尚明 ，仲鎖慶，張茂鋒

(1.江蘇今邁工程勘察有限公司，江蘇 南京 210019;2.南京市測(cè)繪勘察研究院有限公司，江蘇 南京 210019)

1 工程概況

項(xiàng)目位于無(wú)錫市體育中心東南處，太湖大道北面，青祁路西側(cè)，西北臨新打造的體育場(chǎng)館。該項(xiàng)目是集商業(yè)、酒店、辦公于一體的超高層建筑，總建筑面積150300 m2。具體為:主樓呈“V”型展開(kāi)，由兩棟連體塔樓組成，分別為地上45層和55層，地下3層，建筑物高度208.8 m，結(jié)構(gòu)體系采用框架～筒體混合結(jié)構(gòu);裙樓為地上7層，地下3層，總高度為32.5 m，結(jié)構(gòu)體系采用框架結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)9 m×11 m;地下室為3層，層高為5.0 m，采用框架結(jié)構(gòu)，范圍含建筑范圍及樓外空地。圖1為項(xiàng)目效果圖。

圖1 項(xiàng)目效果圖

2 勘探工作量布置

詳細(xì)勘察勘探點(diǎn)布置和勘探孔深度，應(yīng)根據(jù)建筑物特性和巖土工程條件確定;勘探方法應(yīng)精心選擇，不應(yīng)單純采用鉆探［1，2］。

2.1 勘探點(diǎn)數(shù)量和深度

(1)勘探點(diǎn)數(shù)量和布置原則

主樓、裙樓勘探點(diǎn)沿建筑物周邊、角點(diǎn)布置，間距按摩擦樁要求控制;地下室勘探點(diǎn)沿周邊和角點(diǎn)布置，間距滿(mǎn)足基坑支護(hù)要求。根據(jù)上述原則，場(chǎng)地共布置勘探點(diǎn)27個(gè)。具體布置在:主樓布置勘探點(diǎn)7個(gè)，其中，控制性鉆孔4個(gè)，一般性鉆孔3個(gè);裙樓布置勘探點(diǎn)6個(gè)，其中，控制性鉆孔3個(gè);一般性鉆孔3個(gè);地下室布置勘探點(diǎn)14個(gè)，其中，控制性鉆孔5個(gè);一般性鉆孔8個(gè)。

(2)勘探孔深度和確定原則

主樓、裙樓勘探孔深度滿(mǎn)足樁基礎(chǔ)要求，其中，控制性鉆孔深度滿(mǎn)足樁基礎(chǔ)變形計(jì)算要求。地下室鉆孔深度除滿(mǎn)足基坑支護(hù)要求外，還應(yīng)滿(mǎn)足抗浮樁深度要求。根據(jù)上述原則，勘探孔深度具體確定為:主樓控制性鉆孔深度為鉆穿第四紀(jì)覆蓋層進(jìn)入基巖，深度約為95 m;一般性鉆孔深度約75 m;裙樓控制性鉆孔深度約為70 m;一般性鉆孔深度約50 m;地下室控制性鉆孔深度約為50 m;一般性鉆孔深度約為48 m。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試工作量布置

(1)旁壓試驗(yàn)孔

根據(jù)場(chǎng)地土層分布情況，選擇代表性的地段布置3個(gè)旁壓試驗(yàn)孔，測(cè)求地基土的強(qiáng)度和變形模量，試驗(yàn)深度40 m左右。

(2)波速測(cè)試孔

場(chǎng)地內(nèi)布置波速測(cè)試孔3個(gè)(主樓2個(gè)、裙樓1個(gè))進(jìn)行巖土層波速測(cè)試。主樓2個(gè)波速測(cè)試孔進(jìn)行全孔波速測(cè)試，測(cè)定巖土層剪切波速和壓縮波速;裙樓1個(gè)波速測(cè)試孔進(jìn)行20 m深度的剪切波速測(cè)試。

(3)靜力觸探試驗(yàn)孔

為詳細(xì)查明地下室周邊土層分布和工程性質(zhì)，在地下室周邊布置了12個(gè)靜力觸探試驗(yàn)孔，試驗(yàn)深度20 m～22 m。

(4)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔

場(chǎng)地內(nèi)布置標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)孔6個(gè)，試驗(yàn)深度為第四紀(jì)覆蓋層。

