2018年注册岩土工程师岩土工程勘察讲义：房屋建筑与构筑物

2018年注册岩土工程师岩土工程勘察讲义：房屋建筑与构筑物岩土工程勘察

第六章 房屋建筑与构筑物岩土工程勘察

　　一、勘察的主要内容

　　对房屋建筑与构筑物的岩土工程勘察应与设计阶段相适应，分阶段进行，并且要明确建筑物的荷载、结构特点、对变形的要求和有关的功能上的特殊要求，有时还要估计到可能采用的地基基础的设计施工方案，做到工作有鲜明的目的性和针对性。

　　岩土工程勘察一般有下列主要内容：

　　(1)查明与场地稳定性有关的问题，如：

　　①大的断裂构造的位置关系、规模、力学性质、与场地和地基利用的关系、活动性及其与区域和当地地震活动的关系。

　　②在强震作用下场地与地基岩土内可能产生的不利地震效应，如饱和砂土液化、松软土震陷、斜坡滑坍、采空区地面塌陷等。

　　③滑坡或不稳定斜坡的存在，可能的危害程度。

　　④岩溶作用的程度及其对地基可靠性的影响。

　　⑤人为的或天然的因素引起的地面沉降、挠折、破裂或塌陷的存在及其危害等。

　　(2)查明岩土层的种类、成分、厚度及坡度变化等，对岩土层特别是基础下持力层(天然地基或桩基等人工地基)和下卧层的岩土工程性质，特别是粘性土层的岩土工程性质，宜从应力历史的角度进行解释与研究。

　　(3)查明潜水和承压水层的分布、水位、水质、各含水层之间的水力联系，获得必要的渗透系数等水文地质计算参数。

　　(4)利用上述资料，提供岩土工程评价和设计、施工需要的岩土强度、压缩性等供岩土工程设计计算用的岩土技术参数(指标)。

　　(5)确定地基承载力，对建筑物的沉降与整体倾斜进行必要的分析预测;提出地基基础设计方案比较和建议，包括重要的地基基础施工措施的建议。

　　(6)在岩土工程分析中，必要时应分析地基与上部结构的协同作用，做到地基基础和结构设计更加协调和经济合理。

　　二、勘察阶段的划分及各阶段任务要求

　　房屋建筑与构筑物的岩土工程勘察阶段一般划分为可行性研究勘察阶段、初步勘察阶段与详细勘察阶段。对于单体建筑物如高层建筑或高耸建筑物，其勘察阶段一般划分为初步勘察阶段和详细勘察阶段两个阶段。当工程规模较小且要求不太高、工程地质条件较好时，初步勘察与详细勘察可合并为一个勘察去完成。当建筑场地的工程地质条件复杂或有特殊施工要求的重大建筑地基，或基槽开挖后地质情况与原勘察资料严重不符而可能影响工程质量时，尚应配合设计和施工进行补充性的地质工作或施工岩土工程勘察。各勘察阶段的任务要求分述如下：

　　(一)可行性研究勘察阶段

　　这一阶段的工作重点是对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价，其任务要求主要为：

　　(1)搜集区域地质、地形地貌、地震、矿产和附近地区的工程地质资料及当地的建筑经验。

　　(2)在搜集和分析已有资料的基础上，通过踏勘，了解场地的地层、构造、岩石和土的性质、不良地质现象及地下水等工程地质条件。不良地质现象包括滑坡、崩塌、泥石流、岩溶、土洞、活断层、洪水淹没及水流对岸边的冲蚀等。

　　(3)对工程地质条件复杂，已有资料不能符合要求，但其他方面条件较好且倾向于选取的场地，应根据具体情况进行工程地质测绘及必要的勘探工作。

　　在确定建筑场地时，在工程地质条件方面，宜避开下列地区或地段：

　　①不良地质现象发育且对场地稳定性有直接危害或潜在威胁的;

　　②地基土性质严重不良的;

　　③对建筑物抗震危险的;

　　④洪水或地下水对建筑场地有严重不良影响的;

　　⑤地下有未开采的有价值矿藏或未稳定的地下采空区。

　　该阶段作为厂址选择来讲称为选厂勘察阶段，其主要任务是，首先在几个可能作为厂址的场地中进行调查，从主要工程地质条件方面收集资料，并分别对各场地的建厂适宜性作出明确的结论，然后配合有关选厂的其他有关人员，从工程技术、施工条件、使用要求和经济效益等方面进行全面考虑，综合分析对比，最后选择一个比较优良的厂址。

