淺析工程地質(zhì)在建筑工程建設(shè)中的指導(dǎo)作用
——以永盛花園二區(qū)建設(shè)項(xiàng)目為例

李彥鳳

（安徽省地勘局第二水文工程地質(zhì)勘查院，安徽蕪湖241000）

2016年海創(chuàng)置業(yè)有限公司擬在蕪湖市九華南路以西，擬建建筑物主要為5幢高層住宅樓（30#、31#、32#、33#、43#）及地下1層地下車庫。為查明建筑范圍內(nèi)各巖土層的類型、深度、分布、工程特性和變化規(guī)律，提供地基變形計(jì)算參數(shù)、預(yù)測建筑物的變形特性、查明地下水的埋藏情況、地下水類型、水文變化幅度及規(guī)律、并明確提出地下室防水水位及抗浮計(jì)算水位、查明不良地質(zhì)作用的類型、成因、分布范圍、發(fā)展趨勢和危害程度。特委托安徽省地勘局第二水文工程地質(zhì)勘查院下屬單位安徽第二水文工程勘察院對其建筑區(qū)域展開工程地質(zhì)調(diào)查。

我院對該擬建場地進(jìn)行詳細(xì)勘察，為其提供了各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，分析和評價(jià)地基穩(wěn)定性、均勻性和承載力，對可供采用的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論證分析；對于需采用樁基礎(chǔ)，提出合適的樁型、樁端持力層、樁端進(jìn)入持力層的深度、樁周摩阻力及樁端阻力，并預(yù)估單樁承載力；論證樁的施工條件及其對環(huán)境的影響；評價(jià)地下水對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工的影響，判定環(huán)境水和土對建筑材料的腐蝕性；提供基坑設(shè)計(jì)所需的有關(guān)參數(shù)，對基坑安全等級提出建議，對基坑的整體穩(wěn)定性和可能的破壞模式作出評價(jià)；劃分場地土類型及場地類別，劃分對抗震有利、不利或危險(xiǎn)地段；對可能采用地基處理后的高層筏板基礎(chǔ)，應(yīng)針對可能采用的地基處理方案，提供地基處理設(shè)計(jì)和施工所需的巖土參數(shù)；提供樁基設(shè)計(jì)所需的全部巖土技術(shù)參數(shù)，對可能采用的樁型、規(guī)格及相應(yīng)的樁端入土深度提出建議。

1 典型實(shí)例——永盛花園二區(qū)

1.1 勘察方法

本次勘察以鉆探為主要手段，并進(jìn)行孔內(nèi)原位測試和室內(nèi)土樣測試工作。勘探點(diǎn)間距小于23m，沿建筑物的周邊布置勘察點(diǎn)。主要勘察步驟為：鉆孔定位→鉆探→原位測試→巖、土、水樣測試→室內(nèi)工作。

1.2 研究區(qū)基本情況

工作區(qū)屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，氣候特征是：氣候溫暖濕潤，四季分明，雨量充沛，日照充足。區(qū)內(nèi)年平均無霜期243d，年平均氣溫16.0℃，年最高氣溫41.0℃，年最低氣溫-13.1℃；年平均日照時(shí)數(shù)1982.2h，日照率為44.8%；多年平均降雨量1198.1mm，年最大降水量1906.5mm，年最小降水量565.7mm，日最大降水量為249.9mm。多年平均蒸發(fā)量1358.3mm，多年平均相對濕度82%。區(qū)內(nèi)全年降水各月分配不均，5～8月為豐水期，降水量占全年降水量的60%～70%，9～11月及翌年3～4月為平水期，12～2月為枯水期。

擬建場區(qū)地層結(jié)構(gòu)較簡單，主要為第四系上更新統(tǒng)沖和三疊系上統(tǒng)東馬山組，巖性主要為粉質(zhì)粘土、粘土、中風(fēng)化灰?guī)r等。擬建場區(qū)位于淮陽山字型前弧東翼，廬樅火山巖盆地南部，構(gòu)造較簡單，斷裂、褶皺構(gòu)造不發(fā)育。距擬建場區(qū)最近的區(qū)域斷裂構(gòu)造主要有宿松—樅陽斷裂、青陽—廣德斷裂，兩斷裂呈北東向展開，距擬建場區(qū)較遠(yuǎn)。以上斷裂活動強(qiáng)度不高。本次勘察未發(fā)現(xiàn)晚更新世以來活動斷層。區(qū)域地殼總體相對穩(wěn)定。

