超高层建筑岩土勘察分析及地基处理技术应用研究

超高层建筑岩土勘察分析及地基处理技术应用研究

周裕良

广州珠江监理咨询集团有限公司，身份证：430522198708112879

摘要：为了探究超高层建筑岩土勘察与地基处理技术的综合应用，本文详细分析了岩土勘察技术的体系、主要方法及其数据处理流程，同时深入研究了地基处理技术的基本原理、分类特点以及技术选择与优化的策略。通过聚龙湾太古汇商业大楼案例的综合应用分析，验证了岩土勘察与地基处理技术相结合的重要性，旨在为超高层建筑地基设计与施工提供科学依据和技术支持，推动超高层建筑岩土工程技术的进步与发展。

关键词：超高层建筑；岩土勘察；地基处理技术；理论基础

近年来，随着城市化进程的加速，超高层建筑成为城市发展的重要标志。在此背景下，岩土勘察与地基处理技术的研究显得尤为重要。为确保超高层建筑地基的稳定与安全，必须深入探究岩土勘察技术的具体应用，并不断创新地基处理技术。

一、超高层建筑岩土勘察技术分析

（一）岩土勘察技术体系概述

岩土勘察技术体系在超高层建筑建设中扮演着核心角色，其构成复杂且精细，包括地质测绘、钻探取样、原位测试等多种技术手段。这一技术体系通过系统地收集和分析地基土层、地下水条件等关键数据，为超高层建筑地基设计提供了科学、可靠的基础信息。岩土勘察不仅关乎超高层建筑的安全稳定，还直接影响到工程造价和工期，因此，其重要性不言而喻。在超高层建筑地基设计中，岩土勘察技术提供的数据和信息支持主要体现在以下几个方面：首先，通过勘察获得的土层分布、物理力学性质等数据，设计师可以确定地基承载力，选择适宜的地基基础类型和深度，从而确保建筑的稳定性和耐久性。其次，岩土勘察揭示的地下水情况对地基防水、排水设计至关重要，可以避免或减轻地下水对建筑地基的危害。此外，勘察过程中发现的特殊地质条件，如膨胀土、湿陷性黄土等，能够为设计师制定相应的地基处理措施提供依据，最大限度地减少地质灾害风险[1]。因此，岩土勘察技术体系在超高层建筑建设中的核心地位不仅体现在其对地基设计的基础性支撑作用上，还体现在其对建筑安全、经济性和可持续性的全面保障上。随着技术的不断进步，岩土勘察技术将更加精准高效，为超高层建筑的设计和施工提供更加坚实的技术支持。

（二）岩土勘察的主要技术应用

岩土勘察的主要技术方法为超高层建筑的地基设计提供了坚实的数据基础，每种方法都有其特定的应用场景和效果。

1.地质测绘

地质测绘作为勘察工作的前哨，通过观察和测量地表，初步了解地形地貌、地质构造，为后续工作提供指导。其优势在于覆盖范围广、成本较低，但难以获取地下深处的详细信息。

2.钻探取样

钻探取样是一种直接获取地下岩土层信息的方法，通过钻探设备深入地下采取岩芯或土样进行分析。此方法能获取地层的连续剖面，对土层厚度、深度和物理力学性质有准确了解[2]。然而，成本较高，速度较慢，且在复杂地质条件下可能影响采样质量。

3.原位测试

原位测试技术，如标准贯入试验、静力触探试验等，通过直接在钻孔内测试评估地基土的工程特性。这些测试方法能快速获得土体原位的物理力学参数，尤其适用于难以取样的软土、砂土等。原位测试技术结果具有较高的代表性和可靠性，但需与其他方法结合使用，以获得更全面的地基信息。

（三）岩土勘察数据的处理与分析

岩土勘察数据的处理与分析是确保超高层建筑地基设计科学合理的关键环节。该过程涵盖数据收集、整理、分析及解读，旨在提取有价值信息为地基设计提供依据。处理流程始于收集的岩土参数，包括土层的物理性质和力学性质等，这些数据通过钻探取样和原位测试等方法获得。随后，数据进行整理和校核，确保其准确性和一致性[3]。整理过程中，可能采用统计分析方法识别异常值或数据偏差，保证数据可靠性。分析阶段则运用地质统计学和岩土工程理论，深入分析整理后的数据，如通过层厚和土性参数分析确定地基承载力分布特征，通过地下水位数据评估水压对地基稳定性的影响。数值模拟技术如有限元分析也广泛应用于模拟复杂地质条件下的地基响应，预测地基沉降、稳定性等问题。过程中若遇数据不完整或不准确，需通过增加勘察点或采用更精密的测试方法解决。同时，因地层条件复杂多变，需综合多种数据来源和技术手段形成互补。

