王鑫文 薛 梅 楊 名

(天津市勘察院，天津 300191)

中國(guó)天辰科技園天辰大廈項(xiàng)目巖土工程實(shí)錄

王鑫文 薛 梅 楊 名

(天津市勘察院，天津 300191)

對(duì)中國(guó)天辰科技園天辰大廈項(xiàng)目41層科研樓及3層裙樓的樁端持力層進(jìn)行了詳細(xì)評(píng)價(jià)，根據(jù)注水試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果提供了承壓含水層滲透系數(shù)及承壓水頭，并針對(duì)高層建筑特點(diǎn)，對(duì)樁基礎(chǔ)水平承載力及最終沉降量進(jìn)行了估算，評(píng)價(jià)了深基坑開挖支護(hù)的穩(wěn)定性，同時(shí)分析了對(duì)周圍環(huán)境的影響，為工程設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

基坑，注水試驗(yàn)，水平承載力，坑底回彈量

1 工程概況

中國(guó)天辰科技園天辰大廈項(xiàng)目主體為1棟地上40層～41層科研樓，高度約182.50 m，框架剪力墻結(jié)構(gòu)；裙房3層，高度14.00 m，框架結(jié)構(gòu)；場(chǎng)地范圍內(nèi)設(shè)3層地下室，埋深約17.00 m。本項(xiàng)目總用地面積37 685 m2，總建筑面積約12萬(wàn)m2。本工程主、副樓高差大，基坑開挖深度大，周圍環(huán)境復(fù)雜，涉及的巖土工程難點(diǎn)問題較多，需要的土工試驗(yàn)項(xiàng)目較多，且對(duì)各種參數(shù)的準(zhǔn)確度要求很嚴(yán)格，涉及的巖土工程評(píng)價(jià)問題頗多，工程技術(shù)問題極其復(fù)雜，難度大。

擬建場(chǎng)地位于北辰區(qū)天穆鎮(zhèn)，京津公路與中環(huán)線交口處西北側(cè)，北運(yùn)河?xùn)|側(cè)，場(chǎng)地毗鄰勤儉橋，交通便利，周圍環(huán)境復(fù)雜，周圍道路及建筑亦距離較近。因此，基礎(chǔ)沉降及不均勻沉降、深基坑開挖與支護(hù)極易對(duì)周圍建筑和道路產(chǎn)生不利影響，基坑開挖與支護(hù)難度較大。

2 勘察工作量簡(jiǎn)介

根據(jù)工程性質(zhì)和設(shè)計(jì)要求及相關(guān)規(guī)范，勘察采用原狀取土、標(biāo)準(zhǔn)貫入、剪切波速、地脈動(dòng)等手段對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行了詳細(xì)勘察，本工程根據(jù)整個(gè)場(chǎng)地綜合布孔，共布置施工勘探點(diǎn)38個(gè)。其中41層主樓一般性孔深80.00 m，控制性孔深120.00 m，共布置勘察孔5個(gè)；裙房、純地下部分一般性孔深55.00 m，控制性孔深65.00 m，共布置勘察孔24個(gè)，相鄰部位互相借用；為確定場(chǎng)地覆蓋層厚度并配全地震安全性評(píng)價(jià)工作，布置2個(gè)孔深度為120.00 m的波速測(cè)試孔；為查明承壓含水層水頭及滲透性，布置2個(gè)孔深為28.00 m～38.00 m的注水試驗(yàn)孔；為判定地下水對(duì)建筑材料的腐蝕性，布置3個(gè)取水孔，孔深均為7.00 m。本次擬建筑物性質(zhì)復(fù)雜，涉及的巖土工程問題頗多，在室內(nèi)土工試驗(yàn)上采用直剪快剪、固結(jié)快剪、三軸不固結(jié)不排水剪(uu)、基床系數(shù)、高壓固結(jié)、回彈再壓縮、滲透、水質(zhì)簡(jiǎn)分析等試驗(yàn)，并對(duì)各種指標(biāo)進(jìn)行綜合分析、科學(xué)統(tǒng)計(jì)，給設(shè)計(jì)人員提供充分、可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。

