通州規(guī)劃新城巖土地基工程能力研究

黃. 驍，王進(jìn)衛(wèi),2，陳 剛，李哲琳

（1.北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100037；2.北京航空航天大學(xué)，北京 100191；3.中國(guó)新興建設(shè)開(kāi)發(fā)總公司，北京 100039）

通州規(guī)劃新城巖土地基工程能力研究

黃. 驍1，王進(jìn)衛(wèi)1,2，陳 剛1，李哲琳3

（1.北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100037；2.北京航空航天大學(xué)，北京 100191；3.中國(guó)新興建設(shè)開(kāi)發(fā)總公司，北京 100039）

巖土地基工程能力影響和制約著城市的規(guī)劃和發(fā)展。通過(guò)對(duì)通州規(guī)劃新城工程地質(zhì)特征的分析研究，確定地基土的承載力、壓縮性及不良地基土的分布等，為影響研究區(qū)巖土地基分類(lèi)的主要控制因素。進(jìn)一步將研究區(qū)地基條件分為5類(lèi)，對(duì)各類(lèi)地基條件進(jìn)行了工程適宜性評(píng)價(jià)并提出了建議，為新城土地的合理規(guī)劃、科學(xué)使用提供了前期地質(zhì)支撐。

巖土地基；不良地基；工程能力

0 引言

直接承受建筑物荷載影響的那一部分地層稱(chēng)為地基。工程建設(shè)不能超過(guò)地基的工程能力，否則會(huì)造成相對(duì)大的損失或再投資［1］。分析城市巖土地基工程能力，對(duì)于科學(xué)合理地利用土地，避免土地開(kāi)發(fā)的環(huán)境問(wèn)題發(fā)生，以及基礎(chǔ)施工的難易程度，工期的長(zhǎng)短及造價(jià)的高低等都有重要意義［2］。

本文依托北京通州規(guī)劃新城前期區(qū)域工程地質(zhì)勘查項(xiàng)目，采取工程地質(zhì)調(diào)查、鉆探、原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)等方法，對(duì)地基巖土類(lèi)型、分布狀況及物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)分析，對(duì)研究區(qū)巖土地基條件類(lèi)型進(jìn)行了分區(qū)，并在此基礎(chǔ)上分析評(píng)價(jià)了工程適宜性，以期在新城的規(guī)劃建設(shè)中為工程項(xiàng)目的規(guī)劃選址、合理利用天然地基及選擇合理的地基持力層提供參考。

1 自然地理與地質(zhì)概況

北京通州規(guī)劃新城地處永定河、潮白河及溫榆河沖洪積平原，是華北大平原的一部分，西距太行山脈約50km，北距燕山山脈約50km，東南距渤海灣約100km，地理位置處于“北京灣”下方。地勢(shì)西北略高、東南稍低，地面高程16～29m，坡降為0.6%左右，地勢(shì)相對(duì)平坦。

研究區(qū)位于大興迭隆起東北端，主要發(fā)育南苑—通縣斷裂，該斷裂是北京南部平原地區(qū)的一條主要控制性斷裂，是劃分北京迭凹陷和大興迭隆起的分界斷裂［3］。該斷裂在早、中更新世有一定的活動(dòng)性，未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)仍會(huì)有持續(xù)的活動(dòng)性，但其活動(dòng)的強(qiáng)度不會(huì)很大，本區(qū)未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)發(fā)生較大的破壞性地震的可能性很?。?,5］。

研究區(qū)第四系洪沖積松散沉積地層厚度為150～300m，巖性主要為砂和粘性土互層。對(duì)工程建設(shè)有影響的淺層地下水主要為第四系孔隙潛水，含水層巖性主要為粉細(xì)砂及粉土層，在黑莊戶(hù)—梨園—宋莊一線地下潛水水位埋深大于6m，兩側(cè)的水位埋深遞減，在樓梓莊、蒼頭附近水位埋深小于3m。承壓水埋深一般15m以下，含水層巖性主要為一般第四紀(jì)沉積的粉細(xì)砂、中粗砂、圓礫-卵石層，一般有兩層甚至多層承壓水。

