高层建筑岩土工程勘察分析及地基处理技术应用探讨
2015-07-10
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核心提示：随着我国经济的快速发展，高层建筑不断涌现，建筑的风格也越来越多样化，因此对高层建筑的岩土工程勘察提出了更高的要求。岩土工程勘察分析工作是整个过程中最基本的，对于提高整个建筑工程的安全也是起着非常重要的作用。通过技术人员对岩土工程勘察数据的分析可以为高层建筑合理的施工起到至关重要的作用，确保高层建筑的安全、顺利进行。
高层建筑施工之前进行岩土工程勘察就是将有可能发生的不良影响查明，降低后期建设的危险指数，通过对岩土的勘察可以为建筑工程设计提出更加科学的依据。因此，做好建筑地基的全面详细的勘察，提前解决好岩土工程勘察存在的难题，通过获取的可靠的岩土资料为建筑工程的设计、施工提出更加合理的处理方案，确保高层建筑的顺利施工。文章就高层建筑的岩土工程勘察进行分析，并对高层建筑的地基处理提出一定的解决方案。
一、高层建筑岩土工程勘察的重要性
建筑工程项目投入资金多、建设的周期较长、建筑结构纷繁复杂，如果建筑质量在任何一个环节出现问题都会直接威胁整个建筑工程的质量安全，为了减少质量问题的产生，在建筑施工之前就要做好建筑的岩土工程勘察。
通过对高层建筑进行全面的岩土工程勘察是保证建筑工作正常运作的前提，才能有效的对建筑工程进行合理的设计、施工。
在进行岩土工程勘察的过程中，通过采取有效的措施确保地基在施工中不会发生沉降的现象，为建筑工程地基的设计、施工加固都提供了科学的参考数据有效的确保高层建筑的质量。
二、建筑工程岩土工程勘察的情况分析
（一）建筑场地地质形态：建筑岩土工程勘察主要探测地下是否有空洞、不明物体存在，如果存在探明埋藏的深度、埋藏位置及分布形态的确定。
（二）对地下物体进行物质划分：对建筑物地下的地质结构进行判定；是否存在不良的地质；探明地质的界面，并对地下岩体进行检查。
（三）对地下岩土参数进行检测，一些岩土的具体参数是比较难以确定的，针对难以取到原样的风化岩、残积土等设计参数进行分析。
（四）勘察人员技术：勘察技术人员是岩土工程勘察过程中的关键，所以勘察技术人员的知识面和技术水平需要有进一步的提高，能做到在技术上与其他部门有一个良好的沟通和配合，有效率的加快工程进度。
岩土工程勘察是一项工程建设的前提工作，勘察质量的高低关系着后期工程的质量、安全及施工的进度。因此必须进一步加强勘察技术人员的知识面和技术水平，对施工的过程进行有效的把控，确保对建筑工程岩土工程勘察的质量。
三、高层建筑岩土工程勘察的内容及要求
（一）分析建筑物地质的类型
在高层建筑的岩土工程勘察中，要针对建筑物当前、之后出现的地质情况进行分析研究，通过对地质提出相应的评价找出相应的应对措施。在高层建筑的岩土工程勘察分析中，还要对高层建筑的地形特点进行详细勘察，通过对建筑物的平面布置进行分析，根据地理位置找出平面布置中出现的地形和坐标。
分析各个建筑物的特点，通过对地基基础的设计的要求提前设计好可能采取的预计埋置深度、尺寸、基础型式。通过查明建筑物的各层岩土的结构、类别、坡度、工程特性、厚度，对地基的稳定性、承载能力进行评价和计算。并且还要查明高层建筑物有可能出现的不良的地址类型、成因、发展的具体趋势、危害程度等，提出相应的技术参数。勘察技术人员在对其进行勘察分析之后可以更有效的确保高层建筑物的质量，并对地基的处理有一定的作用。
（二）对建筑物地下水的勘测
除了对建筑的地址情况进行分析，勘察技术人员还要对建筑物的地下水等水文情况进行勘察分析，探明地下水的埋藏深度及埋藏的条件，通过对地下水的变化规律的调查可以更好的对基层的降水进行设计，通过对基坑的水分渗透性、地下水的成分构成进行分析还可以检查出是否会对建筑造成一定的腐蚀性。并且对基坑的水位变化提供变化的幅度及规律。通过了解地下水的环境、动态、化学成分进行判定，了解周围环境对建筑物材料及金属有可能出现的腐蚀性。判定地下水对建筑物的施工和使用期间是否发生异常情况，为了避免出现影响工程的情况要提前做好防御工作，针对勘察出来的情况采取一定的措施减少对后期施工的影响。
（三）勘察基坑开挖的稳定性
