軟硬夾層工程地質勘察方法及建設方案的選取

李志洪

摘要：本文通過對軟硬夾層工程地質勘察的描述，詳細介紹了勘查中建設方案的選擇，包括如何選擇基礎類型，進行基坑支護與降水，結合野外實際施工工藝，提出一些看法，以及在基礎設計中需要充分考慮的設計要點。

關鍵詞：軟硬夾層；巖土工程；勘察方法

1.工程概況

擬建場地位于廣東惠州大亞灣區大亞灣文化體育活動中心、石化大道北側，中興中路北段東側，緊鄰東側新天名城及北側惠州崗宏房地產開發有限公司用地。擬建項目規劃用地總面積為66155.0m2，建筑退線面積為42916.0m2，地上建筑總基底占地面積為17890.0m2，地下建筑總基底占地面積約為47055.0m2，現勘察面積約為49800.0m2。擬建建（構）筑物為9幢22層～48層的高層至超高層建筑；其中1#為45層～48層，層高140.10m～149.10m，附1～3層的商業裙樓；2#為22層，層高80.60m；3#～9#為32層，層高99.80m；2#～9#均附2層商業裙樓，裙樓層高9.60m；另在該擬建場地設置兩層地下室，單層面積約47055.0m2，共層高7.65m。

2.勘察方法

根據勘察任務和規范要求及甲方所提供的鉆孔平面布置圖內的鉆孔平面位置，本次勘察在擬建場地布置鉆孔共203個（含9個剪切波速度測試鉆孔）和抽水試驗鉆孔8個及場地微振動測試點9個，其中控制性鉆孔（技術孔）103個，一般性鉆孔（鑒別孔）100個，因受場地情況限制個別鉆孔稍作了適當的位移。此次勘察采用大亞灣獨立坐標系，高程為56黃海高程，鉆孔平面位置是根據甲方提供的鉆孔平面布置圖內的鉆孔坐標由我院采用GPS和全站儀實地放測。鉆探施工共采用13臺（套）XY-150型液壓工程鉆機進行鉆探工作，采用擊進、回轉鉆進、壓進等孔底鉆孔環狀切割全取芯法的鉆探技術和使用泥漿或套管護壁等施工工藝，基巖的鉆探使用硬質合金鉆頭或金剛石鉆頭鉆進。巖土層分層描述結合現場工程地質調查、巖土芯目視/手工測試鑒別、原位標準貫入試驗和室內土工測試為基礎，按規范要求經綜合整理而成巖土工程勘察報告。每個鉆孔終孔24h后，用鋼尺測定地下水穩定水位。

3.研究區巖土層特征

根據鉆探揭露，場地巖土層按成因類型、物質成分自上而下為第四系人工填土層（Qml）、濱海沉積層（Qm）、沖洪積層（Qal+pl）、殘積層（Qel）和白堊系（K）砂礫巖等五大類。

①素填土：褐紅色，成分主要由砂礫巖風化土和碎塊石及少量大塊石（局部較多）、植物根莖等組成，土質不均勻，為人工堆填而成，稍濕—濕，局部很濕，松散，未固結，屬新近填土，另局部頂部約20cm～40cm為耕土。該層在所有鉆孔中均有揭露。因場地內含較多不規則狀的砂礫巖巖塊及大塊石，則導致部分標貫試驗錘擊數（N′）較離散且偏大。

②淤泥質土：灰黑—深灰色；流塑；成分主要由粉粒和黏粒組成，含少量有機質、腐殖質和貝殼碎屑、中細砂等，局部含較多中細砂或粗礫砂及見局部偶夾淤泥質粉質黏土薄夾層；具腥臭味；土質較均勻。該層在所有鉆孔中均有揭露。

③-1粉質黏土：淺黃—褐黃色；可塑；成分主要由粉粒和黏粒組成，含少量石英質砂粒；黏性一般；無揺震反應，稍有光澤，干強度、韌性中等；土質較均勻。該層在鉆孔中有揭露。

