力與自重應力的比值為0.2或0.1作為地基壓縮層深度標準[2-3]。對高層建筑進行巖土工程勘察，以應力作為主控因素對地基壓縮層進行計算相對比較方便、實用和簡單。但存在不足之處，即單獨考慮荷載于地基壓縮層深度之間的關系，忽略土層的分布與壓縮特性，存在軟弱下臥層或土層壓縮模量較小時，地基壓縮層深度計算與實際情況會有偏差的問題。

2.2應變控制法

將地基和基礎作為一個整體進行考慮，地基壓縮層計算深度決定于基礎型式和寬度、地層結構和土層壓縮特性。目前國家標準地基基礎規范是應變控制法[4-5]，對地基進行變形驗算時，基礎最終沉降量S按分層總和法確定，為：式（1）中：nΔS'為計算深度向上1.0m土層的計算變形值；iΔS'為在計算深度內第i層土的計算變形值。當向上取厚度Δz的土層計算變形值不超過計算深度范圍內各土層計算變形值之和的0.025倍時，其變形值大小對土層的變形影響很小，可忽略不計。但應變控制法受基礎寬度影響較大，當基礎寬度大于10m時，計算結果準確性更高。應變控制法綜合考慮了應力、基礎大小、總體變形、下部土層分布。該方法計算比較復雜，并且在勘察階段由于設計條件不明確無法實施。目前該方法具有實踐可靠性，用于高層建筑地基壓縮層計算深度的唯一可靠判據，同時也是最終確定地基壓縮層計算深度衡量的標準。

2.3經驗公式法

經驗公式法作為一種簡單且應用廣泛的確定勘察鉆孔深度的方法，其與實踐經驗結合較為緊密，直接反映現場實際特征較強。該方法簡單明了，但具有一定的主觀性，忽略了地基土和荷載因素的影響，且不適用于基礎寬度較大的情況。研究人員根據實測資料發現地基壓縮層深度與基礎大小之間存在一定的變化規律[6]，利用回歸方程得出了地基壓縮層深度與基礎寬度的經驗公式，而何頤華等[7]認為方形與矩形基礎地基壓縮層深度與基礎寬度和土的類別有密切關系，通過分析進一步得到了地基壓縮層深度經驗公式：Zm=b（2.5－0.4lnb）（2）Zn=b（Zm＋ξb）β（3）式（2）中：Zm為根據經驗公式法確定的基本壓縮層深度；b為基礎寬度；Zn為地基壓縮層換算深度；ξ為基礎長寬比折減系數；β為地基土土類別調整系數。該方法可作為選取勘察孔深度的一種界限，結合由應力應變理論來確定勘察孔深度的方法，判定勘察孔深度合理性。

3場地勘探孔深度的合理確定

由于高層建筑鉆孔較深，正確地確定布孔深度對建筑安全以及勘探費用和勘探周期都有很大影響，鑒于巖土工程勘察是以規范規程為依托，并且服務于后續的設計與施工，勘探孔深度大小需考慮規范規程，除此之外，建設工程設計是否需要該深度處參數的要求也是一個容易被忽略的方面。設計是完成勘察工作最重要的一步，勘察人應當將拿到的設計方案作為勘察方案大綱，并結合具體的場地條件、建筑條件和地區經驗，全程兼顧設計的方案變更，以求確定出最符合設計要求同時又合乎規范規定的合理經濟的勘探孔深度。

3.1天然地基勘探孔深度

對于場地內門衛、垃圾房等設備用房以及荷載小、對變形要求不高建（構）筑物，常采用天然地基；經過地基處理的人工地基，如預壓地基、換填地基、壓實地基、注漿加固地基，同樣按天然地基考慮。對于采用天然地基，高層建筑控制性勘探孔深度應大于天然地基壓縮層深度[2]。天然地基壓縮層深度可由上一章節的方法來確定，按地基壓縮層計算得到的控制性勘探孔深度基本上能夠滿足地基變形驗算要求。一般勘探孔深度為基礎埋置深度和0.5～1.0倍基礎寬度的和，并且應滿足小于2/3壓縮層厚度，土較軟情況下取大值，同時應保證孔深已達到穩定地層。