3 注水試驗(yàn)

本工程對(duì)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件進(jìn)行了評(píng)價(jià)，首次進(jìn)行了鉆孔注水試驗(yàn)，根據(jù)注水試驗(yàn)結(jié)果提供了承壓含水層滲透系數(shù)及承壓水頭，為基坑設(shè)計(jì)提供了可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。

注水試驗(yàn)成孔工藝相對(duì)復(fù)雜，易出現(xiàn)封孔不嚴(yán)、孔壁漏水等隱患，造成試驗(yàn)段承壓水與上層水連通，從而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。本次試驗(yàn)過程中，經(jīng)過多次預(yù)成孔試驗(yàn)，完善了施工工藝，對(duì)施工設(shè)備及施工步驟提出了嚴(yán)格的要求，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，對(duì)每一道工序嚴(yán)格把關(guān)，成孔質(zhì)量相對(duì)較好。注水試驗(yàn)示意圖見圖1。

根據(jù)本次勘察注水試驗(yàn)結(jié)果(見圖2)，本場(chǎng)地第一微承壓含水層(7a)水頭位于埋深約5.15 m處，相應(yīng)標(biāo)高為-0.25 m左右，第二微承壓含水層(9b)水頭位于埋深約6.80 m處，相應(yīng)標(biāo)高為-1.90 m左右。注水試驗(yàn)滲透性成果表見表1。

表1 注水試驗(yàn)滲透性成果表

微承壓含水層巖性水平滲透系數(shù)KH/cm·s-1滲透性第一(7a)粉土6.74×10-4弱透水第二(9b)粉土1.02×10-3弱透水

4 樁基礎(chǔ)評(píng)價(jià)

4.1 樁端持力層選擇

本次擬建主樓為地上40層～41層，高度大，荷重大，應(yīng)采用樁基礎(chǔ)，擬建3層裙房柱距大，亦應(yīng)采用樁基礎(chǔ)。

第一樁端持力層：位于埋深約35.00 m～39.00 m段為上更新統(tǒng)第三組陸相沖積層粉土(地層編號(hào)9b)，該層土水平方向分布較均勻、穩(wěn)定，可作為本次擬建3層裙房的樁端持力層。建議將樁端置于埋深約37.00 m處，標(biāo)高約-32.50 m處。

第二樁端持力層：位于埋深約42.00 m～52.00 m段為上更新統(tǒng)第三組陸相沖積層粉砂(地層編號(hào)9d)層，該層土水平方向分布總體上較均勻、穩(wěn)定，亦可作為本次擬建3層裙房的樁端持力層。建議將樁端置于埋深約46.00 m～48.00 m段，標(biāo)高約-42.00 m～-44.00 m段。

第三樁端持力層：位于埋深約65.00 m～77.00 m段為上更新統(tǒng)第一組陸相沖積層粘土(地層編號(hào)11a)，水平方向分布較均勻、穩(wěn)定，可作為本次擬建40層～41層主樓的樁端持力層。建議將樁端置于埋深約67.00 m～75.00 m段，標(biāo)高約-62.50 m～-70.50 m段。

4.2 樁型選擇

本工程對(duì)單樁承載力要求高，建議采用鉆孔灌注樁。為提高單樁抗壓承載力、減小沉降，可采用后壓漿技術(shù)措施。該工藝在樁端、樁側(cè)壓入水泥漿，能夠消除樁端沉渣、提高樁端阻力及側(cè)摩阻力，壓漿參數(shù)建議通過試樁綜合確定。

4.3 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值

估算條件及結(jié)果詳見表2。

表2 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值估算表

4.4 水平承載力評(píng)價(jià)

擬建41層主樓高度大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮地震作用下樁體水平承載力。根據(jù)本場(chǎng)地土質(zhì)條件對(duì)單樁水平承載力進(jìn)行估算。

