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        梅州西站巖溶場地穩(wěn)定性評價

        2021-12-09 18:12:19呂琪發(fā)
        西部資源 2021年2期

        呂琪發(fā)

        摘要:為確保梅州西站建設工程施工安全和質(zhì)量,本文以梅州西站巖溶區(qū)為研究對象,進行了場地穩(wěn)定性評價。研究表明擬建地段存在人工填土層及軟土,對鉆孔灌注樁成孔有影響,應加強支護及排水措施;擬建場地巖溶發(fā)育,部分地段巖溶發(fā)育程度屬弱—中等發(fā)育,呈串珠狀,在鉆孔施工過程中容易出現(xiàn)塌孔、漏漿問題,同時可能導致地面塌陷或者卡鉆;擬建場地不良地質(zhì)以覆蓋型巖溶為主,特殊巖土以素填土和軟土為主;屬于抗震不利地段,應加強抗震設計研究。

        關鍵詞:巖溶場地;工程地質(zhì)條件;穩(wěn)定性評價

        新建鐵路梅州至潮汕鐵路梅州西站站房(中心里程DK1+603.11)位于廣東省梅州市梅縣區(qū),站址區(qū)附近有縣道、高速公路通過,交通便利;梅州西站站房為線側(cè)下式,地面2層,筑軸網(wǎng)尺寸為147.2m(縱)×39m(橫),3個站臺設置雨棚立柱,柱間縱向間距一般為9.0m,總長度為444.3m,雨棚立柱縱向設置總長度為44.3m。擬建區(qū)域巖溶較發(fā)育,對擬建工程產(chǎn)生較大的影響,為分析梅州子站巖溶場地的穩(wěn)定性以及對擬建工程的影響[1],本文進行了巖土體工程地質(zhì)條件分析,并根據(jù)擬建區(qū)域巖土工程地質(zhì)條件等對場地的穩(wěn)定性進行了評價,為后期施工安全奠定基礎。

        1.工程地質(zhì)特征

        1.1氣象水文條件

        擬建區(qū)域?qū)儆谀蟻啛釒Ъ撅L氣候區(qū),光照充足,雨量充沛,氣候宜人。擬建區(qū)域當?shù)囟嗄昶骄鶜鉁?1.7℃,多年年均降水量1865.6mm,極端最大年水量2491.d0mm,最小1393.8mm,歷年各月平均降水日數(shù)最多20.9天(6月)。歷年各月最大風速31.9m/s(7月份),歷年各月平均風速最大2.2m/s(1月或12月)。擬建區(qū)地表水較發(fā)育,多溝、渠、塘,主要接受大氣降水補給,用于家畜養(yǎng)殖、農(nóng)田灌溉。

        1.2地層巖性及物理力學特征

        根據(jù)鉆探工程揭露,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料,擬建區(qū)域沿線所經(jīng)過的地層巖性較為單一,按其成因和時代分類主要為第四系人工填土層及第四系沖洪積層淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、細砂、中砂、粗砂、細圓礫土,下伏基巖為中—上石系統(tǒng)壺天群灰?guī)r及下石炭統(tǒng)砂巖。各個巖土層特征如下:

        (1)人工填土層

        ①素填土:褐黃色,灰黃色,潮濕,松散,主要成分由黏性土及碎石塊組成。該層于工程區(qū)表層廣泛分布,層厚約1.0m~6.5m,巖土施工工程分級為Ⅰ級。

        (2)第四系沖洪積層

        ②1淤泥質(zhì)黏土:深灰色,飽和,流塑,主要成分為黏粒,黏性較好,層厚約0.8m~9.2m,該層工程區(qū)谷地地段呈透鏡體狀分布,巖土施工工程分級為Ⅱ級,基本承載力σ0=90kPa。

        ②2粉質(zhì)黏土:褐黃色,軟塑,主要成分為黏粒、粉粒,黏性一般,土質(zhì)不均,層厚約0.5m~8.4m,該層工程區(qū)谷地地段呈似層狀分布,巖土施工工程分級為Ⅱ級,基本承載力σ0=120kPa。

        ②4中砂:灰白色,褐黃色,飽和,稍密,主要成分為石英質(zhì)砂,層厚約1.1m~12.1m,該層工程區(qū)谷地地段呈似層狀分布,巖土施工工程分級為Ⅰ級,基本承載力σ0=150kPa。

        ②5粗砂:灰白色,褐黃色,飽和,稍密,主要成分為石英質(zhì)砂,層厚約1.3m~10.4m,該層工程區(qū)谷地地段呈似層狀分布,巖土施工工程分級為Ⅰ級,基本承載力σ0=180kPa。

        ③2細圓礫土:灰黃色,棕紅色,飽和,中密,層厚約1.0m~25.4m,該層工程區(qū)谷地地段呈層狀分布,巖土施工工程分級為Ⅱ級,基本承載力σ0=200kPa。

        ③2-1淤泥質(zhì)黏土:深灰色,飽和,流塑,主要成分為黏粒,黏性較好,層厚約1.1m~8.6m,該層工程區(qū)谷地地段以透鏡體形式分布,巖土施工工程分級為Ⅱ級,基本承載力σ0=90kPa。

        ③2-2細砂:灰黃色,飽和,稍密,主要成分為石英質(zhì)砂,層厚約1.0m~6.5m,該層工程區(qū)谷地地段以透晶體形式分布,巖土施工工程分級為Ⅰ級,基本承載力σ0=150kPa。