(5)承壓含水層水頭觀測(cè)孔

場(chǎng)地地下水豐富，為測(cè)定承壓含水層水頭，在場(chǎng)地內(nèi)布置觀測(cè)孔3個(gè)，觀測(cè)孔深度根據(jù)承壓含水層所在深度確定。

3 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件

3.1 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

(1)場(chǎng)地地形地貌

場(chǎng)地位于無(wú)錫市體育中心東南面，太湖大道北面，青祁路西側(cè)，地形基本平坦，地面高程3.21～4.63 m?？碧角?，場(chǎng)地內(nèi)分布的水溝、塘已基本填平。場(chǎng)地地貌單元屬長(zhǎng)江三角洲沖積平原。

(2)場(chǎng)地巖土層分布

根據(jù)野外勘探、原位測(cè)試和室內(nèi)巖土工試驗(yàn)成果綜合分析，場(chǎng)地典型巖土層分布自上而下，如圖2所示。

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

3.2 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

(1)場(chǎng)地地表水

無(wú)錫市屬長(zhǎng)江流域太湖水系，區(qū)內(nèi)地表水系較為發(fā)育。

目前場(chǎng)地已經(jīng)成為無(wú)錫市經(jīng)濟(jì)、文化中心，西北為市體育中心，四面環(huán)路，場(chǎng)內(nèi)地表水系已不很發(fā)育，僅存的小水溝、小水塘在勘探前亦基本填平。

(2)場(chǎng)地地下水

根據(jù)場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)，場(chǎng)地有潛水和承壓水分布:

①潛水

潛水含水層為地表①層新填土。主要由碎磚石等粗顆?；旆圪|(zhì)粘土填積，結(jié)構(gòu)松散、密實(shí)度差、孔隙大，連通性較好，含水性及透水性好，但總體厚度不大，含水量不很豐富。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)資料，②層可塑(局部硬塑)粉質(zhì)粘土的平均滲透系數(shù)為 KV=0.15 ×10－6cm/s，Kh=0.05×10－6cm/s，屬微透水～不透水層，透水性弱，基本不含地下水，分布穩(wěn)定，為隔水層。

野外勘探期間遇有雨雪天。根據(jù)場(chǎng)內(nèi)各鉆孔及場(chǎng)地內(nèi)所挖水坑的實(shí)際量測(cè)結(jié)果看，場(chǎng)地地下水初見(jiàn)水位埋藏深度在地面下0.20 m～0.90 m，高程為3.40 m～4.03 m(黃海高程系、下同);場(chǎng)地地下水穩(wěn)定水位埋藏深度在地面下0.40 m～1.40 m，高程為3.21 m～3.59 m。潛水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水的入滲補(bǔ)給及地下管線滲漏補(bǔ)給，以蒸發(fā)方式排泄，水位受季節(jié)性變化影響明顯，年變幅為1 m左右。

②承壓水

勘探深度范圍自上而下有三層承壓水。

a.第一層微承壓水

由③～a層稍密～中密粉土組成含水層，隔水頂板為②層可塑(局部硬塑)粉質(zhì)粘土，隔水底板為③層可～軟塑粉質(zhì)粘土。透水性較強(qiáng)，富水性、給水性較好。但厚度不大(0.8 m～2.0 m)，僅局部呈透鏡狀分布，含水量不豐富，對(duì)工程施工影響亦不大。

量測(cè)的第一層微承壓水頭埋深在地面下約0.9 m～1.0 m，高程 3.16 m ～ 3.24 m，平均水頭高程為3.20 m，較潛水位略低，水位基本穩(wěn)定，主要接受潛水的越流補(bǔ)給和場(chǎng)外與該含水層連通的地表水的補(bǔ)給，所以，水頭升降亦受季節(jié)性變化影響，雨水期水頭會(huì)略有升高。

b.第二層弱承壓含水

由④層軟～流塑粉質(zhì)粘土和④～a層粉土組成含水層。隔水頂板為③層可～軟塑粉質(zhì)粘土，隔水底板為⑤層可～硬塑粉質(zhì)粘土。該含水層為影響基坑施工的主要含水層，埋藏較淺，厚度較大。其中，④層粉質(zhì)粘土透水性較弱(滲透系數(shù)為6.76 ×10－6cm/s～14.4×10－6cm/s)，給水性較差;④～a層粉土透水性較強(qiáng)(滲透系數(shù)為88.3×10－6cm/s～187 ×10－6cm/s)，富水性、給水性較好。

