浅析工程地质在建筑工程建设中的指导作用——以永盛花园二区建设项目为例

李彦凤

（安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院，安徽芜湖241000）

2016年海创置业有限公司拟在芜湖市九华南路以西，拟建建筑物主要为5幢高层住宅楼（30#、31#、32#、33#、43#）及地下1层地下车库。为查明建筑范围内各岩土层的类型、深度、分布、工程特性和变化规律，提供地基变形计算参数、预测建筑物的变形特性、查明地下水的埋藏情况、地下水类型、水文变化幅度及规律、并明确提出地下室防水水位及抗浮计算水位、查明不良地质作用的类型、成因、分布范围、发展趋势和危害程度。特委托安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院下属单位安徽第二水文工程勘察院对其建筑区域展开工程地质调查。

我院对该拟建场地进行详细勘察，为其提供了各岩土层物理力学性质指标，分析和评价地基稳定性、均匀性和承载力，对可供采用的地基基础设计方案进行了论证分析；对于需采用桩基础，提出合适的桩型、桩端持力层、桩端进入持力层的深度、桩周摩阻力及桩端阻力，并预估单桩承载力；论证桩的施工条件及其对环境的影响；评价地下水对基础设计和施工的影响，判定环境水和土对建筑材料的腐蚀性；提供基坑设计所需的有关参数，对基坑安全等级提出建议，对基坑的整体稳定性和可能的破坏模式作出评价；划分场地土类型及场地类别，划分对抗震有利、不利或危险地段；对可能采用地基处理后的高层筏板基础，应针对可能采用的地基处理方案，提供地基处理设计和施工所需的岩土参数；提供桩基设计所需的全部岩土技术参数，对可能采用的桩型、规格及相应的桩端入土深度提出建议。

1 典型实例——永盛花园二区

1.1 勘察方法

本次勘察以钻探为主要手段，并进行孔内原位测试和室内土样测试工作。勘探点间距小于23m，沿建筑物的周边布置勘察点。主要勘察步骤为：钻孔定位→钻探→原位测试→岩、土、水样测试→室内工作。

1.2 研究区基本情况

工作区属北亚热带湿润季风气候区，气候特征是：气候温暖湿润，四季分明，雨量充沛，日照充足。区内年平均无霜期243d，年平均气温16.0℃，年最高气温41.0℃，年最低气温-13.1℃；年平均日照时数1982.2h，日照率为44.8%；多年平均降雨量1198.1mm，年最大降水量1906.5mm，年最小降水量565.7mm，日最大降水量为249.9mm。多年平均蒸发量1358.3mm，多年平均相对湿度82%。区内全年降水各月分配不均，5～8月为丰水期，降水量占全年降水量的60%～70%，9～11月及翌年3～4月为平水期，12～2月为枯水期。

拟建场区地层结构较简单，主要为第四系上更新统冲和三叠系上统东马山组，岩性主要为粉质粘土、粘土、中风化灰岩等。拟建场区位于淮阳山字型前弧东翼，庐枞火山岩盆地南部，构造较简单，断裂、褶皱构造不发育。距拟建场区最近的区域断裂构造主要有宿松—枞阳断裂、青阳—广德断裂，两断裂呈北东向展开，距拟建场区较远。以上断裂活动强度不高。本次勘察未发现晚更新世以来活动断层。区域地壳总体相对稳定。

拟建场地水文地质条件中等复杂，地下水类型可分为第四系松散岩类孔隙潜水和碳酸盐岩裂隙岩溶水两个类型。松散岩类孔隙潜水主要赋存在第四系上更新统的粘性土中，富水性较差。碳酸盐岩裂隙岩溶水赋存于三叠系上统东马山组中风化灰岩中，岩溶较发育，多呈溶沟、溶槽及溶洞的形式，本区岩溶裂隙水较发育。场区内上更新统为粉质粘土、粘土覆盖，该层富水程度低，含水贫乏，透水性低，据区域资料，单井涌水量小于100t/d，粘土层渗透系数K值小于6×10-6cm/s。据本次勘察所取水样水质分析报告，地下水类型为HCO3-Ca型。拟建场地环境类型为Ⅱ类。

场地范围内未发现地面沉降、土洞、滑坡等不良地质作用，场地内岩溶较发育，范围较广，所施工钻孔中浅层岩溶发育，部分岩芯溶蚀现象发育，溶洞充填物以硬塑粘土和软塑粉质粘土为主。

