軟硬夾層工程地質(zhì)勘察方法及建設(shè)方案的選取

李志洪

摘要：本文通過對(duì)軟硬夾層工程地質(zhì)勘察的描述，詳細(xì)介紹了勘查中建設(shè)方案的選擇，包括如何選擇基礎(chǔ)類型，進(jìn)行基坑支護(hù)與降水，結(jié)合野外實(shí)際施工工藝，提出一些看法，以及在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中需要充分考慮的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：軟硬夾層；巖土工程；勘察方法

1.工程概況

擬建場(chǎng)地位于廣東惠州大亞灣區(qū)大亞灣文化體育活動(dòng)中心、石化大道北側(cè)，中興中路北段東側(cè)，緊鄰東側(cè)新天名城及北側(cè)惠州崗宏房地產(chǎn)開發(fā)有限公司用地。擬建項(xiàng)目規(guī)劃用地總面積為66155.0m2，建筑退線面積為42916.0m2，地上建筑總基底占地面積為17890.0m2，地下建筑總基底占地面積約為47055.0m2，現(xiàn)勘察面積約為49800.0m2。擬建建（構(gòu)）筑物為9幢22層～48層的高層至超高層建筑；其中1#為45層～48層，層高140.10m～149.10m，附1～3層的商業(yè)裙樓；2#為22層，層高80.60m；3#～9#為32層，層高99.80m；2#～9#均附2層商業(yè)裙樓，裙樓層高9.60m；另在該擬建場(chǎng)地設(shè)置兩層地下室，單層面積約47055.0m2，共層高7.65m。

2.勘察方法

根據(jù)勘察任務(wù)和規(guī)范要求及甲方所提供的鉆孔平面布置圖內(nèi)的鉆孔平面位置，本次勘察在擬建場(chǎng)地布置鉆孔共203個(gè)（含9個(gè)剪切波速度測(cè)試鉆孔）和抽水試驗(yàn)鉆孔8個(gè)及場(chǎng)地微振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)9個(gè)，其中控制性鉆孔（技術(shù)孔）103個(gè)，一般性鉆孔（鑒別孔）100個(gè)，因受場(chǎng)地情況限制個(gè)別鉆孔稍作了適當(dāng)?shù)奈灰?。此次勘察采用大亞灣?dú)立坐標(biāo)系，高程為56黃海高程，鉆孔平面位置是根據(jù)甲方提供的鉆孔平面布置圖內(nèi)的鉆孔坐標(biāo)由我院采用GPS和全站儀實(shí)地放測(cè)。鉆探施工共采用13臺(tái)（套）XY-150型液壓工程鉆機(jī)進(jìn)行鉆探工作，采用擊進(jìn)、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、壓進(jìn)等孔底鉆孔環(huán)狀切割全取芯法的鉆探技術(shù)和使用泥漿或套管護(hù)壁等施工工藝，基巖的鉆探使用硬質(zhì)合金鉆頭或金剛石鉆頭鉆進(jìn)。巖土層分層描述結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查、巖土芯目視/手工測(cè)試鑒別、原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和室內(nèi)土工測(cè)試為基礎(chǔ)，按規(guī)范要求經(jīng)綜合整理而成巖土工程勘察報(bào)告。每個(gè)鉆孔終孔24h后，用鋼尺測(cè)定地下水穩(wěn)定水位。

3.研究區(qū)巖土層特征

根據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)地巖土層按成因類型、物質(zhì)成分自上而下為第四系人工填土層（Qml）、濱海沉積層（Qm）、沖洪積層（Qal+pl）、殘積層（Qel）和白堊系（K）砂礫巖等五大類。