　　(二)初步勘察阶段

　　1、任务与要求

　　初步勘察是在可行性勘察基础上，根据已掌握的资料和实际需要进行工程地质测绘或调查以及勘探测试工作，为确定建筑物的平面位置，主要建筑物地基类型以及不良地质现象防治工程方案提供资料，对场地内建筑物地段的稳定性作出岩土工程评价，其主要工作内容如下：

　　(1)搜集可行性研究阶段岩土工程勘察报告，取得建筑区范围的地形图及有关工程性质、规模的文件。

　　(2)初步查明地层、构造、岩土物理力学性质、地下水埋藏条件以及冻结深度。

　　(3)查明场地不良地质现象的类型、规模、成因、分布、对场地稳定性的影响及其发展趋势。

　　(4)对抗震设防烈度大于或等于7度的场地，应判定场地和地基的地震效应。

　　2、勘探工作

　　勘探点、线、网的布置应符合下列要求：勘探线应垂直地貌单元边界线、地质构造线及地层界线。勘探点宜按勘探线布置，并在每个地貌单元及其交接部位布置勘探点，在微地貌和地层变化较大的地段，勘探点应予以加密。在地形平坦地区，可按方格网布置勘探点。

　　勘探线、勘探点间距与勘探孔深度可根据岩土工程勘察等级按表1与表2确定。

　　表1 勘探线、点间距表

　　注：表中间距不适用于地球物理勘探。

　　表2 勘探孔深度表

　　注：①勘探孔包括钻孔、探井、铲孔及原位测试孔。

　　②进行波速测试、旁压试验、长期观测等钻孔除外。

　　勘探过程中，控制性勘探孔宜占勘探孔总数的1/5～1/3，且每个地貌单元或每幢重要建筑物均应有控制性勘探孔。当遇到下列情况之一时，应适当增减勘探孔深度：当场地地形起伏较大时，应根据预计的整平地面标高调整孔深;在预定深度内遇基岩时，除控制性勘探孔应钻入基岩适当深度外，其他勘探孔在确认达到基岩后即可终孔;当预计基础埋深以下有厚度超过3～5m且分布均匀的坚实土层 (如碎石土、老堆积土等)时，控制性勘探孔应达到规定深度外，其他勘探孔深度可适当减小;当预定深度内有软弱地层时，勘探孔深度应适当加大。

　　3、取样与测试

　　为了解岩土体的岩土工程性质在水平和垂直方向的变化规律，适当选择某些坑孔取原状土样进行室内试验和一定数量的原位测试工作，取土试样和进行原位测试的勘探孔(井)宜在平面上均匀分布，其数量可占勘探孔总数的1/4～1/2。取土试样或原位测试的数量和竖向间距，应按地层特点和土的均匀程度确定，每层土均应采取土试样或进行原位测试，其数量不得少于6个。

　　4、水文地质工作

　　调查地下水类型、补给和排泄条件，实测地下水位，并初步确定其变化幅度;必要时应设长期观测孔。当需绘制地下水等水位线图时，应统一观测地下水位。当地下水有可能浸湿或浸没基础时，应根据其埋藏特征采取有代表性的水试样进行腐蚀性分析，其取样地点不宜少于2处。

　　(三)详细勘察阶段

　　1、任务与要求

　　详细勘察一般是在工程平面位置，地面整平标高，工程的性质、规模、结构特点已经确定，基础形式和埋深已有初步方案的情况下进行的，是各勘察阶段中最重要的一次勘察，且主要是最终确定地基和基础方案，为地基和基础设计计算提供依据。该阶段应按不同建筑物或建筑群提出详细的岩土工程资料和设计所需的岩土技术参数;对建筑地基应作出岩土工程分析评价，并应对基础设计、地基处理、不良地质现象的防治等具体方案作出论证和建议，主要应进行下列工作：

　　(1)取得附有坐标及地形的建筑物总平面布置图，各建筑物的地面整平标高，建筑物的性质、规模、结构特点，可能采取的基础形式、尺寸、预计埋置深度，对地基基础设计的特殊要求。

　　(2)查明不良地质现象的成因、类型、分布范围、发展趋势及危害程度，并提出评价与整治所需的岩土技术参数和整治方案建议。

　　(3)查明建筑物范围各层岩土的类别、结构、厚度、坡度、工程特性，计算和评价地基的稳定性和承载力。

　　(4)对需进行沉降计算的建筑物，提供地基变形计算参数，预测建筑物的沉降、差异沉降或整体倾斜。

　　(5)对抗震设防烈度大于或等于6度的场地，应划分场地土类型和场地类别;对抗震设防烈度大于或等于7度的场地，尚应分析预测地震效应，判定饱和砂土或饱和粉土的地震液化，并应计算液化指数。

