李 磊
（中铁第五勘察设计院集团有限公司地质路基勘察设计院，北京，102600）
Compression Experiment Design In the Investigation of Super High-Rise Building
LiLei
(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.Ltd BEIJING 102600)
【摘 要】超高层建筑基础埋深大，基底荷载高，基底浅部土体所受的有效应力大，压缩变形明显。目前土体的压缩变形特性参数主要是通过室内压缩固结试验获取的，因此室内试验设计应紧密贴合现场工程实际，合理模拟建筑物在施工、运行期间的状况，并针对超高层建筑物的特点，分别进行一般固结试验设计、高压固结试验设计、回弹－再压缩试验设计，为计算建筑物的沉降变形提供准确的参数。
【关键词】超高层建筑；压缩；回弹；高压固结
【Abstract】High-rise building foundation buried depth, base load is high, the basal shallow soil is large, the effective stress compression deformation is obvious .At present the characteristic parameters of compression deformation of soil is mainly obtained by indoor compression consolidation test, so the indoor experimental design should fit closely the engineering practice, a reasonable simulation of the building during construction operation condition, and according to the characteristics of high-rise buildings, respectively to design general consolidation test high pressure consolidation test rebound - again compression test design, to provide the accurate parameters for calculating the settlement deformation of buildings.
【Keyword】Super High-Rise Building；Pressure；Resilience；High Pressure Consolidation
引言
超高层建筑一般是指地上40层或高度大于100m的建筑，对基底地层将产生很大荷载。建筑物结构按钢结构计，每层平均荷重约8～10KPa；按钢筋混凝土结构计，每层平均荷重约12～20KPa[1]。设某超高层建筑为40层，则钢结构的载重最低约为320KPa，钢筋混凝土结构的载重最大约为800KPa。如此大的载重作用下，基底地层将产生压缩变形。
超高层建筑因有多层地下构筑物，基底埋深大，基坑开挖深度达10～20m。假设基坑开挖深度25m，土体容重20KN/ｍ3，则卸荷量达500KPa。基坑开挖导致的土体卸荷必然引起槽底地层卸荷回弹隆起。
目前压缩变形特性等参数主要是通过室内压缩固结试验获取的，这就要求室内试验设计紧密贴合现场工程实际，合理模拟建筑物在施工、运行期间的状况，为设计提供精确的力学参数。现以北京通州某超高层建筑勘察过程中室内压缩固结试验设计为例，展开对超高层建筑勘察压缩固结试验的研究。
1．某超高层建筑场地概述
某拟建超高层建筑位于北京市通州区运河核心区，地上56层，高度250米，地下5层，基坑开挖深度20米，拟采用桩筏基础。
场地内地基土自上而下主要由人工填土层(Q4ml)、第四系新近沉积土层(Q4al+pl)、一般第四系全新统冲洪积土层(Q4al+pl)和第四系上更新统冲洪积土层(Q3al+pl)组成，粘性土、粉土与砂土相间分布，以砂土为主。地基土在水平和竖直方向上分布均匀，总体工程性质一般。
2．一般固结试验的设计
土体的压缩变形特性与地基的强度、变形密切相关，是建筑物沉降计算的依据。
室内固结试验，其实是模拟现场实际的过程，地基土层在有效应力的作用下，孔隙中水位逐渐排出、体积压缩、密度增大，因此在固结试验的设计中，应首先计算各层土体受到的最大有效应力，试验中所施加的荷载应大于最大有效应力与上覆土自重应力之和。目前室内固结试验通用的多是太沙基的一维线性固结理论[2]。
现以该超高层建筑为例，进行一般固结试验压力的设计。据设计提供资料，该高层建筑采用桩筏基础，基础长47m，宽42m，基坑开挖深度20m，基底设计标准组合荷载为1400kPa，桩长65米，地下水埋深按10m计，土体容重按20kN/m3计。采用布辛涅斯克（J.V.Boussinesq，1885）理论计算各设定深度处土体的有效自重压力与附加应力之和。所得结果如图1：
试验过程及执行标准依据《土工试验方法标准》( GB /T50123 －1999)进行[3]。
3．高压固结试验的设计
高压固结试验通常是指最大固结压力为3200kPa或为土体自重应力3～4倍的固结试验，成果为e-lgP曲线，目的是为了得出土体的固结系数、压缩指数等参数。选做试验的土体一般是基底以下附加应力主要影响深度范围内的土层，以期求得在建筑物建成后，压缩沉降稳定的时间，以及土体的应力历史。
高压固结试验的标准加荷时间为24h一级，增量比为1，即每级压力为前一级压力的两倍，即高压固结试验中，所施加的各级压力分别为25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa、1600kPa、3200kPa。稳定后终止试验，绘制e-lgP成果曲线，得出所需参数。
4．回弹－再压缩试验的设计
基坑开挖是一个卸荷的过程，土体的挖除伴随着自重压力的释放，会引起基坑底部土体的回弹，甚至隆起，回弹量的大小是判定基坑稳定性和将来建筑物沉降的重要因素之一，且基础回弹再压缩沉降占总沉降量的比例较大[4~5]。
据该超高层建筑实例，基坑开挖深度为20m，取20m～25m深度范围的土样进行室内回弹－再压缩试验。试验过程模拟基坑的开挖、填筑。取卸荷比R为
式中 为初始上覆土层荷载， 卸荷后上覆荷载[6]。
依国标采用固结仪进行回弹试验。首先分级加载至土体的有效自重压力，24小时稳定后，按卸荷比0.2进行分级卸荷，卸荷完成后，再逐级加荷至回弹起始压力，并继续加压不小两级。回弹－再压缩试验的成果为e-lgP回弹曲线，可求得基底土层的回弹指数、回弹模量、先期固结压力。
5．结论
超高层建筑的勘察过程中，固结试验的设计应根据建筑物对基底的附加荷载，基坑开挖深度，分别进行一般固结试验设计、高压固结试验设计和回弹再压缩试验设计，以期求得准确的土体压缩特性的相关参数。
参考文献：
[1]林宗元. 对超高层建筑地基勘察技术标准的设想与建议[J] 全国第三次工程大会论文选集 491～496.
[2]庄迎春. 软土非单调压缩固结试验与理论研究[D] 浙江大学博士论文 2005.01
[3]土力学与基础工程[S].中国建筑出版社 高大钊 2009
[3]中华人民共和国国家标准. 土工试验方法标准( GB/T50123－1999) ［S］. 北京: 中国计划出版社，1999
[4]张淑朝. 基坑开挖卸荷土体回弹实验研究[J] 岩土工程学报 2008.10
[5]李建民. 土样回弹及再压缩变形特征的试验研究[J] 工程勘察 2010.12
[6]潘有林 深基坑卸荷回弹问题的研究[J] 岩土工程学报[J] 2002.01
作者简介：
李磊(1983 － )，男，硕士，工程师，主要从事岩土工程勘察、设计、施工方面的工作和研究
论文作者:李磊
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/12
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