2 研究區(qū)巖土地基特征

2.1 空間分布特征

研究區(qū)具有典型的多層土體結(jié)構(gòu)，三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型［6］清晰顯示細(xì)粒土（粘性土為主）與粗粒土（砂類(lèi)土為主）互層情況（圖1）。地表下30m深度范圍內(nèi)存在兩層較厚的粗粒土，中夾厚層細(xì)粒土；且粗粒土厚層中夾著細(xì)閏土薄層和透鏡體，細(xì)粒土厚層中亦混夾著粗粒土薄層和透鏡體；既充分反映了沖洪積平原的沉積韻律，又顯示了多條河流交互沉積的特征。粗粒土從西到東增多變厚，埋深相對(duì)變淺；最薄處厚僅1m，而最厚處可達(dá)18.5m；在西部郭家場(chǎng)附近埋深大于15m，而在東部小豆各莊以東埋深則小于5m。

圖1 研究區(qū)地基土空間分布透視圖

2.2 不良地基

不良地基一般不能滿(mǎn)足建筑物要求（包括承載力、穩(wěn)定變形和滲流三方面的要求），嚴(yán)重影響了巖土地基的工程能力。結(jié)合通州新城的工程地質(zhì)條件，主要的不良地基有人工填土、軟粘土和液化砂土。

圖2 研究區(qū)人工填土厚度分區(qū)圖

（1）人工填土

研究區(qū)地表多為人工堆積土，一般以雜填土為主，下部以素填土為主，界線分明，但不并存。填土厚度由東向西遞減（圖2）；厚度小于2m的區(qū)域廣泛分布，占到研究區(qū)的60%以上；厚度大于3m的區(qū)域主要集中在研究區(qū)東部的潞城、小豆各莊一帶。由于其堆積時(shí)間短，多為欠固結(jié)土，力學(xué)性質(zhì)差，成分復(fù)雜，且無(wú)規(guī)律性，即使在同一場(chǎng)地的不同位置，其地基承載力和壓縮性也可能有較大的差異，為不良工程地質(zhì)性質(zhì)層，一般不能直接作為天然地基持力層。

（2）軟粘土

軟粘土是軟弱粘性土的總稱(chēng)，主要是第四紀(jì)后期（新近代）在湖泊、河灘等地質(zhì)沉積環(huán)境下沉積形成的。這類(lèi)土大部分處于飽和狀態(tài)，含有機(jī)質(zhì)，天然含水量大于液化限，孔隙比大于1。研究區(qū)新近沉積的粉質(zhì)粘土多屬于此類(lèi)土，其工程特性表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度很低，壓縮性較高，滲透性很小，并具有結(jié)構(gòu)性，廣泛分布在潮白河一級(jí)階地及涼水河兩岸。

圖3 研究區(qū)軟粘土厚度分區(qū)圖

研究區(qū)除管莊—永順—北寺莊一帶、田府、小民屯、供給店等小地區(qū)缺失軟粘土外，其余地區(qū)分布厚度不等的軟粘土（圖3）。尤其在三間房西北、大辛莊以東小部分地區(qū)軟粘土厚度超過(guò)7m。在這些地區(qū)，地基持力層及下臥層的承載力相對(duì)較低，基本不能滿(mǎn)足天然地基承載力的需要，多需要進(jìn)行地基加固處理。

（3）液化砂土

飽和粉細(xì)砂及部分粉土，雖然在靜載作用下具有較高的強(qiáng)度，但在地震力的反復(fù)作用下有可能產(chǎn)生液化，地基會(huì)因液化而喪失承載能力。研究區(qū)普遍存在可液化土層（圖4），其中嚴(yán)重液化區(qū)主要分布在樓梓莊、雙埠頭、臺(tái)湖、師姑屯－南劉各莊－供給店北一帶，液化深度一般為10～15m，最深可達(dá)18m左右；中等液化區(qū)主要分布在高安屯－北寺莊一帶、東石村－蒼頭一帶、梨園－小圣廟一帶、垡頭及南劉各莊西－供給店一帶，液化深度一般為5～12m，最深可達(dá)15m左右；輕微液化區(qū)主要分布在研究區(qū)的中部，液化深度一般為3～8m，最深可達(dá)10m左右。總體上研究區(qū)除西部和東南部局部地區(qū)外，其余地段均存在不同程度的砂土液化情況。

圖4 研究區(qū)砂土液化等級(jí)分區(qū)圖

2.3 地基土承載力

工程建筑設(shè)計(jì)對(duì)地質(zhì)條件要求最直接的參數(shù)之一是巖土層的承載力。地基土承載力直接影響建筑選型及造價(jià)，因此對(duì)地基土的承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)是工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容［5］。本次取研究區(qū)0～5m、5～10m、10～15m三個(gè)不同深度范圍內(nèi)地基土承載力的平均加權(quán)值進(jìn)行分區(qū)研究。

