毗鄰贛江某高層住宅項目巖土地質(zhì)工程勘察實例分析

徐光標，王 龍，周鵬飛，樊崢峰，榮 研

(中鐵十六局集團路橋工程有限公司，北京 101520)

0 前 言

南昌市是我國中部重鎮(zhèn)，也是華東地區(qū)重要的中心城市、長江中游城市群中心城市，“中部崛起”戰(zhàn)略給南昌市的發(fā)展建設帶來極大的機會，擬建項目位于南昌市新建區(qū)城市快速路祥云大道北側，西側為已建成的昌銅高速服務區(qū)[1]。用地性質(zhì)為公路用地，原規(guī)劃總用地面積883 749.00 m2，約1 325.62畝(1畝≈666.67 m2)，本次項目在原規(guī)劃總用地內(nèi)，擬規(guī)劃用地面積16 666.67 m2，約25畝(1畝≈666.67 m2)。項目功能相對比較簡單，只有1棟研發(fā)中心，并且在規(guī)劃中與祥云大道之間60 m不能設計建筑物，所以留有很大一塊區(qū)域作為公共綠化，增加了美感和舒適感，項目在總平面規(guī)劃上功能布局合理、精心組織交通，以滿足各類型人流、車流及消防疏散的要求，滿足機動車及非機動車的停放需求。場內(nèi)園林綠化的設計不僅與建筑和諧統(tǒng)一，同時把室外功能空間合理地融入景觀環(huán)境中，將景觀效應，環(huán)境、景觀有效地統(tǒng)一起來。根據(jù)現(xiàn)有文獻[2]及相關地勘資料，南昌市地處鄱陽湖沖積平原中心位置，粉砂性軟質(zhì)土分布廣泛，復雜的地質(zhì)條件給工程施工帶來了一系列阻礙[2]。且南昌及周邊區(qū)域范圍內(nèi)地下水貯存豐富，水位較高，因而現(xiàn)階段結合南昌地區(qū)的典型地層結構、地質(zhì)特征，對地下結構和基坑工程采取抗浮措施已十分廣泛，并且有學者[3]認為提出結構設計抗浮水位才是解決抗浮問題的關鍵。

本文以南昌市贛粵高速機電研發(fā)中心工程勘察項目為實例，深入剖析工程及水文地質(zhì)條件，就已勘測到的數(shù)據(jù)結合規(guī)范和經(jīng)驗，提出合理且全面的施工指標以及抗浮設計建議，本次巖土工程勘察實例分析為南昌地區(qū)其他類型的工程地下結構抗浮安全性研究提供參考。

1 工程概況

1.1 擬建工程情況

某項目位于南昌市新建區(qū)望城鎮(zhèn)昌銅高速和祥云大道的交匯處?？偨ㄖ娣e25 495.13 m2，包括地上建筑面積22 002.06 m2，地下建筑面積3 497.19 m2?？傆玫孛娣e16 534.16 m2，最大樓高24 m。項目重要性等級為二級;場地、地基復雜程度均為二級,按照《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)(2009年版)的相關規(guī)定，綜合評定本工程巖土工程勘察等級為乙級，具有開挖工作量大、支護結構多樣性和周邊環(huán)境保護要求高等特點。

1.2 勘察目的及技術要求

勘察的目的是為施工圖設計提供詳勘階段的巖土工程勘察資料,要求查明場地地層結構及其物理力學性質(zhì),并進行巖土工程評價,為建筑物的施工圖設計提供有關巖土參數(shù)[3]。具體需解決以下巖土工程問題。

1)搜集附有坐標和地形的建筑總平面圖，場區(qū)的地面整平標高，建筑物的性質(zhì)、規(guī)模、荷載、結構特點，基礎形式、埋置深度，地基允許變形資料。

2)查明建筑場地的地形、地貌特征、劃分地貌單元。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，提出整治方案的建議； 查明場區(qū)各巖土層的類型、深度、分布、工程特性，分析和評價地基穩(wěn)定性、均勻性和承載力。尤其應查明基礎下軟弱和堅硬地層分布以及各巖土層的物理力學性質(zhì)。對基巖，應查明巖石堅硬程度、巖體完整程度、基本質(zhì)量等級和風化程度。

