宋继博
（上海山南勘测设计有限公司，上海 201206）
【摘 要】对于超高层建筑，需要采用时程分析法进行抗震设计，宜进行场地地震反应分析，而波速测试可以提供地震反应分析所需的地基土动力参数，本文以上海某超高层建筑为例，讲述了波速测试的原理，并利用波速测试的剪切波速计算土层的动剪切模量、动弹模量和场地地基土的基本周期，为设计提供抗震设计参数和类似项目提供借鉴意义。
【关键词】波速测试；超高层；抗震设计；动剪切模量；基本周期
【中图分类号】 TU971 【文献标识码】 B
Application of wave velocity test in a super high rise building in Shanghai
Jibo Song
(Shanghai Shannan Investigation & Design Co.,Ltd. ShangHai 201206,china)
【Abstract】For super high-rise buildings, it is necessary to use time history analysis method for seismic design, and site seismic response analysis should be carried out, Wave velocity test can provide dynamic parameters of foundation soil for seismic response analysis. Taking a super high-rise building in Shanghai as an example, this paper described the principle of wave velocity test and used the shear wave velocity measured to calculate the dynamic shear modulus, dynamic elastic modulus of soil layer and the fundamental period of foundation soil. It can provide seismic design parameters and reference for similar projects.
【Keywords】Wave velocity test; super high-rise building; seismic design; Dynamic shear modulus; Fundamental period
0 引言
随着现代化的推进，超高层建筑得到了迅速发展，这给超高层建筑的设计提出新的要求，抗震设计是超高层建筑设计中的难点之一，对于超高层建筑，需要采用时程分析法进行抗震设计，宜进行场地地震反应分析，常用的方法是在代表性土层内采取土试样，进行共振柱[1-2]或动三轴试验[3]，提供土层的剪切模量比与剪应变关系曲线、阻尼比与剪应变关系曲线[4-6]。而波速测试也可以提供地震反应分析所需的地基土动力参数，本文以上海某超高层建筑为例，讲述了波速测试的原理，并利用波速测试的剪切波速计算土层的动剪切模量、动弹模量和场地地基土的基本周期，为设计提供抗震设计参数和类似项目提供借鉴意义。
1 工程概况
上海某超高层建筑位于浦东新区张江中区，建设内容为甲级办公、商业、文化、住宅、配套停车库和设备机房。总用地面积14771㎡，总建筑面积约153731㎡，其中地上建筑面积105397㎡，地下建筑面积48334㎡。本工程主要包括1幢30F办公楼(高150m)，1幢31F住宅（高96.85m），1幢25F住宅（高78.25m）以及2层地下车库。有关拟建建筑物的层数、基础埋深、基底荷载等详见下表1。
表1 拟建物性质表
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2工程地质概况
根据勘察资料显示，拟建场地深度135.00m范围内分布的土层自上而下划分为8个主要层次及亚层和次亚层。
第①1-1层杂填土：层顶标高5.60m～4.28m，平均厚度1.63m。以碎石子、砖块等建筑垃圾、生活垃圾为主，夹粘性土，局部为黑色有机质。
第①2层黑色浜土：层顶标高3.83m～1.55m，平均厚度2.19m，在暗浜区局部有分布，含大量生活垃圾，局部为碎石、砖块等建筑垃圾，土质软弱，有臭味，在暗浜区局部有分布。
第②层灰黄色粉质粘土：层顶标高3.59～1.64m，平均厚度1.53m，厚填土或暗浜区域缺失。可塑状，中压缩性，含氧化铁及铁锰质结核。
第③层灰色淤泥质粉质粘土：层顶标高1.72～-0.45m，平均厚度6.08m。流塑状，高压缩性，含云母、有机质，局部夹粉性土。
第④层灰色淤泥质粘土：层顶标高-4.42m～-6.47m，平均层厚8.44m。饱和，流塑，高压缩性，含云母、有机质。
第⑤1层灰色粘土：层顶标高为-12.69m～-15.42m，平均厚度4.87m。软塑，高压缩性，含云母、有机质，局部夹薄层粉性土及粉性团块等。
第⑤3-1层灰色粉质粘土夹粉性土：层顶标高为-17.46m～-19.25m，平均厚度14.95。可塑～软塑，中偏高压缩性，含云母，夹粉性土较多。
第⑤3-2层灰色粉质粘土：层顶标高为-32.32m～-34.42m，平均厚度3.25m。可塑～软塑，中偏高压缩性，含云母，土质较均匀。
第⑤4层灰绿色粉质粘土：层顶标高为-35.82m～-37.45m，平均厚度3.63m。可塑，中压缩性，含云母、氧化铁斑点，夹铁锰质结核，夹粉性土。
