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高层建筑岩土工程勘察的重点及难点分析

发表时间：2021/4/26 来源：《基层建设》2020年第33期作者：彭晓凤

[导读] 摘要：我国作为发展中国家，近年来建筑行业高速发展，在现代化社会中高层建筑层出不穷，岩土工程的勘察精度直接关系着高层建筑的安全和成本控制。

        四川九一五工程勘察设计有限公司 620010
        摘要：我国作为发展中国家，近年来建筑行业高速发展，在现代化社会中高层建筑层出不穷，岩土工程的勘察精度直接关系着高层建筑的安全和成本控制。本文将深入探讨高层建筑岩土工程勘察的重点内容、砂卵石地层中采用植物胶全孔取芯钻孔等勘察手段的必要性、抗浮水位准确性、基坑支护技术等岩土工程勘察的重点与难点内容，以期可以提高我国高层建筑的整体施工质量。
        关键词：高层建筑；岩土工程勘察；重点与难点
        高层建筑具有两个明显的特征：建筑高度高、埋置深度大。在高层建筑施工过程中，如何有效提高基坑支护的稳定性、妥善解决岩土工程勘察中抗浮水位的技术问题等，这都是岩土工程勘察的重点与难点，这也是要求相关技术人员必须做好岩土工程勘察工作，特别是对水文地质条件和工程地质条件的准确掌握，以此来保障高层建筑的质量安全。
        一、岩土工程勘察的重点内容简析
        水文地质条件与工程地质条件作为岩土工程勘察的主要内容，二者相辅相成缺一不可。在建筑早期，我国很多施工单位都忽略了拟建场地的水文地质条件，导致一系列建筑事故的发生。随着我国建筑施工技术的不断进步，对场地水文地质条件的重视也与日俱增。岩土工程勘察，最主要的勘察内容有自然地理条件、地质环境、地下水位情况、含水层与隔水层情况、水文地质条件、工程地质条件等。对于自然地理条件，主要的勘察内容包括地形地貌、水文特征、气候条件、洪水侵袭程度、地形堆积形态以及地下水系的位置、流速、流向、风速风向等；地质环境的主要勘察内容有：详细调查施工区域的岩土层渗透系数，并了解此区域的地壳运动、地质结构、岩石种类等；地下水位情况是水文地质条件的重点内容之一，主要内容包括地下水的补给、径流及排泄等。水文地质参数的测定，必要时需要利用抽水试验来检测抽水地质。
        二、砂卵石的探测方法与植物胶钻芯护孔工艺简述
        我国山川河流众多，河流岸坡与山区的地质结构大多由厚层的砂卵石层构成，砂卵石层具有一些显著的利用价值，例如承载力高、厚度大、变形小、埋深浅等，十分适合作为高层建筑的基础持力层。因此在岩土工程勘察过程中，对砂卵石层的各项力学指标进行勘察是一个十分重要的内容。对于砂卵石地层的勘察，主要以探究钻进方式问题、护壁问题、取芯问题为主。
        （一）砂卵石地基的勘察方法
        常见的砂卵石地基勘察方法为钻孔勘探，就是需要利用专业工具通过钻孔的方式分层取得地层样本，并以此测量出详细的土层结构参数数据，常见的钻孔勘探技术有冲击泥浆护壁钻进、冲击回转钻进和地面锤击法钻进，但是这些工艺尚不成熟，在长期的使用过程中暴露出一些弊端。现阶段最为常见的钻孔勘察技术为SM植物胶SD金刚石取芯钻具钻探，收到了颇为显著的钻探效果。值得注意的是，在钻进过程中，一定要采取有效措施预防孔壁坍塌。造成孔壁不稳的因素有很多，例如机动压力、地层应力作用、泥浆等，在多种因素混合作用下，孔壁十分容易出现不稳表现，因此工作人员需要详细研究造成孔壁塌方的主导因素，并采取有针对性的措施进行解决。常见的解决方法有，一是尽量保证地层与钻孔的压力平衡，最为关键的是需要调整泥浆比重，确保可以平衡地层侧压力所必需的最小值。与此同时，在起钻下钻过程中因为压力机动很容易让底层与钻孔之间的压力失去平衡，所以也要保证起钻下钻速度合理，尽量保证压力平衡。二是选用适宜的泥浆，在钻孔过程中，对泥浆的要求较高，一般需要具有高矿化度与低失水性，这可有效降低地表的水化作用。并且粘度适中，如果粘度过小会增大泥浆流液侵蚀力，会对孔壁造成一定程度的破坏，也会加速坍塌物的沉降速度；如果粘度过大，又会延缓起下钻速度，会增大压力激动与裸孔时间。
        （二）植物胶钻芯护孔工艺
        为了有效提高深厚砂卵石层的取芯质量，现阶段我国高层建筑多采用植物胶钻芯护孔工艺，利用套管与金刚石特殊钻具，采用回旋钻进技术，最大程度的实现对孔壁的保护。在植物胶护孔工艺的作用下，可以利用植物胶的胶结性能，取得完整的圆柱状砂砾石芯样，同时也可实现卵石层长孔段的裸眼成孔，可有效降低对套管的依赖。以某水库工程为例，其卵石层厚达178米，并具有多层承压水，应用植物胶护孔工艺与金刚石特殊钻具，将工期缩短至40天，提前完成钻孔任务。但是值得注意的是，虽然此工艺在岩土工程地基勘测中有着十分重要的价值，但是也具有一定缺点，例如岩芯易堵塞、植物胶消耗大、起下钻频繁、人工成本大等，这也需要相关技术人员在今后的施工过程中强化对这一工艺的研究，促使工艺不断完善。
        三、抗浮水位技术问题
        （一）确定抗浮水位
        确定抗浮水位是岩土工程勘察的重要内容之一。地下水具有很强的流动性并且含水层结构复杂，所以技术人员一定要结合施工现场的水文地质环境以及地下水的排泄和补给条件、地下水储存结构等因素综合分析设计抗浮水位。在确定抗浮水位后，也要长期监测地下水位的变化，确保抗浮措施能够起到最大的应用效果。
        （二）抗浮验算
        对确定的抗浮水位也要进行抗浮验算，最大程度的保证施工现场具有极高的抗浮稳定性。由于不同地区的气候环境与地质结构的不同，使得抗浮系数也具有不同规定，以北京、上海等具体城市为例，具体规范系数如下表所示：
        表1荷载系数规范表

