1. 概述
1.1 拟建工程概况
拟建江阴龙希国际大酒店位于江苏省江阴市华土镇华西村塔群西南侧,东北面与已建塔群相望,西临张家港河,用地2.8万平方米,总建筑面积20万平方米。主、裙楼均设二层地下室,为停车及设备用房;主楼地上1~4层及裙房,功能为入口大型商场,可容纳1500人大宴会厅及辅房;5层以上为可供770户村民居住的公寓,其中11层、22层、33层、44层、55层均为供区域住户交往的公共活动“空中花园”,顶部球体为旋转餐厅、展示厅及观光厅。拟建建筑物结构特征如下表1.1,由江苏华西集团公司投资兴建。
表1.1
本工程由深圳市电子院设计有限公司设计,受江阴市华西建筑安装有限公司的委托,我院对该工程建设场地进行岩土工程详细勘察工作。
根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)判定,本工程地基基础设计等级为甲级。
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)判定,主楼1~4层及裙房商业区段抗震设防类型为乙类,上部住宅的抗震设防类型为丙类。
根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2009),建筑物重要性等级为一级(重要工程),场地等级为二级(中等复杂),地基等级为二级(中等复杂),综合判定本工程岩土工程勘察等级为甲级。
1.2 勘察目的与要求
本次为施工图设计阶段的岩土工程详细勘察,根据设计对勘察的要求,结合规范要求,我院收集了该地区已有的区域地质和相邻场地工程地质资料,并结合建筑物的特点,按照甲级岩土工程详细勘察的要求,编写了《江阴龙希国际大酒店岩土工程详细勘察纲要》,明确了本次勘察的目的和主要任务。
1.2.1 目的
提供设计、施工所需的岩土工程资料和参数;对建筑地基做出岩土工程评价,并对地基类型、基础形式、地基处理、基坑支护、工程降水和不良地质作用的防治等提出建议,为施工图设计提供依据。
1.2.2 设计院对勘察技术要求
1.符合国家现行工程地质勘察规范“GB50021-2009”及“JGJ72-2004”的要求。
2.对本场地建设本工程的可行性及适宜性做出评价。
3.查明有无影响建筑场地稳定性的不良地质现象及危害程度,并提供不良地质现象防治工作所需的计算指标及资料。
4.查明场地内的地层结构(有无溶洞、古河道、冲沟等)、成因年代、土层的物理力学性质,并对地基的均匀性、稳定性和承载能力做出评价。
5.查明地下水类型、埋藏情况、季节性变化幅度和对建筑物材料的腐蚀性。
6.划分场地类别,并对饱和砂土和粉土进行液化可能性判别,以满足抗震设计要求。
7.对本场地作出地震安全性评价。
1.2.3 设计院要求提交勘察资料内容
1.钻孔平面布置图、工程地质剖面图、钻孔柱状图、各土层的物理力学性质及有关数据、地基各土层的承载力特征值。
2.提供本工程的地基、基础建议方案。若建议采用桩基,应对所采用的桩型、桩尖持力层提出建议,并提供桩的极限端阻力、极限侧阻力特征值和变形计算参数。
3.如为岩质地基,需提供岩体构造特性、风化情况、以及断层或破碎带定位走向等,提供岩层等高线图(并提供电脑“DWG”格式)。
4.查明有无影响建筑场稳定性的不良地质现象及其危害程度,并提供不良地质现象防治工作所需的计算指标及资料。
5.提供地下水参数,评价地下水的作用及其影响,对施工降水可能引起周围建筑物地基沉降作出预测,并提出相应措施。
6.在抗震设防区应划分场地土类型和场地类别,并对饱和砂土及粉土进行液化判别。
7.提供深基坑开挖的边坡稳定计算和支护设计所需的岩土技术参数,论证其对周围已有建筑和地下设施的影响。
8.提供基坑施工降水的有关参数及施工降水方法的建议。
9.提供用于计算地下水浮力的设计水位及设防水位。
10.要求提供两组本场地的人工地震波,并以电脑文件形式提出间隔0.02s持续时间不少于20S的地震记录。
1.3 勘察依据的技术标准
1、国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001) (2009年版)
2、国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)
3、国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)
4、行业标准《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)
5、行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)
6、行业标准《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)
7、行业标准《建筑工程地质勘探与取样技术规程》(JGJ/T87-2012)
8、国家标准《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)
9、由建设单位提供的拟建建筑平面图、设计提供的勘察要求等。
1.4 勘察方法和勘察工作量布置
1.4.1 勘察手段
本次勘察钻孔由设计院根据甲方提供的建筑平面图,结合现行规范有关规定以及拟建建筑物层数、荷载等,沿建筑物周边角点及柱网布设勘探点。根据勘察目的和任务,并针对本工程特点,本次勘察采用的主要方法为钻探、静力触探试验、标准贯入试验、波速试验、现场注水试验、承压水含水层水位观测以及室内土、水试验等综合勘察手段。
1.4.2 勘察工作量布置