擬建場地水文地質(zhì)條件中等復(fù)雜，地下水類型可分為第四系松散巖類孔隙潛水和碳酸鹽巖裂隙巖溶水兩個(gè)類型。松散巖類孔隙潛水主要賦存在第四系上更新統(tǒng)的粘性土中，富水性較差。碳酸鹽巖裂隙巖溶水賦存于三疊系上統(tǒng)東馬山組中風(fēng)化灰?guī)r中，巖溶較發(fā)育，多呈溶溝、溶槽及溶洞的形式，本區(qū)巖溶裂隙水較發(fā)育。場區(qū)內(nèi)上更新統(tǒng)為粉質(zhì)粘土、粘土覆蓋，該層富水程度低，含水貧乏，透水性低，據(jù)區(qū)域資料，單井涌水量小于100t/d，粘土層滲透系數(shù)K值小于6×10-6cm/s。據(jù)本次勘察所取水樣水質(zhì)分析報(bào)告，地下水類型為HCO3-Ca型。擬建場地環(huán)境類型為Ⅱ類。

場地范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地面沉降、土洞、滑坡等不良地質(zhì)作用，場地內(nèi)巖溶較發(fā)育，范圍較廣，所施工鉆孔中淺層巖溶發(fā)育，部分巖芯溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，溶洞充填物以硬塑粘土和軟塑粉質(zhì)粘土為主。

1.3 研究區(qū)巖土層劃分及分布

根據(jù)本次勘察資料，依據(jù)各巖土層物理力學(xué)特征，擬建場地可劃分為4個(gè)巖土層，各巖土層分布情況見工程地質(zhì)剖面圖。其工程地質(zhì)特征分述如下：

①層素填土：灰色，松散，濕，主要成分為粉質(zhì)粘土，夾少量碎石、磚塊。層底埋深0.20～4.50m，層底高程8.10～14.23m，層厚0.20～4.50m。該層場地內(nèi)局部分布。

②層粘土：灰黃—棕紅色，硬塑，局部可塑，濕，含鐵錳結(jié)核，見灰白色高嶺土條帶，干強(qiáng)度中等，中等韌性，稍有光澤。層底埋深0.50～20.10m，層底高程-8.69～9.49m，層厚0.50～19.40m。該層實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)平均值為18.9擊，本層在場地內(nèi)除ZK11、ZK15孔缺失外均有分布。

②-1層粉質(zhì)粘土：灰色，可塑，濕，含鐵錳結(jié)核，見灰白色高嶺土條帶，切面光滑。該層為②層粘土層中夾層，層底埋深3.50～14.00m，層底高程-2.62～9.04m，層厚1.50～4.20m，厚度變化較大。該層實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)平均值為6.8擊，本層在場地內(nèi)分布不連續(xù)。

③層中風(fēng)化灰?guī)r：青灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中薄層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，柱長10～30cm。該層未揭穿，層頂埋深0.20～31.50m，層頂高程-8.69～9.50m，揭露層厚0.20～8.60m。飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為42.95MPa。巖石堅(jiān)硬程度屬較硬巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ類。

1.4 研究區(qū)巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

本次勘察各巖土層中均采取了原狀土樣，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，獲取了各土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，并按《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）（2009版）要求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對場區(qū)內(nèi)粘土及粉質(zhì)粘土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，實(shí)測數(shù)據(jù)粘土：統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)59個(gè)，最大28擊，最小10擊，平均18.88擊，變異系數(shù)為0.169，標(biāo)準(zhǔn)值18.17擊；粉質(zhì)粘土：統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)6個(gè)，最大8擊，最小6擊，平均6.83擊，變異系數(shù)為0.110，標(biāo)準(zhǔn)值6.21擊。對巖石飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得出，中風(fēng)化灰?guī)r：飽和單軸抗壓強(qiáng)度最大值84.3MPa，最小值25.9MPa，平均為46.78MPa。變異系數(shù)為0.33，標(biāo)準(zhǔn)值42.95MPa。