估算條件：采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁徑為φ=1.00 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，樁身配筋率按0.70%考慮，樁入土深度為74.00 m，樁頂約束情況按鉸接考慮。

根據(jù)JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范第5.7.2.6，樁身配筋率不小于0.65%的灌注樁單樁水平承載力特征值估算如下：

計(jì)算公式：

假定本工程采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，混凝土彈性模量Ec取3.0×104N/mm2，鋼筋彈性模量Es取2.0×105N/mm2，樁徑φ=1.00 m。

根據(jù)JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范表5.7.2，按樁頂約束情況為鉸接狀態(tài)考慮，樁頂水平位移系數(shù)vx取2.441。

4.5 樁基礎(chǔ)沉降量估算

本次擬建40層～41層主樓高度大、荷重大、對(duì)變形要求嚴(yán)格，報(bào)告中采用四種方法對(duì)本次擬建主樓的最終沉降量進(jìn)行估算(等效分層總和法、Geddes法(有限元分析法)、簡(jiǎn)化估算法及樁基規(guī)范法)。

按以上方法、估算條件，不考慮裙房的影響，按主樓基礎(chǔ)與周圍基礎(chǔ)斷開進(jìn)行計(jì)算，主樓中心點(diǎn)、角點(diǎn)最終沉降量估算結(jié)果詳見表3。

5 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)

5.1 施工方案選擇

本次工程基坑?xùn)|西向?qū)捈s75.00 m～95.00 m，南北向長(zhǎng)約159.00 m，開挖面積大；場(chǎng)地東側(cè)距京津公路50 m，西側(cè)距北運(yùn)河河堤最近距離約30 m，基坑開挖深度約為17.00 m，開挖深度大。本場(chǎng)地地下水位較淺，基坑開挖所面臨的巖土工程問題較多，為不使基坑開挖時(shí)基坑側(cè)壁變形對(duì)工程樁及周邊環(huán)境(地下管線、道路等)產(chǎn)生過大影響，應(yīng)做好支護(hù)與止水、降水工作，做到合理開挖、科學(xué)施工。應(yīng)采用既擋土又止水的支護(hù)體系，可采用加撐地下連續(xù)墻支護(hù)、止水體系，亦可采用加撐連排鉆孔灌注樁加隔水帷幕支護(hù)、止水體系。

表3 樁基最終沉降量估算表 mm

5.2 深基坑開挖地基土隆起量估算

開挖時(shí)由于土體的挖出與自重應(yīng)力釋放，致使基坑底向上回彈，同時(shí)基坑開挖后，支護(hù)結(jié)構(gòu)墻體向基坑內(nèi)變位，當(dāng)基坑底面以下部分的墻體向基坑內(nèi)方向變位時(shí)，擠推基坑內(nèi)的土體，造成基坑底的隆起?；油馏w的回彈可對(duì)基坑及基樁產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致斷樁、基坑失穩(wěn)等工程事故。報(bào)告中采用兩種方法對(duì)基坑開挖引起的回彈量進(jìn)行估算：

方法一：GB 50007—2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范提供的方法。

根據(jù)GB 50007—2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范5.3.9，當(dāng)建筑物地下室基礎(chǔ)埋置較深時(shí)，需要考慮開挖基坑地基土的回彈，該部分回彈變形量按下式計(jì)算：

方法二：《基坑工程手冊(cè)》提供的方法：

《基坑工程手冊(cè)》中提供的基底隆起量估算公式如下：

5.3γ·c-0.04·(tgφ)-0.54。

本基坑基底隆起量估算中，H取17.00m；P取20.00kPa；D取16.00m；c，φ取35.00m以內(nèi)各層土固結(jié)快剪標(biāo)準(zhǔn)值厚度加權(quán)平均值，分別為17.64kPa，20.10°；γ取基坑底面以下基坑深度范圍內(nèi)各層土厚度加權(quán)平均值(地下水位以上取浮重度)為9.6kN/m3。