量測(cè)的第二層弱承壓水頭埋深在地面下2.4 m～2.7 m，高程1.74 m ～1.88 m，平均高程為 1.87 m，較第一層微承壓水水頭低，水位較穩(wěn)定，常年有水，主要接受潛水的越流補(bǔ)給，水頭升降亦受季節(jié)性變化影響，雨水期水頭仍會(huì)略有升高，該含水層具有弱承壓性。

c.第三層承壓水

由⑥～2層軟～流塑粉質(zhì)粘土(夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土)組成含水層，隔水頂板為⑥～1層軟～可塑粉質(zhì)粘土，隔水底板為⑥～3層可塑(部分軟塑)粉質(zhì)粘土。該含水層厚度較大(5.3 m ～8.4 m)，由于夾粉土，使得透水性強(qiáng)弱不均勻。粉土含量高處，透水性較強(qiáng)、富水性較好;粉土含量低處，透水性較弱、富水性較差。所以，該含水層透水性、富水性不均勻。

量測(cè)的第三層承壓水頭埋深在地面下3.0 m～3.2 m，高程為 1.24 m ～1.43 m，水位較穩(wěn)定，常年有水。主要接受場(chǎng)外含水層的補(bǔ)給，水頭升降受季節(jié)性變化影響不明顯，該含水層埋藏較深，但由于水頭較高，對(duì)工程施工有一定的影響。

4 場(chǎng)地和地基的地震效應(yīng)評(píng)價(jià)

4.1 場(chǎng)地地段劃分

按規(guī)范［3］附錄A，無(wú)錫市抗震設(shè)防烈度為6°，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05 g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

場(chǎng)地位于廣闊的沖湖積平原之上，地形平坦，場(chǎng)地覆蓋層厚度大，20 m以上土層為可～硬塑粉質(zhì)粘土和可塑粉質(zhì)粘土夾厚度不大的飽和軟弱粘性土和稍密粉土層，深度5.1 m～13.6 m之間土層性狀差異大。綜合土層性質(zhì)及所對(duì)應(yīng)的厚度綜合分析，按規(guī)范［3］表4.1.1條及相應(yīng)的條文說(shuō)明，本場(chǎng)地屬于可進(jìn)行建設(shè)的一般場(chǎng)地。

4.2 場(chǎng)地類(lèi)別劃分

場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行了3個(gè)鉆孔的波速檢測(cè)，場(chǎng)地20 m深度土層等效剪切波速vse=188 m/s～201 m/s，場(chǎng)地覆蓋層厚度為 89.7 m ～94.3 m，大于 50 m，按規(guī)范［3］表4.1.6判定，建設(shè)場(chǎng)地為Ⅲ類(lèi)建筑場(chǎng)地，特征周期值為0.45 s，見(jiàn)表 1。

表1 土層等效剪切波速

5 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案選擇

由于建筑物結(jié)構(gòu)荷載大，從場(chǎng)地土層分布及工程性質(zhì)分析，采用天然地基或者采用單樁基礎(chǔ)均不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求［4］，經(jīng)分析比較主樓基礎(chǔ)宜采用樁基+筏式厚底板，樁基采用大直徑鉆孔灌注樁;裙樓基礎(chǔ)宜采用樁基+筏式底板，樁基采用鉆孔灌注樁。

5.1 樁基礎(chǔ)持力層的選用

本工程由主樓、裙樓和純地下室三部分組成。由于荷重差異大，所以，樁基持力層除考慮單樁豎向承載力應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)布樁要求外，還應(yīng)考慮主樓的總沉降量的控制、主樓與裙樓和純地下室之間差異沉降控制。

(1)主樓持力層的選用

由于主樓為一幢超高層建筑，結(jié)構(gòu)荷載大，要求單樁豎向承載力高，對(duì)地基變形控制嚴(yán)格。從場(chǎng)地土層分布看，⑨～1層可～硬塑粉質(zhì)粘土強(qiáng)度較高、層位穩(wěn)定、厚度大，其下的⑨～2層土質(zhì)更好。所以主樓建議以⑨～1層可～硬塑粉質(zhì)粘土作為樁端持力層。