二、超高层建筑地基处理技术应用研究

（一）地基处理技术的基本原理

地基处理技术的基本原理主要集中在提升地基承载力、增强地基稳定性以及精确控制地基变形三个方面，以确保超高层建筑的安全、稳定和耐久性。提高地基承载力通常涉及对地基土进行加固或置换，以增加其对外加荷载的支撑能力。例如，采用换土垫层技术时，将地基表面的软弱土层移除，替换为强度更高、压缩性更低的材料，如砂石或碎石，从而扩散上部结构的荷载，减少地基沉降。增强地基稳定性则侧重于防止地基剪切破坏和滑移，确保地基在外力作用下保持稳定。桩基处理技术是这一目标的关键手段之一，通过将桩体打入至地基深处的稳定土层或岩层，将荷载传递至更深的地基中，显著提高整体结构的稳定性。此外，高压灌浆技术通过注入水泥浆或其他化学浆液到地基土的孔隙中，浆液固化后形成固结体，增强土体颗粒间的粘结力，从而提高地基的整体稳定性。控制地基变形，尤其是减少不均匀沉降，对于超高层建筑尤为重要，因为不均匀沉降可能导致建筑结构损坏。预压加载结合排水系统（如砂井）是实现这一目标的有效方法，通过在地基上施加预压荷载，促使地基土在建筑施工前完成部分或全部沉降，同时改善地基的排水条件，加速孔隙水的排出，减少施工后沉降。

（二）地基处理的主要技术应用

地基处理技术的分类与特点涵盖了多种方法，每种方法针对特定的地质条件和工程需求，以提高地基承载力、增强地基稳定性、控制地基变形。

1.桩基处理技术

桩基处理技术，包括钻孔灌注桩、预制桩、刚性桩等，主要适用于软弱地基或荷载较大的超高层建筑，通过将荷载传递到地基深处的稳定层，显著提高承载力和稳定性。桩基技术的优点在于其适应性强，能有效地控制沉降，但成本相对较高，施工周期长。

2.换土垫层技术

换土垫层技术通过将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖除，换填强度较高的材料，如砂石、碎石等，再分层压实，以提高地基表面的承载力，减少沉降。这种方法适用于较浅层的软弱土层处理，施工简便，成本较低，但适用范围有限，对深层软弱土层效果不明显。

3.高压灌浆技术

高压灌浆技术利用高压设备将水泥浆液或其他化学浆液注入地基土的孔隙或裂缝中，浆液凝固后形成固结体，从而改善土体的物理力学性质[4]。这种方法适用于砂土、粉土等地基的加固及防渗处理，具有施工速度快、加固效果显著等优点，但需要严格控制浆液配比和灌浆压力，以避免对周围环境造成不利影响。

（三）地基处理技术的选择与优化

地基处理技术的选择与优化是超高层建筑地基设计与施工中的核心环节，这一过程需综合考虑地质条件、工程需求、经济成本及环境影响等多重因素。选择适宜的地基处理技术，首要依赖于详尽的地质勘察数据，涵盖土层分布、地下水位、地基承载力等关键参数，这些数据通过地质钻探、原位测试和实验室分析等手段获取。在技术选择阶段，运用多准则决策分析（MCDA）方法，建立包括处理效果、施工成本、工期、环境影响等在内的评价指标体系，采用层次分析法（AHP）或TOPSIS等算法，对可选技术方案进行量化评分和排序，以确定最优方案。优化地基处理技术则涉及对选定技术的进一步调整和改进，如通过优化桩基设计的桩长、桩径和桩间距等参数，利用有限元分析软件进行数值模拟，预测地基响应，实现优化设计[5]。同时，换土垫层技术的垫层材料配比、厚度和压实度等参数也需根据现场试验和施工经验进行优化。经济性分析和环境影响评估同样重要，需通过成本效益分析比较不同技术方案的性价比，并考虑施工对周围环境的影响，确保技术方案的可持续性和整体效益。