1.3 研究区岩土层划分及分布

根据本次勘察资料，依据各岩土层物理力学特征，拟建场地可划分为4个岩土层，各岩土层分布情况见工程地质剖面图。其工程地质特征分述如下：

①层素填土：灰色，松散，湿，主要成分为粉质粘土，夹少量碎石、砖块。层底埋深0.20～4.50m，层底高程8.10～14.23m，层厚0.20～4.50m。该层场地内局部分布。

②层粘土：灰黄—棕红色，硬塑，局部可塑，湿，含铁锰结核，见灰白色高岭土条带，干强度中等，中等韧性，稍有光泽。层底埋深0.50～20.10m，层底高程-8.69～9.49m，层厚0.50～19.40m。该层实测标贯击数平均值为18.9击，本层在场地内除ZK11、ZK15孔缺失外均有分布。

②-1层粉质粘土：灰色，可塑，湿，含铁锰结核，见灰白色高岭土条带，切面光滑。该层为②层粘土层中夹层，层底埋深3.50～14.00m，层底高程-2.62～9.04m，层厚1.50～4.20m，厚度变化较大。该层实测标贯击数平均值为6.8击，本层在场地内分布不连续。

③层中风化灰岩：青灰色，隐晶质结构，中薄层状构造，节理裂隙发育，岩芯溶蚀现象发育，岩芯呈碎块状、短柱状，柱长10～30cm。该层未揭穿，层顶埋深0.20～31.50m，层顶高程-8.69～9.50m，揭露层厚0.20～8.60m。饱和单轴抗压强度标准值为42.95MPa。岩石坚硬程度属较硬岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ类。

1.4 研究区岩土层物理力学性质指标

本次勘察各岩土层中均采取了原状土样，进行了标准贯入试验，获取了各土层的物理力学性质指标，并按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009版）要求进行统计，对场区内粘土及粉质粘土进行标准贯入试验，实测数据粘土：统计个数59个，最大28击，最小10击，平均18.88击，变异系数为0.169，标准值18.17击；粉质粘土：统计个数6个，最大8击，最小6击，平均6.83击，变异系数为0.110，标准值6.21击。对岩石饱和抗压强度试验数据进行试验统计得出，中风化灰岩：饱和单轴抗压强度最大值84.3MPa，最小值25.9MPa，平均为46.78MPa。变异系数为0.33，标准值42.95MPa。

2 岩土工程分析与评价

根据本次勘察钻孔资料，室内土工试验结果，经综合分析，拟建场地地层结构较简单，各岩土层的工程特征评价如下：①层素填土，松散，为新近回填土，厚度较小，仅ZK42孔厚度较大，达4.5m，力学强度低；②层粉质粘土，硬塑，局部可塑，场地内分布均匀，中等压缩性，力学强度较高，为良好的天然地基持力层，可作为建筑物持力层；②-1层粉质粘土，可塑，局部软塑，为②层粘土夹层，分布不均匀，厚度变化较大，中等压缩性，力学强度较低，可作为荷载较小建筑物持力层；③层中风化灰岩，场地内均有分布，岩石坚硬程度属较硬岩，力学强度高，为良好的桩端持力层。

根据《建筑抗震设计规范》GB50021-2010第4.1.6条有关规定结合区域地质经验，场地20m深度范围内土层主要为粘土、粉质粘土，每栋楼选取1孔进行波速测试，按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），根据波速测试结果得出等效剪切波速平均值253.38m/s，场地北部根据钻孔岩土揭露显示覆盖层厚度小于5m，场地类别为Ⅰ1类，其余地段场地覆盖层厚度大于5m，场地类别为Ⅱ类。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的有关规定，本区抗震设防烈度为6度，设计地震分组第一组，设计基本地震加速值为0.05g。土的类型②层为中硬土，②-1层为中软土，③层为岩石。场地类别为Ⅰ1和Ⅱ类，为抗震一般地段。场地特征周期为0.35s。

3 工程地质指导作用

3.1 天然地基分析

根据场地的工程地质条件和拟建工程的安全等级及沉降的敏感性，建议②层粘土作为基础持力层。根据场区内钻孔反应，部分地段②层粘土厚度变化大或缺失，且③层中风化灰岩浅表岩溶较发育，局部溶洞顶板厚度小于1m，地表溶沟、溶槽发育，不宜采用天然地基，建议采用桩基。如采用筏板基础，需清除①层素填土及溶沟、溶槽充填土，以素混凝土回填至设计标高。

