通州规划新城岩土地基工程能力研究

黄. 骁，王进卫,2，陈 刚，李哲琳

（1.北京市地质工程勘察院，北京 100037；2.北京航空航天大学，北京 100191；3.中国新兴建设开发总公司，北京 100039）

通州规划新城岩土地基工程能力研究

黄. 骁1，王进卫1,2，陈 刚1，李哲琳3

（1.北京市地质工程勘察院，北京 100037；2.北京航空航天大学，北京 100191；3.中国新兴建设开发总公司，北京 100039）

岩土地基工程能力影响和制约着城市的规划和发展。通过对通州规划新城工程地质特征的分析研究，确定地基土的承载力、压缩性及不良地基土的分布等，为影响研究区岩土地基分类的主要控制因素。进一步将研究区地基条件分为5类，对各类地基条件进行了工程适宜性评价并提出了建议，为新城土地的合理规划、科学使用提供了前期地质支撑。

岩土地基；不良地基；工程能力

0 引言

直接承受建筑物荷载影响的那一部分地层称为地基。工程建设不能超过地基的工程能力，否则会造成相对大的损失或再投资［1］。分析城市岩土地基工程能力，对于科学合理地利用土地，避免土地开发的环境问题发生，以及基础施工的难易程度，工期的长短及造价的高低等都有重要意义［2］。

本文依托北京通州规划新城前期区域工程地质勘查项目，采取工程地质调查、钻探、原位测试及室内试验等方法，对地基岩土类型、分布状况及物理力学指标进行系统分析，对研究区岩土地基条件类型进行了分区，并在此基础上分析评价了工程适宜性，以期在新城的规划建设中为工程项目的规划选址、合理利用天然地基及选择合理的地基持力层提供参考。

1 自然地理与地质概况

北京通州规划新城地处永定河、潮白河及温榆河冲洪积平原，是华北大平原的一部分，西距太行山脉约50km，北距燕山山脉约50km，东南距渤海湾约100km，地理位置处于“北京湾”下方。地势西北略高、东南稍低，地面高程16～29m，坡降为0.6%左右，地势相对平坦。

研究区位于大兴迭隆起东北端，主要发育南苑—通县断裂，该断裂是北京南部平原地区的一条主要控制性断裂，是划分北京迭凹陷和大兴迭隆起的分界断裂［3］。该断裂在早、中更新世有一定的活动性，未来一定时期内仍会有持续的活动性，但其活动的强度不会很大，本区未来一定时期内发生较大的破坏性地震的可能性很小［4,5］。

研究区第四系洪冲积松散沉积地层厚度为150～300m，岩性主要为砂和粘性土互层。对工程建设有影响的浅层地下水主要为第四系孔隙潜水，含水层岩性主要为粉细砂及粉土层，在黑庄户—梨园—宋庄一线地下潜水水位埋深大于6m，两侧的水位埋深递减，在楼梓庄、苍头附近水位埋深小于3m。承压水埋深一般15m以下，含水层岩性主要为一般第四纪沉积的粉细砂、中粗砂、圆砾-卵石层，一般有两层甚至多层承压水。

2 研究区岩土地基特征

2.1 空间分布特征

研究区具有典型的多层土体结构，三维地质结构模型［6］清晰显示细粒土（粘性土为主）与粗粒土（砂类土为主）互层情况（图1）。地表下30m深度范围内存在两层较厚的粗粒土，中夹厚层细粒土；且粗粒土厚层中夹着细闰土薄层和透镜体，细粒土厚层中亦混夹着粗粒土薄层和透镜体；既充分反映了冲洪积平原的沉积韵律，又显示了多条河流交互沉积的特征。粗粒土从西到东增多变厚，埋深相对变浅；最薄处厚仅1m，而最厚处可达18.5m；在西部郭家场附近埋深大于15m，而在东部小豆各庄以东埋深则小于5m。

图1 研究区地基土空间分布透视图

2.2 不良地基

不良地基一般不能满足建筑物要求（包括承载力、稳定变形和渗流三方面的要求），严重影响了岩土地基的工程能力。结合通州新城的工程地质条件，主要的不良地基有人工填土、软粘土和液化砂土。

图2 研究区人工填土厚度分区图

（1）人工填土

研究区地表多为人工堆积土，一般以杂填土为主，下部以素填土为主，界线分明，但不并存。填土厚度由东向西递减（图2）；厚度小于2m的区域广泛分布，占到研究区的60%以上；厚度大于3m的区域主要集中在研究区东部的潞城、小豆各庄一带。由于其堆积时间短，多为欠固结土，力学性质差，成分复杂，且无规律性，即使在同一场地的不同位置，其地基承载力和压缩性也可能有较大的差异，为不良工程地质性质层，一般不能直接作为天然地基持力层。

