控制性钻孔深度的缘由

1、高层建筑勘察控制性勘探钻孔深度的探讨摘要：本文讨论了当前规范框架内几种可控勘探孔深度的估算方法，分析了其适用条件和影响因素，提供了可供参考的校准残奥仪的假设值。 根据工程实例，比较不同方法的修正结果。 在此基础上，提出了笔者对这个问题的工作思路。关键词：控制性探测孔的深度地基变形修正算深度变形比应力比公式的简化经验规则0引言高层建筑一般指超过7层或高度超过24m的建筑物，其中79层为中高层，1030层为高层，30层以上或高度超过100m的为超高层。 其中，小高层多采用框架结构或短肢剪力强的结构，高层使用框架剪力墙或纯剪力墙结构，近年来采用钢结构的建筑也大量出现。 基础形式多采用箱(筏)基础，刚

2、筋混凝土基础底板厚度多为1m以上，有的还具有倒置梁。 这种结构体系整体刚性高，抗变形能力强，对于大的地基差变形，通过其结构体系的调整可以消化一部分。在高层建筑中，修订等级均为甲、乙级，需根据地基变形进行修订。 在相应的岩土工程勘察中，布局勘探孔考虑到两种情况，一种是一般勘探孔，以暴露基础主要受力层为原则，一般深度为基础下0.51.0倍的基础宽度，再加上控制性勘探孔，其深度必须满足地基变形管理要求， 深度过小无法满足要求，不合格工程深度过大会徒增调查成本，同时降低投标竞争力，这是不言而喻的。在现行的规范框架内，以下几项规定(强制条文)很重要，是制定调查案时应遵循的原则地基规范3.0.2.(2)

3、:设置修订等级为甲级、乙级的建筑物均应以地基变形修订。调查规范4.1.18.(2) :对于需要高层建筑和变形修正算法的地基，控制性勘探孔的深度必须超过地基变形修正算法深度高层建筑的一般勘探孔必须达到基础下的0.51.0倍的基础宽度，达到深度稳定分布的地层。高层建筑勘察规程4.1.4(1) :控制性勘探孔的深度必须超过地基变形的修正算深。建筑地基处理技术规范9.2.9 :地基变形修正深度大于复合土层的厚度，应符合目前国家标准建筑地基基础设计规范 GB50007中地基变形修正深度的有关规定。建筑桩基技术规范3.2.3 2 1) :控制性孔必须贯通平面以下的压缩层厚度。由于体制和历史原因，中国目前的

4、一些规范(过程)与控制性勘探孔的深度定义原则基本一致，但在具体的操作实施中，要体现各自的特点，简化变形修正算这一复杂问题，使岩土工程师在实际工程中易于使用由于理论依据和考虑因素的不同，各规范提供的方法(公式)有所差异，形成了当前“五个规范的四种抽样法”的现状，对同一工程，不同工程师在制定调查方案时，往往会提供不同的控制性勘探深度，为什么会出现这样的结果，如何1地基变形的影响因素控制性勘探孔的深度以控制地基的变形修正深度为原则，因此需要分析决定变形修正和修正深度的各种因素，有利于勘探方案安全、合理、简便、实用。(1)地基土的压缩性根据土工试验得到的压缩系数可以分为高、中、低3种，压缩性不同的土，

5、其变形修正算深度不同，压缩性越高，与此相应的变形修正算深度就越大。 在这方面，高规经验公式法给出了一个经验系数，在一定程度上体现了压缩性等土层特性对压缩层深度的影响，其他修正方法对该因素基本忽略，地基规范认为地基土类对压缩层深度的影响没有明显的规律。但是，自然界中完全均质的地基很少，地基压缩层多由具有不同压缩性的多层土构成，根据变形比法的修正计算构想，其组合会影响地基变形修正计算深度，在一定条件下，保持力层是压缩性高的土层，下卧层压缩性低，该地层的组合(2)基底宽度基础宽度的大小对压缩层深度的影响很大，这在土力学等应力线图上(Boussinesq解)可以直观表现。 在负荷相同的条件下，基础宽度

6、越大，地基压缩层的深度也越大。 在地基规范的简化公式中，基础宽度表现是最直接、唯一的变量，根据地基规范条文的说明，该公式有实测和试验数据的支持。 另外，经验式法也考虑到这一因素，与经验系数有直接倍数关系。 在许多影响因素中，可以说基础宽度的影响是公认的。(3)基本压力土力学理论认为，基础接触压力越大，地基中的附加应力也越大，但地基的压缩变形是由附加应力引起的，随着深度的增加，附加应力在一定程度上衰减，对地基变形没有影响的情况下，可以把这个深度看作变形修正算深度。 关于基础压力的影响，在调查规范的应力比修正公式中是主要的控制要素，但地基规范的变形比的规律认为，对于一定的基础宽度，地基压缩层的深度