①素填土：褐紅色，成分主要由砂礫巖風(fēng)化土和碎塊石及少量大塊石（局部較多）、植物根莖等組成，土質(zhì)不均勻，為人工堆填而成，稍濕—濕，局部很濕，松散，未固結(jié)，屬新近填土，另局部頂部約20cm～40cm為耕土。該層在所有鉆孔中均有揭露。因場(chǎng)地內(nèi)含較多不規(guī)則狀的砂礫巖巖塊及大塊石，則導(dǎo)致部分標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)（N′）較離散且偏大。

②淤泥質(zhì)土：灰黑—深灰色；流塑；成分主要由粉粒和黏粒組成，含少量有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)和貝殼碎屑、中細(xì)砂等，局部含較多中細(xì)砂或粗礫砂及見局部偶夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土薄夾層；具腥臭味；土質(zhì)較均勻。該層在所有鉆孔中均有揭露。

③-1粉質(zhì)黏土：淺黃—褐黃色；可塑；成分主要由粉粒和黏粒組成，含少量石英質(zhì)砂粒；黏性一般；無揺震反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度、韌性中等；土質(zhì)較均勻。該層在鉆孔中有揭露。

③-2粉土：淺黃—褐黃色；密實(shí)；濕—稍濕；成分主要由粉粒組成，含少量石英質(zhì)砂粒；揺震反應(yīng)中等，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度、韌性低；土質(zhì)較均勻。

③-3粗砂：灰白—灰黃、褐黃色等；中密為主，局部稍密；飽和；成分主要以石英質(zhì)粗砂為主，呈次圓棱角狀和次棱角狀，含較多中細(xì)砂和粉黏粒及少量礫砂等，顆粒不均勻，級(jí)配較差。

③-4卵石土：褐黃～灰白色等；中密為主，局部稍密或密實(shí)；飽和；成分主要以石英和粉砂巖為主，未風(fēng)化，粒徑約20mm～80mm不等，個(gè)別大于100mm，磨圓度較好，呈亞圓形和圓形，排列混亂，充填較多粗礫砂和少量中細(xì)砂、粉質(zhì)黏土等，顆粒不均勻，級(jí)配較差。

④粉土：褐紅色；密實(shí)；濕—稍濕；成分以粉粒為主，含少量石英質(zhì)砂粒；為下伏砂礫巖未經(jīng)搬運(yùn)風(fēng)化形成的殘積物；遇水易軟化、崩解；土質(zhì)較均勻。

⑤-1強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖：褐紅色，局部夾黃色；礫屑結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造；巖體風(fēng)化強(qiáng)烈；巖石組織結(jié)構(gòu)大部分已破壞，礦物成分已顯著變化；節(jié)理裂隙發(fā)育；巖體完整程度為極破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)；泥砂質(zhì)基底膠結(jié)，浸水易軟化、崩解；巖體風(fēng)化程度不均勻；巖質(zhì)軟，塊體易折斷，柱狀浸水后手可掰開；巖芯風(fēng)化呈碎塊狀、塊狀為主，其次為半巖半土狀、巖屑狀和少量柱狀、長(zhǎng)柱狀，柱狀節(jié)長(zhǎng)約6cm～40cm不等，RQD=2～10；局部夾較硬柱狀或塊狀中風(fēng)化巖及局部孔段間偶見小的溶蝕流失空洞。巖石天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度為：0.60MPa～4.30MPa，平均值為：2.58MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為：2.24MPa；飽和單軸抗壓強(qiáng)度為：1.20MPa～2.50MPa，平均值為：1.70MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為：1.24MPa。該層在所有鉆孔均有揭露，但局部未穿透該層。

