施 水 彬

(上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200032)

超高層“上海中心大廈”地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)要領(lǐng)

施 水 彬

(上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200032)

從地基變形、邊坡失穩(wěn)、水土突涌、砂土液化與地面沉降等致災(zāi)因素分析入手，得出上海中心大廈以地基變形為核心、邊坡失穩(wěn)為重要評(píng)估災(zāi)種的優(yōu)先序列排布，并提出了針對(duì)性的災(zāi)種控制技術(shù)要領(lǐng)。

中心大廈，地質(zhì)災(zāi)害，地基變形，邊坡失穩(wěn)

1 工程概況

上海中心大廈位于上海浦東新區(qū)陸家嘴中心區(qū)，與金茂大廈、環(huán)球金融中心成“品”字形分布。基地平面尺寸約為200 m×160 m，由1幢127層塔樓(結(jié)構(gòu)高度565.6 m、建筑高度632 m)和5層商業(yè)裙房(結(jié)構(gòu)高度35 m)組成，整個(gè)場(chǎng)地下設(shè)5層地下室，基礎(chǔ)埋深約為25 m～30 m，總建筑面積約為52萬(wàn)m2，其中地上建筑面積38萬(wàn)m2[1]。中心塔樓部分為巨型框架核心筒結(jié)構(gòu)，其樁筏基礎(chǔ)埋深約27 m～30 m。裙房部分為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深約為25 m。純地下室區(qū)域基礎(chǔ)埋深約25 m，設(shè)置抗拔樁。中心大廈地下基坑范圍大，開(kāi)挖面積約30 000 m2，平面近似矩形。塔樓區(qū)域基坑挖深達(dá)27 m～30 m，平面近似圓形，與裙房基坑挖深差達(dá)5 m。塔樓區(qū)域基坑采用明挖法施工，裙房及純地下室區(qū)域基坑采用逆作法施工。

2 災(zāi)種確定及致災(zāi)因素的區(qū)分

上海市工程建設(shè)規(guī)范DCJ 08—2007—2006建設(shè)項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)規(guī)程對(duì)主要的評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害種類(lèi)做了明確的判別定義和規(guī)避規(guī)定，下面將從五個(gè)方面分別針對(duì)上海中心大廈這一超高層建筑進(jìn)行案例分析：

1)地基變形。

上海中心大廈為超高層建筑，通過(guò)樁基將荷載傳至深部土層，若發(fā)生過(guò)大地基變形可能會(huì)危及超高層建筑的結(jié)構(gòu)安全，且塔樓、裙房和純地下室區(qū)域的荷重差異大，易產(chǎn)生較大的差異沉降。另外，基坑開(kāi)挖面積大、深度深，土體側(cè)向位移及卸荷導(dǎo)致坑底土體回彈隆起等因素，可能導(dǎo)致基坑坑壁外一定區(qū)域的地基變形。還要考慮基坑開(kāi)挖期間承壓水抽水、砂土流失、水土突涌等產(chǎn)生地基變形，甚至是陸家嘴超高層建筑密集區(qū)本身的群載效應(yīng)也會(huì)加劇本工程建設(shè)的地基變形[2，3]，在分析過(guò)程中均應(yīng)注意區(qū)分。

2)邊坡失穩(wěn)。

對(duì)于超大型深基坑開(kāi)挖，其設(shè)計(jì)、施工風(fēng)險(xiǎn)均較大，顯然，邊坡失穩(wěn)是主要災(zāi)種之一。但是邊坡失穩(wěn)的致災(zāi)因素不局限于黃浦江邊坡及本身基坑失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，工程位于陸家嘴金融中心，基坑在建項(xiàng)目眾多，應(yīng)做重點(diǎn)調(diào)查。工程緊鄰金茂大廈和上海環(huán)球金融中心兩座超高層地標(biāo)建筑，變形控制要求極高，周邊管線密集，一旦發(fā)生基坑邊坡失穩(wěn)，往往會(huì)產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)連帶風(fēng)險(xiǎn)，且危害極大，因此對(duì)范圍內(nèi)在建工程基坑邊坡的穩(wěn)定性對(duì)本工程建設(shè)的影響亦應(yīng)進(jìn)行調(diào)查、評(píng)估。