3)查明場地地下水的類型、埋藏條件、水位及變化幅度，查明地層的滲透性，判別地下水和場地土對建筑材料的腐蝕性。

4)查明暗藏的河道、溝濱、墓穴、防空洞、孤石等對工程不利的埋藏物。

5)劃分場地土的類型及建筑場地類別。

6)對需進行沉降計算的建筑物，提供計算變形所需參數(shù)，預測建筑物的變形特征。

7)對工程采用的基礎類型進行分析與評價。

8)對基坑工程的設計、施工方案提出意見；提供各側基坑地質(zhì)模型的建議，提供基坑支護設計勘察方案。

1.3 勘察方法

本次勘察屬于詳細勘察，根據(jù)擬建物的特點及設計要求，采用鉆探取樣為主，標準貫入、動力觸探、剪切波速試驗、室內(nèi)土工試驗、野外目力鑒別以及鄰近工程建筑經(jīng)驗相結合等綜合手段進行。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 場地地形、地貌

場地位為崗阜地形，總體地勢北、東高，南、西低，北半側為一填土臺。臺上地形基本平坦開闊,局部略有起伏，地面標高在55.21～60.30 m。且場地距離大型地表水體較遠，在場地內(nèi)西側邊緣有一集水坑，勘察期間水位高程為55.10 m。

2.2 區(qū)域地質(zhì)情況

場地位于揚子準地臺一級構造單元、江南臺隆二級構造單元、萍鄉(xiāng)—樂平臺陷四級構造單元之北側。據(jù)區(qū)測資料,本場地內(nèi)無深大斷裂通過,同時根據(jù)現(xiàn)有鉆孔資料分析表明,勘探深度內(nèi)未揭露有斷裂構造。

場地位處在南昌市新建區(qū)，所屬區(qū)域巖性以凝灰質(zhì)千枚巖板巖為主，巖體受多次構造運動，巖石擠壓褶皺強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部產(chǎn)狀不穩(wěn)，且原生結構面(巖層)較陡。泥化軟弱夾層與結構面較多，完整性差成碎塊狀，較易產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)[4]。

據(jù)南昌地方志記載，南昌市及其附近自公元319 年以來所遇地震18 次，均屬弱震，多數(shù)受鄰省地震的影響。南昌地區(qū)僅有兩次，分別發(fā)生于1917 年3 月和1918 年1 月8 日，地震歷時30 s，最大震級級3.5，未造成損失。從1971年建臺以來，亦監(jiān)測到多次無感地震，震級在0.1～2.4級。西北部梅嶺花崗巖分布區(qū)屬九江～靖安地震最活動影響帶，是未來百年內(nèi)震級為5 級，烈度為6 度的地震危險區(qū)[5]。

2.3 場地巖土的構成與特征

根據(jù)本次鉆探揭露,勘探深度內(nèi),場地地層結構由第四系全新統(tǒng)雜填土(Q4mL)、第四系中更新統(tǒng)殘坡積層(Q2el+dl)、中元古界雙橋山群(Pt2)組成。按其巖性及工程特性,自上而下依次劃分為①雜填土；②黏土；③全風化千枚巖；④強風化千枚巖。各巖土層空間分布及工程特性見表表1。

表1 巖土層分布及主要特征一覽表

2.4 水文地質(zhì)條件

2.4.1 地表水

場地周圍不存在有水力量聯(lián)系的大型地表水體。但場地低洼處地表已形成沼澤化濕地，在場地內(nèi)部西側有一微型集水坑，勘察期間水位高程55.10 m，與周邊地形相當。由此可以判斷其受大氣降水及場地周邊高地地下水的側向補給，向周邊更低處排泄。按照施工要求，這個集水坑將在施工初期被填平。

2.4.2 地下水類型及地下水位

勘探深度內(nèi),勘察場地地下水主要可分為孔隙水及基巖裂隙水兩種類型?，F(xiàn)分述如下。

1)孔隙水：主要存在于填土層，下部粉質(zhì)黏土為其相對隔水層底板，按照埋藏條件可劃分為包氣帶水。主要由大氣降水補給，向低洼地段排泄。填土層的滲透性，富水性無論在水平方向還是垂直方向上存在較大差異，因此包氣帶水的連通性較差，水位高程也有一定差異，水位及水量受季節(jié)性變化影響大。勘察期間實測穩(wěn)定地下水位埋深0.65～5.15 m，穩(wěn)定水位標高53.33～55.96 m。因上包氣帶排泄能力差，水位極易受大氣降水影響，年變化幅度2 m左右。

