龍治國(guó)，高振宇，陳德明

(武漢市勘察設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430022)

1 前 言

武漢市從北到南分布有3 條橫跨長(zhǎng)江的灰?guī)r條帶，為了充分利用有限的土地資源，武漢市在灰?guī)r條帶上修建的高層建筑越來越多。本文以武昌某高層住宅小區(qū)為例，著重探討武漢市巖溶地區(qū)高層建筑巖土工程分析與評(píng)價(jià)方法。

2 工程概況

擬建高層住宅小區(qū)位于武漢市東湖高新技術(shù)開發(fā)區(qū)光谷大道以西、雄楚大道以南征地范圍內(nèi)(如圖1 所示)。擬建高層建筑的基本情況如表1 所示。

圖1 場(chǎng)區(qū)地理位置圖

擬建建筑物基本情況一覽表 表1

3 勘察工作重點(diǎn)

(1)查明場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)，特別是上覆土層性質(zhì)、灰?guī)r埋深、各種巖溶洞隙和土洞的分布、規(guī)模、埋深，巖溶堆積物性狀。

(2)查明地下水特征，特別是地下水動(dòng)力條件。

(3)勘探線應(yīng)沿建筑物軸線布置，勘探點(diǎn)間距不應(yīng)大于30 m。條件復(fù)雜時(shí)每個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)均應(yīng)布置勘探點(diǎn)。

(4)外業(yè)施工過程中，應(yīng)詳細(xì)描述漏水、漏漿情況、掉鉆情況、溶洞大小情況、溶洞充填情況等。嚴(yán)格控制終孔深度，確保終孔時(shí)樁端以下完整灰?guī)r厚度不少于樁徑的3 倍并不小于5 m。

(5)當(dāng)采用樁基礎(chǔ)并以下部灰?guī)r作為樁端持力層時(shí)，樁基施工之前還應(yīng)進(jìn)行施工勘察。當(dāng)樁徑小于1.2 m時(shí)，一般按一樁一孔進(jìn)行補(bǔ)勘工作;當(dāng)樁徑大于1.2 m時(shí)，一般按一樁三孔進(jìn)行補(bǔ)勘，當(dāng)巖溶特別發(fā)育時(shí)，可適當(dāng)增加鉆孔數(shù)量。補(bǔ)勘時(shí)孔深應(yīng)控制溶洞底樁端平面以下完整灰?guī)r不少于樁徑的3 倍并不小于5 m。

(6)當(dāng)工程有可能采用天然地基時(shí)，應(yīng)對(duì)場(chǎng)地地層進(jìn)行高壓固結(jié)及高壓回彈特殊試驗(yàn)。

(7)鉆孔施工結(jié)束后，一定要按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行回填封孔。

4 場(chǎng)地工程地質(zhì)條及水文地質(zhì)條件

4.1 地形地貌

現(xiàn)場(chǎng)地地勢(shì)較平坦，勘探點(diǎn)孔口高程在35.25 m～37.73 m之間變化。從區(qū)域地貌角度看，地貌單元屬剝蝕堆積壟崗，相當(dāng)于長(zhǎng)江沖洪積三級(jí)階地。

4.2 地質(zhì)構(gòu)造

武漢市區(qū)位于淮陽(yáng)山字型前弧西翼與新華夏構(gòu)造體系的復(fù)合部位，屬淮陽(yáng)山字型前弧西翼葛店－漢陽(yáng)褶皺帶。區(qū)內(nèi)大地構(gòu)造跨及揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)和秦嶺褶皺系兩個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元。以襄(樊)－廣(濟(jì))深大斷層為界，中南部隸屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的四級(jí)構(gòu)造單元武漢臺(tái)褶束，北部為秦嶺褶皺系之四級(jí)構(gòu)造單元新洲凹陷之南緣。

由于區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了大別、揚(yáng)子、加里東、華力西－印支、燕山－喜馬拉雅等多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使區(qū)內(nèi)構(gòu)造更趨復(fù)雜。新洲凹陷是在古老結(jié)晶基底上發(fā)展起來的中生代沉積盆地;武漢臺(tái)褶束由古生界及早三疊系組成的一系列北西西向或近東西向復(fù)式褶皺組成，并伴有與軸線平行或近于平行的走向斷層及北西向、北東向、北北東或近南北向的斷層。

場(chǎng)區(qū)位于關(guān)山扇形向斜北翼(12)、王家店倒轉(zhuǎn)背斜(8)南翼，北側(cè)為喻家湖壓扭性斷裂(⑨)，該斷層為古老斷層，在全新世內(nèi)無新的活動(dòng)斷裂跡象(如圖1 所示)。