1、勘察孔平面布置
根据国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001) (2009年版)第4.1.15 条:本工程超高层主楼、裙房均采用桩基方案,故详勘勘探孔间距控制在30m 之内,主楼布置33 个勘探孔,裙楼47 个。
根据国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001) (2009年版)第4.8.3 条,基坑勘探孔平面范围宜超出基坑开挖边界外2~3 倍的开挖深度,勘察手段以调查研究及搜集资料为主,复杂场地宜适当布置勘探孔。由于受场地及周边环境限制,主楼和裙楼外2~3倍基坑深度处未能布置勘探钻孔。
2、勘探孔深度布置
根据我院已有资料,主楼区为最大程度满足桩基方案比选(有可能以⑧-1 层作桩端持力层,即桩端可能的最大入土深度约80m),故本次详勘一般性勘探孔深度定为85m;控制性勘探孔深度定为95m。根据业主要求,主楼中心4个孔,钻孔深度应深入基岩,若基岩埋深超过140m,即终孔。
裙楼区同样为最大程度满足桩基方案比选(可能以⑤-2层作为桩端持力层,即桩端可能的最大入土深度为40m),故一般性勘探孔深度确定为45m(钻穿⑤2层),控制性孔深度为50m。
3、特殊性试验
①波速试验:根据国家标准《建筑抗震设计规程》(GB 50011-2010)第4.1.3 条,本工程共布置2 个波速试验孔,在主楼中心J36、J51孔各布置1个100m、105m波速试验孔,确定各土层剪切波速及场地卓越周期,以满足抗震时程分析需要。
②注水试验:布置2 个注水试验孔。
③承压水观测:本工程基坑开挖深度10.6~12.1m,故布置2个承压水观测孔,分别对③-3层及⑦-2层微承压水水头埋深进行观测。
勘探钻孔的布置详见建筑物及勘探点平面布置图。
1.4.3 勘察工作方法
1.钻探
根据勘探孔孔深要求,本次采用1 台XU-300 型岩芯钻机、4 台SYZ-1A150 型岩芯钻机以及4 台SH30-2 型钻机施工。
钻进时采用泥浆护壁。XU-300 型及SYZ-1A150 型钻机钻进时全断面取芯。
根据不同土性及状态分别采用自由活塞敞口取土器、薄壁取土器、环刀取土器等,不扰动土采用连续快速静压和重锤少击方式采取。采取不扰动土试样等级为Ⅰ级。
2、标准贯入试验
采用自动落锤装置,锤重63.5kg,落距1900px,贯入器至预定深度后,先预打375px,再记录750px中每打入250px的锤击数。
3、静力触探试验
采用一台20T静探仪,配375px2双桥探头,进场前探头已进行标定,试验时贯入速率1.2m/min,并采用下护管分段贯入以防孔斜。数据自动记录采集间隔250px,记录仪型号为:QL-5。
4、波速测试
采用单孔检层法,试验设备包括振源、井下检波器、触发器、记录仪。井下检波器采用三分量检波器接受地震波,记录仪器采用SWS 型检测仪。105m、100m 孔采样点数8k 点,采样间隔为0.1ms。测点的垂直间距1m,自下而上测试,且按规范要求进行部分复测,以确定不同深度土层的剪切波速。
5、现场注水试验
用套管将非试验段隔离,注水后观测不同时间水位下降幅度,以测定相关土层的渗透性。
6、承压水水位观测孔
本次采用内径φ67mmPVC管并配有2m长相同内径的滤水管,底部设有1m长的沉淀管,滤水管孔隙率为16%,并采用滤网包裹,滤水管周边回填4号砂,滤水管两端分别用粘土球隔水。滤水管分别设置在③-3层粉砂层及⑦-2层粉砂层中,以量测(微)承压含水层水头埋深。
7、室内土(水)工试验
除常规物理力学性质试验外,还有K0试验、二轴CU、三轴UU以及水土分析试验等。
1.5 勘探点放样及高程测量
1.5.1 勘探点放样
本次勘探点放样依据业主提供的建筑总平面图,将图上布设的勘探点实地放样。我院根据相对坐标用全站仪测放出各勘探点的实地位置。
1.5.2 勘探点高程测量
高程引测点BM点(H0=6.872m,黄海高程系)位于场地东北侧16号小金塔室内地坪,勘探点完工后,用日本TOPCON全站仪观测出各勘探点的实地孔口高程。
1.6 实际完成工作量
野外勘探于--年5月28日~6月16日进行,取土孔、标贯孔采用全井泥浆护壁,保证了取样及原位测试的质量。室内岩土试验工作与野外勘探同期进行, --年6月20日全部完成。试验要求按照送样单的要求进行,其质量符合《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)的规定。液限采用76g瓦氏圆锥仪试验,塑限采用滚搓法试验。6月21日提交试验成果报告。具体完成工作量见表1.6。
表1.6
2. 场地环境与工程地质条件
2.2区域地质构造
工作区主体位于扬子断块区的下扬子断块。场地西北侧为低山丘陵区,在基岩露头区广泛出露泥盆纪地层,在构造上属于江阴复背斜,轴向北东。从峭岐至华士镇以南地区(包含本工程场地)为凹陷的河网平原区,基岩已深埋地下160m之多。近场区规模较大的主要断裂是麻皮桥—夏港断裂(F1)、北国 —南丰断裂(F2)、苏锡常断裂(F3)和顾山—虞山断裂(F4)等4条。此外还分布多条次要断裂,其中相对重要的有3条,即江阴复背斜南翼断裂(f1)、荒田里—苏墅桥断裂(f2)和茧山—云亭断裂(f3)。上述断裂的特征详见报告附件一。
场地岩土层连续稳定,对勘探控制深度范围内未发现受断层影响的迹象。
2.3 地形、地貌
勘察场地位于张家港河东岸,位临江阴华西村塔群西南侧,北临华西铜材厂,南临华西服饰有限公司,西临张家港河,东临公寓楼,场地内主要为空地、旧厂房、沟塘等。场地地势基本平坦,场地现地面高程为4.21~5.43m。拟建场地地貌单元属太湖冲积平原。