⑤-2中風(fēng)化砂礫巖：中等；巖石組織結(jié)構(gòu)部分破壞，礦物成分基本未變，見局部沿節(jié)理面出現(xiàn)次生礦物；節(jié)理裂隙發(fā)育；巖石堅(jiān)硬程度為軟巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)；泥砂質(zhì)基底膠結(jié)，浸水易軟化、干曬易裂；巖石錘擊聲不清脆，較易擊碎；巖芯風(fēng)化呈碎塊狀、塊狀—柱狀、長(zhǎng)柱狀，柱狀節(jié)長(zhǎng)約6cm～90cm不等，RQD=60～90；局部孔段間偶見小的溶蝕流失空洞。巖石天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度為：8.40MPa～24.0MPa，平均值為：15.67MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為：14.30MPa；飽和單軸抗壓強(qiáng)度為：7.30MPa～19.40MPa，平均值為：12.45MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為：11.32MPa；屬軟巖；軟化系數(shù)為：0.22～0.56，平均值為：0.40，屬軟化巖石。該層在鉆孔中有揭露，但局部未穿透該層。

⑤-3微風(fēng)化砂礫巖：褐紅色；巖石結(jié)構(gòu)基本未變，僅節(jié)理面有渲染或局部礦物略有變色，有少量風(fēng)化裂隙，柱面較新鮮、光滑；巖石堅(jiān)硬程度為較硬巖，巖體完整程度為完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ級(jí)；巖石錘擊聲較清脆，有輕微回彈，稍震手，較難擊碎；巖芯風(fēng)化呈柱狀、長(zhǎng)柱狀和少量碎塊狀、塊狀，柱狀節(jié)長(zhǎng)約6cm～88cm不等，RQD=90～95。巖石天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度為：25.60MPa～54.10MPa，平均值為：39.04MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為：32.34MPa；飽和單軸抗壓強(qiáng)度為：23.0MPa～47.60MPa，平均值為：34.16MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為： 28.92MPa；屬較硬巖；軟化系數(shù)為：0.46～0.82，平均值為：0.66，屬軟化巖石。

4.巖土的物理力學(xué)性質(zhì)

本次共取原狀土樣237件、擾動(dòng)樣20件進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)和巖石樣127件進(jìn)行室內(nèi)巖石天然、飽和、烘干強(qiáng)度抗壓試驗(yàn)；進(jìn)行原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)345次和重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)5.30m，各巖土層的原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果詳見《標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表》和《重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表》及各巖土層的主要物理力學(xué)指標(biāo)情況詳見《物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表》。巖土參數(shù)分析統(tǒng)計(jì)按建設(shè)部推廣應(yīng)用的理正工程勘察軟件，可供設(shè)計(jì)參考使用。本報(bào)告中鉆孔柱狀圖和工程地質(zhì)剖面圖中的原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)為實(shí)測(cè)擊數(shù)。

殘積土層、全風(fēng)化巖和強(qiáng)風(fēng)化巖呈漸變過渡關(guān)系，分界線劃分標(biāo)準(zhǔn)主要按原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，錘擊數(shù)N′<30擊為殘積土層，錘擊數(shù)50>N′≥30擊為全風(fēng)化巖，N′≥50擊為強(qiáng)風(fēng)化巖。

5.建設(shè)方案的選取

5.1基礎(chǔ)類型的選擇

（1）天然地基淺基礎(chǔ)方案

根據(jù)鉆孔揭露深度范圍內(nèi)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)產(chǎn)出的上部第四系松散堆積物各巖土層工程力學(xué)性質(zhì)較差、承載力低和工程力學(xué)性能差異較大，地基土性質(zhì)不均勻，且變形較大，埋藏厚度大，下伏基巖埋藏較深，天然地基施工基坑開挖難度大及易誘發(fā)周邊場(chǎng)地變形等不良地質(zhì)作用，不宜采用天然地基淺基礎(chǔ)方案，建議采用樁基礎(chǔ)方案。

