某工程中的岩土勘察设计探讨

　　摘要:对邵阳市某拟建大楼的场地进行了岩土工程勘察,查明了该场地的工程地质和水文地质特征,为大楼基础的设计和施工提供了地质资料,并对基础型式和基坑开挖与支护提出了一些设计和施工的建议。
　　关键词:工程地质；水文地质；基坑支护；地层结构
　　1工程概况
　　某拟建大楼主楼为15层,建筑高度59m,框架剪力墙结构,设计单柱最大荷重16510kN；裙楼(圆形)为2层,建筑高度11m,框架结构,设计单柱荷重1435.2kN；裙楼(方形)为2层,建筑高度10.8m,框架结构,设计单柱荷重1837kN。基础型式为预制桩及人工挖孔桩,设地下室1层,其埋深为3.6m。
　　2工程地质及水文地质
　　2.1场地概况
　　拟建场地位于邵阳市,拟建场地原为水稻种植地,因建设需要,现已回填整平,地形较为平坦,各勘探点的地面标高介于1299.25m～1299.70m之间,高差仅为0.45m。
　　2.2地层结构
　　场地内钻探揭露的地基各岩土层的岩性特征自上而下分述如下:
　　(1)第四系人工堆积(Qml)素填土①和第四系耕土(Qpd)②。由红褐色粘性土混含少量角砾、碎石等组成,结构稍密。厚度为1.30m～2.30m,覆盖于整块场地之地表,系新近堆填。其均匀性及密实性差,不能作为拟建建筑物的天然地基使用。
　　(2)第四系冲湖积(Qal+l)层。粉质粘土③1:褐灰或褐黄夹红及灰色,含少量铁锰质结核,硬塑状态,稍湿,其间夹薄层粉土；厚度为1.50m～4.70m。其孔隙比e=0.743,液性指数Il=0.08,压缩系数a1-2=0.174MPa-1,标准贯入试验锤击数N=8.7击,属中等压缩性土。
　　粘土③2:褐黄夹红及灰色,偶含角砾,硬塑状态,稍湿；厚度为5.30m～9.70m。其孔隙比e=0.730,液性指数I1=0.04,压缩系数a1-2=0.146MPa-1,标准贯入试验修正后锤击数N=12.4击,属中等偏低压缩性的超固结土；其力学性质较好,地基承载力较高。
　　粘土③3:褐黄夹灰色,含10%～20%的钙质结核,硬塑状态,稍湿；厚度为1.50m～6.00m。其孔隙比e=0.637,液性指数Il=0.00,压缩系数a1-2=0.121MPa-1,标准贯入试验锤击数N=14.4击,属中等偏低压缩性的固结土；其力学性质较好,地基承载力较高。
　　粉砂③4:黄褐夹灰色,混粒结构,含10%～20%的粘性土,中密～密实,饱和,厚度为0.50m～5.40m。标准贯入试验锤击数N=22.6击,其力学性质较好,地基承载力较高,为本场地的含水层。
　　细砂③5:黄褐夹灰色,混粒结构,含10%～20%的粘性土,中密～密实,饱和,其间夹薄层粉土；厚度为2.20m～7.00m。该层标准贯入试验锤击数N=24.1击,其力学性质较好,地基承载力较高,为本场地的含水层。
　　粗砂③6:褐色,混粒结构,含10%～20%的粘性土,中密～密实,饱和,其间夹薄层砾砂；厚度为1.60m～4.70m。该层力学性质较好,地基承载力较高,仅局部分布,为本场地的含水层。
　　砾砂③7:褐色,长石-石英质,混粒结构,含10%～20%的粘性土,中密～密实,饱和,其间夹薄层圆砾；厚度为1.00m～10.80m。标准贯入试验锤击数N=22.9击,其力学性质较好,地基承载力较高,为本场地的含水层。
　　(3)新第三系(N)泥灰岩④。浅灰色,泥质结构,中厚层状构造；厚度为0.60m～7.70m。该层呈全风化,其力学性质好,地基承载力高,但其埋藏较深,为本场地内较理想的下卧层。