2.5 岩土层的构成及其主要特征
根据钻探揭露,本场区第四系厚度约为130m。从本次勘察揭露的地层资料分析,拟建场地146m深度范围内的岩土层上部约130m为第四松散沉积物,主要由粘性土、粉土和砂土组成。底部基岩为白垩系上统浦口组泥质粉砂岩。按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差异,共分为①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨等九个主要层次,其中①、②、③、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨层根据土性差异又可进一步划分为2~4个亚层。除填土层及浅部原基础等障碍较多外,各土层的层位分布较稳定。
勘探结果表明,本场地地层分布呈如下特点:
1、表层①层素填土,层底标高1.86~2.02m;
2、②层为新近沉积土,场地南部分布较广,场地中部局部分布;
3、基坑开挖10.60~12.10m,③-3层为基坑坑底土层、③-3层粉土、粉砂渗透性较大;
4、④层为粉质粘土(可~硬塑),厚10.40~14.30m;
5、、⑤层为粘性土夹砂(或与砂互层),厚约15.0m;
6、⑥层为粘性土层,上部硬塑;下部夹粉砂,呈可塑状态;
7、⑦层为粉土、粉细砂;
8、⑧层粘性土层面埋深较稳定,一般约为74.0m,厚度约53.0m;
9、⑨层为白垩系上统浦口组泥质粉砂岩。
地基土特性详见表2.3《地层特性表》,其分布规律详见工程地质剖面图。
2.7. 场地地下水及水、土腐蚀性评价
2.7.1地下水埋藏条件
3.1.1 潜水
由钻探揭示,拟建场地浅层地下水为孔隙潜水,主要赋存于①层填土中,该层结构松散,孔隙大,有利于地下水的渗透及汇集,透水性较好,含水一般。
野外勘探时间为5~6月,勘探期间测得潜水初见水位在地面以下0.58~0.70m,实测稳定水位埋深0.59~1.35m,补给来源主要为大气降水及地表水,水位受季节性变化影响,年变化幅度为0.5~1.0m。经调查历史最高地下水位标高5.5m,近3~5年最高地下水位标高5.0m。建议最高设计水位埋深按场地整平后地表下0.5m(标高约5.0m)考虑,最高设防水位取标高5.50m。
场地西临张家港河,是浅部地下潜水的重要补排区域,因勘察期间张家港河水位变化幅度不大,地下水(潜水)受其影响不明显。当基坑工程降水时,较大的水位差会加速地表水对潜水的补给。
3.1.2 浅部承压水
浅部承压水赋存于场地③-3层粉土、粉砂中。该层透水性好,含水较丰富,水位呈年周期性变化,主要通过侧向径流补给排泄影响。本次在该层布置水位观测孔,勘探期间测得该层稳定水位在地表以下1.62~2.03m,其标高为3.03~3.08m。收集江阴地区区域微承压水资料,最高水位标高为3.50m,最低水位标高为2.40m左右,年变化幅度为0.90m左右,近3~5年最高水位标高为3.40m。
基坑开挖10.60~12.10m,位于③-3层中,基坑开挖将贯通③-3承压含水层,③-3含水层对基坑开挖有影响。
3.1.3 深部承压水
深部承压水赋存于⑦-1和⑦-2层粉土、粉砂层中。该层透水性好,含水较丰富,地下水位变化主要受侧向径流补给排泄影响。本次勘察期间进行⑦-2层承压水观测,测得该层水头埋深8.51~9.13m,其标高为-3.70~-4.30m。该层承压水对基坑开挖无影响。
3.1.4 其余岩土层含水性弱,基本不透水,可视为相对隔水层。
3.2渗透系数
从上表比较看,一般现场注水试验得出的渗透系数比室内土工试验得出的渗透系数大,这是因为室内渗透试验受取土代表性、试验边界条件限制,建议以现场测得的渗透系数作为设计依据。
4.3.1地下水腐蚀性评价
根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版)附录G表G.0.1分类规定,拟建场地环境类型属Ⅲ类。场地内曾有加工车间,废水、油污可能影响土质和局部地下水质,根据对场地J36、J50孔取地下潜水水样分析,两孔水质有较大差别,据分析结果评判:场地地下水对混凝土无腐蚀性,对钢结构有弱腐蚀性,对混凝土结构中钢筋在长期浸水条件下无腐蚀性,在干湿交替条件下具弱腐蚀性。详见表3.3。
4.3.2场地土的腐蚀性评价
经调查场地及周围无环境污染源,根据江阴地区经验,场地土通常对建筑材料无腐蚀性,场地地下水埋藏较浅(地面下0.59~1.35m),根据J7、J73号钻孔旁挖浅坑采取地下水以上土样进行土质分析,根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001) (2009年版),判定场地土对混凝土无腐蚀性;对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性;对钢结构有弱腐蚀。详见表3.3。
水和土对建筑材料的腐蚀性评价表
表3.3
详见附件《水质分析检测报告》及《土壤腐蚀性分析检测报告》。
4.1. 场地稳定性及地震效应
4.1场地稳定性
在本工程场地所在近场区(半径25km)不存在晚第四纪活动断裂,历史上近场区未发生过破坏性地震(M≥4级)。拟建工程场地位于江阴复背斜东南翼的南侧,场地区第四系厚135m,地貌上属太湖冲积平原区。区内主要断裂最新活动时代为早、中更新世。江阴复背斜的纵向、横向次级断裂都是前第四纪断裂。近代小地震活动(包括小震群活动)主要集中在张家港市、常熟市沿长江南岸交界地带,与场地距离约14km左右。根据本工程场地周边地区开展的浅层人工地震勘查及场地工程地质勘察资料分析,本工程场地范围内未发现对本工程有影响的活动构造。综上所述,江阴龙希国际大酒店工程场地是一个较稳定场地,该场地所在地区属基本稳定区,在该场地拟建江阴龙希国际大酒店超高层建筑是适宜、可行的。