        抗浮验算需要遵照以下条件：施工建筑重量/抗浮水位≥荷载系数。如果水浮力小于建筑质量，那么为了保证施工安全性，一旦出现降雨天气地下水位上升时，要及时采取基坑排水法来迫使地下水位下降，确保基坑水位常年低于600厘米。
        （三）设置抗浮锚杆
        在现阶段高层建筑岩土工程勘察过程中，抗浮锚杆有着十分广泛的应用。其主要应用原理是利用杆体自身重力与侧摩擦力来具体解决抗浮问题。抗浮锚杆不仅具有抗浮能力强、直径大等特点，对于地下水浮力可以实现均匀承担，同时也具有锚固效率高、布置灵活、成本低等优势，因此十分适合用来调整抗浮水位。为了保证抗浮水位技术的最大应用，需要对锚杆横截面积与长度进行具体验算，详细的运算公式如下所示：

        四、基坑支护的设计与施工
        基坑支护是高层建筑岩土工程施工的重要环节，也是岩土工程勘察的重点与难点。勘察人员必须深入分析施工现场，科学设计基坑支护方案与施工方法，确保基坑支护的最大稳定性。首先，要完善土体取样。基坑土体取样是基坑支护方案的设计前提，只有明确基坑土体的各项技术参数后，技术人员才能以此为依据设计出更为完善的基坑支护方案，为基坑支护奠定基础；其次，保证力学参数选择合理。为了获得最为科学的基坑支护方案，必须要以合适的力学参数作为设计依据，力学参数的合理性可最大程度的保证支护结构的稳定性，从而得到最佳的支护效果。除此之外，在设计支护方案时也要采用合适的计算方法，确保所有施工环节都有科学的数据提供支持。
        综上所述，随着我国高层建筑施工规模的不断扩大，建筑施工技术也在不断进步与完善，在常见的岩土工程勘察过程中，相关技术人员仍需加强对勘察重点与难点的研究，特别是针对水文地质条件、工程地质条件、基坑支护、抗浮水位、植物胶护孔技术等，以期能够促使我国建筑施工行业的高速发展。
        参考文献：
        [1]林志平，林俊宏，吴柏林，刘兴昌，洪瑛钧.浅地表地球物理技术在岩土工程中的应用与挑战[J].地球物理学报，2015，58（08）：2664-2680.
        [2]崔凤展.强降雨作用下土质深基坑稳定性及其控制技术研究[D].中国矿业大学（北京），2016.