成都南部某超高層建筑地基基礎(chǔ)分析評(píng)價(jià)

摘要 以成都南部某超高層綜合體項(xiàng)目為工程依托，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巖基載荷試驗(yàn)，確定中等風(fēng)化泥巖的地基承載力特征值。現(xiàn)場(chǎng)采取基坑底部巖體裂隙水樣進(jìn)行水質(zhì)簡(jiǎn)分析試驗(yàn)，對(duì)深部含膏巖采樣進(jìn)行易溶鹽試驗(yàn)，準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)場(chǎng)地基巖和基巖裂隙水的腐蝕性等級(jí)，為本項(xiàng)目地基基礎(chǔ)選型確定采用巖石地基筏板基礎(chǔ)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 巖基載荷試驗(yàn)； 含石膏巖； 地下水； 腐蝕性

中圖分類(lèi)號(hào) TU470+.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0引言

近年來(lái)隨著成都經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，成都南部涌現(xiàn)大量的超高層建筑物，為拓展地下空間，基坑開(kāi)挖深度越來(lái)越深，以紅層泥質(zhì)軟巖作為基礎(chǔ)持力層的天然地基越來(lái)越多，超高層建筑物對(duì)巖石地基承載力要求越來(lái)越高。根據(jù)成都地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，中等風(fēng)化泥巖的地基承載力建議取值500～1 000 kPa，已無(wú)法滿足一些超高層建筑物的天然地基承載力要求，為充分發(fā)揮利用巖石地基承載力，工程有必要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巖基載荷試驗(yàn)確定巖體實(shí)際的地基承載力。另外，在成都南部的工程建設(shè)中逐步揭露出深層的含石膏泥巖和石膏巖，在地下水作用下，石膏可溶鹽逐漸溶解、流失，引起環(huán)境水具有腐蝕性，甚至達(dá)到強(qiáng)腐蝕性，因此，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)含膏巖及環(huán)境水的腐蝕性，為基礎(chǔ)工程采取防腐蝕措施提供依據(jù)顯得至關(guān)重要。

1工程概況

成都南部某新建超高層城市綜合體項(xiàng)目位于成都市高新南區(qū)金融城附近，臨近天府大道，由5棟44～55F，高度為189.900～215.85 m塔樓組成，整體設(shè)5層地下室，地下室基坑開(kāi)挖深度約24 m，設(shè)計(jì)擬采用樁基礎(chǔ)。

2場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1地形地貌

本項(xiàng)目場(chǎng)地平坦，鉆孔地面標(biāo)高為492.31～493.78 m，場(chǎng)地地貌單元屬岷江水系Ⅱ級(jí)階地。

2.2地層結(jié)構(gòu)

經(jīng)鉆探揭露本場(chǎng)地的地層由第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q₄^ml），第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q₃^al+pl）黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂、中砂及卵石層，以及下伏的白堊系灌口組（k_2g）泥巖、含石膏泥巖、石膏巖構(gòu)成，各地層巖性分述：

第四系人工填土層（Q₄^ml）。

（1-1）雜填土：雜色，稍濕，松散，主要由黏性土夾磚、瓦、混凝土等建筑垃圾組成，堆填時(shí)間小于5年，屬新近填土，層厚2.00～7.50 m。

（1-2）素填土：灰褐色，稍濕—濕，松散，主要由粘性土組成，含少量碎石和卵石，厚度0.60～4.10 m，回填時(shí)間大于5年。

第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q₃^al+pl）。

（2）黏土：褐黃色，棕黃色，硬塑。含少量鐵錳質(zhì)氧化物，稍有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高，發(fā)育閉合裂隙，裂隙被少量灰白色高嶺土充填，在場(chǎng)地內(nèi)大部分區(qū)域均有分布，層厚1.30～5.00 m。

（3）粉質(zhì)黏土：褐黃色，呈可塑—硬塑狀。含鐵錳質(zhì)氧化物及其結(jié)核，裂隙較發(fā)育，稍具光澤，切面稍光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等。該層呈透鏡體狀下伏于黏土層之下，層厚0.90～3.10 m，局部分布。

（4）粉土：灰黃色，濕，稍密，主要由粉粒物質(zhì)、云母粉等組成，含少量鐵錳質(zhì)氧化物及粘粒。搖振反應(yīng)中等，無(wú)光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低，場(chǎng)地內(nèi)局部分布，厚度為0.90～1.30 m。

