通州規劃新城巖土地基工程能力研究

黃. 驍，王進衛,2，陳 剛，李哲琳

（1.北京市地質工程勘察院，北京 100037；2.北京航空航天大學，北京 100191；3.中國新興建設開發總公司，北京 100039）

通州規劃新城巖土地基工程能力研究

黃. 驍1，王進衛1,2，陳 剛1，李哲琳3

（1.北京市地質工程勘察院，北京 100037；2.北京航空航天大學，北京 100191；3.中國新興建設開發總公司，北京 100039）

巖土地基工程能力影響和制約著城市的規劃和發展。通過對通州規劃新城工程地質特征的分析研究，確定地基土的承載力、壓縮性及不良地基土的分布等，為影響研究區巖土地基分類的主要控制因素。進一步將研究區地基條件分為5類，對各類地基條件進行了工程適宜性評價并提出了建議，為新城土地的合理規劃、科學使用提供了前期地質支撐。

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為地基。工程建設不能超過地基的工程能力，否則會造成相對大的損失或再投資［1］。分析城市巖土地基工程能力，對于科學合理地利用土地，避免土地開發的環境問題發生，以及基礎施工的難易程度，工期的長短及造價的高低等都有重要意義［2］。

本文依托北京通州規劃新城前期區域工程地質勘查項目，采取工程地質調查、鉆探、原位測試及室內試驗等方法，對地基巖土類型、分布狀況及物理力學指標進行系統分析，對研究區巖土地基條件類型進行了分區，并在此基礎上分析評價了工程適宜性，以期在新城的規劃建設中為工程項目的規劃選址、合理利用天然地基及選擇合理的地基持力層提供參考。

1 自然地理與地質概況

北京通州規劃新城地處永定河、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。地勢西北略高、東南稍低，地面高程16～29m，坡降為0.6%左右，地勢相對平坦。

研究區位于大興迭隆起東北端，主要發育南苑—通縣斷裂，該斷裂是北京南部平原地區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性，未來一定時期內仍會有持續的活動性，但其活動的強度不會很大，本區未來一定時期內發生較大的破壞性地震的可能性很小［4,5］。

研究區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。對工程建設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砂及粉土層，在黑莊戶—梨園—宋莊一線地下潛水水位埋深大于6m，兩側的水位埋深遞減，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沉積的粉細砂、中粗砂、圓礫-卵石層，一般有兩層甚至多層承壓水。

2 研究區巖土地基特征

2.1 空間分布特征

研究區具有典型的多層土體結構，三維地質結構模型［6］清晰顯示細粒土（粘性土為主）與粗粒土（砂類土為主）互層情況（圖1）。地表下30m深度范圍內存在兩層較厚的粗粒土，中夾厚層細粒土；且粗粒土厚層中夾著細閏土薄層和透鏡體，細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，埋深相對變淺；最薄處厚僅1m，而最厚處可達18.5m；在西部郭家場附近埋深大于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足建筑物要求（包括承載力、穩定變形和滲流三方面的要求），嚴重影響了巖土地基的工程能力。結合通州新城的工程地質條件，主要的不良地基有人工填土、軟粘土和液化砂土。

圖2 研究區人工填土厚度分區圖

（1）人工填土

研究區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的區域廣泛分布，占到研究區的60%以上；厚度大于3m的區域主要集中在研究區東部的潞城、小豆各莊一帶。由于其堆積時間短，多為欠固結土，力學性質差，成分復雜，且無規律性，即使在同一場地的不同位置，其地基承載力和壓縮性也可能有較大的差異，為不良工程地質性質層，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，主要是第四紀后期（新近代）在湖泊、河灘等地質沉積環境下沉積形成的。這類土大部分處于飽和狀態，含有機質，天然含水量大于液化限，孔隙比大于1。研究區新近沉積的粉質粘土多屬于此類土，其工程特性表現為抗剪強度很低，壓縮性較高，滲透性很小，并具有結構性，廣泛分布在潮白河一級階地及涼水河兩岸。

圖3 研究區軟粘土厚度分區圖

研究區除管莊—永順—北寺莊一帶、田府、小民屯、供給店等小地區缺失軟粘土外，其余地區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軟粘土厚度超過7m。在這些地區，地基持力層及下臥層的承載力相對較低，基本不能滿足天然地基承載力的需要，多需要進行地基加固處理。

（3）液化砂土

飽和粉細砂及部分粉土，雖然在靜載作用下具有較高的強度，但在地震力的反復作用下有可能產生液化，地基會因液化而喪失承載能力。研究區普遍存在可液化土層（圖4），其中嚴重液化區主要分布在樓梓莊、雙埠頭、臺湖、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18m左右；中等液化區主要分布在高安屯－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15m左右；輕微液化區主要分布在研究區的中部，液化深度一般為3～8m，最深可達10m左右?？傮w上研究區除西部和東南部局部地區外，其余地段均存在不同程度的砂土液化情況。

圖4 研究區砂土液化等級分區圖

2.3 地基土承載力

工程建筑設計對地質條件要求最直接的參數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，因此對地基土的承載力進行評價是工程地質條件評價的主要內容［5］。本次取研究區0～5m、5～10m、10～15m三個不同深度范圍內地基土承載力的平均加權值進行分區研究。

