武漢市巖溶地區高層建筑巖土工程分析與評價實例

龍治國，高振宇，陳德明

(武漢市勘察設計有限公司，湖北 武漢 430022)

1 前 言

武漢市從北到南分布有3 條橫跨長江的灰巖條帶，為了充分利用有限的土地資源，武漢市在灰巖條帶上修建的高層建筑越來越多。本文以武昌某高層住宅小區為例，著重探討武漢市巖溶地區高層建筑巖土工程分析與評價方法。

2 工程概況

擬建高層住宅小區位于武漢市東湖高新技術開發區光谷大道以西、雄楚大道以南征地范圍內(如圖1 所示)。擬建高層建筑的基本情況如表1 所示。

圖1 場區地理位置圖

擬建建筑物基本情況一覽表 表1

3 勘察工作重點

(1)查明場地地層結構，特別是上覆土層性質、灰巖埋深、各種巖溶洞隙和土洞的分布、規模、埋深，巖溶堆積物性狀。

(2)查明地下水特征，特別是地下水動力條件。

(3)勘探線應沿建筑物軸線布置，勘探點間距不應大于30 m。條件復雜時每個獨立基礎均應布置勘探點。

(4)外業施工過程中，應詳細描述漏水、漏漿情況、掉鉆情況、溶洞大小情況、溶洞充填情況等。嚴格控制終孔深度，確保終孔時樁端以下完整灰巖厚度不少于樁徑的3 倍并不小于5 m。

(5)當采用樁基礎并以下部灰巖作為樁端持力層時，樁基施工之前還應進行施工勘察。當樁徑小于1.2 m時，一般按一樁一孔進行補勘工作;當樁徑大于1.2 m時，一般按一樁三孔進行補勘，當巖溶特別發育時，可適當增加鉆孔數量。補勘時孔深應控制溶洞底樁端平面以下完整灰巖不少于樁徑的3 倍并不小于5 m。

(6)當工程有可能采用天然地基時，應對場地地層進行高壓固結及高壓回彈特殊試驗。

(7)鉆孔施工結束后，一定要按相關規范要求進行回填封孔。

4 場地工程地質條及水文地質條件

4.1 地形地貌

現場地地勢較平坦，勘探點孔口高程在35.25 m～37.73 m之間變化。從區域地貌角度看，地貌單元屬剝蝕堆積壟崗，相當于長江沖洪積三級階地。

4.2 地質構造

武漢市區位于淮陽山字型前弧西翼與新華夏構造體系的復合部位，屬淮陽山字型前弧西翼葛店－漢陽褶皺帶。區內大地構造跨及揚子準地臺和秦嶺褶皺系兩個一級構造單元。以襄(樊)－廣(濟)深大斷層為界，中南部隸屬揚子準地臺的四級構造單元武漢臺褶束，北部為秦嶺褶皺系之四級構造單元新洲凹陷之南緣。

由于區內經歷了大別、揚子、加里東、華力西－印支、燕山－喜馬拉雅等多次構造運動，使區內構造更趨復雜。新洲凹陷是在古老結晶基底上發展起來的中生代沉積盆地;武漢臺褶束由古生界及早三疊系組成的一系列北西西向或近東西向復式褶皺組成，并伴有與軸線平行或近于平行的走向斷層及北西向、北東向、北北東或近南北向的斷層。

場區位于關山扇形向斜北翼(12)、王家店倒轉背斜(8)南翼，北側為喻家湖壓扭性斷裂(⑨)，該斷層為古老斷層，在全新世內無新的活動斷裂跡象(如圖1 所示)。

圖2 場區地質構造綱要圖

4.3 地層分布

勘探揭露深度范圍內，場地地層自上而下主要由6 個單元層組成，即(1)層填土層(Qml)及湖積層(Ql);(2)層第四系全新統沖積的一般黏性土層;(3)層第四系上更新統沖洪積的老黏性土層;(4)層灰巖風化形成的紅黏土土層(Qel);(5)層三疊系大冶組(T1d)泥灰巖;(6)層三疊系大冶組(T1d)灰巖。

4.4 水文地質條件

擬建工程場地地下水按其埋藏條件和含水層性質分為上層滯水及巖溶裂隙水兩種類型。

上層滯水主要賦存于人工填土層中，分布不連續，無統一的自由水面，地下水位埋深為1.5 m～3.20 m，主要接受地表水與大氣降水補給，水量有限易于疏干，但不容忽視。

巖溶裂隙水主要賦存于場地泥灰巖、灰巖裂隙中，其水量變化較大。

5 巖土工程分析與評價

巖溶地區巖土工程分析與評價應根據場地工程地質條件和水文地質條件，結合巖溶發育情況重點評價巖溶穩定性，并提出合理的設計與施工建議。

5.1 巖溶發育情況

本次勘察共布置勘探孔79 個，其中主樓布置鉆孔20 個，其余均為基坑孔。主樓鉆孔均進入基巖5 m～8 m，基巖均為泥灰巖或灰巖。鉆孔深度范圍內未發現土洞、溶洞，說明本場地巖溶不發育。