（5-1）細(xì)砂：青灰色，松散，濕—飽和。礦物成分以石英為主，含少量云母，主要分布于卵石層頂板上或以透鏡體狀分布于卵石層中，層厚0.60～1.60 m。

（5-2）中砂：青灰色，松散—稍密，飽和。礦物成分以石英為主，含少量云母，主要以透鏡體分布于卵石層間，含約10％的卵石、圓礫，層厚0.90～1.00 m。

（6）卵石層：青灰—灰黃色，濕—飽和。卵石成分以火成巖和石英砂巖為主。卵石呈亞圓形、圓形，一般為中等風(fēng)化，充填物為、中砂、礫砂及圓礫。根據(jù)DB 51/T5026-2001《成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，按超重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)將其分為松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密實(shí)卵石4個(gè)亞層。

白堊系灌口組（k_2g）泥巖、含石膏泥巖、石膏巖。

（7）泥巖（K_2g）：紫紅色—紅褐色，主要由黏土礦物成分組成，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中-厚層狀構(gòu)造，分布連續(xù)。場(chǎng)地內(nèi)基巖頂面埋深為16.10 m，標(biāo)高為474.60～477.30 m。在鉆探深度范圍內(nèi)，根據(jù)其風(fēng)化程度，將其劃分為強(qiáng)風(fēng)化和中等風(fēng)化2個(gè)亞層。

（7-1）強(qiáng)風(fēng)化泥巖：紫紅—暗紅色，主要礦物成分為粘土礦物、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、中厚層狀構(gòu)造。風(fēng)化裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面不清晰、巖芯極破碎、呈土夾碎塊狀，手捏易碎，該層呈透鏡體狀上覆于中等風(fēng)化泥巖層之上或發(fā)育其中。

（7-2-1）中等風(fēng)化泥巖：紫紅色，主要礦物成分為黏土礦物、泥質(zhì)膠結(jié)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中-厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，結(jié)構(gòu)面較清晰，巖芯較完整，呈短柱狀或碎塊狀，巖質(zhì)軟，浸水或日曬易軟化和崩解。該層屬于較單一的泥巖，局部發(fā)育有直徑3～5 mm的小溶孔及小溶縫，巖體完整程度為較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，RQD指標(biāo)為45%～75%，飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為4.29 MPa，典型巖芯見(jiàn)圖1。

（7-2-2）中等風(fēng)化含石膏泥巖：紫紅色，主要礦物成分為粘土礦物，泥質(zhì)膠結(jié)，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層—中厚層狀構(gòu)造，原生層面構(gòu)造裂隙較為發(fā)育，結(jié)構(gòu)面較清晰，巖芯較完整，局部較差，呈短柱狀、薄片狀、少量碎塊狀，巖質(zhì)軟，浸水或日曬易軟化和崩解。該層泥巖夾雜有石膏巖，石膏在局部富集，形成2.0 m左右的透鏡體。石膏以0.5～3.0 cm薄層透明狀?yuàn)A層或少量小斑點(diǎn)狀、團(tuán)塊狀及條帶狀鑲嵌于泥巖中，石膏含量約為5%～40%，見(jiàn)圖2和圖3，該層巖體較完整，平均埋深34.3 m，層厚超過(guò)20 m，飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為4.70 MPa。

（8）石膏巖：灰白色、紫紅色，中等風(fēng)化，主要礦物成分為石膏、硬石膏及少量白云石、黏土礦物和石英（圖4），石膏含量超過(guò)70%，泥質(zhì)膠結(jié)，局部可見(jiàn)鈣質(zhì)膠結(jié)（圖5），中-厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖芯完整，呈長(zhǎng)柱狀和短柱狀，巖質(zhì)較堅(jiān)硬。巖體含大量石膏，石膏呈團(tuán)塊狀和斑點(diǎn)狀鑲嵌于泥巖中（圖6），局部結(jié)晶較好，晶體呈簇狀（圖7），該層平均埋深為53 m，最大揭露深度為17.50 m，本次勘察未揭穿。巖體完整程度為完整， RQD指標(biāo)為55%～100%，飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為7.89 MPa。

2.3水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下水類(lèi)型為砂卵石層中的孔隙潛水和賦存于基巖中的裂隙水。