2 巖土工程分析與評價(jià)

根據(jù)本次勘察鉆孔資料，室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)綜合分析，擬建場地地層結(jié)構(gòu)較簡單，各巖土層的工程特征評價(jià)如下：①層素填土，松散，為新近回填土，厚度較小，僅ZK42孔厚度較大，達(dá)4.5m，力學(xué)強(qiáng)度低；②層粉質(zhì)粘土，硬塑，局部可塑，場地內(nèi)分布均勻，中等壓縮性，力學(xué)強(qiáng)度較高，為良好的天然地基持力層，可作為建筑物持力層；②-1層粉質(zhì)粘土，可塑，局部軟塑，為②層粘土夾層，分布不均勻，厚度變化較大，中等壓縮性，力學(xué)強(qiáng)度較低，可作為荷載較小建筑物持力層；③層中風(fēng)化灰?guī)r，場地內(nèi)均有分布，巖石堅(jiān)硬程度屬較硬巖，力學(xué)強(qiáng)度高，為良好的樁端持力層。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50021-2010第4.1.6條有關(guān)規(guī)定結(jié)合區(qū)域地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，場地20m深度范圍內(nèi)土層主要為粘土、粉質(zhì)粘土，每棟樓選取1孔進(jìn)行波速測試，按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010），根據(jù)波速測試結(jié)果得出等效剪切波速平均值253.38m/s，場地北部根據(jù)鉆孔巖土揭露顯示覆蓋層厚度小于5m，場地類別為Ⅰ1類，其余地段場地覆蓋層厚度大于5m，場地類別為Ⅱ類。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）的有關(guān)規(guī)定，本區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速值為0.05g。土的類型②層為中硬土，②-1層為中軟土，③層為巖石。場地類別為Ⅰ1和Ⅱ類，為抗震一般地段。場地特征周期為0.35s。

3 工程地質(zhì)指導(dǎo)作用

3.1 天然地基分析

根據(jù)場地的工程地質(zhì)條件和擬建工程的安全等級及沉降的敏感性，建議②層粘土作為基礎(chǔ)持力層。根據(jù)場區(qū)內(nèi)鉆孔反應(yīng)，部分地段②層粘土厚度變化大或缺失，且③層中風(fēng)化灰?guī)r淺表巖溶較發(fā)育，局部溶洞頂板厚度小于1m，地表溶溝、溶槽發(fā)育，不宜采用天然地基，建議采用樁基。如采用筏板基礎(chǔ)，需清除①層素填土及溶溝、溶槽充填土，以素混凝土回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

表層素填土厚度一般為0.7～1.4m，為新近回填土，松散，力學(xué)強(qiáng)度低，不能直接作為擬建建筑物持力層和下臥層，施工時(shí)應(yīng)予以清除。再以素混凝土進(jìn)行回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。根據(jù)各巖土層的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011），經(jīng)綜合分析，提供各巖土層天然地基設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 天然地基設(shè)計(jì)參數(shù)

擬建場地地層結(jié)構(gòu)較簡單，土層層面起伏不平緩，基巖面局部起伏較大，且垂直方向巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)差異較大，巖溶發(fā)育，屬不均勻地基。

3.2 樁型選擇

各種樁型的適用地層及優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)參見表2。通過對比，結(jié)合場地地質(zhì)情況及當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)，建議采用鉆孔灌注樁，以③層中風(fēng)化灰?guī)r作為持力層。場地巖溶較發(fā)育，樁基施工時(shí)樁端應(yīng)穿過溶洞底板，進(jìn)入完整基巖0.5m且樁底穩(wěn)定基巖深度不小于2m。

