高层建筑勘察规范|第四节　高层建筑勘察

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上海市最早建造的高层建筑，是民国2年（1913年）建成的有利大楼和亚细亚大楼，都是8层，高度分别为29米、33米，采用桩基础。20～30年代，是上海高层建筑建设兴旺时期，共建成各类高层建筑91幢，最高建筑为民国23年建成的国际饭店，24层，高83.8米。对一些重大的高层建筑曾做过简易地基勘察和桩的静载试验，但资料多为承包工程设计施工的外商掌握。解放后，上海高层建筑起步于70年代，大发展于80年代末，特别是1990年浦东开放以后。截止1995年，已建成各类高层1500余幢，68～88层超高层大厦正在施工中。相应的勘察技术在20多年来有很大的发展。承担高层勘察任务的单位有上海民用院、上海勘察院、中船勘察院、华东电力院等。

1973年，上海民用院负责勘察、设计的康乐大楼，为12层住宅，板墙框架结构，箱形基础，基底平面尺寸为69.64米×14.1米，砌深5.8米，以淤泥质粉质粘土为地基持力层，基底有效压力85千帕。为取得箱形基础在上海软土地基建造的工程经验，由北京建筑科学研究院地基所、上海市政工程研究所、同济大学地基教研组、上海民用院、上海市第四建筑工程公司合作，进行了系统的地基应力和沉降观测工作，在基底土体中埋设了大量压力盒，箱基底板中埋钢筋应力计。地基变形观测自1974年7月19日基坑开挖观测基底土体回弹开始，至每层加高建成，直到1979年3月13日为止，经历了1698天，观测趋于稳定沉降值为16厘米，计算值为21厘米，取得极有价值的观测数据。接着，四平大楼（12层）、华盛大楼（12层）、胸科医院大楼（10层）先后建造，均采用箱形基础，砌深5米左右，都进行了系统地基反力，沉降观测工作，其中胸科医院大楼位于上海市西区，箱基砌置在高压缩性淤泥质粘土层上，建成后，累积沉降大于35厘米（大于计算沉降值），但未影响正常使用。陆家宅5座13层高层住宅，采用箱形基础，箱基置于厚约8米的砂质粉土、粉砂层上，其下为淤泥质粘土层。1978年该高层群建成后，基础稳定沉降值7厘米左右。70年代上海地震基本烈度按6度计，所以对此粉砂层未作液化判定。

1979年，上海轻工院负责勘察设计的中国钟厂钟壳大楼，位于肇嘉浜路，8层箱形基础兼地下室，基础座落在厚层的淤泥质粘土层上。埋设了压力盒、深层标，进行了基底压力地基变形观测。由于该区淤泥质粘土层软弱，产生沉降值50余厘米，引起不均匀沉降，大楼向西北倾斜，后进行纠偏处理，恢复正常。70年代期间，采用箱形基础建造的高层建筑还有长阳饭店（10层），共和新路住宅楼4幢（9层）等。在上海软土地基采用箱形基础，建造8～14层高层建筑的勘察设计经验有：要着重查清地基的不均匀性，每幢高层建筑物勘察孔不得少于5个，其中控制孔不少于2个，宜采用原位测试验证和补充钻孔资料的不足，在平均地下水（潜水）位以下的箱基部分应扣除浮力，以使基底有效压力减少，基底有效压力应根据土质情况，控制在40～80千帕，下卧层强度宜控制在πcu公斤/平方厘米以内，其中cu为软粘性土不固结快剪强度值；基础平均沉降量不宜大于35厘米，横向整体倾斜的计算值按建筑物的高度，取值不宜大于3～4‰等。这些经验均编入1980年国家建筑工程总局批准颁发的《高层建筑箱形基础设计与施工规程》（jgj6-86）内。1980年，由上海工业建筑设计院负责编制《上海市软土地基上高层建筑箱形基础（天然地基）设计试行规定》（dbj08-1-81），内容包括地基勘察、基础设计、施工3个主要方面，适用于14层以内高层建筑物。经上海市建委于1981年组织评审，1982年3月正式批准试行。

