超高层建筑设计中砂层地基研讨

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1工艺流程及操作要点

1.1工艺流程

以施工方案为前导，确定基坑降水及支护体系后进行基坑开挖施工。其施工工艺流程为：测量放线确定基坑边线及高控制→基坑井点降水→基坑开挖→基坑支护→标高抄测→切割机配合人工基槽清理→地基承载力复核→基础结构施工。

1.2井点选择布置

本工程地下水为阶梯形潜水，主要含水层为卵石层，渗透系数K=50m/d,地下水埋深6.20~10.30m，主要含水层在主楼基础底板以上5.41~6.65m，总体流向东南，场地的地下水主要受大气降水和地表水渗入等补给，排泄方式主要以径流排泄。工程距黄河直线距离不足300m，地下水的水位高度受黄河水位影响较大。

1．2．1选择井点由基础埋深以及地下水埋深可计算出水位降深为4.2~6.6m，地下水含水层为卵石层，可按渗透系数K=50m/d取值（表1）。经综合考虑既满足卵石层渗透系数又满足水位降深要求且不产生严重浪费的降水方式，应从多层轻型井点及管井井点降水中选择。因本工程位于城中村，施工场地狭小，若采用多层轻型井点降水需使用大量设备机具，井点占用面积大，给施工场地造成极大压力。管井井点适用于渗透系数大、地下水位丰富的土层，管井井点排水量大、降水深，较轻型井点降水效果好，所以本工程选用管井井点降水。

1．2．2确定管井深度本区域卵石层下面为第三纪泥质砂岩层，卵石层为含水层，埋深为5.2~12.3m，裙房底板位于卵石层区域内，第三纪泥质砂岩层埋深12.3~18m，主楼箱基底板位于泥质砂岩层内，经过细致分析泥质砂岩致密的特性及地质勘察报告，得出可把泥质砂岩层作为隔水底板，所以管井采取完全井点方式进行设置，管井深度不用深入主楼底板以下，为完全排除基坑内卵石层含水，根据基岩平面深度确定，管井深度为进入基岩以下至少3.0m。

1．2．3布置井点采用井点群井降水的降水措施，通过各井点抽水，使地下水位降至基础底面以下，以保证基础施工。井点沿裙房基坑周边布置，距基坑上边缘线为1.5～2.0m，间距为15.0～18.0m，共布置井点31个，均为完整井，深度为16.25～17.50m，进入基岩不小于3.0m。排水采用在基坑外四周设置排水管网，经三级沉淀后集中排入城市下水管道。

1.3基底明沟排水

主楼基础位于中风化泥质砂岩层，虽因质地紧密可作为防水板，但因泥质砂岩微裂缝内仍有少量通过微裂缝渗入的地下水，为保证基底安全，须在基坑内进行二次降水。为排净基坑内的地下裂隙渗水，防止浸泡基岩，在离基底周边约0.10m处设置宽不小于0.20m、深不小于0.30m的明沟，其沟底均应处于基岩层中。明沟排水坡度不小于3%，且在两个角部设置集水井，定期抽排井内积水。

1.4地基施工

为避免扰动持力层，机械开挖至距基底标高300mm为止，预留此300mm厚岩层进行人工挖掘清槽。中风化泥质砂岩土质坚硬，但遇水易软化。若使用铁锹及铁镐挖掘十分困难，人工投入量大且进度缓慢。基础施工阶段正值雨季，为加快施工进度及避免基底受雨水浸泡，经研究探讨后采用如下施工工艺进行施工。（1）将基底均匀划分为4个区域（图1），基槽清理按区域进行，每清理完一个区域就及时浇筑混凝土垫层，以免清理出的区域受雨水影响软化持力层。对于未及时进行人工清理的区域采用塑料布覆盖，以免雨水浸泡岩层。（2）因人工挖掘困难，使用大型机械有可能扰动持力层，为此在清槽时，采用切割机配合人工进行。用切割机将中风化泥质砂岩层切割成100mm×100mm见方的网格状，切割深度控制在250mm，形成多个独立的风化泥质砂岩层方墩，然后再进行人工挖掘。人工挖掘时，利用铁镐撬断风化泥质砂岩层方墩。清理干净局部撬断的风化泥质砂岩层方墩后，再用铁锨配合找平清理至基底标高。此法提高了人工基坑清理效率，并有效地保证了基础持力层免受扰动。