3)水土突涌。

工程場(chǎng)地第⑦1層砂質(zhì)粉土(第Ⅰ承壓含水層)層頂埋深約為28.4 m～29.7 m，裙房基坑開(kāi)挖深度約25.0 m，其下臥隔水層厚度僅3.4 m～4.7 m，塔樓區(qū)核心筒基坑開(kāi)挖深度約30.0 m，已揭穿⑦1層砂質(zhì)粉土，并且工程場(chǎng)地內(nèi)分布的第Ⅰ、第Ⅱ承壓含水層(第⑦層、第⑨層)相連通，水量極為豐富，更增加了水土突涌的危害性。由于水土突涌的突發(fā)性和危害性嚴(yán)重，水土突涌也是引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要災(zāi)種之一。因此水土突涌也是引發(fā)邊坡失穩(wěn)、地基變形的致災(zāi)因素之一。

4)砂土液化。

場(chǎng)地勘察資料顯示，20.0 m深度范圍內(nèi)未分布成層飽和的粉性土和砂土，地震液化可不予考慮，但塔樓基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)已涉及第⑦1層砂質(zhì)粉土，有可能產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致坑壁坍塌，繼而影響到周邊環(huán)境(特別是對(duì)變形敏感的地下管線)。因此砂土液化也是災(zāi)種之一，同時(shí)也是邊坡失穩(wěn)、地基變形的致災(zāi)因素之一。

5)地面沉降。

上海地區(qū)地下水開(kāi)采量的壓縮和回灌量的增加，使地下水位下降趨勢(shì)得到緩解[4]。但是密集建筑群，特別是高層建筑群的超大附加荷載以及相互應(yīng)力疊加，使壓縮土層相連成片，從而導(dǎo)致大范圍的地面沉降。由于本工程屬于超深大基坑，基坑開(kāi)挖期間需進(jìn)行大面積、長(zhǎng)時(shí)間的承壓水降水，影響面較廣，因此把它作為地面沉降的致災(zāi)因素之一來(lái)考慮，其計(jì)算模型邊界也應(yīng)擴(kuò)大至評(píng)估范圍而不是單基坑或幾倍基坑開(kāi)挖深度影響范圍。

3 災(zāi)種優(yōu)先序列排布分析

災(zāi)種之間往往相互關(guān)聯(lián)，如開(kāi)挖導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)、水土突涌也是導(dǎo)致地基變形的重要因素。上海中心大廈作為上海乃至國(guó)內(nèi)最高建筑，工程風(fēng)險(xiǎn)及難度很大，可借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)也比較少，只有明確哪一種災(zāi)種引發(fā)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性最大，以及各災(zāi)種間的優(yōu)先順序及相互關(guān)系，才能更有針對(duì)性的進(jìn)行評(píng)估工作。

在軟土地區(qū)建設(shè)中國(guó)第一的超高層摩天大樓，塔樓核心筒區(qū)域荷載極大，對(duì)樁基承載力、樁基持力層選擇、樁基變形、樁型工藝及施工質(zhì)量等等提出了極高的要求。加之裙房區(qū)域荷載不大，樁基變形量小，而塔樓區(qū)域荷載極大，如何控制兩者之間差異變形的大小，也是工程風(fēng)險(xiǎn)考慮的重中之重。因此地基變形應(yīng)該是本工程建設(shè)最為核心的問(wèn)題。

至于邊坡失穩(wěn)，主要涉及25 m～30 m的深大基坑施工，相對(duì)于建設(shè)摩天大樓引起的地基變形來(lái)說(shuō)，可借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)較多，設(shè)計(jì)及施工控制手段也較成熟，基坑開(kāi)挖引起土體側(cè)向位移、地表沉降、承壓水控制也相對(duì)容易，因此其災(zāi)種重要性要相對(duì)弱化。但是基坑邊坡失穩(wěn)又是其他災(zāi)種的致災(zāi)因素，影響面極廣，危害性極大，因此就其地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)的危險(xiǎn)性嚴(yán)重程度而言，邊坡失穩(wěn)應(yīng)該是重要評(píng)估災(zāi)種。

針對(duì)地面沉降，本工程所屬區(qū)域位置較為敏感，為建筑高度密集的陸家嘴中心區(qū)域，工程建設(shè)效應(yīng)的相互影響、相互疊加，已成為本區(qū)域工程建設(shè)的顯著特點(diǎn)，而且已成為該區(qū)域地面沉降發(fā)育的重要誘因之一，加之地下水開(kāi)發(fā)、承壓水抽取等致災(zāi)因素，地面沉降也應(yīng)著重評(píng)估。