4.1建筑场地类别及地震效应
4.2.1 场地类别
根据现场波速试验结果,地面以下20.0m深度内土层平均等效剪切波速Vse=149—150m/s,本场地覆盖层厚度大于50m,根据国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第4.1.3条及第4.1.6条按插值方法确定,拟建场地类型为Ⅲ类~Ⅳ类。
根据勘察查明的土层结构与分布,拟建场地上部分布新近次积软弱土层,属建筑抗震不利地段。
4.2.2 场地地震设计基本条件
按国家标准《建筑抗震设计规范》(DG50011-2010)附录A有关规定,江阴地区的抗震设防烈度为6度,设计基本加速度为0.05g,所属的设计地震分组为第一组。特征周期根据场地类型和设计分组查GB50011-2010表5.1.4-2按插值方法确定为0.55S。
4.2.3 地震效应
考虑本工程外围塔体屋面高度252.6m,中央筒体高度328m,属超高层建筑,故业主委托江苏地震工程研究院对本场地进行地震安全性评价工作。
采用国际上广泛应用的地震危险性分析的概率方法,选择并确定适合本地区的基岩地震动衰减关系,对本工程场地进行了地震危险性分析计算,经不确定性校正后,得到本工程场地50年超越概率63%、10%和2%的基岩地震动水平向峰值加速度值分别为:0.020g、0.057g和0.095g。
经工程场地土层地震反应及地震动效应分析,综合研究确定对应50年超越概率63%、10%及2%的场地地表处的水平向峰值加速度分别为0.030g、0.085g和0. 132g。场地地表加速度反应谱参数见下表。
地表地震影响系数参数表
参见本报告附件一“地震安全性评价报告”。
4.2.4 液化判别
本工程主楼为超高层建筑,若抗震设防烈度按7度考虑,则需对地表下20m深度范围内饱和粉土和砂土进行液化判别。③-3层饱和粉土、粉砂初判不液化。根据江阴地区经验,对重大工程仍需对该土层液化可能性进行判别。
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)采用标准贯入试验成果进行地震液化判别。经对场地J47、J66、J71、J76四孔判别,在抗震设防烈度7度时,场地内③-3层粉土、粉砂为非液化土层, 7度抗震设防烈度下可不考虑地基土液化问题。详见附录9.21砂(粉)土液化判别成果表。
3. 岩土参数分析与选用
5.1 岩土参数分析
野外所取的岩土试样质量满足室内土试要求,在统计岩土性质指标前,已按岩土单元进行划分,对异常指标剔除后进行统计,勘察报告按岩土单元,提供各项统计指标如最小值、最大值、平均值、标准差、变异系数和统计样本数,场地地层物理力学指标除少量指标存在中等以上变异性外,大部分指标低~很低变异性,说明地层土质存在不均匀性但分层合理。详见附表9.2物理力学性质指标综合成果统计表。
5.2 岩土参数的选用
评价岩土性状的指标,如天然含水量、天然重度、液限、塑限、塑性指数、液性指数等,应选用指标的平均值;正常使用极限状态计算所需的岩土参数,如压缩系数、压缩模量,应选用指标的平均值;承载力极限状态计算需要的岩土参数,如抗剪强度指标应选用指标的标准值。静力触探比贯入阻力Ps、标准贯入试验锤击数N选用标准值。
5.3 室内岩土试验指标
1、土层主要物理力学指标平均值
各土层主要物理指标及压缩指标平均值统计结果见表5.3.1
表5.3.1
2、土层主要物理力学指标标准值
各土层主要物理指标及压缩指标标准值统计结果见表5.3.2
表5.3.2
注:(1)、统计修正系数。式中正负号按不利组合考虑。
(2)、各土层样本数、变异系数见附件土工试验成果统计总表。
3、土层抗剪强度指标平均值
各土层抗剪强度指标平均值统计结果见表5.3.3
表5.3.3
表5.3.3
4、土层抗剪强度指标标准值
各土层抗剪强度指标标准值统计结果见表5.3.4
表5.3.4
5、岩石试验指标
岩石天然单轴抗压强度平均值及标准值见表5.3.5
表5.3.5
6、地基岩土层基床系数与侧压力系数
对于地基岩土层的基床系数,不同的试验方法和不同的试验条件,其结果相差很大,因此本次勘察采用多种试验方法相互比较、综合确定。各地基土基床系数及侧压力系数评价见表5.3.6
表5.3.6
注:标贯法取Kv=2.0N (修正后击数标准值)。
5.4 原位测试指标(表5.4)
表5.4
注:(1)、( )内为经验值,统计修正系数
(2)、土层样本数、标准差、变异系数详见各土层原位测试成果统计表
(3)、标准贯入试验击数为经杆长修正后击数。
5.5波速试验成果
本次“安评”共进行3个钻孔的波速测试工作,孔号Z1、J36和J51,测点间距1m,有关试验成果图表见附件,本场地126m以内各土层平均剪切波速详见表5.5。
波速试验成果一览表
表5.5
4.4岩土层地基承载力评价
1、按抗剪强度指标计算的地基承载力特征值
表5.5.1
注:1、础埋深为d=0.5m,基础宽度为b=3m,地下水位埋深0.5m,基础埋深以上按填土考虑取γm=18.0KN/m3,地下水位以下时,上表中γ取浮重度。
2、抗剪强度指标②-2至⑥-2层按三轴UU计算,⑦-1至⑧-2层按直接快剪强度指标计算。
2、根据原位测试指标结合地方经验确定的承载力特征值
表5.5.2
3、根据本场地周边已有勘察资料及本次钻探成果综合确定的岩土层承载力特征值的建议值