　　2.3场地的水文地质
　　勘察工作进行期间,场地内所有钻孔均见有地下水,其稳定水位深度在地面下1.70m～2.30m之间,相当于标高1296.95m～1297.97m。其中粘性土层中的地下水属上层滞水,水量较小；砂土层中的地下水属孔隙潜水类型,具承压性,水量较大。场区内常年地下水位变化幅度不大,水位相对较稳定。
　　根据抽水试验、现场及周围情况调查可知,地基土主要由素填土、耕土、粘性土、砂土及泥灰岩组成,因深部地段(13.5m～17.5m以下)为厚度较大的砂土层而赋存一定量的地下水。根据临近场地施工情况,桩井开挖至砂土层后,其涌水量较大,将给施工带来较大困难；因而该场地不适宜深度较大的开挖。
　　地下水对钢筋混凝土的腐蚀性分析场地环境类别为Ⅱ类,受环境类型影响或受地层渗透性影响,场地内的地下水对砼结构无腐蚀性,地下水对砼结构中的钢筋亦无腐蚀性,但对外露钢结构具有弱腐蚀性。
　　3勘察手段和方法
　　本大楼岩土工程勘察工作采用以钻探取芯鉴别为主,现场原位测试(标准贯入试验、双桥静力触探试验、钻孔波速测试及地微振观测)与室内土工试验相结合的手段进行。
　　4基础型式的分析及评价
　　4.1主楼部分
　　(1)浅基础。拟建该大楼设有一层地下室,地下室底板埋深为3.6m,其底板大部分将处于冲湖积粉质粘土③1中,局部处于粘土③2层之中。两土层均呈硬塑状态,有一定力学强度,可以作为浅基持力层使用。为准确提供浅基持力层的承载力,采用多种手段进行综合取值,其结果见表1。
　　

　　持力层的承载力
　　根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第5.2.4条的公式计算结果,作为浅基主要持力层的粉质粘土③1层修正后的地基承载力特征值为232kPa,小于基底平均压力272kPa,不能满足设计要求。
　　基础沉降验算按《建筑地基基础设计规范》的有关规定,计算结果表明:建筑物中心点的总沉降量为217.07mm,最大沉降差为165.17mm,最大倾斜率为0.00004；根据《建筑地基基础设计规范》的有关规定,基础的倾斜满足规范要求。
　　(2)桩基础。根据上述浅基持力层的承载力及沉降验算结果,若采用浅基础(箱基或筏基),基底地层的承载力特征值难于满足设计要求,因此不能采用浅基础,建议采用箱基+桩基或筏基+桩基的复合型基础型式。桩型建议首选干作业人工挖孔灌注桩,其次可选择使用静压桩、长螺旋钻孔灌注桩或振动沉管灌注桩。选用干作业人工挖孔灌注桩时,鉴于本场地砂土层中的水量丰富,且具承压性,施工降水难度大。因此建议桩端持力层选择第四系冲湖积粘土③2或粘土③3层,同时采用砼护壁的支护类型开挖桩井,以保证桩基的施工质量及施工人员的人身安全。
　　当选用静压桩、长螺旋钻孔灌注桩或振动沉管灌注桩基础时,第四系冲湖积粘土③3层及其以下的各土层均可作为桩端持力层。建议选择功率较大的机械设备施工。
　　4.2裙楼部分
　　拟建裙楼为2层的框架结构建筑物。根据场地的工程地质及水文地质条件,建议该部分建筑物的基础均采用干作业人工挖孔灌注桩基础,以第四系冲湖积粘土③2或粘土③3层为桩端持力层。
　　5基坑开挖与支护
　　(1)根据设计条件可知,拟建主楼部分设有一层地下室,其底板埋深为3.6m。
　　(2)基坑开挖后,其底板大部份处于粉质粘土③1层中,局部处于粘土③2层之中,基坑四壁大部份为素填土①、耕土②、粉质粘土③1及粘土③2层,关于基坑支护使用的力学参数建议值见表2。
　　