（2）樁基礎(chǔ)方案

根據(jù)擬建工程特點(diǎn)、場(chǎng)地地基巖土工程地質(zhì)條件和技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性的綜合分析及周圍環(huán)境條件，場(chǎng)地內(nèi)的鉆孔揭露深度范圍內(nèi)見存在強(qiáng)/中風(fēng)化巖軟硬夾層或互層現(xiàn)象較多，且基巖埋藏深淺不一，第四系巖土層整體透水性較好及在擬建場(chǎng)地挖除兩層地下室的情況下，下臥還分布較厚素填土層和高含水量、高壓縮性、低承載力的軟弱土層及強(qiáng)透水層（粗砂、卵石土），場(chǎng)地地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性、對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具強(qiáng)腐蝕性。擬建建（構(gòu)）筑物若采用樁基礎(chǔ)方案，建議采用預(yù)制鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)方案，以連續(xù)和較穩(wěn)定的⑤1層強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖作樁端持力層，但考慮到場(chǎng)區(qū)內(nèi)素填土層局部含較多大塊石、淤泥質(zhì)土等軟弱土層下臥直接為基巖和存在較多強(qiáng)/中風(fēng)化巖軟硬夾層或互層等，對(duì)樁端進(jìn)入穩(wěn)定持力層質(zhì)量有較大影響，易出現(xiàn)偏樁、斷樁等現(xiàn)象，且局部地段存在有效樁長(zhǎng)難以滿足設(shè)計(jì)要求和單樁承載力小，單樁承載力難以滿足超高層建筑，當(dāng)采用預(yù)制鋼筋混凝土樁時(shí)，應(yīng)采用引孔的施工工藝進(jìn)行成孔成樁及采用柱下多樁/群樁或墻下裙樁的預(yù)制鋼筋混凝土樁樁基礎(chǔ)方案；若當(dāng)樁身混凝土（含鋼筋）和耐腐蝕材料能滿足其防腐蝕性能要求時(shí)，也亦可采用鉆（沖）孔灌注樁基礎(chǔ)方案，以連續(xù)和較穩(wěn)定的⑤1層強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖或連續(xù)、較完整和較穩(wěn)定的⑤2層中風(fēng)化砂礫巖作樁端持力層；樁端進(jìn)入持力層深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值宜通過靜載試驗(yàn)確定；當(dāng)根據(jù)地基土的物理力學(xué)指標(biāo)與承載力參數(shù)等經(jīng)驗(yàn)關(guān)系估算單樁豎向承載力特征值時(shí)，預(yù)制鋼筋混凝土樁、鉆（沖）孔灌注樁可按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ15-31-2003）確定。預(yù)制鋼筋混凝土樁樁徑應(yīng)不小于500mm，鉆（沖）孔灌注樁樁徑應(yīng)不小于800mm，樁長(zhǎng)預(yù)值約平均為20.0m。同時(shí)建筑樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50046-2008）的有關(guān)規(guī)定。

5.2基坑支護(hù)

根據(jù)鉆孔平面布置圖，本次擬建的凱旋名門花園在擬建場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置兩層地下室。在此深度范圍內(nèi)的巖土層為素填土、淤泥質(zhì)土、殘積粉土和強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖，其開挖巖土層主要為素填土和淤泥質(zhì)土?；庸こ痰刭|(zhì)條件較差，擬建基坑地下水位埋藏深淺不一，局部埋藏較淺，淺部水文地質(zhì)條件雖較簡(jiǎn)單，但場(chǎng)地軟弱土層對(duì)基坑施工影響較嚴(yán)重及離周邊道路和建（構(gòu)）筑物較近，若基坑失穩(wěn)，破壞后果很嚴(yán)重，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-99）第3.1.3條，建議基坑工程安全等級(jí)為一級(jí)。

