高層建筑巖土勘察分析及地基處理技術分析

摘要：隨著高層建筑的迅速發展，巖土勘察與地基處理技術顯得尤為關鍵。巖土工程的實施直接關系建筑物的安全穩定性，而地基處理技術則在提升土體性能、減少地基沉降方面發揮著重要作用。本文主要研究高層建筑領域的巖土工程，探討巖土勘察分析及地基處理技術的前沿理論與實際應用，進而促進高層建筑工程的發展。

關鍵詞：高層建筑；巖土勘察；地基處理技術

DOI：10.12433/zgkjtz.20240641

在現代城市化進程中，高層建筑成為城市發展的象征。但是高樓大廈的穩固與安全關系到居民的生命財產安全。建設單位運用最新的巖土工程技術確保高層建筑的設計和施工過程更為科學、可靠。

一、高層建筑中開展巖土工程勘察和地基處理技術的工作價值

高層建筑巖土工程勘察主要目的是查明影響場地穩定的不良地質作用，評價其對場地穩定性的影響程度，通過詳細的巖土工程勘察工作了解地下巖土層的物理力學性質，為巖土工程師提供合理的設計參數，解決工程設計與施工中的實際問題，確保建筑物地基基礎穩定和工程安全。采用適當的地基處理技術有利于改良土層，地基處理技術通過改變天然地基土層的物理和化學特性提高其承載能力，減少沉降，從而確保建筑物的穩定性和耐久性，能夠有效防止建筑物在使用過程中出現沉降問題，還可以降低建筑物的維護成本，延長其使用壽命。

二、高層建筑巖土工程勘察

巖土工程勘察工作應針對高層建筑物特征，明確勘察任務要求，采用工程地質測繪與調查、勘探、原位測試、室內試驗等多種手段和方法，調查對高層建筑場地的穩定性、巖土條件、地下水以及與工程之間相互關系，并在此基礎上對高層建筑地基基礎、基坑工程等作出分析評價與預測建議。

（一）前期準備工作

巖土工程師需要初步了解場地地質條件，通過現場調查獲取全面的地質信息，收集有關工程項目的規模、結構類型、結構用途、場地周邊環境、設計方的技術要求等資料，結合所獲取的信息進行合理的勘察方案設計，選擇合適的巖土勘察方法，同時需要建立有效的勘察隊伍，確保成員具備專業技能和經驗，利用現代先進技術手段開展勘察工作，同時根據要求需要利用遙感和地理信息系統等輔助手段，以便提高數據的準確性和全面性。通過以上所述的這些前期準備措施，工程師能夠更好地應對巖土工程地質條件的復雜性，有利于高層建筑的勘察工作進一步開展。

（二）確定巖土勘察工作內容

首先，根據高層建筑規模和特征、場地、地基復雜程度以及破壞后果的嚴重程度，劃分勘察等級，針對可行性研究勘察、初步勘察、詳細勘察不同勘察階段，確定勘察方案，查明建筑物場地地層結構、巖土物理力學性質，查明基礎下軟弱和堅硬地層的分布及其特性，查明地下水的儲積及穩定水位、埋藏條件、類型、補給、徑流及排泄條件、季節變化幅度和腐蝕性，同時，應對不良地質作用和特殊巖土的防治，提供所需的設計參數。其次，巖土工程師應現場踏勘初步了解勘察場地的地形地貌、植被、水文地質等情況，通過對地表特征的觀察，能夠初步判斷地層的性質、地勢的變化等，而且實地踏勘也是獲取現場實際數據的途徑，可為巖土工程的后續階段的勘察提供直觀且全面的信息。

（三）整理并分析巖土勘察后的資料數據

結合高層建筑的工程特點和主要巖土工程問題編制巖土工程勘察報告。勘察報告內容應包括：建筑、結構條件及荷載特征，地下室層數、基礎埋深及形式等基本情況；場地與地基的穩定性，不良地質作用、特殊性巖土和地震效應評價；采用天然地基的可能性，地基均勻性、承載力評價；對復合地基和樁基的樁型和樁端持力層選擇，樁的側阻力、端阻力提出建議；基坑的開挖和支護的評價，以及施工中應注意的工程問題及工程對環境的影響分析與評價。在整理巖土勘察的資料數據時，需要將獲取的各種信息進行分類整理。這些數據包含的門類較多，應將這些數據按照一定的條件完成分類，形成清晰的數據結構，同時建立數據庫或電子文檔，使得數據易于管理和檢索。這一步驟能夠為后續的分析奠定基礎，確保巖土數據能夠被高效利用。