上海地区超过14层的高层，基本采用桩基础。70年代中后期上海民用院完成了漕溪北路高层（16～17层）住宅群、乌镇路6幢20层高层住宅群、曹杨路20层北海饭店等勘察设计。桩的类型多为预制桩。1981～1982年建设的上海宾馆是当时上海最高的建筑，基础为箱基加桩基，高90.5米，26层。开挖深度8米，用截面450毫米×450毫米、长40.5米的钢筋混凝土预制桩，打入至－44.85米，穿过暗绿色粘土层，进入其下灰绿色粉细层内1米，单桩容许承载力达140吨，建成后实测沉降12厘米。70年代后期，上海勘察院、中船勘察院分别研制液压和机械传动的深层静力触探设备，贯入深度可达60～70米，有效提高了中——长桩基勘察测试水平。1982年，同济大学等5个单位，继续完成以静力触探估算打入桩单桩极限承载力的科研成果，充实了估算≥30米长桩承载力的内容，该成果被迅速推广应用，为勘察设计、施工单位熟悉认同。结合在宝钢工程勘察中已掌握应用过深层钻探取土技术、深层连续标准贯入试验、室内精密力学试验等技术，相互配套应用，已能适应重大超高层地基勘察的技术需要，满足国内外设计单位所提出的技术要求，并渐趋完善。

1980年，上海勘察院承担了上海电信大楼（地上21层，地下3层）和联谊大厦（29层，地下1层）勘察任务，这是当时上海最高建筑。上海勘察院组织全院最强技术力量，并走访国内有名地基专家，确定了勘探方案。勘察中，采用深层静力触探、连续标准贯入试验、现场抽水试验（浅井简易抽水试验和多降深群井抽水试验）、前期固结压力试验等原位测试和室内试验技术，确定桩基和深基坑设计所需的地基参数，取得高层地基许多开创性勘察经验。同年，华东电力院勘察处承担华亭宾馆地基勘察任务。主楼28层，高90米，地下1层，最大挖土深度10.7米，副楼4层。工程勘察中，进行了深60～100米全断面取芯钻探，查出深50～60米粉砂层粘性土夹层；采用深层静力触探试验，最深贯入深度为66米，贯入中密粉砂层内16米；进行了70米深连续标准贯入试验。还进行了十字板剪力试验、块体自由振荡试验，以测定土层动态抗压系数。注水试验，测定开挖基坑土体的渗透系数。水力破裂试验，测定13米以内各土层的静止土压力系数。室内试验对各土层进行了三轴不排水剪力和先期固结压力等力学试验。根据以上多种原位测试和室内力学试验，综合确定高层地基深基坑、桩基设计所需的动静地基力学参数，进行了岩土工程评价，应用静力触探比贯力，估算打入桩单桩极限承载力的科研成果，提出最佳持力层和钢筋混凝土单桩承载力的明确建议。根据比贯入阻力和标准贯入击数，提出了沉桩可能性的分析与判断。对开挖基坑临时边坡支护的稳定性进行了验算，提出了场地地基深101.2米内土体的卓越周期，供高层结构抗震设计用。对打桩和井点抽水对邻近建筑的影响，提出了建议。华亭宾馆于1983年施工，1987年建成。该勘察获1991年国家优秀勘察金质奖。

1984年，上海民用院承担了静安希尔顿酒店地基勘察任务。该楼42层，由港人设计，港方派人在现场监督勘察，并带来部分勘察设备。该院精心组织，高效完成任务，勘察周期仅为规定时间的80%。所做工程地质钻孔，深达122.5米，是当时钻孔深度的最高纪录。高压固结压力最大达128公斤/平方厘米，直接剪切试验垂直压力最大达6公斤/平方厘米，在当时都是少见的。该勘察获1989年国家优秀勘察银质奖。1987年，上海勘察院承担了花园饭店工程地质勘察。该楼34层，由日本投资。地质钻孔最大孔深120米，按日方要求，标准贯入试验深度要达120米，静力触探孔深度73.5米。为保证孔的垂直度，采用了下套管的工艺措施，反复下了5次套管，达到预定深度，创造了上海静力触探的新记录。随后，上海勘察院接受日方委托，在1986～1994年，进行了施工期及使用期的岩土工程监测。主要有：建立深达75米的沉降观察基准点，对周围建筑物、煤气管、上水管、钢板桩头部和背部的水平、垂直位移，建筑物倾斜和裂缝观测，钢板桩的变形及在开挖支撑处的位移观测，地基土孔隙水压力观测，地基土土中变位观测，侧向土压力、基坑外围地下水位、建筑物和地基土分层沉降观测，基础底板钢筋应力、钢管桩桩头应力观测等项目。测试手段之完整，在上海高层施工中是少见的。沉降观测基准点及分层沉降标的深度都开创了新记录。通过这一监测活动，较全面地提高了监测技术和方法，对在建筑物密集地段，解决深基坑施工的技术难点，积累了经验。该监测获1990年上海市优秀工程三等奖。来源：考试大