　　(6)查明地下水的埋藏条件。当基坑降水设计时尚应查明水位变化幅度与规律，提供地层的渗透性。

　　(7)判定环境水和土对建筑材料和金属的腐蚀性。

　　(8)判定地基土及地下水在建筑物施工和使用期间可能产生的变化及其对工程的影响，提出防治措施及建议。

　　(9)对深基坑开挖尚应提供稳定计算和支护设计所需的岩土技术参数;论证和评价基坑开挖、降水等对邻近工程的影响。

　　(10)提供桩基设计所需的岩土技术参数，并确定单桩承载力;提出桩的类型、长度和施工方法等建议。

　　2、勘探工作

　　详细勘察的勘探点布置应按岩土工程勘察等级确定。对安全等级为一级、二级的建筑物，宜按主要柱列线或建筑物的周边线布置勘探点;对三级建筑物可按建筑物或建筑群的范围布置勘探点;对重大设备基础应单独布置勘探点;对重大的动力机器基础，勘探点不宜少于3个。在复杂地质条件或特殊岩土地区宜布置适量的探井。高耸构筑物应专门布置必要数量的勘探点。详细勘察的勘探点间距可按表3确定。

　　表3 勘探点间距表

　　详细勘察勘探孔的深度自基础底面算起。对按承载力计算的地基，勘探孔深度应能控制地基主要受力层。当基础底面宽度b不大于5m时，勘探孔深度对条形基础应为基础底面宽度的3倍;对单独柱基应为15倍。但不应小于5m。大型设备基础勘探孔深度不宜小于基础底面宽度的2～3倍。对需要进行变形验算的地基，控制性勘探孔的深度应超过地基沉降计算z度，并考虑相邻基础的影响，其深度可按表4确定。当有大面积地面堆载或软弱下卧层时，应适当加深勘探孔深度。

　　三、岩土工程评价

　　房屋建筑与构筑物系指一般房屋建筑、高层建筑、大型公用建筑、工业厂房及烟囱、水塔、电视电讯塔等高耸构筑物。

　　在城市建设中，高层建筑占有相当大的比重。在国外，高层建筑起始于19世纪末期。进入20世纪，由于工业技术的进步，高层建筑发展加快，例如美国1907年在纽约建造了高度187m共47层的辛尔摩天大楼;1931年建造了高381m共102层的帝国大厦;1973年建造了高411m共110层的世界贸易中心大厦;1974年在芝加哥又建造了高443m共110层的西尔斯大楼。到目前为止，世界上已建成的最高建筑物是马来西亚吉隆坡的吉隆坡塔，总高450m共85层。我国改革开放以来的高层建筑如雨后春笋般地拔地而起，目前我国最高的建筑已超过80层，总高300m。目前对高层建筑划分的标准各国不一致，但绝大多数都以建筑物的层数和高度作为划分依据。如美国规定高度25m以上或7层以上，英国规定高度在24.3m以上，法国规定居住建筑高度在50m以上，而其他建筑高度在28m以上，日本则把8层以上或高度超过31m的建筑称为高层建筑。1972年在国际高层建筑会议上，对高层建筑的起点，统一规定为9层，其高度小于50m;超高层建筑为40层以上，其高度大于100m。我国根据目前城市登高消防器材，消防车供水能力等实际情况，参考国外高层与多层建筑的界限，确定适合我国高层建筑的起始高度为24m，其划分标准见 表4。

　　表4 我国工业与民用建筑划分标准

　　从岩土工程角度来看高层建筑的特点主要是高度大、荷重大、基础埋深大等。由于建筑物高耸，不仅竖向荷载大而集中，而且风力和地震力等水平荷载引起的倾覆力矩成倍增长，因此就要求基础和地基提供更高的竖直与水平承载力，同时使沉降和倾斜控制在允许的范围内，并保证建筑物在风荷载与地震荷载下具有足够的稳定性。另外，高层建筑的基础一般具有较大的埋置深度，有的甚至超过20m。实践证明，经济合理的基坑支护结构和严密的防护措施是高层建筑基础工程不可分割的一部分。高层建筑的基础类型，在土基中主要有箱型基础、桩基础以及箱形基础加桩的复合基础;在岩基上则一般采用锚桩基础或墩基础等。

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