③-2粉土：淺黃—褐黃色；密實；濕—稍濕；成分主要由粉粒組成，含少量石英質砂粒；揺震反應中等，無光澤反應，干強度、韌性低；土質較均勻。

③-3粗砂：灰白—灰黃、褐黃色等；中密為主，局部稍密；飽和；成分主要以石英質粗砂為主，呈次圓棱角狀和次棱角狀，含較多中細砂和粉黏粒及少量礫砂等，顆粒不均勻，級配較差。

③-4卵石土：褐黃～灰白色等；中密為主，局部稍密或密實；飽和；成分主要以石英和粉砂巖為主，未風化，粒徑約20mm～80mm不等，個別大于100mm，磨圓度較好，呈亞圓形和圓形，排列混亂，充填較多粗礫砂和少量中細砂、粉質黏土等，顆粒不均勻，級配較差。

④粉土：褐紅色；密實；濕—稍濕；成分以粉粒為主，含少量石英質砂粒；為下伏砂礫巖未經搬運風化形成的殘積物；遇水易軟化、崩解；土質較均勻。

⑤-1強風化砂礫巖：褐紅色，局部夾黃色；礫屑結構，層狀構造；巖體風化強烈；巖石組織結構大部分已破壞，礦物成分已顯著變化；節理裂隙發育；巖體完整程度為極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級；泥砂質基底膠結，浸水易軟化、崩解；巖體風化程度不均勻；巖質軟，塊體易折斷，柱狀浸水后手可掰開；巖芯風化呈碎塊狀、塊狀為主，其次為半巖半土狀、巖屑狀和少量柱狀、長柱狀，柱狀節長約6cm～40cm不等，RQD=2～10；局部夾較硬柱狀或塊狀中風化巖及局部孔段間偶見小的溶蝕流失空洞。巖石天然濕度單軸抗壓強度為：0.60MPa～4.30MPa，平均值為：2.58MPa，標準值為：2.24MPa；飽和單軸抗壓強度為：1.20MPa～2.50MPa，平均值為：1.70MPa，標準值為：1.24MPa。該層在所有鉆孔均有揭露，但局部未穿透該層。

⑤-2中風化砂礫巖：中等；巖石組織結構部分破壞，礦物成分基本未變，見局部沿節理面出現次生礦物；節理裂隙發育；巖石堅硬程度為軟巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級；泥砂質基底膠結，浸水易軟化、干曬易裂；巖石錘擊聲不清脆，較易擊碎；巖芯風化呈碎塊狀、塊狀—柱狀、長柱狀，柱狀節長約6cm～90cm不等，RQD=60～90；局部孔段間偶見小的溶蝕流失空洞。巖石天然濕度單軸抗壓強度為：8.40MPa～24.0MPa，平均值為：15.67MPa，標準值為：14.30MPa；飽和單軸抗壓強度為：7.30MPa～19.40MPa，平均值為：12.45MPa，標準值為：11.32MPa；屬軟巖；軟化系數為：0.22～0.56，平均值為：0.40，屬軟化巖石。該層在鉆孔中有揭露，但局部未穿透該層。

⑤-3微風化砂礫巖：褐紅色；巖石結構基本未變，僅節理面有渲染或局部礦物略有變色，有少量風化裂隙，柱面較新鮮、光滑；巖石堅硬程度為較硬巖，巖體完整程度為完整，巖體基本質量等級為Ⅱ級；巖石錘擊聲較清脆，有輕微回彈，稍震手，較難擊碎；巖芯風化呈柱狀、長柱狀和少量碎塊狀、塊狀，柱狀節長約6cm～88cm不等，RQD=90～95。巖石天然濕度單軸抗壓強度為：25.60MPa～54.10MPa，平均值為：39.04MPa，標準值為：32.34MPa；飽和單軸抗壓強度為：23.0MPa～47.60MPa，平均值為：34.16MPa，標準值為： 28.92MPa；屬較硬巖；軟化系數為：0.46～0.82，平均值為：0.66，屬軟化巖石。