90年代，上海勘察院还完成国际贸易中心大楼（地上37层）、锦沧文华大酒店（地上30层，地下2层）、新锦江大酒店（地上43层，地下1层，高153.4米）、上海商城（48层，高164.8米）；上海民用院还完成瑞金大厦（27层）、业泰广场（28层）、罗马花园（16～17层）；中船勘察院完成包兆龙图书馆（20层）、联合大厦（36层，地下1层）、物资贸易中心大厦（31层，地下2层）、金桥大厦（30层，地下2层）等约300余幢高层和超高层建筑的地基工程勘察任务。其中不少获市优秀勘察二、三等奖。1984年，中船勘察院承担的上海电影艺术中心桩基施工监测，获1991年国家优秀勘察铜质奖。

上海高层建筑地基勘察的方法，自1980年开始经勘察单位探索，到80年代中期，趋于统一和成熟。随着高层建设的发展，推动了深孔钻探，深层原位测试、土工试验技术的提高与发展，加深了岩土工程勘察观点，并开拓了环境监测、动力测桩等新业务。80年代取得的主要经验是：对重大单体超高层和高层群工程地基勘察，初勘时布置少量控制性钻孔和静力触探与标准贯入试验孔。控制性取试样钻孔，应超过拟定桩基受压层一定深度，对30层或以上的高层，孔深一般为80～100米。静力触探孔，应贯入拟定桩基持力层一定深度，一般贯穿埋深30余米以下粉砂层（⑦层），到埋深50米以下粉、细砂层（⑨层）内，贯入深度一般为50～70米或以下不等。标准贯入试验一般结合钻孔，在砂层中进行，或者按控制性孔深进行连续性标准贯入试验。详勘时每幢高层建筑的勘探点不应少于5个，其中静力触探孔不少于2个，其他原位测试项目可结合钻孔或专门进行。高层建筑基础，采用箱基加桩基，常见30层或以上高层建筑，基坑开挖深8～13米，采用大于30米以上的长桩。以静力触探比贯入阻力结合土的物理力学性质，标准贯入试验击数，是确定桩基持力层、估算单桩极限承载力、判定沉桩可能性等方面的主要依据。由于第⑦2层粉细砂层有较高的端阻力，一般以该层上半部⑦1层和下半部⑦2层，分别作为≤24层和≥30层的高层建筑最适当的桩基持力层。对重大深基坑开挖设计，一般尚须进行十字板剪力试验和注（抽）水试验，以准确测定土体的自然强度和渗透系数。对近40层或更高的超高层建筑，一般要进行跨孔法剪切波速测定试验，以确定各土层动力参数和地基卓越周期，供抗震设计用。土工试验除进行常规土的物理力学性质试验外，尚应测定开挖深度内土的静止侧压力系数、各粘性土层三轴不固结不排水剪力试验，提供拟定桩基下土层的压缩模量，或进行高压固结试验，提供压缩系数、超固结比供桩基沉降计算用。对重大超高层建筑地基勘察报告，一般应按岩土工程勘察报告要求编写，充实地基与基础分析和评价内容，根据综合考虑确定的地基参数，对桩基方案持力层的选定，桩基沉降估算、沉桩判定，深开挖设计与基础施工及其对环境影响等，进行评述与分析，提出确切的结论建议。这些有效方法和经验，都已编入1989年颁发的《上海市地基基础设计规范》内。

1986年以前，上海高层建筑一般均采用打入式预制钢筋混凝土桩或钢管桩，由于高层建筑多位于市区建筑及地下管道密集区，打桩与深开挖施工降水，对周围环境产生不利影响，为此，上海勘察单位于80年代初便开展了高层建筑施工环境监测业务，对施工期间周围地表、土体位移进行观测，成为市区高层建筑施工不可缺少的工作环节。1986年以后，由于新的钻孔灌注桩施工工艺研制成功，市区高层建筑便迅速推广采用钻孔灌注桩，以减少对周围环境的不利影响。为了检验钻孔桩桩身施工质量和承载力，由此开展了大小应变动测桩试验业务，尤其以小应变动测检验桩身质量成为不可缺少的工序。重大高层建筑采用打入桩，一般要进行静载荷试验，核实所估算的单桩承载力，采用钻孔灌注桩后，一般均需进行桩的静载荷试验检验。为此桩的静载试验成了量大面广的试验项目。

