淺析工程地質在建筑工程建設中的指導作用
——以永盛花園二區建設項目為例

李彥鳳

（安徽省地勘局第二水文工程地質勘查院，安徽蕪湖241000）

2016年海創置業有限公司擬在蕪湖市九華南路以西，擬建建筑物主要為5幢高層住宅樓（30#、31#、32#、33#、43#）及地下1層地下車庫。為查明建筑范圍內各巖土層的類型、深度、分布、工程特性和變化規律，提供地基變形計算參數、預測建筑物的變形特性、查明地下水的埋藏情況、地下水類型、水文變化幅度及規律、并明確提出地下室防水水位及抗浮計算水位、查明不良地質作用的類型、成因、分布范圍、發展趨勢和危害程度。特委托安徽省地勘局第二水文工程地質勘查院下屬單位安徽第二水文工程勘察院對其建筑區域展開工程地質調查。

我院對該擬建場地進行詳細勘察，為其提供了各巖土層物理力學性質指標，分析和評價地基穩定性、均勻性和承載力，對可供采用的地基基礎設計方案進行了論證分析；對于需采用樁基礎，提出合適的樁型、樁端持力層、樁端進入持力層的深度、樁周摩阻力及樁端阻力，并預估單樁承載力；論證樁的施工條件及其對環境的影響；評價地下水對基礎設計和施工的影響，判定環境水和土對建筑材料的腐蝕性；提供基坑設計所需的有關參數，對基坑安全等級提出建議，對基坑的整體穩定性和可能的破壞模式作出評價；劃分場地土類型及場地類別，劃分對抗震有利、不利或危險地段；對可能采用地基處理后的高層筏板基礎，應針對可能采用的地基處理方案，提供地基處理設計和施工所需的巖土參數；提供樁基設計所需的全部巖土技術參數，對可能采用的樁型、規格及相應的樁端入土深度提出建議。

1 典型實例——永盛花園二區

1.1 勘察方法

本次勘察以鉆探為主要手段，并進行孔內原位測試和室內土樣測試工作。勘探點間距小于23m，沿建筑物的周邊布置勘察點。主要勘察步驟為：鉆孔定位→鉆探→原位測試→巖、土、水樣測試→室內工作。

1.2 研究區基本情況

工作區屬北亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候特征是：氣候溫暖濕潤，四季分明，雨量充沛，日照充足。區內年平均無霜期243d，年平均氣溫16.0℃，年最高氣溫41.0℃，年最低氣溫-13.1℃；年平均日照時數1982.2h，日照率為44.8%；多年平均降雨量1198.1mm，年最大降水量1906.5mm，年最小降水量565.7mm，日最大降水量為249.9mm。多年平均蒸發量1358.3mm，多年平均相對濕度82%。區內全年降水各月分配不均，5～8月為豐水期，降水量占全年降水量的60%～70%，9～11月及翌年3～4月為平水期，12～2月為枯水期。

擬建場區地層結構較簡單，主要為第四系上更新統沖和三疊系上統東馬山組，巖性主要為粉質粘土、粘土、中風化灰巖等。擬建場區位于淮陽山字型前弧東翼，廬樅火山巖盆地南部，構造較簡單，斷裂、褶皺構造不發育。距擬建場區最近的區域斷裂構造主要有宿松—樅陽斷裂、青陽—廣德斷裂，兩斷裂呈北東向展開，距擬建場區較遠。以上斷裂活動強度不高。本次勘察未發現晚更新世以來活動斷層。區域地殼總體相對穩定。

擬建場地水文地質條件中等復雜，地下水類型可分為第四系松散巖類孔隙潛水和碳酸鹽巖裂隙巖溶水兩個類型。松散巖類孔隙潛水主要賦存在第四系上更新統的粘性土中，富水性較差。碳酸鹽巖裂隙巖溶水賦存于三疊系上統東馬山組中風化灰巖中，巖溶較發育，多呈溶溝、溶槽及溶洞的形式，本區巖溶裂隙水較發育。場區內上更新統為粉質粘土、粘土覆蓋，該層富水程度低，含水貧乏，透水性低，據區域資料，單井涌水量小于100t/d，粘土層滲透系數K值小于6×10-6cm/s。據本次勘察所取水樣水質分析報告，地下水類型為HCO3-Ca型。擬建場地環境類型為Ⅱ類。

場地范圍內未發現地面沉降、土洞、滑坡等不良地質作用，場地內巖溶較發育，范圍較廣，所施工鉆孔中淺層巖溶發育，部分巖芯溶蝕現象發育，溶洞充填物以硬塑粘土和軟塑粉質粘土為主。

