中鐵三局科技研發中心巖土工程勘察質量與環境問題探討

文/劉水生 山西省勘察設計研究院 山西太原 030013

1、工程概況

中鐵三局集團有限公司科技研發中心工程位于太原市繁華的迎澤大街和新建路交叉路口西南角，北鄰迎澤大街，東鄰新建路，西南緊鄰頂好集團辦公大樓，西側緊鄰中國民生銀行，南與山西大酒店為鄰。擬建建筑物辦公樓、裙樓、地下車庫組成。主樓地上38層，高度154.9m，基礎埋深15.0m,基底壓力830kPa，框剪結構。群樓地上3層，高度16.3m，基礎埋深15.0m,基底壓力130kPa，框架結構。地下車庫地下3層，基礎埋深15.0m,基底壓力100kPa，框架結構，柱基。基坑底標高769.0m。2012年8月我院受建設單位委托，對其擬建項目進行了巖土工程勘察工作。

2、勘察技術要求

本次勘察的主要目的與要求為：⑴查明建筑物范圍內各層巖土的類型、厚度、分布及工程特性，分析評價地基的穩定性、均勻性及承載力，并提供地基變形計算參數。

⑵劃分地基土類型和建筑場地類別，對場地地震效應進行評價，并對飽和砂土及粉土進行液化判別。

⑶查明地下水埋藏條件、提供地下水水位及其變化幅度，并判定地下水及地基土對建筑材料的腐蝕性。

⑷分析天然地基可行性，提出經濟合理、技術可行的地基處理方案建議，提供樁基設計所需的巖土技術參數。

⑸提供基坑開挖及支護設計所需的巖土技術參數，論證其對周圍已有建筑物和地下設施的影響。

3、詳細勘察工作的重點

依據勘察技術要求，結合本項目所處的區域地質條件，充分考慮持續提供滿足顧客要求的產品質量及減少對周圍環境可能帶來的影響，本次詳細勘察工作的重點為：

（1）建筑物所處的場地為可液化地區，重點查明地下水的埋藏條件，提供地下水水位及其變化幅度，地下水的類型，判定地下水對建筑材料的腐蝕性，并分析基坑降水可能采用的方式及對環境的影響大小，建議最合理的降水方案；野外勘探主要采用SH-30型和XY-150型鉆機，分層施工，分層設置井管，分層測定水位。外業施工嚴格按我院質量、環境、職業健康安全管理體系文件的要求，確保質量達到最佳，對環境的影響降到最小，職工健康安全。

（2）建筑物基礎埋深15.0m,提供可靠的基坑開挖及支護設計所需的巖土參數：①為準確獲得基坑開挖深度和基底下一定深度范圍內的地層分布及力學性質，采用靜力觸探原位測試，鉆探采用單動雙重巖心管鉆具，每米全斷面采芯一次。②室內壓縮固結試驗，高壓固結回彈試驗施加的最大壓力滿足繪制完整的e～logp曲線，同時在預估的先期固結壓力下進行回彈，提供先期固結壓力、壓縮指數、回彈指數。③不擾動土樣選做了固結快剪和靜三軸（UU）試驗、砂土進行了水上水下休止角試驗。

（3）嚴格按照《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）（2009年版）、《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）、《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）、《土工試驗方法標準》（GB/T50123-1999）等國家標準、行業及地方標準的要求進行勘察工作。主樓一般性鉆孔75m，控制性鉆孔95m。裙樓及地下車庫一般性鉆孔35m，控制性鉆孔45m。

4、場地工程地質條件概述

4.1 場地地形地貌

擬建場地所處地貌單元屬汾河東岸Ⅰ級階地。勘察期間地面標高介于782.73m～784.77m。因開挖舊有建筑物基礎而地面不規則高低起伏。

4.2 地基土構成及巖性特征

根據野外鉆探、原位測試、室內土工試驗結果，本次勘察深度范圍內，地基土主要由人工填土、粉質黏土、粉土、細中砂、中粗砂、粗礫砂等17層構成。基坑開挖與支護設計，基坑地下水控制所涉及的地層，主要由以下8層構成。

第①層人工填土（Q42ml），主要由拆遷完成后的建筑垃圾及填土構成，層厚1.80m～5.30m。層底平均標高779.70m。

第②層粉質黏土（Q41al+pl）：褐黃～灰褐色，含云母、氧化物等。可塑～軟塑狀態，具中～高壓縮性。壓縮系數a1-2介于0.189～0.627MPa-1之間，平均0.252MPa-1；靜力觸探錐頭阻力qc厚度加權平均值為0.82MPa層厚1.35m～7.00m。層底平均標高775.87m。

第③層粉土（Q41al+pl）：黃褐色，含云母、氧化鋁、氧化物等。中密狀態，具中～高壓縮性。壓縮系數a1-2介于0.217～0.578MPa-1之間，平均0.334MPa-1；靜力觸探錐頭阻力qc厚度加權平均值為3.27MPa。層厚1.95m～8.05m。層底平均標高771.67m。

第④層粉土（Q41al+pl）：黃褐色，含云母、氧化物等。中密狀態，具中壓縮性。壓縮系數a1-2介于0.185～0.394MPa-1之間，平均0.265MPa-1；靜力觸探錐頭阻力qc厚度加權平均值為6.13MPa。層厚1.67m～6.05m。層底平均標高767.90m。