三、超高层建筑岩土勘察与地基处理技术的综合应用

（一）岩土勘察与地基处理技术的关系

岩土勘察与地基处理技术在超高层建筑的设计与施工中相辅相成，共同构成了确保建筑安全稳定性的基石。岩土勘察通过钻探取样、原位测试等手段，获取地基土的物理力学参数，如土层分布、含水率、密度、承载力等，为地基处理技术的选择和设计提供基础数据支持。例如，当勘察报告显示某地基土层为软弱粘土，承载力低，压缩性高，设计人员可能会选择桩基处理技术来穿透软弱层，将荷载传递到更深的稳定土层，从而确保地基的稳定性和减少沉降。岩土勘察结果直接影响地基处理技术的选择和应用。在复杂地质条件下，如岩溶发育区或断层带附近，勘察结果将指导设计人员采取更为谨慎和复杂的地基处理方案，可能结合多种技术手段，如灌浆加固、地基桩结合托换技术等，以应对地基不均匀沉降和提高整体稳定性。因此，岩土勘察的准确性和详尽性对于后续地基处理技术的成功应用至关重要。

（二）综合应用的策略与方法

将岩土勘察与地基处理技术有效结合的关键在于制定一套系统化的工作流程和策略。技术选型阶段，应基于岩土勘察数据，运用多准则决策分析方法，综合考量处理效果、成本、工期、环境影响等因素，选择最适合的地基处理技术。例如，对于高压缩性的软土地区，可选择预压加载结合竖向排水体（如塑料排水板）的技术，以加速地基固结，提高承载力。施工流程的制定需详细规划每一步骤，确保技术的正确实施[6]。如在桩基施工中，需明确桩型选择、桩长、桩径、施工顺序等参数，并制定相应的质量控制措施，如桩位放样精度、成桩质量检测等。同时，引入现代监测技术，如无人机航拍、自动化监测仪器等，对地基处理全过程进行实时监控和数据采集，确保施工质量和安全性。质量控制方面，应建立完善的质量管理体系，包括施工前的技术交底、施工中的过程监控以及施工后的效果评估。采用数值模拟和现场测试相结合的方法，对地基处理效果进行综合评价，必要时进行调整优化，以确保地基处理的最终效果满足设计要求。

（三）综合应用案例分析

聚龙湾太古汇商业大楼是毗邻广州珠江的超高层建筑之一，高达150m，其地质复杂，地质情况如下：

1、第四系土层

（1）杂填土层（Q4ml）<1>：广泛分布，全部钻孔揭露。顶板标高 6.80 - 8.03m，层厚 1.20 - 3.70m，平均 2.23m。由砂砾、砖块及黏性土等组成，杂物含量 10% - 30%，填筑超 10 年。土层均匀性差，不宜作基础持力层，不推荐地基承载力特征值。