研究區(qū)焦莊、潞城、小豆各莊、梨園以西及黑莊戶(hù)－三間房－吳營(yíng)一線0～5m深度范圍內(nèi)承載力小于130kPa；其余地區(qū)承載力相對(duì)較高，尤其是管莊、師姑屯等地承載了可以達(dá)到160kPa以上（圖5）?？偟膩?lái)說(shuō)基本可以滿(mǎn)足低層或多層建筑對(duì)天然淺基承載力的要求。

圖5 0～5m承載力分區(qū)圖

圖6 5～10m承載力分區(qū)圖

研究區(qū)5～10m深度范圍內(nèi)地基土除局部存在軟粘土導(dǎo)致承載力低于130kPa外，其余地區(qū)均達(dá)到130kPa以上，其中一半以上地區(qū)達(dá)到160kPa以上（圖6）。對(duì)于附2～3層地下室的多層建筑一般需要考慮通過(guò)地基土加固處理來(lái)滿(mǎn)足承載力的需求。

圖7 10～15m承載力分區(qū)圖

圖8 0～10m壓縮模量分區(qū)圖

研究區(qū)10～15m深度范圍內(nèi)地基土除張家灣以東局部存在軟粘土導(dǎo)致承載力低于160kPa外，其余地區(qū)均達(dá)到160kPa以上，而且一半以上地區(qū)達(dá)到200kPa以上（圖7）。對(duì)于附3層以上地下室的多層—高層建筑一般亦需要考慮通過(guò)地基土加固處理來(lái)滿(mǎn)足承載力的需求。

圖9 5～15m壓縮模量分區(qū)圖

圖10 10～20m壓縮模量分區(qū)圖

通過(guò)不同深度范圍內(nèi)土層承載能力的對(duì)比分析，可以看出，除局部存在軟弱土外，大部分地區(qū)隨著深度的增加，地基土承載力亦增大。

2.4 地基土壓縮性

壓縮性反映了巖土體變形能力，壓縮性指標(biāo)是工程計(jì)算沉降變形必不可少的參數(shù)。本次研究采用地基土壓縮模量值來(lái)評(píng)價(jià)其壓縮性能［7］。分別選用0～10m、5～15m 、10～20m三個(gè)不同深度范圍內(nèi)壓縮模量的平均加權(quán)加值進(jìn)行分區(qū)評(píng)價(jià)。

研究區(qū)僅小中河以西0～10m范圍內(nèi)局部存在高壓縮性土，焦莊－雙埠頭一線存在低壓縮性土，其余絕大部分為中等壓縮性土（圖8）。

研究區(qū)5～15m范圍內(nèi)不存在高壓縮性土，低壓縮性土區(qū)域達(dá)到60%以上（圖9）。

研究區(qū)10～20m范圍內(nèi)均為中等壓縮性以上土層，低壓縮性土區(qū)域達(dá)到85%以上（圖10）。

通過(guò)不同深度范圍內(nèi)壓縮性的對(duì)比分析，可以看出，隨著深度的增加，土層的壓縮性變小，抵抗變形的能力增加。

表1 研究區(qū)巖土地基條件分區(qū)表

3 巖土地基條件分類(lèi)及其工程適宜性評(píng)價(jià)

巖土地基條件分類(lèi)一般考慮地形、地貌、場(chǎng)地的穩(wěn)定性、巖土體性質(zhì)、水文地質(zhì)條件等，幾個(gè)方面因素的影響［8］。根據(jù)通州新城工程地質(zhì)特征，確定影響巖土地基條件分類(lèi)及其工程適宜性的主要控制因素為地基土承載力、壓縮性、不良地基土的分布及防洪保護(hù)區(qū)［9］等。這些因素控制和影響著研究區(qū)巖土地基的質(zhì)量，也是進(jìn)行適宜性分區(qū)的依據(jù)。

綜合考慮以上因素圖，研究區(qū)巖土地基條件可分為5個(gè)區(qū)(表1及圖11)。

Ⅰ類(lèi)是工程建設(shè)的較好地基，地基承載力普遍較高，對(duì)于無(wú)地下室或附1層地下室的一般低層或多層建筑多可采用天然地基，且不需要采取工程降水措施。對(duì)于基坑開(kāi)挖較深的高層建筑，可選用其下的砂類(lèi)土作為天然地基持力層，但需要考慮工程降水和邊坡支護(hù)問(wèn)題。