孔隙潛水是本場(chǎng)地主要的地下水類(lèi)型，水量豐富，略具承壓性，地下水徑流成為場(chǎng)地地下水的主要補(bǔ)給源，地下水徑流方向?yàn)楸蔽飨蛑聊蠔|向。基巖裂隙水一般埋藏在塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥巖及中等風(fēng)化泥巖節(jié)理裂隙內(nèi)，據(jù)本次鉆探揭露，場(chǎng)地下伏基巖主要發(fā)育水平原生構(gòu)造裂隙，局部可見(jiàn)縱向垂直于層理的次生構(gòu)造裂隙。該部分地下水主要受鄰區(qū)地下水側(cè)向補(bǔ)給，各地段富水性不一，無(wú)統(tǒng)一的自由水面。水量主要受裂隙發(fā)育程度、連通性及隙面充填特征等因素的控制。

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，12月、1月、2月為枯水期，7月、8月、9月為平水期。勘察期間處于枯期，受場(chǎng)地周邊在建項(xiàng)目降水的影響，本次勘察時(shí)測(cè)得的地下水位偏低，在部分鉆孔中測(cè)得靜止水位埋深為14.30～15.10 m，相應(yīng)標(biāo)高478.90～479.81 m。根據(jù)收集的區(qū)域水文地質(zhì)資料及成都市地下水等水位線圖，地下水位年變化幅度為1.50～2.50 m，本場(chǎng)地豐水期的歷史最高水位約為489.00～490.00 m。

3地基基礎(chǔ)分析評(píng)價(jià)

3.1巖石及裂隙水的腐蝕性評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目場(chǎng)地巖層有泥巖、含石膏泥巖及石膏巖，石膏含量總體上隨深度的增加而增加，石膏中可溶鹽成分在地下水作用下逐漸溶解、流失，導(dǎo)致環(huán)境水的（SO42-）濃度增大，腐蝕性將顯著增強(qiáng)。在前期勘察階段，由于取樣條件的限制，難以采取基巖裂隙水，現(xiàn)場(chǎng)只能采取鉆探孔內(nèi)的多層地下水的混合水樣進(jìn)行水簡(jiǎn)分析和采取泥巖、含石膏泥巖、石膏巖進(jìn)行易溶鹽試驗(yàn)（表1），試驗(yàn)結(jié)果表明，泥巖和混合地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，含石膏泥巖和石膏巖具有強(qiáng)腐蝕性。

待基坑開(kāi)挖至基底，分別在基坑底部主樓位置采取泥巖裂隙水7組水樣和基坑側(cè)壁采取砂卵石孔隙潛水1件組水樣進(jìn)行水質(zhì)簡(jiǎn)分析（表2）。試驗(yàn)結(jié)果表明，本場(chǎng)地內(nèi)的基坑底部基巖層裂隙水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性；上覆卵石層中孔隙潛水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性。

根據(jù)2次采取場(chǎng)地地下水進(jìn)行水質(zhì)簡(jiǎn)分析，地下水的腐蝕性有所變化。隨著基坑開(kāi)挖，基坑成為地下水的補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)，促進(jìn)了地下水的流動(dòng)性，加速了含石膏泥巖中可溶鹽的溶解、流失，地下水的SO42-的溶度將增大，增強(qiáng)環(huán)境水的腐蝕性。顯然，根據(jù)基坑開(kāi)挖后采取地下水的腐蝕性評(píng)價(jià)更為客觀，最終評(píng)價(jià)場(chǎng)地基底中等風(fēng)化泥巖裂隙水對(duì)鋼筋混凝土具有弱腐蝕性，與基礎(chǔ)直接接觸的中等風(fēng)化泥巖對(duì)鋼筋混凝土具有微腐蝕性。

雖然基礎(chǔ)下伏的深部含石膏泥巖、石膏巖具有強(qiáng)腐蝕性，但由于其埋深較大，淺部中等風(fēng)化泥巖巖體較完整、風(fēng)化-構(gòu)造裂隙一般發(fā)育，巖層地下水的滲流通道的連通性一般。另外，地下水的補(bǔ)給方向總體是自上往下的，以側(cè)向徑流排泄為主，所以，深部含石膏泥巖的強(qiáng)腐蝕性對(duì)本工程天然地基基礎(chǔ)無(wú)影響。