表5.5.3
注:表中fak仅供评价土性之用,设计时应根据实际基础的形状、尺寸和埋深进行计算,并进行变形验算。
5.7地基变形特征指标(表5.6)
各土层的压缩模量,应根据土层压缩曲线采用地基土在自重压力至自重压力加附加压力作用时的压缩模量。
表5.6
4. 岩土工程分析评价
4.1 场地稳定性评价
根据前述分析,本场地地势平坦,从区域构造看,属地壳稳定区域,地震活动水平属中偏低,属于基本稳定区,同时场地内及周边不存在滑坡、崩塌、沉陷危岩等不良地质作用,故拟建场地适宜建造本工程拟建建筑物。
拟建场地属Ⅲ类建筑场地,位于建筑抗震不利地段。
4.5 桩基评价
6.2.1 地基土层分析评价
表6.2.1
6.2.2 桩型选择
桩型选择主要受场地周边环境和沉桩可行性及工程造价三大因素决定。
1、周边环境
拟建场地目前为华西管型材旧厂房,道路下有各种地下管线;南侧距张家港河道较近,故场地周边环境较为复杂。
2、主楼桩型的选择
①拟建主楼布桩数量多且桩距密,若采用预制桩,桩的挤土效应明显,会对周边环境产生不利影响。
②因拟建主楼荷重大,设计对单桩承载力的要求高,须考虑以深部土层作为桩基持力层。由于本场地上部10-15m深度段分布有厚1.5~6m的③-3层粉砂,呈中密状态。中部约32~48m深度段分布有厚约15m的粉质粘土与砂互层、粉质粘土夹砂地层,该层夹砂呈中密~密实状态,下部约70~74m深度段分布有厚约5m的密实粉细砂,且⑤-2、⑦-2层均夹角砾,根据江阴地区经验,采用预制方桩及PHC管桩很难穿越上述层位,而采用钢管桩则费用十分昂贵,沉桩难度亦很大。
采用钻孔桩的优点是挤土效应不明显,沉桩较管桩容易,缺点是孔底有沉渣。
综合考虑周边环境、沉桩可行性及工程造价,本工程主楼采用钻孔灌注桩较为适宜。
3、裙楼桩型的选择
裙楼地下室柱网尺寸大,一般采用独立承台下桩基方案,每个承台下布桩数量较少。若采用预制桩侧向挤土效应相对主楼并不明显。综合分析建议,裙楼宜采用钻孔灌注桩,也可以考虑采用预应力管桩。
6.2.3 桩基持力层选择
本工程涉及主、裙楼,由于主、裙楼荷重差异极大,故桩基持力层选择除考虑单桩竖向承载力应满足设计布桩要求外,还应考虑主楼总沉降量的控制,主、裙楼之间差异沉降等因素。
1、主楼桩基持力层选择
主楼地上74层,地下2层,根据本场区地层分布及上述岩土层特征评价,场地⑦-2层及其以上土层均不宜作为主楼桩基持力层,可供选择的桩基持力层为⑧-1层粘土和⑧-2层粉质粘土。现分析比较见表6.2.3-1:
主楼桩基持力层评价表
表6.2.3-1
2、裙楼桩基持力层选择
本工程裙楼地上3~4层,地下2层,地下室埋深10.60m。考虑地下水浮力和基坑开挖的补偿作用,建成后的地下室底板处平均有效附加应力很小,但考虑到裙房柱网尺寸一般较大,单柱荷重亦较大,一般采用柱下桩基方案。根据上述岩土层特征评价,本场地③-4层及其以上土层均不宜作为裙楼桩基持力层,可供选择的桩基持力层为④、⑤-1、⑤-2层。现分析比较见表6.2.3-2:
裙楼桩基持力层评价表
表6.2.3-2
6.2.4桩基设计参数
表6.2.4
注:1.①层素填土与淤泥质填土部分为新近填土,欠固结,不计桩侧阻力和负摩阻力。
2.桩基参数系根据土性指标按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)提供,需要特征值时,将极限值除以2即可。
3.采用GB50007-2011规范公式(8.5.5-1)估算单桩竖向承载力特征值时,可取表中极限标准值的1/2进行估算。
4.本表参数仅供承载力估算之用,建议正式设计前应进行试桩,以试桩结果作为单桩承载力设计依据,以便确定施工工艺及调整桩基参数。按规范规定实际单桩承载力应由静载荷试验确定,并应检测桩身质量。
5.h指桩入土深度。
6、抗拔桩抗拔系数λ可统一按0.7考虑。
6.2.5单桩竖向承载力估算
根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)有关公式估算的单桩竖向承载力见下表6.2.5:
表6.2.5
注:1、上述估算未考虑桩身结构强度,未考虑施工质量因素的影响。
2、桩径φ800以上的大直径灌注桩,其单桩竖向极限承载力标准值Quk估算已按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)第5.2.9条表5.2.9-2作了适当折减。
3、单桩竖向极限抗拔承载力标准值可按规范相关条款进行估算,桩周各土层的抗拔系数λ为0.7。
4、计算单桩竖向承载力设计值时抗力分项系数rsp按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)第5.2.9条取1.67。
5、建议进行单桩竖向抗压静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值。
6、设计确定单桩承载力时,应注意不同区域地层的差异影响。
7、理论计算可能比静载得到的单桩竖向极限承载力标准值大,其原因分析见结论与建议部分第8.8条。如某280m高的商住楼,选用φ850mm的钻孔灌注桩,有效桩长78.60m,理论计算值单桩竖向极限承载力标准值Quk11000kN,而实际静载荷单桩竖向极限承载力标准值仅为8000kN。
6.2.6桩基沉降计算参数
沉降计算用压缩模量,应根据附录9.12土层压缩曲线在自重应力至自重应力加附加应力作用时的压缩模量。地基变形特征指标见表5.6。荷重相似时也可参考压缩曲线使用。
6.2.7钻孔灌注桩施工要点:
1、宜采用反循环工艺成孔或清孔。
2、采用泥浆护壁成孔时,应采用孔口护筒。在容易产生塌孔或泥浆渗漏的土层中应采取维持孔壁稳定的措施。在灌注混凝土前,孔底500mm以内的泥浆相对密度应小于1.25,含砂率≤8%,粘度≤28S;孔底沉渣后应用专用测绳或沉渣仪。
3、水下混凝土灌注应有记录,在钢筋笼吊放安装完毕后,应进行二次清孔,在测量孔底沉渣符合要求后,立即进行水下混凝土灌注。一般从清孔结束到开始灌注混凝土,应控制在0.5h内,且不得超过2h。时间过久,应重新清孔。应有足够的混凝土首灌量,保证导管一次埋入混凝土0.80m以上,灌注过程中的导管埋深以2.0~6.0m为宜,严禁导管拔出混凝土面,应有专人量测记录。
4、水下混凝土灌注必须连续施工。
6.2.8沉桩对周围环境的影响及防治措施
1、钻孔灌注桩成桩可行性及设计施工中应注意的问题
钻孔灌注桩施工对周边环境影响小,但其单桩承载力与施工质量密切相关,故施工时应严格执行《工业与民用建筑灌注桩基础设计与施工规程 》JGJ4-80,并应注意如下问题:
(1)浅部约9~15m为中密的③-3层粉土、粉砂,钻进时易塌孔,应配制合适的泥浆。
(2)当钻孔灌注桩遇到厚度大且中密的③-3层粉土、粉砂层和下部⑦-1层中密~密实粉土、粉细砂、⑦-2层密实状粉细砂时,钻进速度较缓慢,钻孔施工时间长,孔壁的密实砂土由于应力释放、泥浆的渗透浸润等影响,往往造成桩身局部夹泥,单桩承载力差异性较大。
(3)⑧层粘性土为超固结土,呈硬塑状,根据类似工程钻孔灌注桩试成桩经验,以⑧层粘性土作为桩基持力层时,孔底回弹量大,并容易造成缩孔现象,且该层土粘性大,难以粉碎,易粘着钻头,成孔困难。故选择该层作持力层时,应进行试成桩,以取得施工经验。
(4)按目前实际施工水平(设备及技术),对桩长大的大直径灌注桩,孔底清淤较困难,孔壁泥皮厚,故应进行施工工艺的改良,并选择信誉好有资质的施工单位,以保证钻孔灌注桩的施工质量。
(4)应采取措施,减少成孔泥浆对环境的不利影响。
因此对于钻孔灌注桩方案建议进行试成桩,以确定各项施工参数。同时为了提高钻孔灌注桩的单桩承载力,减少沉渣引起的过大沉降,可采取后注浆工艺。
2、预制桩沉桩可行性及施工中应注意的问题
本工程裙房和地下室当选择④层作为预制桩桩基持力层时,桩侧土层除③-3层为粉土、粉砂外,其余均为粘性土层(局部土层夹少量粉土),如选择适当的沉桩设备和相匹配的桩身结构强度,一般沉桩无困难。
由于打桩挤土、孔隙水压力来不及消散,故土中存在超孔隙水压力,同时打桩过程中产生的震动与挤压力会对地下管线造成不同程度的损害。故应从了解场地周边管线情况、减弱震动力、降低挤土压力等方面入手采取必要的防范措施。
4.7 高低层建筑差异沉降评价
主楼与裙楼的高度和荷重相差都很大,基础埋深也不同,两者的沉降量和完成沉降的时间都有很大差异,处理不当会造成建筑物使用上的不便。
1、建议将主楼与裙楼基础分开,施工时预留主楼沉降量,在施工安排上可使主楼先施工。大量高层建筑物的实测沉降结果表明,基础的平均沉降越大,基础的差异沉降越大。因此,控制好总的沉降量是减少差异的关键。
2、为减少主、裙楼之间沉降量对结构的影响,除须控制主楼的总沉降量满足设计要求外,必要时可在适当部位设置后浇带。
3、建议将主楼基础扩大,增大基础的等效边长,从而减少基底的有效附加应力。
4.8 地下室抗浮评价
1、本工程地下室范围较大,开挖深度10.60~12.10m,而场地有潜水和浅部承压水两层地下水,影响地下室。浅部承压水水量较丰富,潜水和浅部承压水埋藏都浅。
建议采用深搅桩止水,桩端进入③-4层粉质粘土不少于1.0m。当止水措施得当,保证坑内地下水与坑外地下水无水力联系时,可不考虑地下水浮力的作用。当止水措施不能保证,应考虑地下水浮力的作用,并进行地下室抗浮验算,尤其在地下室施工期间应进行抗浮验算。
根据场地地形、周边道路高程及排水系统,综合场区地下水情况,建议抗浮水位和设防水位均按场地整平后室外地坪较低处埋深0.50m计算。
2、当设计要求估算抗拔桩的单桩抗拔极限承载力时,可按《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)公式8.6.8估算,计算公式为:
QuL=λi·qsi·Ui·Li
式中:QuL—单桩抗拔极限承载力(kN);
Ui—桩的破坏表面周长(m)
qsi—桩侧表面第i层土的抗压极限侧阻力(kPa)
λi—第i层土的抗拔系数,按表取值;
Li—第i层土的的桩长;
d—桩身直径(m)。
3、主楼和裙楼支承桩同时具有抗拔效果,计算时需要考虑。
4.6 基坑工程评价
6.5.1 基坑围护方案
1、本工程基坑开挖深度10.6~12.1m,根据《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)表8.7.2划分,本工程基坑工程安全等级为一级。
2、地下水控制方案:在基坑支护桩的外侧,打连排深层搅拌桩作为隔水帷幕墙,桩端进入③-4层粉质粘土隔水层中不少于1.0m,以防坑外地下水渗进坑内,影响周围建筑物的安全。基坑内采用管井疏干。
3、基坑工程支护方案:本次基坑开挖深度较大,且周围环境复杂,采用支护措施时,应优先考虑既能挡土又能挡水的支护体系。支护方案可选用钻孔排桩或土钉墙等,方案比较见下表6.5.1-3。
4、预防和应急措施
① 查明基坑范围内管线的具体位置,并严密监测,一旦出现异常情况,立即采取保护措施,防患于未然。
② 放坡段如果变形较大,可在坑外挖土卸载。
③ 为防止深搅桩漏水或因降低外围地下水位产生的水压力,建议在基坑外围布置降水井,以降低地下水水头。