2)基巖裂隙水：結合初勘資料看，基巖裂隙水主要賦存于千枚巖的風化裂隙及構造裂隙中，水位及水量受季節(jié)性變化影響大，富水性差，水量貧乏,地下水分布極不均勻。受大氣降水的垂直補給以及相鄰含水層的側向補給，排泄于溝谷低洼處或向下游含水層排泄。

2.4.3 場地下水及土腐蝕性判定

經(jīng)環(huán)境調(diào)查擬建場地周圍無強酸、強堿等污染源分布，根據(jù)周邊已有建筑經(jīng)驗，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)(2009 年版)判定，場地環(huán)境類型為Ⅱ類，根據(jù)場地水質(zhì)分析報告及周邊場地經(jīng)驗數(shù)據(jù)判斷，本場地地下水按環(huán)境類型對混凝土結構具微腐蝕性，按地層滲透性對混凝土結構具弱腐蝕性，在干濕交替或長期浸水環(huán)境條件下對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

3 巖土工程分析與評價

3.1 場地巖土的物理力學性質(zhì)

地基土參數(shù)分析分別按各巖土層的物理性質(zhì)指標，在統(tǒng)計分析中，采用置信區(qū)間法(即u±3σ)剔除異常值、分別按最大值、最小平、平均值、標準差、變異系數(shù)分析計算并進行了統(tǒng)計修正，給出標準值，根據(jù)所取土樣的土工試驗成果表，按規(guī)范的規(guī)定對各土層的土樣的物理力學性質(zhì)指標進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結果見表2。

表2 物理力學性質(zhì)指標分層統(tǒng)計成果表

本次勘察在主要土層中進行了一定數(shù)量的標準貫入試驗，其指標統(tǒng)計見表3。

表3 原位測試試驗成果統(tǒng)計一覽表

3.2 場地穩(wěn)定性與適宜性評價

勘察區(qū)內(nèi)第四紀以來，新構造活動微弱。從歷史地震資料分析，區(qū)內(nèi)無明顯的活動跡象。場地周邊無區(qū)域性活動斷裂及其他影響場地穩(wěn)定的滑坡、泥石流、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象；場地內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)埋藏的河道、溝浜、池塘、墓穴、防空洞、孤石及溶洞等對工程不利的埋藏物。場地土類型為中軟-中硬土，場地類別為Ⅱ 類。無液化土層。場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)對地基穩(wěn)定有影響的洞體、地裂縫、液化體等。場地屬于抗震不利地段，需要對建筑物抗震設計適當加強。場地穩(wěn)定性尚可，適宜本工程建設。

3.3 地基的穩(wěn)定性與均勻性評價

根據(jù)鉆孔資料分析，擬建場地范圍內(nèi)主要土層為黏土層、全風化千枚巖、強風化千枚巖。擬建研發(fā)中心及地下室基底高程為50.1 m，粉質(zhì)黏土層頂標高為54.20～57.09 m，厚度為0.5～2.7 m，厚度變異系數(shù)為0.415；全風化千枚巖的頂標高為52.01～55.99 m，厚度為1.5～8.8 m，厚度變異系數(shù)為0.4。強風化千枚巖的頂板高程為47.19～53.34 m。由此可知各巖層的界面起伏不定，厚度變化較大。風化巖的工程特性在水平面上的分布存在差異。綜上所述，本場地地基為不均勻地基。

3.4 不良地質(zhì)與特殊性巖土評價

3.4.1 不良地質(zhì)評價

在周邊地質(zhì)調(diào)查過程中，擬建建筑場地上并未發(fā)現(xiàn)已存在的滑坡、崩塌、泥石流不良地質(zhì)災種?？碧娇足@探深度內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂破碎帶、土洞、溶洞不良地質(zhì)作用。