作為災(zāi)種之一的水土突涌、砂土液化，跟所屬區(qū)域地層分布特征關(guān)系密切，即使存在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性，但由于施工經(jīng)驗(yàn)豐富、應(yīng)急預(yù)案等技術(shù)手段成熟，往往可以將災(zāi)害危險(xiǎn)性影響范圍控制到最小，因此可以將其作為次要災(zāi)種。

4 類(lèi)比鄰近工程

模型計(jì)算是地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估的重要方面，應(yīng)充分收集工程周邊的巖土工程勘察、樁基設(shè)計(jì)與咨詢(xún)、基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)及施工、地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估、地震安全性評(píng)價(jià)等等，充分利用相關(guān)成果，得出的結(jié)論往往更具可行性。

陸家嘴地區(qū)超高層建筑較多，最具參考價(jià)值的工程應(yīng)是鄰近的金茂大廈和環(huán)球金融中心，兩者的樁基持力層選擇及實(shí)測(cè)變形資料對(duì)本工程樁基變形預(yù)測(cè)分析具有重要的參考價(jià)值。環(huán)球金融中心的塔樓為101層，建筑高度492 m，樁基采用φ700鋼管樁，樁端入土深度79 m，樁基持力層為第⑨2層含礫中粗砂，單樁承載力設(shè)計(jì)值5 375 kN。根據(jù)已有沉降觀測(cè)資料，塔樓核心筒中央沉降量約為10 cm，裙房沉降量約為4 cm～6 cm；金茂大廈的塔樓88層，建筑高度420 m，樁基采用φ914鋼管樁，壁厚20 mm，入土深度83 m，樁基持力層為第⑨2層含礫中粗砂，單樁承載力設(shè)計(jì)值9 375 kN。根據(jù)已有的沉降觀測(cè)資料(1995.10～2003.4)，塔樓核心筒中心的最大沉降為82 mm，角點(diǎn)處最大沉降為44 mm。

根據(jù)對(duì)金茂大廈和環(huán)球金融中心樁基及工程竣工后產(chǎn)生的地基變形數(shù)據(jù)分析可知，對(duì)于金茂大廈和環(huán)球金融中心兩棟超高層建筑，采用鋼管樁，樁基持力層選取⑨2層粉砂夾中粗砂，其塔樓樁基沉降約在8 cm～12 cm。其為陸家嘴區(qū)域建設(shè)超高層建筑累積了樁基沉降數(shù)據(jù)，證明只要樁基方案合理，樁基沉降變形、主樓及裙樓間的差異沉降可控制在較合理的水平。

5 結(jié)語(yǔ)

1)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)性工作，特別是在建筑密集區(qū)進(jìn)行超高層建筑的工程活動(dòng)，致災(zāi)因素多，相互關(guān)系錯(cuò)綜影響，工程風(fēng)險(xiǎn)大，建設(shè)成功經(jīng)驗(yàn)少，評(píng)估工作難度較大。

2)地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估也需明確災(zāi)種的優(yōu)先順序，注意區(qū)分災(zāi)種及致災(zāi)因素的區(qū)別，應(yīng)著重評(píng)估主要災(zāi)種的危險(xiǎn)性。

3)除了建模計(jì)算等常規(guī)手段外，類(lèi)似工程的數(shù)據(jù)收集也十分重要，通過(guò)類(lèi)比，得出的結(jié)論更具針對(duì)性。

[1] 鐘正雄,施水彬.上海中心大廈地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告[R].上海:上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,2008.

[2] 張文龍.對(duì)上海市地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)種和致災(zāi)因素的探討[J].上海地質(zhì),2007(4):60-63.

[3] 龔士良.上海地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題研究[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2007,9(18):92-96.

[4] 張阿根.上海城市可持續(xù)發(fā)展與地面沉降防治管理[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2005,3(16):1-4.

Technical essentials of the geological hazard assessment of the high-rise building-“Shanghai Tower”

Shi Shuibin

(ShanghaiGeotechnicalInvestigations&DesignInstituteCo.,Ltd,Shanghai200032,China)

To the Shanghai Tower project, the foundation deformation, slope instability, soil and water outburst and sand liquefaction were investigated and the hazards mentioned would be arranged in order of priority. Then, the technical essentials by engineers to control the geological hazards were proposed.

central building, geological hazard, land deformation, slope instability

1009-6825(2017)21-0070-02

2017-05-16

施水彬(1981- )，男，碩士，工程師

P694

A