巖土工程勘察在某建筑場地評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

顏 濤

(1.湖南省地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測所，湖南 長沙 410000；2.湘西自治州紫源工程勘察有限公司，湖南 吉首 416007)

隨著我國物質(zhì)文明建設(shè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)精神文明的需求以及對(duì)安全的追求不斷攀升，當(dāng)前，在我國高樓林立和消費(fèi)者對(duì)住房要求不斷追求寬敞、完美的形勢下，人們對(duì)房屋的安全性也提出了更高要求。為提升綜合國力和保持可持續(xù)發(fā)展，保障人們對(duì)住房安全的追求，國家從源頭抓住擬建房屋建設(shè)場地的地質(zhì)特征、環(huán)境特性和巖土工程條件的巖土工程勘察關(guān)口，推行了《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)和《高層建筑巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 72—2017)，取得了很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

20多年的巖土工程勘察實(shí)踐與應(yīng)用，為我國眾多的高層建筑的場地評(píng)價(jià)發(fā)揮了重要作用，保障了技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策的落實(shí)，發(fā)揮了技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的效能，確保了勘察質(zhì)量，達(dá)到了保護(hù)環(huán)境的目的，激發(fā)了巖土工程勘察工作者的研究熱情。李林威[1]、張耀國[2]、朱鵬飛[3]、王萬杰[4]、黃法忠[5]、曾夢筆[6]、朱家宏[7]、紀(jì)輝[8]等文獻(xiàn)的研究成果，為巖土工程勘察提供了方法、途徑和技術(shù)支撐。

通過某巖土工程場地的詳細(xì)勘察，對(duì)其穩(wěn)定性、適宜性和工程建設(shè)的危害程度等進(jìn)行了評(píng)估，提出了詳細(xì)的巖土工程勘察資料、技術(shù)參數(shù)、防治措施與建議，為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、地基處理以及施工方案制定等提供了重要依據(jù)。

1 工程概況及勘察要求

1.1 工程概況

擬建建筑物工程概況見表1。

表1 擬建建筑物工程概況

1.2 建筑物工程場地與工程布置

擬建建筑物工程場地與巖土工程勘察布置見圖1。

圖1 場地總平面

1.3 勘察要求

①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，提出整治方案建議；②查明建筑物范圍內(nèi)巖土的類型、深度、分布、工程特性，分析和評(píng)價(jià)地基的穩(wěn)定性、均勻性和承載力，并對(duì)基礎(chǔ)形式提出建議；③查明地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)場地與地基的地震效應(yīng)做出評(píng)價(jià)；④查明埋藏河道、河浜、墓穴、防空洞、孤石等對(duì)工程不利埋藏物；⑤評(píng)價(jià)基坑安全等級(jí)，分析其支護(hù)形式，并評(píng)價(jià)基坑開挖、降水等對(duì)鄰近工程及周邊環(huán)境的影響；⑥查明地下水埋藏條件，提供地下水位及抗浮設(shè)防水位；⑦判定水和土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的腐蝕性。

2 勘察方法與工作布置

2.1 勘察方法

本次勘察工作，我公司采用鉆探揭露為主，結(jié)合收集相關(guān)資料、周邊地質(zhì)調(diào)查、現(xiàn)場原位測試、取樣和室內(nèi)試驗(yàn)等方法進(jìn)行場地巖土工程綜合評(píng)價(jià)。測量、鉆探、記錄、取樣、試驗(yàn)等各項(xiàng)工作嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范與規(guī)程要求執(zhí)行。

1)鉆探

鉆探采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)成孔，查明場地一定深度范圍內(nèi)的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件及其變化規(guī)律。其中，第四系土層采用Φ110 mm合金鉆頭干鉆，回次進(jìn)尺控制在0.5～1.0 m，采取率95%?；鶐r采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，以清水作為沖洗液，回次進(jìn)尺控制在1.0～2.0 m，中風(fēng)化基巖巖芯采取率65%～85%，RQD值為40%～50%。工程技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場各回次巖芯情況及工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件進(jìn)行工程地質(zhì)編錄。鉆孔ZK1、ZK4和ZK7剖面見圖2。

圖2 鉆孔剖面柱狀

2)巖土取樣

由于素填土①主要由碎石及碎塊組成，未在該層采取原狀土樣；在粉質(zhì)黏土②中采取原狀土樣13件做常規(guī)試驗(yàn)及抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)；在含卵石粉質(zhì)黏土③中采取原狀土樣13件做常規(guī)試驗(yàn)及抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)；在卵石④中采取擾動(dòng)土樣6件做顆粒分析試驗(yàn)；采取巖樣9組，做巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3)水樣與土腐檢樣