圖2 場(chǎng)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造綱要圖

4.3 地層分布

勘探揭露深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地地層自上而下主要由6 個(gè)單元層組成，即(1)層填土層(Qml)及湖積層(Ql);(2)層第四系全新統(tǒng)沖積的一般黏性土層;(3)層第四系上更新統(tǒng)沖洪積的老黏性土層;(4)層灰?guī)r風(fēng)化形成的紅黏土土層(Qel);(5)層三疊系大冶組(T1d)泥灰?guī)r;(6)層三疊系大冶組(T1d)灰?guī)r。

4.4 水文地質(zhì)條件

擬建工程場(chǎng)地地下水按其埋藏條件和含水層性質(zhì)分為上層滯水及巖溶裂隙水兩種類型。

上層滯水主要賦存于人工填土層中，分布不連續(xù)，無統(tǒng)一的自由水面，地下水位埋深為1.5 m～3.20 m，主要接受地表水與大氣降水補(bǔ)給，水量有限易于疏干，但不容忽視。

巖溶裂隙水主要賦存于場(chǎng)地泥灰?guī)r、灰?guī)r裂隙中，其水量變化較大。

5 巖土工程分析與評(píng)價(jià)

巖溶地區(qū)巖土工程分析與評(píng)價(jià)應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，結(jié)合巖溶發(fā)育情況重點(diǎn)評(píng)價(jià)巖溶穩(wěn)定性，并提出合理的設(shè)計(jì)與施工建議。

5.1 巖溶發(fā)育情況

本次勘察共布置勘探孔79 個(gè)，其中主樓布置鉆孔20 個(gè)，其余均為基坑孔。主樓鉆孔均進(jìn)入基巖5 m～8 m，基巖均為泥灰?guī)r或灰?guī)r。鉆孔深度范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)土洞、溶洞，說明本場(chǎng)地巖溶不發(fā)育。

5.2 巖溶穩(wěn)定性

(1)本場(chǎng)地北側(cè)發(fā)育的喻家湖壓扭性斷裂為古老地質(zhì)構(gòu)造，在全新世未發(fā)現(xiàn)有活動(dòng)跡象。

(2)武漢地區(qū)歷史上發(fā)生過地面塌陷的地段一般在長(zhǎng)江沖洪積一級(jí)階地，如烽火村、中南軋鋼廠等地，灰?guī)r上覆地層一般為砂土層，地下水與長(zhǎng)江水力聯(lián)系緊密，地下水位變化大，具有強(qiáng)烈的水動(dòng)力條件。本場(chǎng)地灰?guī)r上覆地層一般為紅黏土或老黏性土，地下水主要為巖溶裂隙水，水位隨季節(jié)有一定變化，但水動(dòng)力條件弱，因此本場(chǎng)地存在巖溶地面塌陷可能性小。

(3)勘察過程中未發(fā)現(xiàn)土洞、溶洞發(fā)育。

綜上所述，可認(rèn)為本場(chǎng)地是穩(wěn)定的，適宜進(jìn)行工程建設(shè)。

5.3 基礎(chǔ)選型及持力層建議

灰?guī)r地區(qū)基礎(chǔ)型式和持力層的選擇直接關(guān)系建筑物的穩(wěn)定性、工程施工時(shí)間及工程造價(jià)，因此選用合理的基礎(chǔ)型式和持力層至關(guān)重要。

(1)天然地基

從場(chǎng)地地層特征來看，(3－1)層粉質(zhì)黏土分布較淺，一般小于5 m，硬塑狀態(tài)，強(qiáng)度較高，承載力特征值fak=370 kPa。住宅樓基礎(chǔ)埋深為6 m左右，可考慮采用天然地基，基礎(chǔ)形式采用筏板基礎(chǔ)。以1 號(hào)住宅樓為例驗(yàn)算采用天然地基的可能性。

1 號(hào)住宅樓采用剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑物總荷重544 kN/m2，基礎(chǔ)埋深6.3 m，基礎(chǔ)寬度按12 m考慮，經(jīng)深寬修正后fa=620 kPa，pk＜fa，符合強(qiáng)度要求。

(4－1)層紅黏土為相對(duì)軟弱下臥層，下臥層層頂自重應(yīng)力:265.4 kPa，下臥層層頂附加應(yīng)力:307.84 kPa，下臥層修正后的承載力特征值:761.7 kPa。下臥層修正后的地基土承載力特征值大于土層應(yīng)力，下臥層強(qiáng)度滿足要求。