7、不一定随着载荷p的增加而增加。 在这个问题上，两个规范的观点有一定的不同。(4)修正点位置高层建筑的平面形状不同，有方形、圆形、矩形、不规则形状等。 根据部位不同，下地基的应力分布和大小也不同，地基压缩层的修正深度也不同。 总之，基础中心点的修正深度最大，边点其次是角点最小。 因此，不同部位所布局的控制性勘探点的深度也不同。 例如，常见的“板楼”采用整体倾斜控制，控制性探测孔位于基础的角部，深度要求浅，“塔”的中心点需要控制性探测孔，深度相对较大。(5)基础埋入深度由于抗震、人防、使用功能的要求，高层建筑设有地下室。 近年来，城市土地短缺，建筑地下部分的层数和深度呈增大趋势，对于建筑基础，勘探

8、孔的有效深度从基础底面开始计算，超过基础的挖掘并不是有效的进尺。 因此，基础埋设深度越大，勘探孔的深度也越增加。 另一方面，地基变形修正计算时，基础压力采用负荷效应准永久性的组合，随着基础埋入深度的增大，附加压力变小，与此相应修正计算的变形量也变小。除了这些因素，基础构造、形状等也会影响地基的压缩变形深度，而且工程施工速度等因素也间接起作用，但都不是主要因素，在此不列举。2地基变形修正计算深度探讨控制性探测孔的深度与地基压缩层的修正算深度有着密切的关系，控制性探测孔依赖于地基变形管理深度。 请看下面两个公式(1)(2)式(1)这是我们熟知的分层总和法变形修正式，从基础底面进行修正后，满足式(2

9、)条件的情况下，被认为已经达到了修正计算的深度。 用文字表现式意味着从某个修正深度取厚度z的土层，修正变形值为0.025倍以下的累计变形值，将其作为修正深度的下限。 相应的控制性勘探孔深度必须大于或等于此深度。为了分析(2)式中的各因子，Z的厚度的变形量很重要，在某个校正点Z以上的校正变形量是一定的，Z的厚度的变形量与两个因子相关联，一个是伴随深度衰减的平均附加应力系数的残留值，该值相对固定，进而取值的厚度从基础压缩的概念来考虑，z应该取多少，这个值与基础宽度的大小有关，小尺寸的独立基础和条基础的厚度比较小，高层建筑的厚度相当大。 通过一些工程实例和试验实测，经过统一修订分析估算，得出以下经验

10、公式(3)由式(3)表示的函数是以基底宽度b为变量、由于是对数关系，因此当b达到一定值时z的延伸量钝化。 对于高层建筑常见的基础宽度为1530m，对应的Z=1.11.3m，在基础规范表5.3.6中，基础宽度大于8m，Z一律取1.0是粗略的数据，比式的修正结果稍小但是，从修正计算和使用过程来看，地基变形修正计算深度和控制性探测孔深度存在顺序上的差异。 在调查过程中，控制性勘探孔的深度在调查实施前的方案制定时确定(不排除个别调整，但不能普遍变更)，由于变形修正算法在勘探作业完成后进行基础评价中出现的这一顺序的反转，变形修正算法需要进行以下几个假设。(1) :在岩土工程调查阶段，基础压力值难以得到正

11、确的数值，可以根据建筑层数进行估算。 根据荷载效应标准的组合，各层荷载取1720kPa，纯住宅取低值，商务建筑取高值，底商结构取中值，这种估计结果有一定的安全度，可用于基础修订计算。(2)如果只修改地下室的层数，没有明确记载具体的深度，可以考虑1层3.5m、2层8m、3层12m的深度，这个深度已经包含基板和各层的顶板的厚度，误差不大。(3)高层建筑承载力大，小尺寸的独立基础不能满足要求，多采用箱(筏)基础，底板(筏板)平面尺寸与建筑平面尺寸基本一致，特殊情况下可能会有基础外挑或上部结构突出，但不常见。 如果在设定修正面上未给定基础尺寸，则确定探查孔的深度所需的基础宽度b可以按建筑平面图规定的建

12、筑宽度来考虑，不规则的形状等取边的长度来代替方形。以上假设条件，使变形校正运算结果产生一些误差。 因此，即使当精确计算结果实际应用于控制探测孔深度时，也仅存在一个估计。为了简化修正计算，地基规格提供了简单的公式，当相邻载荷没有影响，基础宽度在130m范围内时，基础中心点的地基变形修正计算深度Zn可考虑如下公式。Zn=b(2.5-0.4lnb) (4)式(4)由分层深度的负荷试验和31个工程实绩数据的统一修订分析得出，有95%的可靠性，式中唯一的变量是基础宽度b，工程中的控制容易。 此外，这个公式表示基础中心点的修正深度，对角的修正深度安全地偏移。3控制性勘探孔的其他决定方法上述地基规范给出的方