1.5地基承载力复核

该工程地基基础设计要求为平板荷载试验承载力特征值不小于800kPa。为对地基承载力进行复核，基坑挖完进行平板荷载试验，以检测天然地基是否达到设计要求承载力值。试验委托甘肃省建筑设计研究院进行，依据的标准及资料为《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2011）、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202—2002）、《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001，2009年版）、《甘肃省电力公司调度通讯楼岩土工程勘察报告》。

1．5．1试验方法（1）主楼箱形基础面积约为2200m2，荷载试验共设3个点，在基坑内均匀分布，采用平台堆载装置进行试验。（2）所有仪器仪表在试验前均进行整机标定。（3）试验加载方式采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载下桩顶沉降达相对稳定后才能施加下一级荷载。共分12级加载，分级加载200kPa，最大加荷2400kPa。（4）沉降观测：每级加载后间隔10，10，10，15，15min测量一次，之后每隔30min测量一次并记录。（5）当出现下列情况时，可终止加载：1）承压板周围的土明显侧向挤出；2）沉降急剧增大，荷载沉降曲线出现陡降段；3）在稳定荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定；4）沉降量与承压板直径之比不小于0.06；5）达到反力装置的最大承受能力；6）达不到极限荷载，而最大加载已达到要求的极限承载力。

1．5．2试验结果试验点的荷载值都超出设计要求荷载800kPa，即中风化泥质砂岩层可作为天然地基。兰州市普遍分布风化泥质砂岩层，泥质砂岩层经上述承载力试验验证，是可作为超高层建筑物的良好天然基础。但存在遇水软化的缺陷，因此基础施工过程中须避免基底进水。本工程采用深基坑降水方式进行排水，基础开挖施工至接近基底标高时采用切割机配合人工清槽的方式进行施工，操作简便易行，适宜大面积推广。

2质量控制

主要质量控制参数见表2。

3安全措施

（1）制订边坡变形观测制度，定时检查边坡变形情况并采取相应措施。（2）制订降水井水位变化观测制度，定时检查降水井内水位变化情况并采取相应措施。（3）土方开挖时安排专人负责挖掘机、装载机、运输车的工作路线、行驶路线安排，避免机械事故和交通事故。（4）人工清槽时对工人使用铁锨、铁镐、切割机进行专门安全交底，避免发生伤害事故。

4适用范围

本工法适用于兰州或其他具有与其相似地层特征的地区，拟建建筑物持力层为中风化泥质砂岩层的超高层建筑。其基础形式可采用箱形基础加天然地基的结构形式，不仅能够满足建筑物地基承载力的要求，而且简化了基础形式，提高了基础安全可靠性，且经济效果显著。

5结语

在中风化泥质砂岩层地基施工过程中采用井点群井降水与明沟排水结合的方法完全可满足施工降水要求，避免降水井进入基底以下的钻井，降低施工成本的同时加快了施工进度。采用切割机配合人工清槽的方式，减少了人工投入量，提高了工作效率。通过荷载试验验证了中风化泥质砂岩层承载力满足超高层建筑设计的承载力要求，可以采用箱形基础加天然地基持力层的结构形式，不仅避免了桩基或其他基础形式存在不均匀沉降的风险，而且降低了基础施工造价。通过此实例为中风化岩土层较浅的且可作为持力层的地区，进行超高层施工提供了成功范例。

作者：马小军 何二天 王万民 阮晓赞 周俊 单位：北京建工四建工程建设有限公司