變形驗(yàn)算結(jié)果:整體傾斜為0.00017 ＜0.0025，中心點(diǎn)計(jì)算沉降量為124 mm ＜200 mm，滿足變形要求。

(2)樁基礎(chǔ)

本工程高層住宅樓還可考慮采用樁基，樁型可考慮采用鉆孔灌注樁，以場(chǎng)地(5－2)層中風(fēng)化泥灰?guī)r或(6)層灰?guī)r為樁端持力層。由于泥灰?guī)r、灰?guī)r系可溶巖，為保證樁基穩(wěn)定性并指導(dǎo)設(shè)計(jì)，建議進(jìn)行一樁一孔的施工勘察。

為節(jié)省施工時(shí)間、降低工程造價(jià)，建議本工程優(yōu)先考慮采用天然地基，以場(chǎng)地(3－1)層老黏性土為基礎(chǔ)持力層。保證建筑物的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)整體剛度。

5.4 地下結(jié)構(gòu)抗浮

灰?guī)r分布地區(qū)應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地所在地貌單元、地層結(jié)構(gòu)、地下水類型和地下水變化情況，結(jié)合地下室埋深、上部荷載等情況進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)抗浮評(píng)價(jià)。

如前所述，本工程地貌單元屬于剝蝕堆積壟崗，上部地層以老黏性土或老黏性土夾碎石為主，下伏基巖為泥灰?guī)r、灰?guī)r，地下水類型主要為上層滯水和巖溶裂隙水。本工程雖位于巖溶地區(qū)，但巖溶不發(fā)育，巖溶裂隙水對(duì)本工程影響微弱，因此本工程地下結(jié)構(gòu)主要考慮抗浮問題。主樓部位地下室與其下部基礎(chǔ)相連，起主導(dǎo)作用的上層滯水，將以集水井形式隨時(shí)抽排，不會(huì)聚集在基坑內(nèi)產(chǎn)生浮托力。但由于上部結(jié)構(gòu)施工前，地下室上部沒有建筑物，不排除由于基坑周邊回填土質(zhì)量達(dá)不到隔滲阻流要求、遇強(qiáng)降水造成基坑范圍水力連通形成浮托力對(duì)地下室構(gòu)成危害可能性，因此無地上建筑部分和有地上建筑部分地下室均需考慮抗浮問題。按照武漢市地方經(jīng)驗(yàn)，抗浮設(shè)計(jì)水位一般按場(chǎng)地整平標(biāo)高考慮，抗浮措施可考慮采用鉆孔灌注樁或錨桿樁。

6 結(jié) 語

巖溶地區(qū)高層建筑勘察應(yīng)查明覆蓋層地層情況、灰?guī)r的分布、溶洞發(fā)育情況、地下水類型及動(dòng)力條件，在此基礎(chǔ)上分析巖溶穩(wěn)定性，然后根據(jù)地層情況建議合理的基礎(chǔ)形式及持力層。

(1)武漢市剝蝕堆積壟崗地貌單元巖溶地區(qū)巖溶一般不發(fā)育，地下水動(dòng)力條件弱，巖溶穩(wěn)定性較好，適宜進(jìn)行工程建設(shè)。

(2)巖溶地區(qū)基礎(chǔ)持力層為硬塑狀態(tài)老黏性土的高層建筑，若滿足強(qiáng)度和變形驗(yàn)算要求，應(yīng)優(yōu)先考慮天然地基。

(3)武漢市剝蝕堆積壟崗地貌單元巖溶地區(qū)地下結(jié)構(gòu)主要考慮抗浮問題。起主導(dǎo)作用的地下水類型為上層滯水，抗浮設(shè)計(jì)水位可按場(chǎng)地整平標(biāo)高考慮，抗浮措施可采用鉆孔灌注樁或錨桿樁。

［1］GB50021－2001 巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)［S］．

［2］JGJ 72－2004 高層建筑巖土工程勘察規(guī)程［S］．

［3］龐設(shè)典，熊毅明，肖炎明．武漢市工程地質(zhì)分區(qū)的構(gòu)想［J］．城市勘測(cè)，2005(2)．

［4］官善友，廖建生，龐設(shè)典等．武漢市都市發(fā)展區(qū)規(guī)劃用地地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評(píng)價(jià)［J］．城市勘測(cè)，2011(5)．