④ 在基坑开挖过程中,如出现水平位移或沉降超过警戒值,应先立即回土,采用加固措施,如增设土钉、木桩,增加角撑、斜撑,坡后卸土减荷等,并增加监测频率,待加固完毕后再分层、分段、跳挖。
⑤ 如周边环境沉降较大,可采用注浆加固等方法处理。
⑥ 如基坑开挖已至坑底,可分块及时浇注垫层及基础。
5、基坑监测
(1) 监测内容
① 在基坑支护结构外侧每40m布置1个测斜观测点。
② 沿土钉墙顶每30m布置1个沉降、位移观测点。
③ 沿基坑周边布置水位观测井。
④ 对四周的道路及建筑进行沉降观测,并摸清基坑周边管线分布情况,进行变形监测。
⑤ 支护体系位移及内支撑轴向应力观测等。
(2) 监测要求
① 所有监测点、监测设备需加强保护,以防损坏。
② 量测周期:基坑土方开挖到地下室侧壁回填。
③ 监测单位需及时向建设、设计、监理、施工等单位通报监测结果。
(3) 监测与测试的控制允许值
土钉墙:坡顶最大水平位移60mm,水平位移速度连续3天达每天3mm。
(4) 监测与测试的控制报警值
土钉墙:坡顶最大水平位移40mm,水平位移速度连续3天达每天2mm。
6.5.2基坑围护设计参数
基坑围护设计参数见下表6.5.2:
表6.5.2
注:1、表中数据综合室内试验、原位测试、工程经验确定。2、qsia桩周土摩阻力特征值,qsia桩端土承载力特征值。
6.5.3基坑工程施工要点
1、基坑开挖
① 本工程必须对基坑进行先支护后开挖。建议挖土前两周进行坑内降水,加速土体固结,以保证坑内良好的施工条件。
② 基坑开挖前,应根据支护结构形式、开挖深度、地质条件等情况制定降水、挖土、环保、监测和施工组织设计等施工方案,并经审批后方可施工;必须进行降水、排水设计,系统经检查和试运行,一切正常方可开挖,必须按有关规范对围护结构的施工质量进行验收合格后方可进行土方开挖。若有异常,必须及时采取措施进行处理至合格。
③ 基坑开挖必须遵守“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。机械开挖严禁损坏工程桩、支护结构、降水设施等。
④ 基坑挖土过程中形成“坑中坑”时,应严格控制“坑中坑”的土坡坡度,并应通过边坡稳定验算。
⑤ 施工过程中,基坑周边不应堆放土方,基坑周边其他设备和材料等荷载严禁超过设计荷载。
⑥ 开挖过程中应对支护结构、周围环境进行监测,确保安全。
⑦ 基坑开挖至设计标高后,应对坑底土进行保护,经验槽合格后,应及时进行垫层施工。
⑧ 基坑回填前,必须排除积水和杂物。
2、排桩施工
① 桩位偏差、轴线和垂直轴线方向均不宜超过50mm。垂直度偏差不宜大于0.5%。
② 钻孔灌注桩桩底沉渣不宜超过200mm,当用作承重结构时,桩底沉渣按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)的要求执行。
③ 排桩宜采取隔桩施工,并应在灌注混凝土24h后进行邻桩成孔施工。
④ 非均匀配筋排桩的钢筋笼在绑扎、吊装和埋设时,应保证钢筋笼的安放方向与设计方向一致。
⑤ 冠梁施工前,应将支护桩桩顶浮浆凿除干净,桩顶以上出露的钢筋长度应达到设计要求。
3、支撑体系施工
① 支撑结构的安装与拆除顺序,应同基坑支护结构的设计计算工况相一致,必须严格遵守先支撑后开挖的原则。
② 立柱穿过主体结构底板以及支撑结构穿越主体结构地下室外墙的部位,应采用止水构造措施。
4、土钉支护施工
① 上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方及下层土钉施工。
② 基坑开挖和土钉支护施工应按设计要求自上而下分段分层进行。在机械开挖后,应辅以人工修整坡面,在坡面喷射混凝土支护前,应清除坡面虚土。
③ 施工开挖和成孔过程中,应随时观察土质变化情况,并与原设计所认定的加以对比,如发现异常应及时进行反馈设计。
④ 喷射混凝土面层中的钢筋网与土钉应连接牢固。
⑤ 土钉注浆材料宜选用水泥浆(水灰比0.5)。注浆前应将孔内残留清除,注浆管应插至距孔底250~500mm处。
7. 设计参数检测、现场检验和监督
7.1设计参数检测
7.1.1 设计参数检测是指施工图设计期间,正式施工前,对地基基础和基坑工程设计中的重要设计参数,进行检验校核,对施工工艺和控制施工的重要参数进行核定的各种现场测试。
7.1.2 本工程为勘察等级甲级的超高层建筑,其单桩极限承载力应采用现场单桩竖向抗压(抗拔)静载荷试验确定,在同一地质条件下不应少于3根。试验应按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)有关规定执行。
7.1.3当桩基础承受的水平荷载较大时,应进行单桩水平静载荷试验,以确定单桩水平极限承载力和桩侧土的水平抗力系数,其数量不少于2根。试验应按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94有关规定执行)。
7.1.4抗浮桩的抗拔极限承载力,应进行现场抗拔静载荷试验。试验按《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)附录G执行。
7.1.5为确定支护用土钉的抗拔极限承载力,应进行现场抗拔试验。试验数量每一主要土层不少于3根。试验按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)有关规定执行。
7.2 现场检验
7.2.1 基坑开挖时检查其揭露的地基条件与勘察成果的相符性。
7.2.2用高、低应变动测法检验桩身质量。单桩承载力应通过静载确定。
7.3 现场监测