3.4.2 特殊巖土評價

場地內(nèi)特殊性巖土為填土、風化巖及殘坡積土。評價如下。

雜填土：除上述基本特性外，場地填土主要成分是場地旁的挖方殘積土、全風化千枚巖、強風化千枚巖，這些填土已發(fā)生一定程度的紅化，遇水后已發(fā)生軟化，部分成分可能因雨水的淋濾而流失。另外這些填土成分又與建筑垃圾和生活垃圾混雜在一起，造成土層在水平和豎直方向上分布極不均勻，表現(xiàn)出工程性質(zhì)的各向異性、高壓縮性、不均勻性。

全風化千枚巖：該層屬于土狀全風化，風化的結果是原巖結構基本被破壞，手捏可碎。因其原巖巖層產(chǎn)狀非水平和原巖成分的不均勻分布，導致其在水平方向上分布不均勻，另外也發(fā)生一定程度的紅化作用，遇水易軟化是該層土的重要特征。局部其中含有石英，也使得標貫試驗數(shù)據(jù)具有一定離散性。

強風化全枚巖：該層風化巖為碎塊狀強風化，風化裂隙較發(fā)育，具有一定的滲透性，發(fā)生一定程度的紅化作用，遇水易軟化。

本場地的風化巖的共同特性是水膨脹、軟化，失水收縮開裂。本工程建造期正處于雨季，因此，施工期間應做好排水及防雨措施，避免地基土被雨水浸泡，以防因土(巖)吸水、失水引起不必要的工程問題。

4 基坑工程方案

4.1 基坑概況

根據(jù)本項目總平面規(guī)劃圖，本基坑開挖影響范圍內(nèi)沒有下水管道、高壓線管、地下電纜等管線，場地擬建工程含1層地下室，填土地面平均高程為59.07 m，場坪設計高程為56.5 m，基底高程為50.10 m，開挖深度為6.4 m。按場地地表標高計算，基坑開挖后，坑壁土層自上而下為雜填土、粉質(zhì)黏土、全風化千枚巖、強風化全枚巖。

4.2 基坑支護方案建議

場地表層雜填土主要成分為全風化千枚巖和建筑垃圾，平均厚度3.25 m，填土地面平均高程為59.07 m。場坪設計高程為56.5 m，基底高程為50.10 m，開挖深度為6.4 m。場坪高程達到設計值后，雜填土剩余厚度約0～2.3 m。開挖后，可形成北側、東側深度大，南側、西側深度小的基坑。受場地條件限制，可采用支擋結構或放坡與支擋結構相組合的基坑支護形式，坡率可取1∶ 1。因場地土質(zhì)遇水后工程性質(zhì)易發(fā)生弱化，又值雨季施工，基坑坡面不宜裸露，需要做好防雨排水?？稍O置排水溝、積水井，及時將基坑內(nèi)水排除；可采用坡面掛網(wǎng)+噴素混凝土進行防護，重點應保護好坡腳不被雨水沖刷。在施工的過程中應做好基坑監(jiān)測。基坑支護設計、施工及監(jiān)測必須專門委托具備相應資質(zhì)的單位承擔。

基坑安全等級可按二～三級考慮，施工期間嚴格控制基坑周邊荷載，并做好相應的監(jiān)測。

4.3 地下水治理方案

對包氣帶的治理可采用明排或在基坑底部沿坡腳設置排水溝和集水井予以抽排。基坑支護設計與施工必須委托有相應資質(zhì)等級的單位進行。設計時應充分考慮場地巖土工程條件、地下水特征、基坑周邊環(huán)境及開挖深度等因素，尤應注意基坑側壁土層穩(wěn)定性及豐水季節(jié)地下水量較大可能給基坑防水帶來的不利影響。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗，提供基坑側壁土體滲透系數(shù)見表4。

表4 基坑側壁土體滲透系數(shù)表

4.4 不良地質(zhì)對基坑底板的影響及處理辦法

本場地不良地質(zhì)有雜填土、耕土及淤泥層，基坑底板大部分落在粉質(zhì)黏土層上，其中東北側及東南側上部水塘及沼澤地處存有淤泥會對其有一定影響，建議在此處基坑開挖前，建議清除地表水及淤泥，用黏性土進行回填。