（2）海陆交互相层（Q4mc）<2>

- 粉质黏土<2-1>：局部分布，12 个钻孔揭露。顶板埋深 1.40 - 9.50m，层厚 0.50 - 4.00m，平均 1.82m。

- 淤泥<2-2>：广泛分布，44 个钻孔揭露。顶板埋深 1.20 - 6.10m，层厚 1.20 - 5.60m，平均 3.03m。

- 中砂<2-3>：较广泛分布，35 个钻孔见及。顶板埋深 1.30 - 7.70m，层厚 0.90 - 4.90m，平均 2.78m。

（3）粉质黏土<3>：局部分布，6 个钻孔揭露。顶板埋深 3.40 - 7.90m，层厚 2.10 - 3.80m，平均 2.82m。

2、 白垩系大塱山组（K2d）泥质粉砂岩

场地下伏基岩为白垩系大塱山组泥质粉砂岩、粗砂岩，按风化程度分为全风化、强风化、中风化、微风化四个亚层。

- 全风化泥质粉砂岩<4-1>：局部分布，24 个钻孔见及。顶板埋深 3.50 - 14.30m，层厚 1.20 - 8.30m，平均 3.48m。

- 强风化泥质粉砂岩、粗砂岩<4-2>：分布广泛，47 个钻孔揭露。顶板埋深 6.00 - 36.80m，层厚 0.60 - 16.50m，平均 3.88m。

- 中风化泥质粉砂岩、粗砂岩<4-3>：钻孔揭露广泛，47 个钻孔见及。顶板埋深 7.80 - 38.50m，层厚 0.50 - 8.90m，平均 2.80m。

- 微风化泥质粉砂岩<4-4>：钻孔揭露广泛，45 个钻孔见及。顶板埋深 21.60 - 40.10m，层厚 2.44 - 6.26m，平均 4.30m。

地下水富水丰富：本场地有多层地下水位，进行过对多个钻孔的水位分层量测，填土层的地下水水位为1.40～2.20m（水位标高4.84～6.05m）；砂层稳定水位约1.30～1.80m，标高约4.90～6.35m，承压水头高度约0.50～6.15m；基岩稳定水位1.34～2.13m，标高为4.86～6.46m。根据上述分析，本场地的孔隙水主要赋存砂层中，透水性较好，因此预测孔隙水水量较大；由于场地基岩风化裂隙发育，基岩含一定的裂隙水。场区地下水主要补给来源为大气降水及地表水、珠江水。

因此，为了确保聚龙湾太古汇商业大楼的稳定性和安全性，项目团队进行了全面的岩土勘察，综合运用了钻探、原位测试和室内土工试验等技术手段，深入揭示了地基土层的多样性和复杂性。基于详细的岩土勘察数据，设计团队经过多方案比选，最终确定了地基处理方案：核心筒及相邻区域采用刚性桩复合地基，桩间土为强风化泥质粉砂岩，承载力特征值为500Kpa。刚性桩采用直径为800mm的素混凝土桩，混凝土强度等级C40，入强风化岩层不小于12m。桩端持力层为中(微)风化岩且入岩不小于1m，单桩承载力特征值为2600KN，复合地基承载力特征值为750Kpa。刚性桩共159根。除特别注明外，桩顶标高=底板结构面标高-底板厚度-0.25（m），电梯坑、集水井等位置结合剖面大样确定。褥垫层采用级配砂石，最大粒径不超过20mm，中粗砂35%~50%;褥垫层铺设采用静力压实法，夯填度不大于0.7。

设计大样图见下：

刚性桩+换填作为地基处理方案。这一技术能够有效传递建筑荷载，并通过注浆工艺显著增强桩端承载力，从而应对复杂地质条件带来的挑战。在施工过程中，项目团队严格控制桩基质量，采用先进的监测技术实时监控桩身的完整性、承载力和沉降情况，确保每一步都符合设计要求。这一成果充分验证了地基处理技术的成功应用。聚龙湾太古汇商业大楼地基处理的成功案例不仅强调了岩土勘察数据在地基处理中的重要性，还为类似项目提供了宝贵的经验和建议。它展示了在面对复杂地质条件时，如何通过科学的技术选择和严格的质量控制来实现地基处理的优化，进一步推动了超高层建筑岩土工程技术的进步和发展。

结语：

综上所述，超高层建筑岩土勘察与地基处理技术的研究对于确保建筑的安全稳定至关重要。岩土勘察技术通过系统地收集和分析地基数据，为地基设计提供科学依据。而地基处理技术则通过多种方法提升地基承载力、增强稳定性和控制变形，以满足超高层建筑的需求。在实际应用中，岩土勘察与地基处理技术相辅相成，共同构成了超高层建筑地基设计与施工的基础。通过综合应用策略与方法的不断优化，将进一步推动超高层建筑岩土工程技术的进步与发展。

参考文献：

[1] 陈启贵. 超高层建筑岩土勘察分析及地基处理技术应用研究[J]. 工程与建设,2023,37(6):1688-1690.

[2] 来渤. 超高层建筑岩土勘察分析及地基处理技术应用研究[J]. 建筑·建材·装饰,2022(12):85-87.

[3] 黄春. 超高层建筑岩土勘察分析及地基处理技术应用研究[J]. 装饰装修天地,2023(19):133-135.

[4] 褚进晶. 超高层建筑岩土勘察分析及地基处理技术应用研究[J]. 建筑工程技术与设|计,2021(15):60.

[5] 陈俊任. 超高层建筑岩土工程勘察分析及地基处理技术应用研究[J]. 建筑技术开发,2021,48(5):163-164.DOI:10.3969/j.issn.1001-523X.2021.05.074.

[6] 邢文博. 超高层建筑岩土工程勘察分析及地基处理技术应用研究[J]. 中国住宅设施,2022(2):142-144.