Ⅱ類(lèi)是工程建設(shè)的一般地基，該區(qū)分布范圍較廣，通州城關(guān)基本位于此區(qū)。地基土強(qiáng)度一般，雖然可以直接作為一般建筑的天然地基持力層，但可能存在輕微液化土層，需根據(jù)情況采取加強(qiáng)措施。如果工程重大，則需要治理針對(duì)負(fù)荷來(lái)說(shuō)相對(duì)低的承載力，做好地基處理工作。開(kāi)挖邊坡要采取輕度防護(hù)措施，避免邊坡失穩(wěn)問(wèn)題。此外城區(qū)部分人工填土較厚，因此在具體工程中需要采取局部換填措施進(jìn)行地基處理。

圖11 研究區(qū)巖土地基條件分區(qū)圖

Ⅲ類(lèi)是工程建設(shè)的較差地基，該區(qū)分布范圍較廣，一般需要進(jìn)行抗液化地基處理，同時(shí)提高地基土的承載力。由于該區(qū)局部存在軟土，因此在具體工程中需要采取局部換填措施進(jìn)行地基處理。

Ⅳ類(lèi)是工程建設(shè)差的地基。巖土工程問(wèn)題多而復(fù)雜，僅適宜小型或輕型的工程建設(shè)。布置中低層建筑時(shí)，需針對(duì)高水位、低承載力、軟土和砂土液化等，采取相應(yīng)工程措施。

Ⅴ類(lèi)主要指水系及沿岸限建區(qū)，不宜作為建筑物布局，建議作為城市的綠化區(qū)帶。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)巖土地基工程能力進(jìn)行研究可使用規(guī)劃建設(shè)更為科學(xué)合理，能最大限度地發(fā)揮城市土地的工程能力。特殊的地基條件分布區(qū)，應(yīng)有不同的工程規(guī)劃與建設(shè)重點(diǎn)。通州規(guī)劃新城地基條件Ⅰ類(lèi)區(qū)，巖土體工程地質(zhì)條件良好，是較好的天然地基，很少出現(xiàn)環(huán)境巖土工程問(wèn)題，可布置各類(lèi)建筑；地基條件Ⅲ、Ⅳ類(lèi)區(qū)，是地基條件相對(duì)較差地區(qū)，新城規(guī)劃時(shí)宜布置中低層建筑，且應(yīng)針對(duì)砂土液化、軟弱地基和高水位做好地基處理和工程防護(hù)；至于地基條件Ⅴ類(lèi)區(qū)，不適宜進(jìn)行工程建設(shè)，宜進(jìn)行綠化、城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)及旅游開(kāi)發(fā)等。

［1］ Dearm anWR.EngineeringGeologicalMapping［M］.Oxfo rd:ButterWorth2Heinem annLtd,1991.

［2］李相然, 姚志祥主編. 城市巖土地基工程地質(zhì). 北京: 中國(guó)建材工業(yè)出版社, 71～80,2002.

［3］北京市地震地質(zhì)會(huì)戰(zhàn)第四專(zhuān)題組.北京平原區(qū)全新世構(gòu)造活動(dòng)調(diào)查研究. 1982.

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［7］張?jiān)诿?沈小克等.北京地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計(jì)規(guī)范.中國(guó)計(jì)劃出版社.20,2009.

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［9］沈小克,周寵磊等.城鄉(xiāng)規(guī)劃工程地質(zhì)勘察規(guī)范. 中國(guó)建筑工業(yè)出版.2012.

The Study on the Geotechnical Foundation Engineering of Tongzhou Planning New Town

HUANG Xiao1，WANG Jinwei1,2，CHEN Gang1，LI Zhelin3

(1. Beijing Institu te of Geo logical Engineering, Beijing 100037；2.BeiHang University, Beijing 100191；
3.China Xinxing Construction & Deve lopm en t General Co., Beijing 100039)

Urban planning and development were restricted by the geotechnical foundation engineering. This article researches the engineering geological characteristics about Beijing Metro Planning Tongzhou project. Through the research it is found that foundation's bearing capacity, compressibility and the distribution of bad foundation soil were main factors of infl uencing on rock and soil foundation classifi cation. Further, we divide the researched region into fi ve grades. The appraising and suggestion of engineering suitability have been given for each foundation conditions, which develop guidelines for rational planning and scientifi c using about new city.

Geotechnical foundation; Bad foundation; Engineering capacity

TU471

A

1007-1903（2015）01-0025-06

黃 驍（1974- ），男，注冊(cè)土木（巖土）工程師，主要從事巖土工程勘察、設(shè)計(jì)與施工、地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估。電子信箱：huangxiaomail@163.com