4.巖土的物理力學性質

本次共取原狀土樣237件、擾動樣20件進行室內土工試驗和巖石樣127件進行室內巖石天然、飽和、烘干強度抗壓試驗；進行原位標準貫入試驗345次和重型動力觸探試驗5.30m，各巖土層的原位標準貫入試驗和重型動力觸探試驗成果詳見《標準貫入試驗統計表》和《重型動力觸探試驗統計表》及各巖土層的主要物理力學指標情況詳見《物理力學指標統計表》。巖土參數分析統計按建設部推廣應用的理正工程勘察軟件，可供設計參考使用。本報告中鉆孔柱狀圖和工程地質剖面圖中的原位標準貫入試驗和動力觸探試驗錘擊數為實測擊數。

殘積土層、全風化巖和強風化巖呈漸變過渡關系，分界線劃分標準主要按原位標準貫入試驗，錘擊數N′<30擊為殘積土層，錘擊數50>N′≥30擊為全風化巖，N′≥50擊為強風化巖。

5.建設方案的選取

5.1基礎類型的選擇

（1）天然地基淺基礎方案

根據鉆孔揭露深度范圍內，場區內產出的上部第四系松散堆積物各巖土層工程力學性質較差、承載力低和工程力學性能差異較大，地基土性質不均勻，且變形較大，埋藏厚度大，下伏基巖埋藏較深，天然地基施工基坑開挖難度大及易誘發周邊場地變形等不良地質作用，不宜采用天然地基淺基礎方案，建議采用樁基礎方案。

（2）樁基礎方案

根據擬建工程特點、場地地基巖土工程地質條件和技術可行性、經濟合理性的綜合分析及周圍環境條件，場地內的鉆孔揭露深度范圍內見存在強/中風化巖軟硬夾層或互層現象較多，且基巖埋藏深淺不一，第四系巖土層整體透水性較好及在擬建場地挖除兩層地下室的情況下，下臥還分布較厚素填土層和高含水量、高壓縮性、低承載力的軟弱土層及強透水層（粗砂、卵石土），場地地下水對混凝土結構具中等腐蝕性、對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具強腐蝕性。擬建建（構）筑物若采用樁基礎方案，建議采用預制鋼筋混凝土樁基礎方案，以連續和較穩定的⑤1層強風化砂礫巖作樁端持力層，但考慮到場區內素填土層局部含較多大塊石、淤泥質土等軟弱土層下臥直接為基巖和存在較多強/中風化巖軟硬夾層或互層等，對樁端進入穩定持力層質量有較大影響，易出現偏樁、斷樁等現象，且局部地段存在有效樁長難以滿足設計要求和單樁承載力小，單樁承載力難以滿足超高層建筑，當采用預制鋼筋混凝土樁時，應采用引孔的施工工藝進行成孔成樁及采用柱下多樁/群樁或墻下裙樁的預制鋼筋混凝土樁樁基礎方案；若當樁身混凝土（含鋼筋）和耐腐蝕材料能滿足其防腐蝕性能要求時，也亦可采用鉆（沖）孔灌注樁基礎方案，以連續和較穩定的⑤1層強風化砂礫巖或連續、較完整和較穩定的⑤2層中風化砂礫巖作樁端持力層；樁端進入持力層深度應滿足設計要求。單樁豎向極限承載力標準值宜通過靜載試驗確定；當根據地基土的物理力學指標與承載力參數等經驗關系估算單樁豎向承載力特征值時，預制鋼筋混凝土樁、鉆（沖）孔灌注樁可按《建筑地基基礎設計規范》（DBJ15-31-2003）確定。預制鋼筋混凝土樁樁徑應不小于500mm，鉆（沖）孔灌注樁樁徑應不小于800mm，樁長預值約平均為20.0m。同時建筑樁基礎設計應滿足《工業建筑防腐蝕設計規范》（GB50046-2008）的有關規定。