在高层建筑物的岩土工程勘察中，根据建筑物的设计要考虑到地基的承载能力，通过对岩土的参数进行稳定性计算，确保在进行深基坑开挖时地基有足够的强度的承载能力。在对深基坑开挖时要对其产生的影响进行论证，是否会对附近周围的工程产生影响；并且要提供支护设计所需的各种技术参数，针对基础设计、地基施工推荐参考变形计算参数、承载力参数，根据对深基坑的参数的计算进行合理施工，并对不良的地质现象提出合理的方法。如果地基的承载能力不行势必会对后期施工造成一定的影响，为了更好的顺利施工，在对地基进行处理时除了对承载能力进行测算还需要选择合适的地基处理技术确保工程顺利实施。
（四）地质、地震情况分析
在对高层建筑的地基进行处理时要对场地的地震效应做评估。对地震的设防区进行划分土地类型及场地的类别。对抗震裂度大于或等于VI度的场地，需要对其进行类型划分；对于抗震裂度大于或者等于VII度，应对饱和砂土或者饱和粉土的液化指数进行计算，并根据计算指数提出相应的解决方法。
四、地基处理的主要技术分析
（一）工程案例分析
（1）工程案例慨况：
某高层（24层）住宅楼工程，平面为“凸”形，长32m，宽18m，高度为75.4m，采用筏板基础，剪力墙结构。根据勘察报告，场地为第四纪沉积层，基础坐落在粉质粘土层上，天然地基承载力特征值为l80kPa。本工程的特点是层数多、荷载大，对加固后的地基承载力和变形要求都很高（复合地基承载力特征值要求达到480kPa，建筑中心点沉降量不超过40mm），无论设计计算、具体的施工措施和施工管理，其难度都比一般高层建筑地基处理要大。如果采用天然地基，基础坐落在粉质粘土层上，其天然地基承载力特征值f=180kPa，不能满足设计要求，而采用钻孔灌注桩时，其场地土有较好的桩端持力层，方案能满足设计要求，但桩间土承载力得不到使用，且施工过程中有泥浆污染，施工噪音大，且桩深较深，不经济。因此，通过仔细分析，并结合场地土质情况、工程特性和环保等要求，本工程拟采用长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺进行地基处理.设计时将桩端落在细中砂层上，桩长为16～18m，满足设计要求，且场地桩间土承载力能得到较好的发挥。
（2）工程案例中所用的机械设备
针对案例工程的具体情况拟采用1台HBT60型混凝土输送泵、2台ZKL800BB型步履式长螺旋钻机、1台JS50型混凝土搅拌机，上述设备在具体的施工过程中不会产生泥浆污染，噪音污染小；成孔的穿透力较强、而且施工过程中可以避免对新打桩产生的影响。
针对高层建筑施工中，首先要选择合适的施工技术。在针对高层的岩土勘察分析及地基处理技术中，通过现场的施工条件及施工的环境来选择合适的机械设备可以达到事半功倍的效果。在地基处理过程中，选择混凝土泵和混凝土搅拌机来构成的施工机械可以更有效的提高施工的速度、质量。混凝土搅拌机、混凝土输送泵、长螺旋机在施工中经常被用到，这种机械噪音污染较少而且在制桩的过程中更加具有穿透力，既能降低对周围环境的污染又能提高施工的效率。
（3）工程案例所用到的施工工艺
1.测量定位：测量定位采用打孔灌石灰的方法处理，即先用直径30的钢管打孔300mm深的深度，然后灌入石灰粉，再插入钢筋进行复核桩位，施工中所有桩孔一次定位完成。
2.钻进成孔：在成孔钻进过程中根据钻进的速度、转速、钻压进行调整，根据动力头电流值、地层的变化进行钻压；在进行钻进时可以采用“钻进-空钻-钻进”间歇式方法进行钻进。
3.控制好混凝土的搅拌时间及质量，通过严格把控原料的质量并严格按照要求对混凝土进行配料，对每盘的搅拌时间严格把控时间，对混凝土进行定期检查。
4.在每桩灌混凝土结束之后都要采用封顶的方式对桩头进行保护。如果在钻进的过程中出现异常问题、输料管等堵塞的情况都要及时的进行解决。在施工过程中遇到地下障碍使得桩位发生偏移时要及时处理再次就位。
（二）高层建筑地基其他的技术方法介绍
我国经济的快速发展，人们生活水平的提高对居住环境提出了更高的要求，因此提升建筑项目的质量确保高层建筑的质量就必须做好地基的处理工作，确保地基的承载能力就必须采用科学、有效的地基处理技术，在针对高层建筑施工过程中，除了要提高施工的效率与质量还要提高施工的工艺。下面是针对提出的工艺方法及高层建筑工程常用的地基处理技术进行分析。
（1）换土垫层方法：换土垫层的方法可以采用人工方法当然还可以借助机器作为辅助动力。这种方法被广泛的应用于固体的坚硬物质含量中。换土填层的方法通过对浅层软弱土或者不良土分层换填。这种浅层的处理方法适合用在暗塘、杂填土、素填土、淤泥等。这种换填的方法可以提高受力层的承载能力，降低沉降量，同时还可以加速软弱层的排水固结，消除不良土的冻胀作用、湿陷性。在具体施工过程中还要注意当换填的深度超多一米，此时需要加一层土工布物质来实现功能的最大化。