在場地采取2件地下水進(jìn)行水的腐蝕性分析試驗(yàn)。在ZK7、ZK36中各采取擾動(dòng)土1件，進(jìn)行水和土的腐蝕性分析。

4)原位測試

在素填土①層中進(jìn)行重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)6孔5 m；在粉質(zhì)黏土②層中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)13孔13次；在含卵石粉質(zhì)黏土③層中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)14孔14次；在卵石④層中進(jìn)行重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)6孔8 m；在強(qiáng)風(fēng)化頁巖⑤層中進(jìn)行重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)6孔7 m；另在場地進(jìn)行剪切波波速測試共3孔。嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和試驗(yàn)操作要求進(jìn)行。

2.2 工作布置

本次巖土工程詳查在擬建場地沿建筑物的周邊線和角點(diǎn)共布置37個(gè)鉆孔，勘探間距6.71～20.42 m，局部地下室位置23.88～26.23 m，符合勘察規(guī)范要求。

場地以甲方提供的2個(gè)點(diǎn)A和B作為引測點(diǎn)，勘探點(diǎn)采用GPS放樣，高程采用1985國家高程基準(zhǔn)，坐標(biāo)采用2000國家大地坐標(biāo)系。測量控制點(diǎn)坐標(biāo)和標(biāo)高。

3 結(jié)果與討論

3.1 主要地層與特殊性巖土評(píng)價(jià)

素填土①，層厚0.80～2.60 m，平均厚度1.29 m，該特殊性土分布廣泛，工程力學(xué)性質(zhì)差；粉質(zhì)黏土②，可塑狀，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)平均值5.16擊，該層承載力特征值fak=140 kPa；含卵石粉質(zhì)黏土③，可塑狀，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)平均值6.36擊，該層承載力特征值fak=160 kPa；卵石④，稍密～中密狀，重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)加權(quán)平均值8.49擊，該層承載力特征值fak=220 kPa，分布局限且厚度相對(duì)較??；強(qiáng)風(fēng)化頁巖⑤1，該層巖體破碎，基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，工程力學(xué)性質(zhì)較好，承載力特征值fak=300 kPa，該層為特殊性土，埋深相對(duì)較深且分布厚度相對(duì)較?。灰虼?，上述①～⑤1的地層均不宜作為擬建建筑物地基持力層。

中風(fēng)化頁巖⑤2為場地基巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ～Ⅳ級(jí)，該層穩(wěn)定性好，厚度大，承載力高，工程力學(xué)性質(zhì)好，為均勻地層，該中風(fēng)化頁巖天然地基承載力特征值fak=1 500 kPa，可作為擬建建筑物基礎(chǔ)持力層。

3.2 巖土參數(shù)分析與選用

根據(jù)所采試樣的巖土試驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場原位測試數(shù)據(jù)，結(jié)合本區(qū)巖土層取值經(jīng)驗(yàn)，參考《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)，擬建場地各主要巖土層的力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)推薦見表2，樁基參數(shù)指標(biāo)推薦見表3。

表2 各主要巖土層物理力學(xué)指標(biāo)推薦值

表3 樁基參數(shù)

3.3 基礎(chǔ)選型與評(píng)價(jià)

擬建建筑物的基礎(chǔ)形式及持力層選擇分析建議見表4。

表4 建筑物基礎(chǔ)形式及持力層選擇分析建議

3.4 成樁條件及施工對(duì)環(huán)境的影響

3.4.1 成樁可能性評(píng)價(jià)

1)旋挖鉆孔灌注樁：施工效率高，成孔質(zhì)量理想，但對(duì)施工工作面有一定的要求,相對(duì)于機(jī)械沖孔灌注樁其成本也較高。

2)機(jī)械沖孔灌注樁：根據(jù)該地區(qū)樁基施工經(jīng)驗(yàn)及本工程場地工程地質(zhì)條件，適宜采用機(jī)械沖擊成孔灌注樁，同時(shí)也相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)。

3.4.2 成樁因素和注意事項(xiàng)分析

按設(shè)計(jì)標(biāo)高和嵌巖0.50 m計(jì)算樁基礎(chǔ)，預(yù)計(jì)樁長一般為11.50～18.50 m，為有效開展施工工作，對(duì)成樁因素和注意事項(xiàng)分析如下：