在巖土數據質量檢查這一步驟中，巖土工程師需要仔細審查現場記錄和測量數據的準確性和完整性，及時發現并糾正數據錯誤、遺漏或不一致性，這個環節的質量檢查效果會直接影響后續分析的可靠性。隨后需要利用統計和地理信息系統等方法對整理后的巖土數據進行分析，通過統計分析，團隊可以得出巖土層分布、地下水位變化等信息。地理信息系統的應用能夠直觀地呈現巖土分布的空間關系，能夠更好地理解地質情況。在數據分析過程中，應注重發現潛在的地質風險因素，揭示地質構造的復雜性，預測可能的沉降、滑坡、地裂等地質災害風險。通過這種方式制定科學的地基處理方案，提前采取措施避免潛在的工程問題。完成結果的整理并分析，并且需要以詳細的巖土報告應包括項目的基本信息、勘察的目標和范圍、整理和分析的數據及方法、發現的地質特征和潛在風險等內容。報告的結論應清晰明了，為后續工程設計和施工提供科學依據。

三、高層建筑巖土中地基處理技術的應用

由于場地的地質條件千差萬別，各地施工機械條件、技術水平、經驗積累，以及建筑材料品種、價格差異很大，在選用地基處理方法時一定要因地制宜，具體工程具體分析，充分發揮地方優勢，利用地方資源，確保工程質量、經濟合理和技術先進。近些年，我國地基處理技術發展很快，地基處理水平很高，地基處理已成為活躍的土木工程領域中的一個熱點。地基處理技術方法較多，包括有高原噴射注漿法、振沖法、強夯法、深層攪拌法、土工合成材料、強夯置換法、排水固結法、土樁和灰土樁法、砂樁法、真空預壓法、錨桿靜壓樁法、孔內夯壓碎石樁法、低強度樁復合地基法、剛性樁復合地基法等。

（一）土壤置換處理技術

土壤置換處理技術可以解決土壤的承載能力不足、不均勻沉降等問題，從而確保高層建筑的地基穩定。在實際工程中合理應用土壤置換處理技術，需要從多個方面綜合考慮，才能達到理想效果。

在地質勘察和巖土分析過程中，巖土工程師應了解勘察區域的地質情況，通過巖相分析確定土壤的承載能力、沉降性質等關鍵參數，為后續的土壤置換處理提供科學依據，確保處理方案的可行性。基于地質勘察和巖土分析的結果，制定科學合理的土壤置換處理方案，根據具體的工程要求和地質條件，確定合適的土壤置換材料和置換深度，同時還需綜合考慮土壤置換的成本、施工難度等實際情況，制定既能滿足工程需要又具有經濟效益的方案。在方案設計的基礎上進行合理的施工操作：第一步是確保土壤置換材料的質量和穩定性，選擇適當的填料如砂石、碎石等來滿足工程對土壤強度和穩定性的要求。第二步是進行適度的壓實處理，確保土壤填充均勻、密實，降低后期沉降的可能性。第三步是在施工中注意土壤置換的速度和均勻性，從而避免后續出現工程質量問題。在土壤置換處理過程中還要注意監測與調整，利用實時監測沉降和承載能力等指標及時發現問題，并采取調整措施，注意監測與調整的過程，從而保障土壤置換處理的效果和工程質量。

以某城市一高層住宅項目為例，該項目地處河濱地帶，上部主要地層為軟弱黏土層，地基承載力較低，為了提高其地基承載力，工程團隊采用土壤置換處理技術，挖掘土壤大規模，清除不適宜承載的土層，隨后采用高效的土壤改良劑，通過與挖掘土混合實現對原土壤的替代和改善。在土壤置換的同時，工程團隊還考慮周邊環境的生態平衡，采用環保型土壤改良材料，減少了對原有生態系統的影響。這種綜合考慮土壤改良和環保要求的處理方式，使得工程不僅在技術上達到預期效果，還得到了社會和環保方面的認可。

（二）強夯處理技術

利用巖土分析結果揭示土體的特性，然后基于地質勘察和巖土分析的結果進行科學合理的強夯處理方案設計，綜合考慮各項影響條件，確定強夯處理的區域范圍、強夯點的布置密度、處理深度等關鍵參數，滿足高層建筑對土體承載力和沉降性的要求，在方案設計中要注意對施工的可行性、成本效益以及環境影響等做好充分考慮。在方案設計的基礎上還需要進行科學規劃的施工操作。施工前確保強夯設備的質量和性能以及操作人員的專業素質，在具體施工中要根據方案要求合理控制強夯機的振動參數、夯擊頻率和夯擊深度等，同時在施工過程中不斷調整施工參數，從而保障這種施工形式可以適應實際土體的變化，確保土體的均勻性和穩定性。實施強夯處理后，同樣需要對工程地基進行監測。強夯處理技術的應用過程中還需要做好施工現場管理和安全控制，確保施工現場的安全性，同時合理規劃施工進度，讓每個施工階段都能順利推進。