（2）强夯法：强夯方法是一种最普遍、最常见的对地面处理的方法，通过重物对地面的打击力让地面更加平整稳固。通过对砂土、粉土、碎石等进行处理提高地基的抗震能力及抗液化能力。在具体的工程实践过程中，当建筑物与夯实点之间的距离15米以外时一般是不会破坏建筑物本身的结构的，当具体施工过程中两者之间的距离不满足要求此时可以通过布置隔振沟来减少危害的发生。这种方法需要主要的是如果施工周围处在闹市区、居民楼附近那么就需要限制打夯的时间降低对周边楼民的噪声污染。
（3）水泥土搅拌桩：水泥土搅拌这种方法被广泛的应用于公路、铁路、建筑等软土地基的加固。这种为软基的加固技术提供了一种新的方法通过利用水泥、石灰或者其他的材料作为固化剂，通过在地基的深处对固化剂进行搅拌，将软土与固化剂相互融合然后形成水性稳定、整体性和一定强度的水泥加固土，从而增加地基的模量，减少地基的沉降，提高地基的强度。在进行水泥搅拌时有粉体喷射、水泥浆搅拌两种方法。在进行此方法的施工时要注意冬天施工注意事项，降低温度过低对处理效果的影响。另外还要注意，如果地基土的含水量大于70%或者小于30%、PH值小于4，此时就不能采用水泥土搅拌的方法了。
（4）砂石桩法：这种方法在针对高层建筑的地基处理时常会被采用，这种方法可以提高地基的抗剪强度及地基的密实度。如果在地基的处理时发现有大量的砂土、粉土、杂填土那么优先采用砂石桩的方法对其进行处理。在使用砂石桩法时，要分清地基的种类，在处理饱和的流塑地基前，要进行前期预压，在处理软弱地基前，要进行地基土的置换。当地基为饱和黏性土时，采用该方法进行置换，可使桩体和桩间土构成复合地基，共同承担上部荷载。
（三）确保建筑工程的施工质量
在对高层建筑进行施工中要确保建筑工程的质量，并对其工程质量进行把控。在质量把控方面要注意两个方面：防止出现串孔的现象；另外单柱承载能力是否符合规定要求。
（1）单桩承载力符合设计要求的有效方法
造成单桩承载力不足的主要原因是施工时扰动了桩底的粉细砂层或细中砂层，使CFG桩的桩端承载力降低，从而导致单桩承载力下降。因此，只要适当增加些桩长，使桩端进入其下的中低压缩性的粉质粘土层或粘质粉土-砂质粉土层上时，就能满足承载力和变形的需求，而且可以避免桩底土的扰动。于是决定对于场地局部原桩端持力层位置处砂层较厚的地段，依然采用原桩端持力层不变，但施工时要尽量避免桩端进入砂层太深，以免扰动砂层，产生涌砂现象，造成质量问题；而对于原桩端持力层位置处砂层较薄的地段，就增加桩长，使其桩端落在粘性土上。
（2）施工过程中防止窜孔现象
在高层建筑施工的过程中如果出现底部砂层的土质较软的情况，那么在砂层施工过程中完成一个打桩之后在进行另一个打桩的操作时由于钻头的不断进入就造成了桩顶出现下落的情况，窜孔就是出现在砂层的施工过程中。为了减少这种情况的出现，通过使用长螺旋钻管内泵进行施工可以对土层的扰动进行有效的控制；另外钻头受力不均也会造成窜孔现象的发生，因此还要对钻头进行有效的控制，降低对土层的扰动，通过这两种方法可以有效的防止窜孔现象的发生。
从土质分析来看，如果桩周边有粉土层或者有饱和性的细砂层，并且这些物质处于松散的状态时，当采用长螺旋钻管内泵压CFG桩工艺施工时就有可能出现窜孔现象的发生。钻孔成孔的扰动程度大小决定着扰动时间的多少，如果成孔的时间比较短，出现的扰动比较小，钻头的穿土能力很强时就可以降低窜孔发生的概率。如果砂土层、粉土在桩的上部分，那么成孔对桩间土的扰动时间长那么就很容易发生窜孔情况的发生。
五、结语：
综上所述，施工技术单位为确保高层建筑的工程的顺利完工，就应提前做好工程的岩土工程勘察工作，为工程提供准确的参数，满足工程后期所需要的设计、施工、监督工作要求。另外，除了重视岩土工程勘察工作还要做好地基的处理工作，地基是建筑工程中最重要的承载力，地基的质量直接影响着高层建筑的稳定性，因此在建筑施工中通过选择合理、正确的地基处理办法对提高整个高层建筑的质量起着至关重要的作用。施工技术人员在充分考虑到各种地质因素的前提下，通过运用各种地基的处理方法有效的改善地基的工程特性，提高地基的承载能力提高高层建筑的稳定性。
参考文献：
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