进入90年代，上海高层建筑仍方兴未艾，且规模加大，高度增高。80年代总结的勘察经验得到全面贯彻，有些技术又有新的发展。

1991年上海勘察院完成上海东方明珠广播电视塔勘察任务。该塔高468米，属超高、超重、超大的复杂构筑物，对地基土强度和变形要求很高。上海勘察院利用陆家嘴小区规划的地质资料，安排了初勘和详勘方案。工程勘察除一般钻探取土和常规试验外，还布置了静力触探、标准贯入、十字板、现场抽水试验，跨孔波速及地脉动试验，室内静止侧压力系数试验，共振柱及动三轴试验等。跨孔波速试验深度达80米，创造了当时上海最深纪录。在技术措施上，采用电火花震源，用钻孔方位测斜仪校正孔斜，保证了测试精度。勘察报告根据地层分布和工程特性，建议⑦2粉细砂层为桩基持力层，为设计采纳。实践证明桩基选择符合经济、安全、合理、可靠的建设要求。该勘察获1994年上海市优秀勘察一等奖。项目负责人施开林。

1993年，上海勘察院承担勘察的浦东金茂大厦，是上海在建的最高建筑，地上88层，高420.5米，地下5层，开挖深度18米。这项工程对所有勘察要求都很高，特别引人注目的是旁压试验。上海勘察院顾国荣副总工程师利用国产仪器进行改进，成功地将旁压试验深度达到地面下135米，创造了全国之最。连美国设计专家也说，他们从未做过如此深的旁压试验，没想到中国有如此高水平的岩土工程队伍。90年代中期进行勘察的超高层建筑，还有中船勘察院承担的68层协和大厦。这些超高层建筑一般以埋深50米以下的密实细、中砂层（第⑨层）为桩基持力层，勘察的孔深达120～150米，进一步发展了深层土体的钻探、取土和测试技术，使上海岩土工程达到或接近世界先进水平。

1994年，上海民用院承担勘察的南京西路商业办公大楼（恒隆广场），是两座大楼加两区裙房的建筑群，拟建第一办公大楼地面以上62层，第二办公大楼36层，a区裙房5层。两大楼和裙房不设沉降缝，为整块基础。拟建物有2层地下室，深10.5米。基础底板厚度4～6米。由于基底荷重相差很大，最高楼达1300千帕，最低裙房（b区）仅80千帕，对勘察提出了极高要求。上海民用院利用了齐全的现场钻探和测试手段，有取土孔、标准贯入试验孔、静力触探孔、注水试验、十字板剪切试验、旁压试验、波速试验、地脉动等。室内土工试验也项目齐全，除常规的物理力学性试验外，还有高压固结试验、渗透试验、静止压力系数试验、无侧限抗剪强度试验、三轴uu、cu试验。工程地质钻孔最深达170米，创上海市浦西地区最深记录。旁压试验孔深130米，最大试验压力70千帕，在国内也是少见的。

1995年底～1996年3月，上海勘察院完成上海环球金融中心勘察任务。该项目位于浦东陆家嘴金融贸易开发区z4-1地块，建筑物主楼高度460米，地上95层，地下3层，建成后为世界建筑之最。这次勘察的主要目的是查清场地的地基土结构及其力学性质（静态、动态），为超高层建筑及其周围设施的设计和施工提供资料，并作出工程评价。勘察中，有多项原位测试及钻探深度创下了上海地区工程地质勘察史的新记录，主要的有：钻探深度277.8米（进入花岗岩0.8米），土体弹性波速试验深度250米（用悬挂式p-s检层仪），标准贯入试验深度150米，静力触探试验深度90米，地脉动试验深度82米。还进行了100米深的旁压试验、现场十字板试验、钻孔降水头注水试验、电测井及孔径测斜工作。为结构抗震分析，考虑了上海市及邻近地区地质构造和地震活动情况，进行了工程场地地震效应和设计反应谱的分析、计算，并首次作了桩顶在轴向荷载作用下，桩土间应力应变变化规律的室内光弹模型试验。

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