根據(jù)上述方法計(jì)算結(jié)果見表4。

計(jì)算結(jié)果表明，本次基坑開挖后，坑底中心點(diǎn)隆起量在3.10cm～4.30cm左右，由于本工程采用樁基礎(chǔ)，考慮到基坑中有工程樁分布，因此基坑開挖土體回彈一般比計(jì)算值偏小，坑底回彈量對(duì)本工程影響較小。

表4 基坑中心點(diǎn)隆起量估算表 mm

6 工程驗(yàn)證

1)經(jīng)與建設(shè)單位和基樁檢測(cè)單位了解，樁長(zhǎng)、樁徑等均與報(bào)告相符，報(bào)告理論估算單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值與試樁結(jié)構(gòu)基本相符。

2)大廈竣工后沉降觀測(cè)結(jié)果為：主樓中心部分沉降為27.9mm，根據(jù)天津地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，建筑物竣工時(shí)沉降量可以達(dá)到最終沉降量的60%左右，與報(bào)告中估算值基本符合。

3)基坑施工采用兩道內(nèi)支撐，與報(bào)告所計(jì)算的條件基本相符，計(jì)算的地下連續(xù)墻入土深度與報(bào)告基本相符。通過與基坑施工監(jiān)測(cè)單位了解，施工過程中基坑的位移及周圍的沉降均較小，未對(duì)周圍建筑物造成影響。

4)通過上述定量分析評(píng)價(jià)，不僅為設(shè)計(jì)人員提供了可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)，而且為甲方及施工單位節(jié)省了投資，受到甲方和設(shè)計(jì)人員的好評(píng)，由于勘察成果提供的參數(shù)準(zhǔn)確、建議合理，多項(xiàng)建議被采納，對(duì)主樓建議采用后壓漿技術(shù)，試樁結(jié)果單樁承載力有了大幅提高，為甲方節(jié)省成本?？辈靾?bào)告內(nèi)容豐富，揭示的地層準(zhǔn)確，各項(xiàng)地基土參數(shù)齊全準(zhǔn)確，分析計(jì)算細(xì)致、科學(xué)，巖土工程評(píng)價(jià)詳實(shí)、深入，不同荷重?cái)M建筑物基礎(chǔ)處理方案針對(duì)性強(qiáng)，建議合理、可行，多項(xiàng)建議被設(shè)計(jì)及甲方采納，得到甲方、設(shè)計(jì)的一致好評(píng)。本項(xiàng)目也為天津高層工程的巖土工程綜合問題的分析與評(píng)價(jià)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

[1] 《樁基工程手冊(cè)》編寫委員會(huì).樁基工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995．

[2]GB50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3] 姚天強(qiáng)，石振華.基坑降水手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006.

[4] 劉建航，侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997．

[5] 高大釗.巖土工程勘察與設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2013．

[6] 《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì)．工程地質(zhì)手冊(cè)[M]．第4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007．

Geotechnical Engineering record of Tianchen mansion project of China Tianchen Science & Technology Park

Wang Xinwen Xue Mei Yang Ming

(TianjinInstituteofSurvey,Tianjin300191,China)

The paper specifically evaluates pile end bearing layer of science research building on the 41st floor and podium building on the 3rd floor of Tianchen mansion project of China Tianchen Science & Technology Park, provides bearing moisture layer permeability coefficient and pressure bearing water head according to water-injecting test calculation results. In light of high-rise building features, it estimates horizontal bearing capacity of pile foundation and eternal settlement amount, assesses the stability of deep foundation excavation support, and finally analyzes its impact upon surrounding environment, which has provided some basis for engineering design.

foundation, water-injecting test, horizontal bearing capacity, bottom rebound quantity

1009-6825(2015)28-0076-03

2015-07-07

王鑫文(1986- )，男，工程師； 薛 梅(1986- )，女，助理工程師； 楊 名(1984- )，男，助理工程師

TU412

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