（三）注漿加固處理技術

注漿加固的核心理念在于通過注入特定材料，如水泥漿或聚合物漿來加強地基土體的力學性質。這一技術的應用涉及多個方面，其中之一是提高土體的承載能力，通過選用合適的注漿材料和控制注漿參數可以有效增強土體的抗壓強度，使其更適合承受高層建筑所帶來的垂直荷載。注漿加固技術可有效提升土體的抗剪強度。在高層建筑的地基處理中，土體承受的力除了垂直荷載，還包括水平方向上的力，因此需要合理設計注漿方案，從而在一定程度上提高土體的抗剪性能，增強其對水平荷載的抵抗能力。在實際工程中，地基土體的復雜性，注漿加固技術用于改善土體的變形特性，通過控制注漿漿體的流動性和黏度，在一定程度上能夠調控土體的收縮膨脹性能，減緩地基沉降速度，進而確保高層建筑的安全穩定。

值得注意的是，注漿加固技術在高層建筑地基處理中的應用中，必須重視提高土體的抗液化能力，尤其是在地震多發的地區，注漿加固技術能夠通過改善土體的孔隙結構的方式來減少孔隙水壓，從而有效提高土體的抗液化能力。

例如，某高層建筑位于地震頻發區域，注漿加固處理技術被成功應用展現了其在巖土地基處理中的效果。該項目所在地地質條件較為復雜，工程團隊決定采用注漿加固處理技術來增強地基的承載能力和抗震性能，首先鉆孔深入地下土層，然后通過高壓注漿機將特制的漿液注入土壤中，填充土層中的裂隙，有效增加地基的強度。通過注漿加固處理技術的應用，該高層建筑工程得以成功應對地質條件的挑戰，提高了建筑物的整體穩定性和抗震性。

四、高層建筑巖土勘察中的基礎施工質量管控措施

（一）單樁承載力的管控

為確保地基施工質量，應開展前期調查，了解地質情況，確定單樁的設計參數，為后續施工提供科學依據。根據地質條件選擇符合規范要求的樁身材料，確保其質量穩定可靠，同時配備專業化的施工設備來保障施工過程中各項參數的準確控制，從而提高施工效率。為了提高單樁的承載力，施工中采用樁基施工工藝，如挖孔、漿液循環、灌注樁等環節，都需要精心設計和操作，做好挖孔尺寸的準確控制、漿液的合理配比和灌注樁的均勻澆筑，這樣才能有效提高單樁的承載力。

另外，在施工的各個階段都需要進行嚴密的監測與測試，進而保證施工過程中的各項參數符合設計要求，完成對樁基豎向承載力的實時監測、樁身質量的無損檢測等工作。在此過程中，可通過實測數據及時調整施工參數提高單樁的承載能力，而且應加強人員培訓與技術交流，通過培養專業的施工隊伍來提高施工人員對地基工程的理論水平和實際操作技能，以便保障在施工過程中能夠迅速應對各種突發情況，同時還要注意促進與相關領域的技術交流，吸收先進技術，不斷提升單樁承載力的施工水平。

（二）竄孔問題的防治工作

在高層建筑巖土地基施工質量管控中，竄孔問題是經常出現的地基質量隱患，因此需要采取科學有效的防治措施。竄孔是指在施工過程中注漿材料滲透、浸潤或流動而導致土體中的孔隙增大，進而影響地基的穩定性。根據地質勘察和巖相分析的結果，設計師合理選擇注漿參數、注漿方式等關鍵參數，選擇合適的注漿方式，如分段注漿、分層注漿，進而保證注漿材料充分填充孔隙，防止竄孔。在注漿方案設計中還需要考慮周邊環境、地基結構和荷載特性等因素，確保注漿操作的穩妥性。在注漿施工過程中實施科學合理的施工措施，人員經過專業培訓，熟悉注漿設備的操作原理和注漿材料的特性，控制好注漿的速度、壓力和時間，防止過度注漿導致竄孔，同時還需要根據實際情況靈活調整施工參數，確保注漿的均勻性和充實度，降低竄孔的風險。

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作者簡介：龔良成（1972），男，湖南省邵陽縣人，本科，水工環高級工程師、注冊巖土工程師，研究方向為巖土工程。