1)旋挖成孔灌注樁的施工影響主要是場地素填土層及卵石層，孔壁易坍塌；樁側(cè)壁護(hù)壁差，對(duì)樁身垂直度有一定影響；需機(jī)械配合作業(yè)，施工成本相對(duì)較高。其優(yōu)點(diǎn)是施工速度快，施工精度比較高，噪聲小，有利于環(huán)保，可自行行走，移機(jī)方便，機(jī)械化程度較高，無須提供動(dòng)力電源，易于管理。

2)機(jī)械沖孔灌注樁其優(yōu)點(diǎn)是容易鉆進(jìn)，可以穿越松散或較為堅(jiān)硬的各類土(巖)層，達(dá)到較深的樁端持力層；機(jī)械作業(yè)，施工人員相對(duì)較安全，不要抽排地下水，施工過程中誘發(fā)沉降地質(zhì)災(zāi)害的可能性小。缺點(diǎn)是沖擊成孔過程中會(huì)產(chǎn)生較多的泥漿須外運(yùn)并妥善處理，作業(yè)點(diǎn)數(shù)量受限，進(jìn)度慢，造價(jià)較高，樁端入巖沒有可觀性。淺部基巖破碎，易產(chǎn)生漏漿，樁身質(zhì)量較難控制，工期相對(duì)較長。此外，沖擊成孔過程中產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲等對(duì)周邊環(huán)境影響較大，須引起重視。

綜上所述，建議優(yōu)先采用機(jī)械成孔灌注樁。同時(shí)，建議施工時(shí)做好相鄰建筑物的監(jiān)測工作，場地內(nèi)樁端全斷面嵌入持力層深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，并且按規(guī)范要求做好持力層的施工勘察工作。各類基礎(chǔ)施工方案評(píng)價(jià)見表5。

表5 樁基工藝優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)

3.5 基坑開挖與降排水

3.5.1 基坑開挖

擬建場地整體設(shè)一層地下室，基坑側(cè)壁主要由素填土、粉質(zhì)黏土及含卵石粉質(zhì)黏土組成，側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)，重要性系數(shù)為1.0。開挖時(shí)基坑邊界周圍地面應(yīng)設(shè)排水溝，且避免漏水、滲水進(jìn)入坑內(nèi)；基坑周邊嚴(yán)禁超堆荷載?；泳唧w情況描述見表6。

表6 擬建基坑情況說明

3.5.2 基坑降排水

根據(jù)本次勘察結(jié)果，基坑底部部分已進(jìn)入含水層即卵石層④，基坑底部不滿足土體突涌穩(wěn)定性要求，因此必須做截水帷幕，截?cái)嗪畬?，同時(shí)將帷幕內(nèi)的地下水降低。

為了防止基坑坡面和基底的滲水，保持坑底干燥，便于施工，增加基坑邊坡和坡底穩(wěn)定性以及提高土體固結(jié)程度，必須對(duì)地下水進(jìn)行控制。建議對(duì)該擬建場地中第四系孔隙水首先進(jìn)行截水，即高壓旋噴或擺噴注漿與排樁相互咬合的組合帷幕；然后進(jìn)行管井井點(diǎn)降水。懸掛式帷幕止水時(shí)，其帷幕進(jìn)行透水層深度應(yīng)滿足《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)要求，在平面布置上應(yīng)沿基坑周邊閉合。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)成果，各土層的滲透系數(shù)見表7。

表7 各土層滲透系數(shù)

在進(jìn)行基坑施工時(shí)，基坑可采用管井降水措施。施工前應(yīng)進(jìn)行降水專項(xiàng)方案評(píng)審，必要時(shí)應(yīng)委托有水文資質(zhì)的單位進(jìn)行專門的水文地質(zhì)勘查。

3.5.3 地下室抗浮

為防止地表水下滲對(duì)地下室底板的不利影響，基坑在施工及交付使用期間須采取的相應(yīng)技術(shù)控制措施及建議如下：①基坑肥槽回填應(yīng)采用分層夯實(shí)的黏性土或素混凝土等弱透水材料；②基底不得設(shè)置透水性較強(qiáng)材料的墊層，超挖土方宜采用混凝土等弱透水材料回填；③場地應(yīng)設(shè)置截水溝、排水溝等排水系統(tǒng)。