4.5 基坑抗浮建議

勘察期間本場地的穩(wěn)定地下水位平均高程54.87 m，場地北側、東側地勢較高，基坑開挖后，極易集水。因此施工期間，以地下水位為抗浮設計水位，可通過挖集水井(坑)排水的辦法，減小浮力對基底的作用。按地下室基底高程為50.10 m考慮，基底地基土為非飽和狀態(tài)的全風化千枚巖，風化裂隙發(fā)育。

竣工后，基底埋深約為 7.3 m，大氣降水可在建筑物周圍的回填土中形成上層滯水。如遇極端降雨，地面積水持續(xù)不退的情況下，上層滯水與基底地下水可形成水利聯(lián)系從而在基底產(chǎn)生浮力作用。為減少浮力破壞，用分層夯實黏性土、灰土或預拌流態(tài)固化土、素混凝土等弱透水材料回填肥槽，同時地面散水、排水系統(tǒng)亦應科學設計合理使用。綜上所述，在建筑物的使用期間的抗浮水位宜根據(jù)設計施工的情況確定為57.6 m。地下室所受浮力應按靜水壓力計算。

為抵御浮力對建筑物的破壞，可采用建筑物壓重、下部設置限壓井(孔)、設置抗浮樁(錨桿)等方法。如需要設置抗浮樁(錨桿)，承載力和設計參數(shù)應通過性能試驗確定，初步設計時，可按表5～6選取參數(shù)，依據(jù)《建筑抗浮設計標準》(JG J476—2019)相關條款計算。

表5 抗浮錨桿設計巖土參數(shù) 單位：kPa

表6 抗浮樁設計巖土參數(shù)

4.6 建筑變形特征分析及預

本擬建工程采用的是樁基礎，選用強風化千枚巖或中風化千枚巖作為基礎持力層。但是由于本場地層面坡度大于10%，且建筑物荷載水平分布不均勻，可能存在傾斜、差異沉降等地基變形特征。地基變形允許值按相鄰柱基的沉降差，對此應進行變形驗算，如果變形不能滿足要求，可通過合理布樁、通過變剛度調(diào)平設計、提高結構整體剛度等方法抵御地基變形對建筑物的影響。

5 結論與建議

在基坑巖土工程勘察中，最重要的工作是設計勘察方案和技術交底，合理選擇適合的勘察技術，如原位測試、室內(nèi)土工試驗等，確保野外鉆探作業(yè)質(zhì)量與相關數(shù)據(jù)分析工作質(zhì)量，以便得到正確的各巖土層分布與特征等情況，確認地基土的物理力學性能指標參數(shù)，為基坑支護工程設計與施工提供需要的數(shù)據(jù)。保證正確安全施工、避免事故發(fā)生，所以工程勘察工作在基坑工程中很重要，應該引起社會足夠的重視。在軟土地區(qū)既有建筑物加固改造勘察工程中，應結合工程本身特點，根據(jù)加固改造設計方案，選用合理有效的勘察技術，同時，在勘察過程中的每個環(huán)節(jié)均應科學組織、精心實施、確保數(shù)據(jù)的真實準確。通過該工程案例，可以得到以下結論。

1)若環(huán)境類型對混凝土結構具弱腐蝕性，地層滲透性對混凝土結構具微腐蝕性；對鋼筋混凝土結構中鋼筋具微腐蝕性；對鋼結構具微腐蝕性；地下水及土對建筑材料腐蝕的防護，應符合現(xiàn)行國家標準《工業(yè)建筑防腐蝕設計規(guī)范》(GB/T 50046—2018)的規(guī)定。。

2)本場地的全風化千枚巖地層雖然可以作為淺基礎持力層，但均勻性差，遇水易膨脹軟化，失水易收縮開裂，在雨季施工極易發(fā)生雨水浸泡和太陽曝曬，給質(zhì)量控制帶來極大難度。采用樁基礎能夠很好地解決上述問題，并能保證施工質(zhì)量和工期。

3)在既有建筑物基礎加固改造中，需要結合場地施工限制條件、施工工藝及施工工期等因素，采取最優(yōu)加固方式。

[ID:013908]