（2）软粘土

软粘土是软弱粘性土的总称，主要是第四纪后期（新近代）在湖泊、河滩等地质沉积环境下沉积形成的。这类土大部分处于饱和状态，含有机质，天然含水量大于液化限，孔隙比大于1。研究区新近沉积的粉质粘土多属于此类土，其工程特性表现为抗剪强度很低，压缩性较高，渗透性很小，并具有结构性，广泛分布在潮白河一级阶地及凉水河两岸。

图3 研究区软粘土厚度分区图

研究区除管庄—永顺—北寺庄一带、田府、小民屯、供给店等小地区缺失软粘土外，其余地区分布厚度不等的软粘土（图3）。尤其在三间房西北、大辛庄以东小部分地区软粘土厚度超过7m。在这些地区，地基持力层及下卧层的承载力相对较低，基本不能满足天然地基承载力的需要，多需要进行地基加固处理。

（3）液化砂土

饱和粉细砂及部分粉土，虽然在静载作用下具有较高的强度，但在地震力的反复作用下有可能产生液化，地基会因液化而丧失承载能力。研究区普遍存在可液化土层（图4），其中严重液化区主要分布在楼梓庄、双埠头、台湖、师姑屯－南刘各庄－供给店北一带，液化深度一般为10～15m，最深可达18m左右；中等液化区主要分布在高安屯－北寺庄一带、东石村－苍头一带、梨园－小圣庙一带、垡头及南刘各庄西－供给店一带，液化深度一般为5～12m，最深可达15m左右；轻微液化区主要分布在研究区的中部，液化深度一般为3～8m，最深可达10m左右。总体上研究区除西部和东南部局部地区外，其余地段均存在不同程度的砂土液化情况。

图4 研究区砂土液化等级分区图

2.3 地基土承载力

工程建筑设计对地质条件要求最直接的参数之一是岩土层的承载力。地基土承载力直接影响建筑选型及造价，因此对地基土的承载力进行评价是工程地质条件评价的主要内容［5］。本次取研究区0～5m、5～10m、10～15m三个不同深度范围内地基土承载力的平均加权值进行分区研究。

研究区焦庄、潞城、小豆各庄、梨园以西及黑庄户－三间房－吴营一线0～5m深度范围内承载力小于130kPa；其余地区承载力相对较高，尤其是管庄、师姑屯等地承载了可以达到160kPa以上（图5）。总的来说基本可以满足低层或多层建筑对天然浅基承载力的要求。

图5 0～5m承载力分区图

图6 5～10m承载力分区图

研究区5～10m深度范围内地基土除局部存在软粘土导致承载力低于130kPa外，其余地区均达到130kPa以上，其中一半以上地区达到160kPa以上（图6）。对于附2～3层地下室的多层建筑一般需要考虑通过地基土加固处理来满足承载力的需求。

图7 10～15m承载力分区图

图8 0～10m压缩模量分区图

研究区10～15m深度范围内地基土除张家湾以东局部存在软粘土导致承载力低于160kPa外，其余地区均达到160kPa以上，而且一半以上地区达到200kPa以上（图7）。对于附3层以上地下室的多层—高层建筑一般亦需要考虑通过地基土加固处理来满足承载力的需求。

图9 5～15m压缩模量分区图

图10 10～20m压缩模量分区图

通过不同深度范围内土层承载能力的对比分析，可以看出，除局部存在软弱土外，大部分地区随着深度的增加，地基土承载力亦增大。

2.4 地基土压缩性

压缩性反映了岩土体变形能力，压缩性指标是工程计算沉降变形必不可少的参数。本次研究采用地基土压缩模量值来评价其压缩性能［7］。分别选用0～10m、5～15m 、10～20m三个不同深度范围内压缩模量的平均加权加值进行分区评价。

研究区仅小中河以西0～10m范围内局部存在高压缩性土，焦庄－双埠头一线存在低压缩性土，其余绝大部分为中等压缩性土（图8）。

研究区5～15m范围内不存在高压缩性土，低压缩性土区域达到60%以上（图9）。

研究区10～20m范围内均为中等压缩性以上土层，低压缩性土区域达到85%以上（图10）。

通过不同深度范围内压缩性的对比分析，可以看出，随着深度的增加，土层的压缩性变小，抵抗变形的能力增加。

表1 研究区岩土地基条件分区表

3 岩土地基条件分类及其工程适宜性评价

岩土地基条件分类一般考虑地形、地貌、场地的稳定性、岩土体性质、水文地质条件等，几个方面因素的影响［8］。根据通州新城工程地质特征，确定影响岩土地基条件分类及其工程适宜性的主要控制因素为地基土承载力、压缩性、不良地基土的分布及防洪保护区［9］等。这些因素控制和影响着研究区岩土地基的质量，也是进行适宜性分区的依据。