表层素填土厚度一般为0.7～1.4m，为新近回填土，松散，力学强度低，不能直接作为拟建建筑物持力层和下卧层，施工时应予以清除。再以素混凝土进行回填至设计标高。根据各岩土层的主要物理力学性质指标统计结果和地区经验，依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），经综合分析，提供各岩土层天然地基设计参数见表1。

表1 天然地基设计参数

拟建场地地层结构较简单，土层层面起伏不平缓，基岩面局部起伏较大，且垂直方向岩土层物理力学性质指标差异较大，岩溶发育，属不均匀地基。

3.2 桩型选择

各种桩型的适用地层及优点缺点参见表2。通过对比，结合场地地质情况及当地施工经验，建议采用钻孔灌注桩，以③层中风化灰岩作为持力层。场地岩溶较发育，桩基施工时桩端应穿过溶洞底板，进入完整基岩0.5m且桩底稳定基岩深度不小于2m。

表2 不同桩型比较分析

根据场地工程地质条件及各土层的工程特性分析，采用钻孔灌注桩具有较好的成桩条件。由于场地地下水水位较高，水文地质条件中等复杂，对桩基设计和施工存在一定的不利影响，可能会引起塌孔、泥浆粘度降低等，故桩基设计和施工时应慎重考虑，采取措施。另场地内岩溶发育，过度抽取地下水可能会引起岩溶塌陷等问题而造成地基基础的破坏，因此应控制地下水的开采。

3.3 基坑工程

（1）基坑工程岩土层结构和工程条件。拟建场地基坑范围为30#、43#楼，基础埋深5.3m，30#场地高程为11.38～14.93m，±0.0标高为15.0m，43#场地高程为9.85～11.58m，±0.0标高为14.8m，场地整平施工以挖方为主。基坑持力层可选在②层粘土上。若基坑工程失稳或过大变形对建筑物周边设施有影响。基坑安全等级为二级。基壁岩土结构为①层素填土、②层粘土，②层粘土为微—弱透水层，渗透系数（0.25～2.75）×10-6m/s，基坑不会产生大的涌水量，只需在开挖过程中设置集水井排水。基坑在开挖过程中引起地下水位下降，会对周围环境产生影响。

（2）地下室抗浮评价。拟建场地地下水位较高，地下水类型为松散岩类孔隙水，②层为弱含水层。地下水位一年四季变化大。根据长观资料及本次勘察成果，地下水抗浮水位根据《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）第8.6.2条规定，建议抗浮水位标高为11.5m。

（3）施工建议。土方开挖前施工单位应编制严密的施工组织设计，经设计及相关单位认可后方可施工。挖土流程、顺序及方式应严格按照施工组织设计进行，不得超挖，开挖面高差应控制在1m以内，并宜按不大于1∶1.5放坡；基坑应按分层、分段、对称、均衡的原则开挖，在开挖过程中，施工单位应采取有效措施，确保边坡留土及动态土坡的稳定性，慎防土体的局部坍塌造成现场人员损伤和机械的损坏。施工时，应在坡顶、坑底采取有效的截、排水措施。开挖至坑底后，应及时进行混凝土垫层和主体地下结构施工；基坑开挖与支护结构使用期内，必须进行支护结构的水平位移监测和基坑开挖影响范围内建筑物地面沉降监测；应先清表进行基坑施工，再进行回填、分层压实。回填及压实过程中应注意填土的侧压力对基础及基坑侧壁的影响。

3.4 场地稳定性、均匀性评价

场地为6度设防区，地下水动力活动影响拟建工程的稳定，岩土层结构较简单，场地内各岩土层层位较稳定，厚度变化大，岩溶发育，为抗震一般地段，拟建场地内地质环境变化不大，所有工程岩土层相似，为不均匀地基，场地稳定性一般。

4 结论

拟建场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值0.05g，设计地震分组为第一组，特征周期0.35s，场地北部场地类别为Ⅰ1类，其余地段场地类别为Ⅱ类，为抗震一般地段，不均匀地基，适宜本工程建设；拟建场地地下水和土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性；拟建32#、33#、43#楼宜选用天然地基，推荐筏板基础，建议选用②层粘土作为基础持力层。30#、31#楼推荐选用桩基础，桩型宜选用钻孔灌注桩基础，以③层中风化灰岩作为持力层。31#楼如采用筏板基础，需清除①层素填土及溶沟、溶槽充填土，以素混凝土回填至设计标高。