濕陷性黃土地區平山造地項目鉆孔波速測試技術應用＊

陳俊，陳化濤

（甘肅省交科建設有限公司，甘肅蘭州 730030）

蘭州恒大文化旅游康養城項目57地塊位于蘭州市城關區北部，屬于蘭州市區平山造地項目，占地總面積約為7 500 畝（1 畝約等于666.67 m2），建設內容為一所九年一貫制學校。本項目于2021 年2 月開展巖土工程勘察工作，根據工程的規模和特征，擬建A-57 地塊主要包括2 棟6F 綜合樓及教師公寓樓、2 棟5F 中學教學樓、1 棟4F 小學教學樓、1 棟2F 報告廳及圖書室樓、1 棟2F 風雨操場。本項目勘察工作先后采用工程測量、工程地質測繪、鉆探、井探、現場原位測試、現場波速試驗、室內試驗、資料收集及利用等方法[1]，目的是為擬建建筑物施工方案及施工圖提供詳細的參數，并對項目地基進行巖土工程分析，分析場地類型，提出建筑基礎形式、地基處理等專項建議。

1 現場波速試驗

在半空間介質中（地面巖層），當在地面做豎向激震時，介質中產生3 種波傳遞，即縱波、橫波和瑞利波。縱波沿著介質壓縮變形方向產生；橫波振動方向與波的傳播方向垂直，也稱為剪切波；瑞利波是沿地面表層傳播的波，隨著深度的增加能量迅速衰減，在分層介質中具有特有的頻散現象[2]。

現場原位波速試驗采用主動激震配合信號收集計算，從而獲取工程土體的動力特性參數，此方法作為巖土原位測試方法被廣泛應用。現場波速試驗與靜力學方法相比，主要有簡便、快捷、經濟無損的優勢。測試方法可以分為單孔法和跨孔法。單孔法利用單一鉆孔，采用孔內激發地面接收或地面激發孔內接收直達波，從而測得地表至測點間地層的平均波速。單孔法測試深度一般不超過80 m，因為單孔法多采用地面激發，波會隨著深度而衰減，使得接收的信號變弱，且淺層測試效果更好。跨孔法一般在相距4～5 m 的2個平行鉆孔的相同深度上，一孔激發，一孔接收，從波形圖上讀取激發信號至橫波初至信號之間的時間差，除以2 個孔之間的距離，即可得到該地層的橫波平均波速。與單孔法對比，跨孔法測試深度和精度更優，但需試前鉆2～3 孔，因此成本更高[3]。

2 現場波速試驗布置與測試數據

詳細勘察階段現場共布置ZK-6#和ZK-44#這2 個鉆孔，現場激振采用重錘擊打震源板，設備具有浮點放大、高精度、低噪聲、數字濾波與超長記錄等功能。本測試采用單孔法激發與收集信號，測點距選擇1 m，單個深度測點上重復進行2 次測試用以復合數據并記錄波形，單孔波速測試示意圖如圖1 所示。

圖1 單孔波速測試示意圖

本場地覆蓋層測試厚度40.0～42.0 m，根據規范計算各個土層剪切波波速，具體如下：

式中：Vse為所求的土層中等效剪切波速的數值，單位m/s；d為土層計算深度數值，單位m，根據規范覆蓋層厚度（或不足20 m 時）直接取20 m；t為波從地面激發至計算深度的傳播時間的數值；di為第i層土的厚度的數值，單位m；Vsi為第i層土的剪切波速的數值，單位m/s。

圖2 和圖3 分別為ZK-6#與ZK-44#鉆孔地層波速參數。經計算，ZK-6#和ZK-44#這2 個波速測試孔20 m 深度的土層等效剪切波速Vse分別為276 m/s 和265 m/s。

圖3 ZK-44#鉆孔地層波速參數

3 建筑場地土與場地類別劃分

根據GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》[4]和GB 50191—2012《構筑物抗震設計規范》[5]的有關規定，應根據土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度，按表1 和表2 劃分場地土的類型和建筑場地類別[6]。

表1 依據剪切波速范圍劃分土的類型

表2 建筑場地類別劃分表

按表1 劃分，該場地2 個測點均為中硬場地土。對于中硬場地土，當初始計算層厚度d0≥5 m 時，按表2 進行劃分，該建筑場地類別為Ⅱ類；按GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》進行劃分，該地段為可建設的一般場地。