3.2樁基勘探孔深度

高層建筑自重較大，下部地基土主要受到上部荷載產生的附加壓力的影響，地基的穩定性決定了上層建筑的安全性。荷載的大小與建筑高度有密切關系，建筑高度越大，場地地基土需抵抗荷載的能力越強，對地基土的承載力要求越高。場地擬建房屋的區域，若考慮采用天然地基，已無法承受上部荷載作用，可能會引起地基發生大面積沉降，最終因地基失去承載力而導致建筑倒塌。因此，高層建筑樁基礎是解決此類問題的關鍵。樁基礎勘探孔深度確定是巖土工程勘察的核心，高層建筑下樁基礎勘探孔深度的確定首先要確定地基壓縮層厚度，樁基勘探孔深度只需將樁基地基壓縮層厚度與基礎埋置深度相加即可得出。事實上，樁基地基壓縮層厚度只不過是增加了樁長的影響，把承臺底的附加壓力等效到樁端，仍可采用分層總和法計算樁端以下土層的壓縮部分[8-9]，樁端以下地基壓縮層深度確定于樁端平面下的附加壓力有關，可由應力控制法確定：Σ==mjjjzpa10σ（4）σz≤0.2σc（5）與此同時，在勘察階段尚不明確上部結構荷載的條件下，可按照高層建筑結構的類型對荷載標準值和梅花形布樁預估單樁荷載進行取值。同時依據場地的實際地層情況設計樁徑和樁長，估算有效樁長范圍內平均樁端承載力及側摩阻力，估算出單樁承載力。需要特別關注的是，在確定樁徑和樁長時，應保證單樁承載力必須大于單樁荷載，同時確保樁端在穩定的持力層上，最后依據估算的樁長，確定樁基勘探孔深度，一般勘探孔深度=基礎埋深+預計樁長＋3～5倍基礎寬度且不小于3m，大直徑樁不小于5m，控制勘探孔深度=基礎埋深+預計樁長+樁端平面下2～3倍基礎寬度。再與用應力比法驗算勘探孔深度做比較，選較大值作為樁基勘探孔深度。

3.3基坑勘探孔深度

當基坑開挖深度大于3m時，應進行基坑工程勘察工作。一般基坑工程通常考慮上部建（構）筑物，深基坑和純外擴地下室基坑工程需考慮抗浮，應采取抗浮措施，抗浮樁或抗浮錨桿長度一般為10～15m。因而勘探孔深度的確定應依據設計對抗浮力的要求來綜合確定。基坑勘探孔深度應滿足基坑支護體系和工程降水設計的要求[10]，主要涉及基坑邊坡整體穩定性、支檔結構嵌固穩定性、地下水滲透穩定性、坑底隆起穩定性等驗算。基坑勘探孔深度按2倍基坑深度確定可滿足要求，但在一些軟土地區，需要布置大角度錨索需要區別對待。因此，需要比較各種情況，最后按最不利條件確定基坑勘探孔深度。

3.4液化勘探孔深度

為了判定場地液化等級，常需布置場地液化判別鉆孔進行探測，勘探孔深度應能夠直接反映土層的液化程度，同時液化判別鉆孔深度應滿足抗震設計的要求[11]。國家規范規定勘探孔深度應保證液化判別的深度，用于液化判別的勘探孔深度為15m和20m，當建筑性質為高層建筑，其上部結構應進行抗震驗算。因此，液化勘探孔深度應為20m。

4結論和建議

勘察期間應當針對具體工程進行必要的已有資料收集和場地情況了解，確定出既符合規范規程，又滿足工程實際要求的經濟合理的最優勘察方案。在已掌握較為翔實的場地地質資料的情況下，壓縮層厚度計算建議采用變形比法，相反宜采用應力比法確定，而經驗計算法僅起到輔助參考作用。當地基壓縮層的計算深度內有軟弱下臥層時，地基壓縮層的計算深度顯著增大，剩余沉降量增多，相鄰基礎下的軟弱下臥層坡度較大時，便會造成地基出現差異沉降現象。因此勘探孔計算深度內不應有軟弱下臥層存在。

作者：杜朋 單位：上海京海工程技術有限公司