5.2 巖溶穩定性

(1)本場地北側發育的喻家湖壓扭性斷裂為古老地質構造，在全新世未發現有活動跡象。

(2)武漢地區歷史上發生過地面塌陷的地段一般在長江沖洪積一級階地，如烽火村、中南軋鋼廠等地，灰巖上覆地層一般為砂土層，地下水與長江水力聯系緊密，地下水位變化大，具有強烈的水動力條件。本場地灰巖上覆地層一般為紅黏土或老黏性土，地下水主要為巖溶裂隙水，水位隨季節有一定變化，但水動力條件弱，因此本場地存在巖溶地面塌陷可能性小。

(3)勘察過程中未發現土洞、溶洞發育。

綜上所述，可認為本場地是穩定的，適宜進行工程建設。

5.3 基礎選型及持力層建議

灰巖地區基礎型式和持力層的選擇直接關系建筑物的穩定性、工程施工時間及工程造價，因此選用合理的基礎型式和持力層至關重要。

(1)天然地基

從場地地層特征來看，(3－1)層粉質黏土分布較淺，一般小于5 m，硬塑狀態，強度較高，承載力特征值fak=370 kPa。住宅樓基礎埋深為6 m左右，可考慮采用天然地基，基礎形式采用筏板基礎。以1 號住宅樓為例驗算采用天然地基的可能性。

1 號住宅樓采用剪力墻結構，建筑物總荷重544 kN/m2，基礎埋深6.3 m，基礎寬度按12 m考慮，經深寬修正后fa=620 kPa，pk＜fa，符合強度要求。

(4－1)層紅黏土為相對軟弱下臥層，下臥層層頂自重應力:265.4 kPa，下臥層層頂附加應力:307.84 kPa，下臥層修正后的承載力特征值:761.7 kPa。下臥層修正后的地基土承載力特征值大于土層應力，下臥層強度滿足要求。

變形驗算結果:整體傾斜為0.00017 ＜0.0025，中心點計算沉降量為124 mm ＜200 mm，滿足變形要求。

(2)樁基礎

本工程高層住宅樓還可考慮采用樁基，樁型可考慮采用鉆孔灌注樁，以場地(5－2)層中風化泥灰巖或(6)層灰巖為樁端持力層。由于泥灰巖、灰巖系可溶巖，為保證樁基穩定性并指導設計，建議進行一樁一孔的施工勘察。

為節省施工時間、降低工程造價，建議本工程優先考慮采用天然地基，以場地(3－1)層老黏性土為基礎持力層。保證建筑物的穩定性，設計時應加強基礎整體剛度。

5.4 地下結構抗浮

灰巖分布地區應根據場地所在地貌單元、地層結構、地下水類型和地下水變化情況，結合地下室埋深、上部荷載等情況進行地下結構抗浮評價。

如前所述，本工程地貌單元屬于剝蝕堆積壟崗，上部地層以老黏性土或老黏性土夾碎石為主，下伏基巖為泥灰巖、灰巖，地下水類型主要為上層滯水和巖溶裂隙水。本工程雖位于巖溶地區，但巖溶不發育，巖溶裂隙水對本工程影響微弱，因此本工程地下結構主要考慮抗浮問題。主樓部位地下室與其下部基礎相連，起主導作用的上層滯水，將以集水井形式隨時抽排，不會聚集在基坑內產生浮托力。但由于上部結構施工前，地下室上部沒有建筑物，不排除由于基坑周邊回填土質量達不到隔滲阻流要求、遇強降水造成基坑范圍水力連通形成浮托力對地下室構成危害可能性，因此無地上建筑部分和有地上建筑部分地下室均需考慮抗浮問題。按照武漢市地方經驗，抗浮設計水位一般按場地整平標高考慮，抗浮措施可考慮采用鉆孔灌注樁或錨桿樁。

6 結 語

巖溶地區高層建筑勘察應查明覆蓋層地層情況、灰巖的分布、溶洞發育情況、地下水類型及動力條件，在此基礎上分析巖溶穩定性，然后根據地層情況建議合理的基礎形式及持力層。

(1)武漢市剝蝕堆積壟崗地貌單元巖溶地區巖溶一般不發育，地下水動力條件弱，巖溶穩定性較好，適宜進行工程建設。

(2)巖溶地區基礎持力層為硬塑狀態老黏性土的高層建筑，若滿足強度和變形驗算要求，應優先考慮天然地基。

(3)武漢市剝蝕堆積壟崗地貌單元巖溶地區地下結構主要考慮抗浮問題。起主導作用的地下水類型為上層滯水，抗浮設計水位可按場地整平標高考慮，抗浮措施可采用鉆孔灌注樁或錨桿樁。

［1］GB50021－2001 巖土工程勘察規范(2009年版)［S］．

［2］JGJ 72－2004 高層建筑巖土工程勘察規程［S］．

［3］龐設典，熊毅明，肖炎明．武漢市工程地質分區的構想［J］．城市勘測，2005(2)．

［4］官善友，廖建生，龐設典等．武漢市都市發展區規劃用地地質環境調查與評價［J］．城市勘測，2011(5)．