根據GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》，該區屬大厚度黃土區，場地土類型為中硬場地土，因此，將擬建場地挖方區劃分為抗震一般地段，填方區劃分為抗震不利地段，具體劃分如表3 所示。

表3 判定結果表

據本次詳細勘察，場地土上部為第四系地層，巖性主要為第四系素填土及馬蘭黃土，下部為白堊系砂巖。根據現場勘查，擬建場地區域相對平坦開闊。場地內發育的不良地質現象主要有不穩定斜坡、地面沉降，無地下洞穴、巖溶地貌等不良地質現象。

不穩定斜坡：分布于擬建場地中部，受人為因素削坡、后期新構造運動上升和水系下切的影響，邊坡微地貌多呈陡坡狀（局部近似垂直），高陡的土質斜坡穩定性差，為地質災害發育提供了有利的地形地貌條件[7]。經現場調查，斜坡上存在著垂直裂隙發育，坡面受長期雨水沖刷，坡腳易形成陡坎，長期沖蝕或地震易失穩產生滑塌變形。建議后期場地整平過程中直接挖除。

地面沉降：主要分布于場地內區域，其危害主要表現在毀壞場地硬化、道路、破壞綠化用地等工程設施，并形成落水洞，造成地面塌陷下沉、建筑地基失穩，從而毀壞道路及建筑物等工程設施，主要由濕陷性黃土或填土引起。擬建場地東側區域為溝谷區域，回填有厚度較大的填土，固結性差，下部還存在濕陷性黃土，有大面積地面沉降的可能。建議除做好場地內地基處理外，同時做好截、排水工作，減少因大氣降水導致水流入滲而引起下部黃土濕陷的可能性[7]。

根據區內已有資料和現場調查發現，場地內部及外圍無第四系活動斷裂；擬建場地挖方區劃分為抗震一般地段，填方區劃分為抗震不利地段；擬建場地內存在的不良地質主要為不穩定斜坡（根據業主規劃，后期場平過程中對場地中部不穩定斜坡挖除），對場地影響較小；總體評價場地及地基穩定性一般，擬建場地基本適宜工程建設。

4 現場防范措施

根據測試及計算結果分析，預測本工程因地質條件可能造成的工程風險主要由基坑開挖引起，在大厚度濕陷性黃土地區建議采用的防范措施主要如下：①編制基坑開挖專項施工方案，并經技術負責人審核同意；②做好對施工人員的安全教育及安全技術交底；③按要求做好臨邊防護及隔離措施；④按要求設置人員上下通道；⑤基坑邊不得堆載過重、過近；⑥挖土要自上而下逐層進行，嚴禁先挖坡腳的危險作業；⑦機械挖土，多臺階同時開挖土方時，應驗算邊坡的穩定性，根據規定和驗算確定挖土機離邊坡的安全距髙；⑧基坑開挖應嚴格按要求放坡，操作時應隨時注意邊坡的穩定情況，定期對支護、邊坡變形進行監測，如發現有裂紋或部分塌落現象，要及時進行支撐或改緩放坡，并注意支撐的穩固和邊坡的變化，施工完后及時回填；⑨坑壁滲水、漏水應及時排除，防止因長期滲漏而使土體破壞，造成擋土結構受損；⑩對拉錨桿件、緊固件及錨樁，應定期進行檢查，對滑鍥內土方及地面應加強檢査和處理；?夜間施工時，應合理安排施工項目，防止挖方超挖或鋪填超厚，施工現場應根據需要安設照明設施，在危險地段應設置紅燈警示。

5 結論

本文依托蘭州恒大文化旅游城九年一貫制學校項目工程鉆孔波速測試試驗及前期地質勘測結果，得出土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度，目的是為擬建建筑物施工方案及施工圖提供詳細的參數，并對項目地基進行巖土工程分析，分析場地類型，提出建筑基礎形式、地基處理等專項建議，并為抗震設計提供了參考依據。

通過本試驗，得到了場地2 個鉆孔在測試深度范圍內不同土層的剪切波速。證明了本場地土層中不存在地下水，并且根據抗震規范得出填方區為抗震不利地段，應針對性地采取抗震加固設計。