現(xiàn)開挖場(chǎng)地地勢(shì)較平坦、開闊及空曠，基坑開挖面積大及在基坑開挖范圍內(nèi)地面地下無相關(guān)管線等通過，由于基坑開挖深度較大和基坑開挖邊線區(qū)離周邊已有道路、建（構(gòu)）筑物較近，同時(shí)基坑開挖深度范圍內(nèi)多為素填土及淤泥質(zhì)土，且工程力學(xué)性質(zhì)較差、承載力低和工程力學(xué)性能差異較大、變形大、埋藏厚度大，若處理不當(dāng)，在基坑開挖過程中容易造成周邊道路不均勻沉降、周邊建（構(gòu)）筑物開裂破壞及綜合我院旁臨已有的勘察資料，故基坑開挖不適宜采用坡率法進(jìn)行開挖設(shè)計(jì)，建議采用排樁加截水帷幕進(jìn)行基坑支護(hù)及截水，進(jìn)行垂直開挖，排樁建議采用鉆（沖）孔灌注樁，基底淤泥質(zhì)土層建議采用深層水泥攪拌樁進(jìn)行處理。在基坑開挖支護(hù)方案中，應(yīng)進(jìn)行基坑支護(hù)專項(xiàng)設(shè)計(jì)計(jì)算和基坑整體穩(wěn)定性驗(yàn)算及建議進(jìn)行抗?jié)B流穩(wěn)定性驗(yàn)算，并對(duì)該基坑進(jìn)行“危險(xiǎn)性較大工程安全專項(xiàng)施工方案編制”的專家論證。同時(shí)在基坑開挖施工中應(yīng)委托第三方變形監(jiān)測(cè)單位在基坑影響范圍之外設(shè)置變形觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)基坑及周圍的道路路面、建（構(gòu)）筑物等進(jìn)行全方位、全過程的變形觀測(cè)，并及時(shí)澆灌封底混凝土。

5.3基坑降水

在基坑開挖深度范圍內(nèi)分布的巖土層為素填土、淤泥質(zhì)土、殘積粉土和強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖，其開挖巖土層主要為素填土和淤泥質(zhì)土，其基坑開挖面積及開挖深度均較大，場(chǎng)地地勢(shì)較平坦、開闊及空曠，局部稍有起伏，地勢(shì)呈東北高西南低勢(shì)態(tài)，地表水排泄條件較好，淺部水文地質(zhì)較簡(jiǎn)單及場(chǎng)地下水主要為受大氣降水垂直滲入和地表水體、巖土體側(cè)向滲流補(bǔ)給為主，但考慮到場(chǎng)地內(nèi)局部地下水水位較高和下臥軟弱土層具有較強(qiáng)的蠕變性及粗砂、卵石土層具有強(qiáng)透水性，且與地表水水力聯(lián)系較強(qiáng)烈及在基坑開挖后粗砂層易出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力隨時(shí)間變化，蠕變將使土體強(qiáng)度降低，土體穩(wěn)定性變小以至影響基坑穩(wěn)定，當(dāng)基坑開挖施工中未采用止（截）水措施時(shí)，施工時(shí)不得采用坑內(nèi)明排等簡(jiǎn)易方法排水，應(yīng)采用井點(diǎn)法或管井人工降低地下水位，確保該地段的基坑開挖安全，若當(dāng)已采用相應(yīng)措施且措施效果顯著時(shí)，基坑開挖施工中對(duì)地下水故可采取基坑坡頂、坡底均設(shè)置排水溝和集水坑進(jìn)行明排或用泵抽的方式疏干場(chǎng)地內(nèi)地下水及預(yù)防地表水流入坑內(nèi)，確保基坑開挖安全，但應(yīng)注意施工時(shí)段跨雨季時(shí)因降水等造成地下水急升時(shí)對(duì)基坑的影響。當(dāng)進(jìn)行專項(xiàng)深基坑降水方案設(shè)計(jì)時(shí)須采用滲透系數(shù)、影響半徑、涌水量等水文地質(zhì)參數(shù)時(shí)。

6.結(jié)論與建議

經(jīng)過采用軟硬夾層工程地質(zhì)勘察方法，全方位的從勘察方法、巖土層特征、巖土的物理力學(xué)性質(zhì)、建設(shè)方案的選取分析，凱旋名門花園采用上述建設(shè)方案是可行科學(xué)的。

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