　　基坑支护的力学参数
　　(3)根据抽水试验结果估算,地下室基坑开挖至设计标高时,其涌水量为1088.73m3/d,该地下水属上层滞水,水量不大,建议采取明沟排水方案。施工降水对临近工程无影响。
　　(4)根据基坑部分的工程地质、水文地质条件及设计条件等综合考虑,拟建地下室基坑以放坡开挖较为适宜,其放坡坡度可按11.25进行设计。
　　若考虑放坡后基坑平面位置影响拟建场地的正常工作,亦可采用土钉支护方案进行基坑支护。
　　6结论及建议
　　(1)拟建场地地形平坦,总体地形坡度小于5°,属平坦场地。经钻探揭露和工程地质调查,拟建场地及其附近无冲沟、滑坡、泥石流等不良地质作用存在,场地稳定,适宜建筑。
　　(2)场地内的素填土因其结构松散,均匀性及密实性差,不能作为拟建建筑物的天然地基使用。
　　(3)根据勘察任务书所提设计条件,结合拟建场地的地层结构、岩性特征和水文地质条件等因素综合考虑,建议拟建主楼采用箱加桩的基础型式,建议首选干作业人工挖孔灌注桩,以粘土③2或粘土③3为桩端持力层。其次可选择使用静压桩、长螺旋钻孔灌注桩或振动沉管灌注桩,以第四系冲湖积粘土③3、粉砂③4、细砂③5、粗砂③6、砾砂③7或新第三系泥灰岩④为桩端持力层。
　　根据场地的水文地质条件,本场地砂土层中的水量丰富,且具承压性,当选用干作业人工挖孔灌注桩基础时,设计时应根据地质剖面图绘制的地层界限合理确定桩长,避免桩端进入砂土层之中,以免桩井开挖时产生的流沙或管涌增加施工难度。
　　裙楼部分基础均采用干作业人工挖孔灌注桩基础,以第四系冲湖积粘土③2或粘土③3层为桩端持力层。桩基础的桩径、桩长及单桩竖向极限承载力最终仍应以桩的测试结果进行修正。
　　(4)场地内的地下水分别属上层滞水和具承压性的孔隙潜水类型,勘察工作外业期间稳定水位在自然地面下1.70m～2.30m之间,相当于标高1296.95～1297.97m；抽水试验结果表明:粘性土层的渗透系数K=0.0036m/d,影响半径R=1.01m；砂土层的渗透系数K=4.8m/d,影响半径R=14.2m。
　　(5)拟建大楼的地下室埋深为3.6m,基坑四壁大部份为素填土①、耕土②、粉质粘土③1及粘土③2层,建议采用放坡开挖或土钉墙支护措施、明沟排水方案。
　　(6)本场地建议按非膨胀土地基进行设计。
　　(7)场地内分布的砂土层在7度地震条件下均属非液化砂土。
　　(8)场地内分布的地下水受环境类型影响或受地层渗透性影响,地下水对砼结构及砼结构中的钢筋均无腐蚀性。
　　(9)建筑物散水外边缘宜设置排水沟,并与场区外排水主沟连通。室内填土宜采用非膨胀土,填土地坪的室内外高差不宜太大。
　　(10)绿化环境应选择树种,建筑物周围20m范围内不宜种植速生及高大植物,如桉树等。
　　(11)拟建场地属可进行建筑的一般场地,场地土的类型综合评定为中软场地土；建筑场地类别划分为Ⅲ类。本场地的抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g,所属设计地震分组为第三组。
　　(12)拟建高层建筑与裙楼接触部位应设置沉降缝,地下室部分采取可靠的防水措施。主楼部分必须设置沉降观测点,定期进行沉降观测。
　　参考文献：
　　[1]华南理工大学,东南大学,等.地基及基础[M].北京:中国建筑工业出版社,1991.
　　[2]钱力航.北京:中国建筑工业出版社,2003.
　　[3]广东省地方标准.DBJ15-31-2003,建筑地基基础设计规范[S].
　　