综合考虑以上因素图，研究区岩土地基条件可分为5个区(表1及图11)。

Ⅰ类是工程建设的较好地基，地基承载力普遍较高，对于无地下室或附1层地下室的一般低层或多层建筑多可采用天然地基，且不需要采取工程降水措施。对于基坑开挖较深的高层建筑，可选用其下的砂类土作为天然地基持力层，但需要考虑工程降水和边坡支护问题。

Ⅱ类是工程建设的一般地基，该区分布范围较广，通州城关基本位于此区。地基土强度一般，虽然可以直接作为一般建筑的天然地基持力层，但可能存在轻微液化土层，需根据情况采取加强措施。如果工程重大，则需要治理针对负荷来说相对低的承载力，做好地基处理工作。开挖边坡要采取轻度防护措施，避免边坡失稳问题。此外城区部分人工填土较厚，因此在具体工程中需要采取局部换填措施进行地基处理。

图11 研究区岩土地基条件分区图

Ⅲ类是工程建设的较差地基，该区分布范围较广，一般需要进行抗液化地基处理，同时提高地基土的承载力。由于该区局部存在软土，因此在具体工程中需要采取局部换填措施进行地基处理。

Ⅳ类是工程建设差的地基。岩土工程问题多而复杂，仅适宜小型或轻型的工程建设。布置中低层建筑时，需针对高水位、低承载力、软土和砂土液化等，采取相应工程措施。

Ⅴ类主要指水系及沿岸限建区，不宜作为建筑物布局，建议作为城市的绿化区带。

4 结束语

对岩土地基工程能力进行研究可使用规划建设更为科学合理，能最大限度地发挥城市土地的工程能力。特殊的地基条件分布区，应有不同的工程规划与建设重点。通州规划新城地基条件Ⅰ类区，岩土体工程地质条件良好，是较好的天然地基，很少出现环境岩土工程问题，可布置各类建筑；地基条件Ⅲ、Ⅳ类区，是地基条件相对较差地区，新城规划时宜布置中低层建筑，且应针对砂土液化、软弱地基和高水位做好地基处理和工程防护；至于地基条件Ⅴ类区，不适宜进行工程建设，宜进行绿化、城市生态环境建设及旅游开发等。

［1］ Dearm anWR.EngineeringGeologicalMapping［M］.Oxfo rd:ButterWorth2Heinem annLtd,1991.

［2］李相然, 姚志祥主编. 城市岩土地基工程地质. 北京: 中国建材工业出版社, 71～80,2002.

［3］北京市地震地质会战第四专题组.北京平原区全新世构造活动调查研究. 1982.

［4］徐锡伟,吴卫民等主编.首都圈地区地壳最新构造变动与地震. 北京: 科学出版社, 106,2002.

［5］刘保金,胡 平等.北京平原西北部地壳浅部结构和隐伏活动断裂—由地震反射剖面揭示.地球物理学报.2009.52（8）.2015～2025.

［6］ 玉 川. 京市通州区工程建设层地质建模与环境质量评价中国地质大学（北京）,2009.

［7］张在明,沈小克等.北京地区建筑地基基础勘察设计规范.中国计划出版社.20,2009.

［8］ 李相然,孙岩松.工程地质环境质量评价理论在城市规划中的应用［J］.世界地质,2000,19(3):258～264.

［9］沈小克,周宠磊等.城乡规划工程地质勘察规范. 中国建筑工业出版.2012.

The Study on the Geotechnical Foundation Engineering of Tongzhou Planning New Town

HUANG Xiao1，WANG Jinwei1,2，CHEN Gang1，LI Zhelin3

(1. Beijing Institu te of Geo logical Engineering, Beijing 100037；2.BeiHang University, Beijing 100191；
3.China Xinxing Construction & Deve lopm en t General Co., Beijing 100039)

Urban planning and development were restricted by the geotechnical foundation engineering. This article researches the engineering geological characteristics about Beijing Metro Planning Tongzhou project. Through the research it is found that foundation's bearing capacity, compressibility and the distribution of bad foundation soil were main factors of infl uencing on rock and soil foundation classifi cation. Further, we divide the researched region into fi ve grades. The appraising and suggestion of engineering suitability have been given for each foundation conditions, which develop guidelines for rational planning and scientifi c using about new city.

Geotechnical foundation; Bad foundation; Engineering capacity

TU471

A

1007-1903（2015）01-0025-06

黄 骁（1974- ），男，注册土木（岩土）工程师，主要从事岩土工程勘察、设计与施工、地质灾害评估。电子信箱：huangxiaomail@163.com