(2)裙樓持力層的選用

裙樓為7層，地下室3層?？紤]地下水浮力及基坑挖土的補(bǔ)償作用，建成后基底處平均有效附加應(yīng)力將不大，但由于建筑物柱網(wǎng)較大，單柱荷載仍相對(duì)較大。從場(chǎng)地土層分布看，⑦～1層可～硬塑粉質(zhì)粘土強(qiáng)度較高、層位穩(wěn)定、層厚較大亦較均勻可以作為樁端持力層。

(3)純地下室持力層的選用

本工程地下室大于主樓和裙房范圍，純地下室區(qū)域的地下水浮力及高大的主樓在風(fēng)荷載作用下對(duì)地下室樁基礎(chǔ)產(chǎn)生的抗拔力將遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)自重和上覆土重。純地下室區(qū)域應(yīng)設(shè)置抗拔樁。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，該類(lèi)抗拔樁的樁端入土深度(或樁端持力層)宜與裙樓相同，即以⑦～1層可～硬塑粉質(zhì)粘土為樁端持力層。

5.2 單樁承載力估算

根據(jù)規(guī)范［5］公式 5.2.9，采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法估算鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力，以J8、J13、J3、J5孔為例，估算鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表2。

表2 估算鉆孔灌注樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值

5.3 樁基沉降計(jì)算

按規(guī)范［5］，本工程樁基安全等級(jí)為一級(jí)，應(yīng)進(jìn)行樁基沉降計(jì)算。采用分層總和法計(jì)算樁基沉降時(shí)，公式中的第i層土的壓縮模量，可按原位測(cè)試方法結(jié)合室內(nèi)壓縮試驗(yàn)綜合確定。其自重壓力(p0)至自重壓力加附加壓力(p0+Δp)段的壓縮模量見(jiàn)表3。

表3 壓縮模量建議值

當(dāng)按土層應(yīng)力歷史計(jì)算樁基沉降時(shí)，可以按規(guī)程［2］中的公式 8.2.11 －3 進(jìn)行計(jì)算，公式中各土層的壓縮指數(shù)(Cc)根據(jù)室內(nèi)高壓固結(jié)試驗(yàn)確定，見(jiàn)表4。

表4 各土層的壓縮指數(shù)Cc

根據(jù)規(guī)范［5］中的公式 5.3.5 和規(guī)程［2］中的公式8.2.11－3，估算塔樓中心點(diǎn)樁基沉降量見(jiàn)表5。

表5 估算塔樓中心點(diǎn)樁基沉降量S/mm

6 基坑工程評(píng)價(jià)

本工程設(shè)有3層地下室(地下室范圍包括主樓和裙樓及樓外空地)，層高5 m，預(yù)計(jì)開(kāi)挖深度在現(xiàn)地面16 m～18 m之間，開(kāi)挖深度及開(kāi)挖面積大。

6.1 基坑周邊環(huán)境

建設(shè)場(chǎng)地地勢(shì)較開(kāi)闊，四面環(huán)路，無(wú)重要文化歷史遺跡，基坑南側(cè)為太湖大道，人行道與基坑邊界的距離約為50 m;東側(cè)為青祁路，人行道與基坑邊界的距離約為30 m;西北兩側(cè)為無(wú)錫市體育中心廣場(chǎng)和體育中心的道路，北側(cè)道路外為體育場(chǎng)館，但與基坑邊界的最小距離在60 m以上。

據(jù)了解，太湖大道、青祁路道路下(主要為非機(jī)動(dòng)車(chē)道及人行道)有管線(上水和下水管、通訊和照明電纜);體育中心道路下有管線(主要上水和下水管)。市體育中心體育場(chǎng)館采用了樁基礎(chǔ)。

6.2 基坑支護(hù)方案的建議

本工程基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)［6］，根據(jù)基坑周邊環(huán)境及場(chǎng)地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件分析，本工程可以采用地下連續(xù)墻或排樁加內(nèi)支撐作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。

(1)地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻的優(yōu)勢(shì)在于既可以作為基坑開(kāi)挖的止水、擋土結(jié)構(gòu)，將來(lái)結(jié)構(gòu)施工時(shí)亦可以作為地下室的外墻。

由于場(chǎng)地水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，有多層含水層，采用地下連續(xù)墻止水效果將較為明顯。