1.3 研究區巖土層劃分及分布

根據本次勘察資料，依據各巖土層物理力學特征，擬建場地可劃分為4個巖土層，各巖土層分布情況見工程地質剖面圖。其工程地質特征分述如下：

①層素填土：灰色，松散，濕，主要成分為粉質粘土，夾少量碎石、磚塊。層底埋深0.20～4.50m，層底高程8.10～14.23m，層厚0.20～4.50m。該層場地內局部分布。

②層粘土：灰黃—棕紅色，硬塑，局部可塑，濕，含鐵錳結核，見灰白色高嶺土條帶，干強度中等，中等韌性，稍有光澤。層底埋深0.50～20.10m，層底高程-8.69～9.49m，層厚0.50～19.40m。該層實測標貫擊數平均值為18.9擊，本層在場地內除ZK11、ZK15孔缺失外均有分布。

②-1層粉質粘土：灰色，可塑，濕，含鐵錳結核，見灰白色高嶺土條帶，切面光滑。該層為②層粘土層中夾層，層底埋深3.50～14.00m，層底高程-2.62～9.04m，層厚1.50～4.20m，厚度變化較大。該層實測標貫擊數平均值為6.8擊，本層在場地內分布不連續。

③層中風化灰巖：青灰色，隱晶質結構，中薄層狀構造，節理裂隙發育，巖芯溶蝕現象發育，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，柱長10～30cm。該層未揭穿，層頂埋深0.20～31.50m，層頂高程-8.69～9.50m，揭露層厚0.20～8.60m。飽和單軸抗壓強度標準值為42.95MPa。巖石堅硬程度屬較硬巖，巖體較完整，巖體基本質量等級為Ⅲ類。

1.4 研究區巖土層物理力學性質指標

本次勘察各巖土層中均采取了原狀土樣，進行了標準貫入試驗，獲取了各土層的物理力學性質指標，并按《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）（2009版）要求進行統計，對場區內粘土及粉質粘土進行標準貫入試驗，實測數據粘土：統計個數59個，最大28擊，最小10擊，平均18.88擊，變異系數為0.169，標準值18.17擊；粉質粘土：統計個數6個，最大8擊，最小6擊，平均6.83擊，變異系數為0.110，標準值6.21擊。對巖石飽和抗壓強度試驗數據進行試驗統計得出，中風化灰巖：飽和單軸抗壓強度最大值84.3MPa，最小值25.9MPa，平均為46.78MPa。變異系數為0.33，標準值42.95MPa。

2 巖土工程分析與評價

根據本次勘察鉆孔資料，室內土工試驗結果，經綜合分析，擬建場地地層結構較簡單，各巖土層的工程特征評價如下：①層素填土，松散，為新近回填土，厚度較小，僅ZK42孔厚度較大，達4.5m，力學強度低；②層粉質粘土，硬塑，局部可塑，場地內分布均勻，中等壓縮性，力學強度較高，為良好的天然地基持力層，可作為建筑物持力層；②-1層粉質粘土，可塑，局部軟塑，為②層粘土夾層，分布不均勻，厚度變化較大，中等壓縮性，力學強度較低，可作為荷載較小建筑物持力層；③層中風化灰巖，場地內均有分布，巖石堅硬程度屬較硬巖，力學強度高，為良好的樁端持力層。

根據《建筑抗震設計規范》GB50021-2010第4.1.6條有關規定結合區域地質經驗，場地20m深度范圍內土層主要為粘土、粉質粘土，每棟樓選取1孔進行波速測試，按《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010），根據波速測試結果得出等效剪切波速平均值253.38m/s，場地北部根據鉆孔巖土揭露顯示覆蓋層厚度小于5m，場地類別為Ⅰ1類，其余地段場地覆蓋層厚度大于5m，場地類別為Ⅱ類。根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）的有關規定，本區抗震設防烈度為6度，設計地震分組第一組，設計基本地震加速值為0.05g。土的類型②層為中硬土，②-1層為中軟土，③層為巖石。場地類別為Ⅰ1和Ⅱ類，為抗震一般地段。場地特征周期為0.35s。

3 工程地質指導作用

3.1 天然地基分析

根據場地的工程地質條件和擬建工程的安全等級及沉降的敏感性，建議②層粘土作為基礎持力層。根據場區內鉆孔反應，部分地段②層粘土厚度變化大或缺失，且③層中風化灰巖淺表巖溶較發育，局部溶洞頂板厚度小于1m，地表溶溝、溶槽發育，不宜采用天然地基，建議采用樁基。如采用筏板基礎，需清除①層素填土及溶溝、溶槽充填土，以素混凝土回填至設計標高。