13、法称为变形比法，除此之外，还有几种可以推定控制性探测孔深度的方法，都是现行规范规程推荐的，各有各的特征，在此一起分析。(1)应力比法应力比法来源于前苏联的127-55规范，在我国有多年的工程经验，现在仍被采用为勘察规范、桩基础规范和复合地基规范。根据土力学理论，地基中的垂直力有2种，一种是土体自重引起的自重应力，随深度增加。 另一个是附加应力。 根据矩形面积的平均分布载荷，土中任意深度下的附加压力等于基础接触压力乘以附加应力系数，其中的附加应力系数的值与矩形尺寸(L/b )和修正点深度(Z/b )有关，在基础尺寸l、b一定的情况下，深度由修正深度z越深应力比法基于此原理，经过一定深度的衰减，认

14、为附加应力值已经比较小，不足以引起土体变形，可将此深度视为地基变形修正算深，其表现如下。(5)或： (6)式中的值根据土的压缩性，对于高压缩性土(a120.5mpa1)为0.1，对于中低压缩性土为0.2。应力比法虽然比较简单，但在实际工程中使用时，还需要基础压力、基础尺寸、土的重要性等假设，这些修正计算残奥表的变异范围有限，使用假设值的修正计算结果的误差不大，从实用的观点出发，应力比法可以用于方案制定阶段(2)经验公式法经验式法来自高层建筑岩土工程勘察规程，该规程对控制性勘探孔深度采取较宽的规定，应力比法和变形比法都可以修正，原则上深度应超过变形修正算深度。 没有变形修正计算条件时，可用以下经

15、验式修正。(7)与地面规格的简化公式不同，公式(7)引入了以下两个残奥仪表1)-有关建筑层数或基础压力的经验系数，调查等级为甲级取1.1，乙级取1.0，其含义是，重要建筑要慎重考虑，勘探孔要适当深入。2)-土的可压缩性的经验系数与土的成因年代、致密度、地下水等因素有关。 如此规程表4.1.4所示的范围值，取决于如何把握作业地区的调查实践经验，地质条件好时选择取小值，反之选择取大值。在实际工程中，建筑地基多由多层土构成，根据土层的不同，值也不同，对此，可以用厚度对基础以下的基础宽度范围内的各层进行加权，将加权平均值作为修正计算用的值。由于公式(7)增加了两个系数，特别是考虑到土层性质因素，原理上

16、比公式(4)合理、比较简便、被广泛应用于有经验的地区，如大、中城市的岩土勘察。4复合地基高层建筑负荷大，天然地基往往不能满足修建要求，多采用复合地基或桩基，复合地基成本低于桩基，经济效益显着，近年来得到越来越多的应用，以石家庄市建设工程为例，高层建筑超过80%采用复合地基建筑地基处理技术规范 3.0.5条规定：应进行地基变形设置修订或变形管理并且应进行地基处理的建筑物或构筑物，对处理后的地基进行变形管理。 9.2.9条管理方法和修正深度说明如下：地基变形修正深度大于复合土层厚度，应符合目前国家标准建筑地基基础设计规范中地基变形修正深度的有关规定。 根据以上2条的规定，高层建筑的复合地基需要进行

17、变形管理，修正计算方法和修正深度与地基规范相同，即采用变形比法。 那么，复合地基与天然地基相比较，两者在变形修正深度上有怎样的差异，请如下进行分析。用于高层建筑的复合地基，是在天然土层中人为地植入刚性加固体，例如水泥粉煤灰和素混凝土等，与桩间土共同承担基础压力。 由于加固体强度远大于天然土层，桩基强度大幅改善，变形小于天然地基。 这主要是由于修正公式的压缩型量值的提高。 按照规范，桩基的压缩模量等于同层天然土层的2倍，可以用下式求出。(8)一般的工程值在24之间，Es相应地增大了相同的倍数。 如果桩的长度大，用分层综合法修正变形容易满足(2)式的条件，有时修正深度也比桩的长度小。 这显然不合常理。 因此，规范特别强调地基变形的修正算深必须大于复合土层的厚度。 如此，即使发生上述不合理的情况，也必须对桩端以下的天然土层进行强制变形比较，直至达到0.025倍的比要求。 从刚性加固体复合地基的作用机理分析，这样的修正算符合实际情况。 但是，这样一来，必然会影响地基的变形修正深度，桩基段由于压缩弹