3.2天然地基基礎(chǔ)方案

本項(xiàng)目基底相對(duì)標(biāo)高約為-24.0 m，基坑開(kāi)挖至基底為中等風(fēng)化泥巖，成都地方標(biāo)準(zhǔn)DB 51/T5026-2001《成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》建議中等風(fēng)化泥巖地基承載力特征值為500～1 000 kPa。按天然單軸抗壓強(qiáng)度折減法，并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目場(chǎng)地的中等風(fēng)化泥巖地基承載力特征值建議取1 000 kPa。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，塔樓若采用天然地基，要求地基承載力特征值不小于1 200 kPa，顯然中等風(fēng)化泥巖承載力不能滿足天然地基的設(shè)計(jì)要求。目前，載荷試驗(yàn)仍是確定地基承載力最可靠的方法，為充分發(fā)揮巖石地基承載力，本次勘察在5棟塔樓內(nèi)共選取15個(gè)點(diǎn)進(jìn)行巖基載荷試驗(yàn)測(cè)試巖石地基的實(shí)際地基承載力。根據(jù)巖基載荷試驗(yàn)結(jié)果，本項(xiàng)目中等風(fēng)化泥巖承載力特征值為1 225.3 kPa，地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

由于基礎(chǔ)持力層中等風(fēng)化泥巖，處于同一工程地質(zhì)單元，產(chǎn)狀水平，構(gòu)造節(jié)理不發(fā)育，完整性較好，工程特性差異小，為均勻巖石地基。因此，塔樓部分可采用以中等風(fēng)化泥巖為基礎(chǔ)持力層的天然地基筏板基礎(chǔ)。

3.3樁基礎(chǔ)方案

擬建的塔樓基礎(chǔ)形式若采用樁基礎(chǔ)，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)選擇旋挖灌注樁，以深部中等風(fēng)化泥巖或中等風(fēng)化含石膏泥巖作為樁端持力層。根據(jù)巖石易溶鹽試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)可能具有強(qiáng)腐蝕性。另外，據(jù)相關(guān)研究表明，含石膏巖具有溶蝕性，隨著含石膏泥巖中可溶鹽的溶解、流失，泥巖將形成溶蝕孔洞或洞穴，對(duì)基礎(chǔ)地基穩(wěn)定性構(gòu)成潛在危害。因此，若采用樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮含石膏泥巖的腐蝕性問(wèn)題和泥巖溶蝕孔洞的地基穩(wěn)定性問(wèn)題。

3.4地基基礎(chǔ)方案

根據(jù)上述幾種基礎(chǔ)類(lèi)型的綜合分析，考慮基底深部含石膏泥巖和石膏巖具有強(qiáng)腐蝕性的不利工程地質(zhì)條件，本項(xiàng)目塔樓的基礎(chǔ)類(lèi)型選擇天然地基筏板基礎(chǔ)更為合理、可靠和經(jīng)濟(jì)。

4結(jié)束語(yǔ)

（1）成都地區(qū)中等風(fēng)化泥巖，按巖石天然單軸抗壓強(qiáng)度折減系數(shù)法確定，實(shí)踐證明此種計(jì)算方法較粗略且建議值偏低，可能造成基礎(chǔ)工程造價(jià)的浪費(fèi)，因此，工程有必要通過(guò)后期基坑開(kāi)挖后進(jìn)行巖基載荷試驗(yàn)獲得準(zhǔn)確的巖石地基承載力，充分發(fā)揮巖石地基承載力，可以節(jié)約基礎(chǔ)工程造價(jià)及縮短建設(shè)工期。

（2）成都南郊部分區(qū)域含石膏巖及環(huán)境水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)腐蝕性，對(duì)基礎(chǔ)形式及混凝土的防腐設(shè)計(jì)帶來(lái)較大的問(wèn)題，因此準(zhǔn)確評(píng)價(jià)場(chǎng)地巖石及地下水的腐蝕性顯得尤為重要。由于場(chǎng)地具有多層地下水，勘察階段受取樣條件的限制，難以采取基巖裂隙水，可以待基坑開(kāi)挖至基底后，在基底采取基巖裂隙水進(jìn)行水質(zhì)簡(jiǎn)分析，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)基巖裂隙水的腐蝕性等級(jí)，為基礎(chǔ)工程抗腐蝕設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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