7.3.1现场监测主要包括基坑工程监测、沉桩施工监测、地下水长期观测和建筑物沉降观测。监测是保证沉桩和基坑安全的一个重要措施。
7.3.2基坑工程监测内容、要求详见第6.5.1条。
7.3.3沉桩施工监测详见第6.2.7条、第6.2.8条。
7.3.4 地下水长期观测应符合下列要求:
1、每个场地的观测孔宜按三角形布置,孔数不少于3个。
2、在临近张家港河的场地西侧地段,应观测地下水与地表水的水力联系。
3、观测期限至少应有一个水文年。
7.3.5建筑物沉降观测
1、在主、裙楼周边布置3个沉降观测水准基点。
2、沉降观测宜在浇基础时开始,直至沉降相对稳定为止。
5. 结论与建议
8.1、根据本工程场地及周边地区开展的断裂勘查和钻探成果,并结合近场区断裂构造、地震活动性等的研究结果综合分析认为:本工程场地所在地区属基本稳定区,场地范围内未发现对本工程有影响的活动构造。江阴龙希国际大酒店工程场地是一个较稳定场地,在该场地拟建江阴龙希国际大酒店超高程建筑是适宜、可行的。
8.2、采用国际上广泛应用的地震危险性分析的概率方法,选择并确定适合本地区的基岩地震动衰减关系,对本工程场地进行了地震危险性分析计算,经不确定性校正后,得到本工程场地50年超越概率63%、10%和2%的基岩地震动水平向峰值加速度值分别为:0.020g、0.057g和0.095g。
8.3、经工程场地土层地震反应及地震动效应分析,综合研究确定对应50年超越概率63%、10%及2%的场地地表处的水平向峰值加速度分别为0.030g、0.085g和0. 132g。场地地表加速度反应谱参数见下表。
地表地震影响系数参数表
8.4、根据国标《建筑抗震设计规范》勘察查明建筑场地类型为Ⅲ类~Ⅳ类,位于建筑抗震不利地段。本场地抗震设防烈度为6 度,设计基本加速度为0.05g,所属的设计地震分组为第一组,特征周期采用0.55s。考虑本工程重要性,若按抗震烈度7 度设防,经综合判别本场地20m 深度范围内粉土和砂土为不液化土层,可不考虑地基土液化问题。
场地地表水平向设计地震动峰值加速度及加速度反应谱参数值参见“地震安全性评价报告”。
8.5、与本工程密切相关的地下水主要是赋存于浅部填土层中的孔隙潜水、③-3层中的微承压水和⑦层中的深度承压水。各含水层水位埋深详见前述第3.1节,设计时应按不利条件取值。抗浮水位的取值宜根据地下室与外侧土体止水条件确定。
根据本次采集地下水和地基土试样进行的腐蚀性分析报告,判定拟建场地浅部地下水和地基土对混凝土结构无腐蚀性,对钢结构具有弱腐蚀性。地下水对混凝土结构中钢筋在长期浸水条件下无腐蚀性,在干湿交替条件下具弱腐蚀性。土对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性。
8.6、本工程主楼为55层,属超高层建筑,根据单桩承载力、沉降量控制要求,建议主楼采用钻孔灌注桩,以⑧-1粘土为桩基持力层。设计时可根据建筑物的变形控制、钻孔灌注桩的施工难度以及基础造价等因素综合比较后确定适宜的桩基持力层。
8.7、主楼荷重大,对桩基变形控制严格,而设计布桩及桩基变形与上部荷重密切相关,当条件许可时,建议选择轻质材料,减轻上部荷重,以利设计布桩和控制沉降。
8.8、裙房建议采用钻孔灌注桩,桩基持力层的选择应综合考虑施工工艺及变形协调等因素,建议设计对⑤-1层或⑤-2层进行技术经济比选后确定。
8.9、若采用钻孔灌注桩方案,因其单桩承载力与施工质量有密切关系,故应加强施工质量的监理及对桩身质量的检测工作,应采用桩端后注浆施工工艺。
8.10、大直径深钻孔灌注桩承载力往往达不到理论计算值,究其原因一是在桩的施工过程中地基的应力释放;二是钻具所造成的桩端地基土的松弛,尤其是钻具在饱和承压含水砂层中的运动造成的孔底“沸腾”这部分土层的相对密度也大幅度降低;三是孔底回淤过厚;四是饱和砂土层中泥浆恶化与成桩周期过长,造成孔壁的泥皮过厚,使部分混凝土不能与砂土直接接触,从而使侧阻力得不到充分发挥;五是桩顶沉降大。设计时请注意。
8.11、单桩承载力应根据单桩静载荷试验确定。本次勘察由于时间短促,此项工作未能安排。桩的设计施工前宜安排主楼和裙楼桩的静载荷试验,根据试验观测资料,结合评价桩的沉降和调整桩的设计参数。
8.12、本工程基坑开挖最大深度约10.6~12.1m,如条件许可,可采用土钉墙支护或排桩加内支撑支护。在基坑支护桩外侧,打连排深层搅拌桩为隔水帷幕墙,采用基坑内井点降水。隔水墙的桩长进入④层灰黄色粉质粘土隔水层中,以防止坑外地下水渗流进入坑内,影响周围建筑物的安全。详见6.5.1条基坑围护方案。
设计施工时应注意第6.5.3节所述的注意事项,基坑围护设计参数可参见表6.5.2。
8.13、基坑开挖时应加强基坑底土层的保护工作,防止人为扰动及水泡软化。因场地内原有钻孔未封堵,开挖时若发现涌水应及时封堵。
8.14、基坑支护应重视坑底周边被动区土体的加固,以更为经济有效地减少地面沉降以及坑底隆起量,防止被动土体破坏,防止管涌现象。
8.15、基坑开挖前应查清地下管线等的走向、埋深及分布范围,基坑开挖前后应对周边建(构)筑物及管线、道路等进行变形监测。
8.16、建议在上部结构施工及建筑物使用期间设置观测点进行变形监测,以防发生意外事故。
8.17、基坑开挖及基础施工中应进行基底土的检验,如遇异常情况,请联系我院。
8.19、建议详细安排岩土工程监测工作,以便沉桩和基坑施工能顺利进行,做到信息化施工,确保基坑与周围建筑、管线的安全。
河南 荆门 | 岩土工程
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