第⑦1层灰绿～灰黄色砂质粉土：层顶标高为-39.21m～-42.91m，平均厚度2.79m。中密～密实，中压缩性，含云母，局部夹少量粘性土。
第⑦2层灰黄～灰色粉砂：层顶标高为-39.48m～-45.06m，平均厚度14.41m。密实，中压缩性，含云母、主要由石英、长石组成，局部夹粉粒。
第⑧层灰色粉质粘土：层顶标高为-56.41m～-57.86m，平均厚度13.66m。可塑，中压缩性，含云母，贝壳碎屑。
第⑨1层灰色粉砂夹粘性土：层顶标高为-69.77m～-71.69m，平均厚度5.67m。密实，中偏低压缩性，含云母，颗粒成分以石英、长石为主，局部夹薄层粘性土及细砂。
第⑨2-1层灰色细砂：层顶标高为-74.67m～-77.75m，平均厚度10.43m。密实，中偏低压缩性，含云母，颗粒成分以石英、长石为主，局部夹中砂，土质不均。
第⑨2-2层灰色细砂：层顶标高为-86.73m～-88.06m，平均厚度26.80m。饱和，密实，中偏低压缩性，含云母，颗粒成分以石英、长石为主，局部夹中砂、粗砂，土质不均。
第⑨2-3层灰色中砂：层顶标高为-113.25m～-114.73m，135.00m未钻穿。密实，中偏低压缩性，含云母，颗粒成分以石英、长石为主，局部夹细砂、粗砂，土质不均。
3波速测试
3.1基本原理
波速测试是以弹性理论为依据，利用弹性波波速测试结果确定的岩土参数，可以为场地地震反应分析提供地基土动力参数，由于土的纵波速度受到含水量的影响，不能真实地反映土的动力特性[7-8]，故通常测试土的剪切波速。
3.2波速测试方法
采用单孔法进行波速测试，测试系统主要包括：仪器接收信号的探头、自动激发波速探测器、2道检波器和1个电磁式激振源。
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图1 单孔波速测试示意图
测试采用上孔法，即将自动激发波速探测器探头下放到最大测试深度，按照测试深度间隔逐步上提至孔口。具体操作步骤如下：
（1）检测仪器连接好后，将探测器探头下放到指定深度。
（2）由电源供给脉冲电流，使电磁震源激发产生沿井壁土层传播的S波，在井孔震源下方悬挂有两道检波器，S波传播到检波器位置时，通过井液耦合检波器就可以把S波的初至时间和振动波形转换成电信号，通过电缆由主机记录显示存储。由两道S波的初至时间差可计算出两道检波器之间地层的波速值。
3.3波速测试数据
根据上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2012）中的8.4.2条[9]：波速测试孔应能控制土层结构和场地内不同工程地质单元，孔深应不小于100m；当小于100m遇基岩时，应进入岩层且满足vs≥500m/s。波速测试孔的数量不应少于2个。故布置2个100m的波速测试孔，100m深度内各土层剪切波速详见下表2。
表2 各土层剪切波速测试成果表
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4 波速测试应用
4.1动剪切模量
各土层的动剪切模量可以利用上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2012）中的10.9.11-1式[9]计算。
（1）
式中：Gd为动剪切模量（kPa）、ρ为土的质量密度（g/cm3）。利用式（1）计算的动剪切模量详见下表3。
表3 各土层动剪切模量值
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4.2动弹模量
各土层的动剪切模量可以利用上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2012）中的10.9.11-2式[9]计算。
（2）
式中：Ed为动弹模量（kPa）、μ为土的泊松比，土层泊松比μ根据上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》(DGJ08-37-2012)第10.6.7条选取[9]。利用式（2）计算的动弹模量详见下表4。
表4 各土层动弹模量值
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4.3地基土的基本周期
当波速试验深度未达准基岩面时，场地地基土的基本周期可按式（4）计算：
(3)
式中：T为场地地基土的基本周期（s）、hi为第i层土的厚度（m）、n为土层数，算至第⑧层底、△T为第⑨层层顶至准基岩面之间土层的基本周期（s），为0.01H9，H9第⑨层层顶至准基岩面之间土层的厚度（m）。
表5 各土层埋深及剪切波速
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根据波速测试计算至准基岩面（剪切波Vs=500m/s时），准基岩面埋深取150m计算场地地基土基本周期[10]，利用式（3）计算的地基土基本周期见表6所示。
表6 地基土基本周期
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5 结论
（1）本文以上海某超高层建筑为例，讲述了波速测试的原理，并利用波速测试的剪切波速计算土层的动剪切模量、动弹模量和场地地基土的基本周期，为设计提供抗震设计参数和类似项目提供借鉴意义。
（2）波速测试不仅可以用来判断划分场地类别，计算建筑场地周期、岩土动力参数，还可以用来判别砂土液化和检验地基加固处理效果，所以在岩土工程勘察时，应注重波速测试的应用。
参 考 文 献
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