表層素填土厚度一般為0.7～1.4m，為新近回填土，松散，力學強度低，不能直接作為擬建建筑物持力層和下臥層，施工時應予以清除。再以素混凝土進行回填至設計標高。根據各巖土層的主要物理力學性質指標統計結果和地區經驗，依據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011），經綜合分析，提供各巖土層天然地基設計參數見表1。

表1 天然地基設計參數

擬建場地地層結構較簡單，土層層面起伏不平緩，基巖面局部起伏較大，且垂直方向巖土層物理力學性質指標差異較大，巖溶發育，屬不均勻地基。

3.2 樁型選擇

各種樁型的適用地層及優點缺點參見表2。通過對比，結合場地地質情況及當地施工經驗，建議采用鉆孔灌注樁，以③層中風化灰巖作為持力層。場地巖溶較發育，樁基施工時樁端應穿過溶洞底板，進入完整基巖0.5m且樁底穩定基巖深度不小于2m。

表2 不同樁型比較分析

根據場地工程地質條件及各土層的工程特性分析，采用鉆孔灌注樁具有較好的成樁條件。由于場地地下水水位較高，水文地質條件中等復雜，對樁基設計和施工存在一定的不利影響，可能會引起塌孔、泥漿粘度降低等，故樁基設計和施工時應慎重考慮，采取措施。另場地內巖溶發育，過度抽取地下水可能會引起巖溶塌陷等問題而造成地基基礎的破壞，因此應控制地下水的開采。

3.3 基坑工程

（1）基坑工程巖土層結構和工程條件。擬建場地基坑范圍為30#、43#樓，基礎埋深5.3m，30#場地高程為11.38～14.93m，±0.0標高為15.0m，43#場地高程為9.85～11.58m，±0.0標高為14.8m，場地整平施工以挖方為主。基坑持力層可選在②層粘土上。若基坑工程失穩或過大變形對建筑物周邊設施有影響。基坑安全等級為二級。基壁巖土結構為①層素填土、②層粘土，②層粘土為微—弱透水層，滲透系數（0.25～2.75）×10-6m/s，基坑不會產生大的涌水量，只需在開挖過程中設置集水井排水。基坑在開挖過程中引起地下水位下降，會對周圍環境產生影響。

（2）地下室抗浮評價。擬建場地地下水位較高，地下水類型為松散巖類孔隙水，②層為弱含水層。地下水位一年四季變化大。根據長觀資料及本次勘察成果，地下水抗浮水位根據《高層建筑巖土工程勘察規程》（JGJ72-2004）第8.6.2條規定，建議抗浮水位標高為11.5m。

（3）施工建議。土方開挖前施工單位應編制嚴密的施工組織設計，經設計及相關單位認可后方可施工。挖土流程、順序及方式應嚴格按照施工組織設計進行，不得超挖，開挖面高差應控制在1m以內，并宜按不大于1∶1.5放坡；基坑應按分層、分段、對稱、均衡的原則開挖，在開挖過程中，施工單位應采取有效措施，確保邊坡留土及動態土坡的穩定性，慎防土體的局部坍塌造成現場人員損傷和機械的損壞。施工時，應在坡頂、坑底采取有效的截、排水措施。開挖至坑底后，應及時進行混凝土墊層和主體地下結構施工；基坑開挖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建筑物地面沉降監測；應先清表進行基坑施工，再進行回填、分層壓實。回填及壓實過程中應注意填土的側壓力對基礎及基坑側壁的影響。

3.4 場地穩定性、均勻性評價

場地為6度設防區，地下水動力活動影響擬建工程的穩定，巖土層結構較簡單，場地內各巖土層層位較穩定，厚度變化大，巖溶發育，為抗震一般地段，擬建場地內地質環境變化不大，所有工程巖土層相似，為不均勻地基，場地穩定性一般。

4 結論

擬建場地抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值0.05g，設計地震分組為第一組，特征周期0.35s，場地北部場地類別為Ⅰ1類，其余地段場地類別為Ⅱ類，為抗震一般地段，不均勻地基，適宜本工程建設；擬建場地地下水和土對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具微腐蝕性；擬建32#、33#、43#樓宜選用天然地基，推薦筏板基礎，建議選用②層粘土作為基礎持力層。30#、31#樓推薦選用樁基礎，樁型宜選用鉆孔灌注樁基礎，以③層中風化灰巖作為持力層。31#樓如采用筏板基礎，需清除①層素填土及溶溝、溶槽充填土，以素混凝土回填至設計標高。