5.2基坑支護

根據鉆孔平面布置圖，本次擬建的凱旋名門花園在擬建場地內設置兩層地下室。在此深度范圍內的巖土層為素填土、淤泥質土、殘積粉土和強風化砂礫巖，其開挖巖土層主要為素填土和淤泥質土?；庸こ痰刭|條件較差，擬建基坑地下水位埋藏深淺不一，局部埋藏較淺，淺部水文地質條件雖較簡單，但場地軟弱土層對基坑施工影響較嚴重及離周邊道路和建（構）筑物較近，若基坑失穩，破壞后果很嚴重，根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120-99）第3.1.3條，建議基坑工程安全等級為一級。

現開挖場地地勢較平坦、開闊及空曠，基坑開挖面積大及在基坑開挖范圍內地面地下無相關管線等通過，由于基坑開挖深度較大和基坑開挖邊線區離周邊已有道路、建（構）筑物較近，同時基坑開挖深度范圍內多為素填土及淤泥質土，且工程力學性質較差、承載力低和工程力學性能差異較大、變形大、埋藏厚度大，若處理不當，在基坑開挖過程中容易造成周邊道路不均勻沉降、周邊建（構）筑物開裂破壞及綜合我院旁臨已有的勘察資料，故基坑開挖不適宜采用坡率法進行開挖設計，建議采用排樁加截水帷幕進行基坑支護及截水，進行垂直開挖，排樁建議采用鉆（沖）孔灌注樁，基底淤泥質土層建議采用深層水泥攪拌樁進行處理。在基坑開挖支護方案中，應進行基坑支護專項設計計算和基坑整體穩定性驗算及建議進行抗滲流穩定性驗算，并對該基坑進行“危險性較大工程安全專項施工方案編制”的專家論證。同時在基坑開挖施工中應委托第三方變形監測單位在基坑影響范圍之外設置變形觀測基準點，對基坑及周圍的道路路面、建（構）筑物等進行全方位、全過程的變形觀測，并及時澆灌封底混凝土。

5.3基坑降水

在基坑開挖深度范圍內分布的巖土層為素填土、淤泥質土、殘積粉土和強風化砂礫巖，其開挖巖土層主要為素填土和淤泥質土，其基坑開挖面積及開挖深度均較大，場地地勢較平坦、開闊及空曠，局部稍有起伏，地勢呈東北高西南低勢態，地表水排泄條件較好，淺部水文地質較簡單及場地下水主要為受大氣降水垂直滲入和地表水體、巖土體側向滲流補給為主，但考慮到場地內局部地下水水位較高和下臥軟弱土層具有較強的蠕變性及粗砂、卵石土層具有強透水性，且與地表水水力聯系較強烈及在基坑開挖后粗砂層易出現管涌現象，作用在支護結構上的土壓力隨時間變化，蠕變將使土體強度降低，土體穩定性變小以至影響基坑穩定，當基坑開挖施工中未采用止（截）水措施時，施工時不得采用坑內明排等簡易方法排水，應采用井點法或管井人工降低地下水位，確保該地段的基坑開挖安全，若當已采用相應措施且措施效果顯著時，基坑開挖施工中對地下水故可采取基坑坡頂、坡底均設置排水溝和集水坑進行明排或用泵抽的方式疏干場地內地下水及預防地表水流入坑內，確保基坑開挖安全，但應注意施工時段跨雨季時因降水等造成地下水急升時對基坑的影響。當進行專項深基坑降水方案設計時須采用滲透系數、影響半徑、涌水量等水文地質參數時。

6.結論與建議

經過采用軟硬夾層工程地質勘察方法，全方位的從勘察方法、巖土層特征、巖土的物理力學性質、建設方案的選取分析，凱旋名門花園采用上述建設方案是可行科學的。

參考文獻

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