研究區焦莊、潞城、小豆各莊、梨園以西及黑莊戶－三間房－吳營一線0～5m深度范圍內承載力小于130kPa；其余地區承載力相對較高，尤其是管莊、師姑屯等地承載了可以達到160kPa以上（圖5）。總的來說基本可以滿足低層或多層建筑對天然淺基承載力的要求。

圖5 0～5m承載力分區圖

圖6 5～10m承載力分區圖

研究區5～10m深度范圍內地基土除局部存在軟粘土導致承載力低于130kPa外，其余地區均達到130kPa以上，其中一半以上地區達到160kPa以上（圖6）。對于附2～3層地下室的多層建筑一般需要考慮通過地基土加固處理來滿足承載力的需求。

圖7 10～15m承載力分區圖

圖8 0～10m壓縮模量分區圖

研究區10～15m深度范圍內地基土除張家灣以東局部存在軟粘土導致承載力低于160kPa外，其余地區均達到160kPa以上，而且一半以上地區達到200kPa以上（圖7）。對于附3層以上地下室的多層—高層建筑一般亦需要考慮通過地基土加固處理來滿足承載力的需求。

圖9 5～15m壓縮模量分區圖

圖10 10～20m壓縮模量分區圖

通過不同深度范圍內土層承載能力的對比分析，可以看出，除局部存在軟弱土外，大部分地區隨著深度的增加，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，壓縮性指標是工程計算沉降變形必不可少的參數。本次研究采用地基土壓縮模量值來評價其壓縮性能［7］。分別選用0～10m、5～15m 、10～20m三個不同深度范圍內壓縮模量的平均加權加值進行分區評價。

研究區僅小中河以西0～10m范圍內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5～15m范圍內不存在高壓縮性土，低壓縮性土區域達到60%以上（圖9）。

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

通過不同深度范圍內壓縮性的對比分析，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 研究區巖土地基條件分區表

3 巖土地基條件分類及其工程適宜性評價

巖土地基條件分類一般考慮地形、地貌、場地的穩定性、巖土體性質、水文地質條件等，幾個方面因素的影響［8］。根據通州新城工程地質特征，確定影響巖土地基條件分類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區［9］等。這些因素控制和影響著研究區巖土地基的質量，也是進行適宜性分區的依據。

綜合考慮以上因素圖，研究區巖土地基條件可分為5個區(表1及圖11)。

Ⅰ類是工程建設的較好地基，地基承載力普遍較高，對于無地下室或附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。對于基坑開挖較深的高層建筑，可選用其下的砂類土作為天然地基持力層，但需要考慮工程降水和邊坡支護問題。

Ⅱ類是工程建設的一般地基，該區分布范圍較廣，通州城關基本位于此區。地基土強度一般，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，需根據情況采取加強措施。如果工程重大，則需要治理針對負荷來說相對低的承載力，做好地基處理工作。開挖邊坡要采取輕度防護措施，避免邊坡失穩問題。此外城區部分人工填土較厚，因此在具體工程中需要采取局部換填措施進行地基處理。

圖11 研究區巖土地基條件分區圖

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

Ⅳ類是工程建設差的地基。巖土工程問題多而復雜，僅適宜小型或輕型的工程建設。布置中低層建筑時，需針對高水位、低承載力、軟土和砂土液化等，采取相應工程措施。

Ⅴ類主要指水系及沿岸限建區，不宜作為建筑物布局，建議作為城市的綠化區帶。

4 結束語

對巖土地基工程能力進行研究可使用規劃建設更為科學合理，能最大限度地發揮城市土地的工程能力。特殊的地基條件分布區，應有不同的工程規劃與建設重點。通州規劃新城地基條件Ⅰ類區，巖土體工程地質條件良好，是較好的天然地基，很少出現環境巖土工程問題，可布置各類建筑；地基條件Ⅲ、Ⅳ類區，是地基條件相對較差地區，新城規劃時宜布置中低層建筑，且應針對砂土液化、軟弱地基和高水位做好地基處理和工程防護；至于地基條件Ⅴ類區，不適宜進行工程建設，宜進行綠化、城市生態環境建設及旅游開發等。

［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. 北京: 中國建材工業出版社, 71～80,2002.

［3］北京市地震地質會戰第四專題組.北京平原區全新世構造活動調查研究. 1982.

［4］徐錫偉,吳衛民等主編.首都圈地區地殼最新構造變動與地震. 北京: 科學出版社, 106,2002.

［5］劉保金,胡 平等.北京平原西北部地殼淺部結構和隱伏活動斷裂—由地震反射剖面揭示.地球物理學報.2009.52（8）.2015～2025.

［6］ 玉 川. 京市通州區工程建設層地質建模與環境質量評價中國地質大學（北京）,2009.

［7］張在明,沈小克等.北京地區建筑地基基礎勘察設計規范.中國計劃出版社.20,2009.

［8］ 李相然,孫巖松.工程地質環境質量評價理論在城市規劃中的應用［J］.世界地質,2000,19(3):258～264.

［9］沈小克,周寵磊等.城鄉規劃工程地質勘察規范. 中國建筑工業出版.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，注冊土木（巖土）工程師，主要從事巖土工程勘察、設計與施工、地質災害評估。電子信箱：huangxiaomail@163.com