表2 不同樁型比較分析

根據(jù)場地工程地質(zhì)條件及各土層的工程特性分析，采用鉆孔灌注樁具有較好的成樁條件。由于場地地下水水位較高，水文地質(zhì)條件中等復(fù)雜，對樁基設(shè)計(jì)和施工存在一定的不利影響，可能會引起塌孔、泥漿粘度降低等，故樁基設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)慎重考慮，采取措施。另場地內(nèi)巖溶發(fā)育，過度抽取地下水可能會引起巖溶塌陷等問題而造成地基基礎(chǔ)的破壞，因此應(yīng)控制地下水的開采。

3.3 基坑工程

（1）基坑工程巖土層結(jié)構(gòu)和工程條件。擬建場地基坑范圍為30#、43#樓，基礎(chǔ)埋深5.3m，30#場地高程為11.38～14.93m，±0.0標(biāo)高為15.0m，43#場地高程為9.85～11.58m，±0.0標(biāo)高為14.8m，場地整平施工以挖方為主。基坑持力層可選在②層粘土上。若基坑工程失穩(wěn)或過大變形對建筑物周邊設(shè)施有影響?；影踩燃墳槎??；趲r土結(jié)構(gòu)為①層素填土、②層粘土，②層粘土為微—弱透水層，滲透系數(shù)（0.25～2.75）×10-6m/s，基坑不會產(chǎn)生大的涌水量，只需在開挖過程中設(shè)置集水井排水?；釉陂_挖過程中引起地下水位下降，會對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。

（2）地下室抗浮評價(jià)。擬建場地地下水位較高，地下水類型為松散巖類孔隙水，②層為弱含水層。地下水位一年四季變化大。根據(jù)長觀資料及本次勘察成果，地下水抗浮水位根據(jù)《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》（JGJ72-2004）第8.6.2條規(guī)定，建議抗浮水位標(biāo)高為11.5m。

（3）施工建議。土方開挖前施工單位應(yīng)編制嚴(yán)密的施工組織設(shè)計(jì)，經(jīng)設(shè)計(jì)及相關(guān)單位認(rèn)可后方可施工。挖土流程、順序及方式應(yīng)嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行，不得超挖，開挖面高差應(yīng)控制在1m以內(nèi)，并宜按不大于1∶1.5放坡；基坑應(yīng)按分層、分段、對稱、均衡的原則開挖，在開挖過程中，施工單位應(yīng)采取有效措施，確保邊坡留土及動態(tài)土坡的穩(wěn)定性，慎防土體的局部坍塌造成現(xiàn)場人員損傷和機(jī)械的損壞。施工時(shí)，應(yīng)在坡頂、坑底采取有效的截、排水措施。開挖至坑底后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行混凝土墊層和主體地下結(jié)構(gòu)施工；基坑開挖與支護(hù)結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)，必須進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移監(jiān)測和基坑開挖影響范圍內(nèi)建筑物地面沉降監(jiān)測；應(yīng)先清表進(jìn)行基坑施工，再進(jìn)行回填、分層壓實(shí)?；靥罴皦簩?shí)過程中應(yīng)注意填土的側(cè)壓力對基礎(chǔ)及基坑側(cè)壁的影響。

3.4 場地穩(wěn)定性、均勻性評價(jià)

場地為6度設(shè)防區(qū)，地下水動力活動影響擬建工程的穩(wěn)定，巖土層結(jié)構(gòu)較簡單，場地內(nèi)各巖土層層位較穩(wěn)定，厚度變化大，巖溶發(fā)育，為抗震一般地段，擬建場地內(nèi)地質(zhì)環(huán)境變化不大，所有工程巖土層相似，為不均勻地基，場地穩(wěn)定性一般。

4 結(jié)論

擬建場地抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，特征周期0.35s，場地北部場地類別為Ⅰ1類，其余地段場地類別為Ⅱ類，為抗震一般地段，不均勻地基，適宜本工程建設(shè)；擬建場地地下水和土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性；擬建32#、33#、43#樓宜選用天然地基，推薦筏板基礎(chǔ)，建議選用②層粘土作為基礎(chǔ)持力層。30#、31#樓推薦選用樁基礎(chǔ)，樁型宜選用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，以③層中風(fēng)化灰?guī)r作為持力層。31#樓如采用筏板基礎(chǔ)，需清除①層素填土及溶溝、溶槽充填土，以素混凝土回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。