第⑤層細中砂（Q41al+pl）：灰褐色，礦物成分主要為石英、云母等。飽和，中密，顆粒級配不良。靜力觸探錐頭阻力qc厚度加權平均值為10.59MPa。層厚1.80m～6.70m。層底平均標高763.62m。

第⑥層粉質黏土（Q3al+pl）：褐黃～灰褐色，含云母、氧化物等。可塑狀態，具中壓縮性。壓縮系數a1-2介于0.207～0.450MPa-1之間，平均0.327MPa-1；靜力觸探錐頭阻力qc厚度加權平均值為8.11MPa。層厚0.90m～5.20m。層底平均標高755.30m。

第⑦層細中砂（Q3al+pl）：灰褐色，礦物成分主要為石英、云母等。飽和，中密～密實，顆粒級配不良。靜力觸探錐頭阻力qc厚度加權平均值為14.31MPa。層厚2.80m～10.0m。層底平均標高755.30m。

第⑧層中粗砂（Q3al+pl）：褐灰色，礦物成分主要為石英、云母等。飽和，中密～密實，顆粒級配良好。層厚3.40m～9.4m。層底平均標高748.97m。層底平均埋深34.95m

4.3 場地水文地質條件

根據本次勘察揭露地層情況結合含水層的埋藏條件及水理特征，場地內地下水在勘察深度范圍內可分為2個類型，即上層潛水和下部承壓水。

4.3.1 潛水

本次勘探揭露場地首層地下水類型為孔隙潛水，以第①層人工填土為主要含水層，主要由大氣降水和側向徑流補給。測得水位埋深在現地面下2.10～4.10m之間，水位標高在780.61～780.68之間。

4.3.2 承壓水

承壓水以第⑤層細中砂、第⑦層細中砂、第⑧層中粗砂、第⑩層粗礫砂、第⑿層粗礫砂、第⒁層粗礫砂為主要含水層，以第②層粉質黏土、第③層粉土、第④層粉土、第⑥層粉質黏土、第⑨層粉土、第⑾層粉質黏土、第⒀層粉質黏土、第⒂層粉質黏土為相對隔水層。

第⑤層細中砂中承壓水初見水位埋深介于16.30～18.50m之間，標高介于766.27～767.65m之間，穩定水位埋深介于3.70～4.10m之間，標高介于780.25～780.27m之間。

第⑦層細中砂中承壓水初見水位埋深介于21.00～23.40m之間，穩定水位標高為780.25～779.75m之間。

勘察期間為豐水期，地下水位季節性變化幅度約1m。擬建場地抗浮設防水位標高可按781.60m采用

5、基坑支護和地下水控制建議

（1）影響基坑支護和地下水控制的主要技術參數：地基土層的構成及其主要物理力學性質指標（如：靜力觸探錐頭阻力qc、土的抗剪強度指標、標準貫入試驗實測擊數、土的天然重度、土的狀態或密實度）的準確性；地下水的埋藏條件、類型、水位等，這些基礎數據的質量將引起對周圍環境的影響。

（2）基坑支護建議：考慮到基坑北側距迎澤大街11m，東側距新建南路12m，西側距民生銀行10m，西南角距頂好集團大樓16m，基坑開挖深度15m等周邊環境及地下管線、道路的安全和正常使用等，本工程的基坑安全確定為一級，可以采用的支護結構選型為錨拉式結構和支撐式結構；為盡量減少對周圍環境的不利影響及環保性能要求，又考慮到錨桿受對相鄰建筑物、地下構筑物及城市地下空間可能產生不利影響的約束等因素，建議基坑支護采用錨拉式結構和支撐式結構相結合的支護形式，以最大限度地減少對周圍環境的不利影響。

（3）地下水控制建議：本工程基坑坑底位于水位以下、坑底座落在第④層粉土（Q41al+pl）中，其下部地層為第⑤層細中砂（Q41al+pl）、第⑥層粉質黏土（Q3al+pl）、第⑦層細中砂（Q3al+pl）、第⑧層中粗砂（Q3al+pl）。結合本工程的規模、工程地質條件、水文地質條件、基坑周邊的環境要求、降水有可能會對基坑周圍的建筑物、構筑物、地下管線、道路等造成危害，甚至因地層變形對環境造成影響，還有可能引起坑底突涌等因素，建議地下水的控制采用截水、基坑內疏干降水、基坑外管井回灌相結合的辦法。截水帷幕盡量進入第⑥層粉質黏土（Q3al+pl）中。降水井的設計參數宜在工程樁和帷幕完工后通過現場抽水試驗進一步確定。

⑷在基坑開挖過程與支護結構使用期內，必須進行支護結構的水平位移監測和基坑開挖影響范圍內的建筑物、構筑物、地面、道路的沉降觀測。

結語：

本文通過對中鐵三局科技研發中心項目巖土工程詳細勘察工作的反思與再認識，巖土工程勘察工作應在嚴格按照本院質量、環境、職業健康安全管理體系文件的要求為顧客提供高質量的產品服務的同時，對大型工程項目（建設規模大、深基坑）對周邊環境的影響應引起高度重視，預防或減輕不利環境影響以保護環境，促進環境、社會、經濟三者和諧發展。

[1]《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）（2009年版）.

[2]《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）.

[3]《土工試驗方法標準》（GB/T 50123-1998）.

[4]《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）.

[5]山西省勘察設計研究院.中鐵三局集團有限公司科技研發中心巖土工程勘察報告[R].2012.9