當(dāng)采用地下連續(xù)墻時(shí)，為了保證地下連續(xù)墻自身的沉降不能過(guò)大又能起到止水作用，減小承壓水對(duì)坑底土層的頂托作用，需將墻體置于強(qiáng)度較高，透水性較差的地層中。從場(chǎng)地土層看，建議連續(xù)墻下端插入⑥～3層可塑(部分軟塑)粉質(zhì)粘土中。支撐體系可選擇內(nèi)支撐，內(nèi)支撐的設(shè)置可根據(jù)地下室結(jié)構(gòu)型式、施工方法，驗(yàn)算后確定。

(2)排樁

由于地下連續(xù)墻成本高，施工工藝較復(fù)雜，本工程還可以采用鉆孔灌注樁支護(hù)方案，內(nèi)支撐的設(shè)置可根據(jù)地下室結(jié)構(gòu)類(lèi)型、施工工藝要求，驗(yàn)算后確定。

考慮到采取止水措施有一定要求，所以，要求鉆孔灌注樁咬合緊密，除起擋土作用外，還應(yīng)起止水作用。

如不采用鉆孔咬合樁或咬合效果不好，尚應(yīng)采取高壓旋噴注漿止水措施，阻斷④和④～a承壓水與場(chǎng)外的水力聯(lián)系。

通過(guò)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、工期等多方面比較，建議采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水+內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，可大大節(jié)省工程造價(jià)，縮短工期。

6.3 地下水控制方案的建議

對(duì)本工程有影響的含水層有四層(潛水含水層和三層承壓含水層)。其中，潛水含水層和第一層微承壓含水層由于厚度小、埋藏淺，對(duì)開(kāi)挖施工影響小;第二層弱承壓水含水層在基坑開(kāi)挖施工中容易產(chǎn)生坑底涌水和涌砂;第三層承壓水在基坑開(kāi)挖施工中可能會(huì)產(chǎn)生坑底隆起變形。所以，有必要對(duì)第二層弱承壓水和第三層承壓水進(jìn)行控制。

當(dāng)采用地下連續(xù)墻支護(hù)，墻體下端插入⑥～3層可塑(部分軟塑)時(shí)，施工前或施工中只要在基坑內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的疏干井對(duì)坑內(nèi)地基土進(jìn)行排水疏干。另外，在距離坑壁0.5 m～1 m處的坑底四周及中間設(shè)置排水溝就可以進(jìn)行開(kāi)挖施工。

當(dāng)采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水+內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，可阻斷第二弱承壓水(④和④～a層)與場(chǎng)外的水力聯(lián)系。同時(shí)，為了防止第三層承壓水在基坑開(kāi)挖施工中可能產(chǎn)生坑底隆起變形，除在基坑內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的疏干井對(duì)坑內(nèi)地基土進(jìn)行排水疏干外，還應(yīng)在基坑內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的降水井，以降低第三層承壓水水頭，根據(jù)坑底抗隆起穩(wěn)定性計(jì)算，第三層承壓水水頭要求降到現(xiàn)地面下10 m。

6.4 基坑工程監(jiān)測(cè)

地下室施工期間應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括:

(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)體系自身的變形、內(nèi)力的監(jiān)測(cè)。

(2)基坑周?chē)孛婕敖?構(gòu))筑物的變形監(jiān)測(cè)。

(3)必要時(shí)還應(yīng)對(duì)降水效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)本工程建筑高度高、結(jié)構(gòu)荷載大以及復(fù)雜的場(chǎng)地環(huán)境條件和復(fù)雜的地質(zhì)條件，提出了適合本工程的地基基礎(chǔ)形式和持力層、圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系和降排水方案。對(duì)塔樓、裙房、地下室建議選用不同深度的持力層，減少了成本，縮短了工期;對(duì)于大面積的基坑，進(jìn)行了地下連續(xù)墻及排樁支護(hù)方案優(yōu)劣的分析和比較，考慮到場(chǎng)地上部土層相對(duì)較好的特點(diǎn)，建議采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水+內(nèi)支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，大大節(jié)省了工程造價(jià)，縮短了工期，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)效益。可為今后類(lèi)似的巖土工程勘察項(xiàng)目起到借鑒作用。

［1］GB50021－2001.巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［2］JGJ72－2004.高層建筑巖土工程勘察規(guī)程［S］.

［3］GB50011－2001.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］GB50007－2002.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］JGJ94－94.建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］JGJ120－99.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.