工程地下室底板標(biāo)高為166.30～169.90 m，本次測得地下水位0.50～4.80 m，考慮到地下水位年變幅情況，建議進(jìn)行地下室的抗浮驗(yàn)算，建議地下室抗浮設(shè)防水位按174.00 m設(shè)計(jì)。

3.5.4 基坑施工監(jiān)測

在基坑開挖和基礎(chǔ)施工中，應(yīng)注意對(duì)周邊道路、地下管線的影響，加強(qiáng)對(duì)基坑周邊環(huán)境的監(jiān)測工作，如有超過警戒值現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即分析原因，以便盡快采取措施，消除事故隱患。同時(shí)，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測應(yīng)滿足《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》的要求。

3.6 危大工程風(fēng)險(xiǎn)述評(píng)

根據(jù)整平標(biāo)高，基坑開挖后，場地四周將形成深≥5 m的基坑，根據(jù)《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》的要求，該建筑場地存在基坑支護(hù)、降水工程，屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，且該項(xiàng)目基坑工程四周緊臨市政道路和已有房屋，基坑開挖、降水時(shí)可能會(huì)因?yàn)橥馏w垮塌對(duì)周邊環(huán)境、道路和原房屋主體結(jié)構(gòu)造成安全影響，因此，必須對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)，并應(yīng)對(duì)基坑支護(hù)、降水工程進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，經(jīng)專家論證合格后，方能施工；施工過程中應(yīng)按規(guī)定對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測，并有應(yīng)急預(yù)案。如發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)采取有效措施進(jìn)行處理，保證施工人員和周圍建筑、市政道路的安全。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

1)場地區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定，不良地質(zhì)作用不發(fā)育。場地存在危大工程，場地穩(wěn)定性穩(wěn)定，適宜性適宜。

2)場地素填土①不能作為地基持力層，含卵石粉質(zhì)黏土③層可作為地基持力層，粉質(zhì)黏土②、卵石④、強(qiáng)風(fēng)化頁巖⑤1不宜作為擬建建筑物的淺基礎(chǔ)地基持力層；中風(fēng)化頁巖⑤2層可作為地基持力層。

3)根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)(2016年版)，場地抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地的設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g。

4)經(jīng)水和土腐蝕性檢驗(yàn)分析，地下水和土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

5)擬建場地地下水富水性中等，對(duì)基礎(chǔ)施工有影響。

4.2 建議

1)粉質(zhì)黏土②承載力特征值取140 kPa，含卵石粉質(zhì)黏土③承載力特征值取160 kPa，卵石④承載力特征值取220 kPa，強(qiáng)風(fēng)化頁巖⑤1承載力特征值取300 kPa，中風(fēng)化頁巖⑤2層承載力特征取值1 500 kPa。

2)場地抗浮水位建議按174.00 m設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算，施工前應(yīng)進(jìn)行抗拔試驗(yàn)；特別應(yīng)注意地下室施工完成后周圍回填土的質(zhì)量，嚴(yán)格滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，并按規(guī)范進(jìn)行檢測。

3)基礎(chǔ)施工時(shí)做好基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測應(yīng)滿足《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》的要求，加強(qiáng)對(duì)基坑周邊道路、地下管線及已有建(構(gòu))筑物的影響監(jiān)測，防止基坑周圍大量堆載，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)采取措施處理。

4)采用樁基礎(chǔ)時(shí)，建議進(jìn)行一樁一孔或多孔的施工勘察工作，查明樁端5.00 m范圍內(nèi)巖石的完整性和穩(wěn)定性，樁長應(yīng)≥6.00 m，樁端應(yīng)嵌入中風(fēng)化頁巖1/2樁徑，且不小于0.50 m。

5)擬建工程設(shè)計(jì)時(shí)無論選何種樁型，單樁承載力特征值應(yīng)由試樁確定,樁基礎(chǔ)施工前應(yīng)打試樁，成樁后用動(dòng)測法檢驗(yàn)樁身質(zhì)量及完整性，用靜載法檢驗(yàn)單樁豎向承載力,然后再進(jìn)行工程樁的施工,確保建筑工程質(zhì)量。

6)該場地缺乏長期水文觀測資料，建議委托有相應(yīng)資質(zhì)的勘察單位進(jìn)行專門的水文地質(zhì)勘察。由于勘察鉆孔的局限性，并不能揭露整個(gè)場地的地質(zhì)全貌，施工中若出現(xiàn)異常地質(zhì)情況，請(qǐng)及時(shí)通知勘察單位到場，會(huì)同各相關(guān)部門共同研究解決。