        ③3粉質(zhì)黏土:褐黃色,硬塑,主要成分為黏粒、粉粒,黏性一般,土質(zhì)不均,層厚約0.60m~24.2m,該層工程區(qū)谷地地段呈似層狀分布,巖土施工工程分級為Ⅱ級,基本承載力σ0=150kPa。

        (3)第四系殘坡積層

        ④粉質(zhì)黏土:褐黃色、淺紅色,硬塑,主要成分為黏粒、粉粒,黏性一般,土質(zhì)不均,層厚約2.4m~13.2m,該層工程區(qū)局部地段呈似層狀分布,巖土施工工程分級為Ⅱ級,基本承載力σ0=180kPa。

        (4)中—上石炭統(tǒng)壺天群灰?guī)r

        ⑤0溶洞(土洞):全充填、半充填或無充填,充填粉質(zhì)黏土、細圓礫土、中粗砂等。局部地段呈串珠狀溶洞,溶蝕強烈,大部分鉆孔均有揭露,揭示厚度0.20m~20.30m。

        ⑤2灰?guī)r:灰色,灰白色,強風化,裂隙很發(fā)育,巖芯呈碎塊狀、塊狀,巖質(zhì)軟,錘擊易碎,該層僅部分鉆孔有揭示,最大揭示厚度15.30m,巖土施工工程分級為Ⅳ級,基本承載力σ0=500kPa。

        ⑤3灰?guī)r:灰色,灰白色,弱風化,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),層狀構(gòu)造,裂隙較發(fā)育,巖芯呈短柱狀、長柱狀、塊狀,巖質(zhì)較硬,錘擊聲響,巖土施工工程分級為Ⅴ級,基本承載力σ0=800kPa。

        (5)石炭系下統(tǒng)砂巖

        ⑥1砂巖:棕紅色,紫紅色,全風化,原巖結(jié)構(gòu)可辨,巖心呈土柱狀及砂土狀,遇水易軟化,最大揭示厚度54.51m,巖土施工工程分級為Ⅲ級,基本承載力σ0=250kPa。

        ⑥2砂巖:灰白色,灰色,紫紅色,強風化,裂隙很發(fā)育,巖芯呈碎塊狀、餅狀,巖質(zhì)軟,錘擊易碎,最大揭示厚度37.9m,巖土施工工程分級為Ⅳ級,基本承載力σ0=500kPa。

        ⑥3砂巖:紫紅色,灰白色,弱風化,細粒結(jié)構(gòu),層狀構(gòu)造,裂隙較發(fā)育,巖芯呈短柱狀、長柱狀、塊狀,巖質(zhì)較硬,錘擊聲響,巖土施工工程分級為Ⅴ級,基本承載力σ0=800kPa。

        根據(jù)室內(nèi)土工試驗,結(jié)合領區(qū)工程巖土體參數(shù),最終確定擬建區(qū)域巖土體參數(shù)。

        2.水文地質(zhì)特征

        2.1水的類型與埋藏情況及其變化特征

        擬建區(qū)域地表水主要為溝渠、魚塘,主要靠大氣降水補給。擬建區(qū)域地下水類型主要為基巖裂隙水,主要賦存于強—弱風化帶中,擬建場地巖性主要為砂巖、灰?guī)r,強風化巖層裂隙較發(fā)育,強透水;弱風化帶裂隙稍發(fā)育,一般地下水較貧乏,弱透水;局部巖體破碎段、溶洞發(fā)育,地下水豐富,強透水。主要靠大氣降水補給,水位隨季節(jié)影響而變化。

        2.2環(huán)境水對混凝土建筑材料的侵蝕性

        擬建區(qū)域內(nèi)采集的4組地表水和11組地下水進行了水質(zhì)分析,參照《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計規(guī)范》TB10005-2010的標準可知,擬建區(qū)內(nèi)地下水、地表水對混凝土結(jié)構(gòu)具酸性和二氧化碳侵蝕性,化學環(huán)境作用等級為H1級,無鹽類結(jié)晶破壞作用,無氯鹽侵蝕作用。

        3.不良地質(zhì)及特殊巖土

        3.1不良地質(zhì)特征

        根據(jù)巖土工程地質(zhì)條件顯示,擬建區(qū)域不良地質(zhì)為覆蓋型巖溶;鉆探工程揭示溶洞洞高0.2m~20.3m,埋深11.4m~ 63.6m,頂板標高28.87m~80.96m,巖溶發(fā)育最低標高為28.37m,大小各異,局部呈串珠狀發(fā)育,充填類型為無充填、半充填及全充填,充填物主要為細圓礫土、中粗砂,少量為粉質(zhì)黏土;巖溶發(fā)育程度屬弱—中等發(fā)育。綜上所述,研究區(qū)不良地質(zhì)對擬建區(qū)域的影響較為明顯,應結(jié)合巖土工程地質(zhì)勘察資料中試驗確定的參數(shù)制訂治理方案,尤其是巖溶發(fā)育的區(qū)域,必須做好樁基基礎施工。

        在巖溶地段采用樁基礎作為地基基礎;樁基施工時可能發(fā)生地面塌陷、卡鉆、漏漿或混凝土超方、斷樁等現(xiàn)象,為保證工程施工質(zhì)量,提前做好安全防范,如超前預注漿或鋼護筒跟進等[2]。

        3.2特殊巖土特征

        擬建區(qū)域的特殊巖土包括:①素填土,物質(zhì)組成以黏土及碎石塊組成,土的均勻性差,具高壓縮性;②軟土,含水量高、孔隙率大、強度低、易壓縮變形等特性,工程性質(zhì)差,開挖易產(chǎn)生變形、坍塌等。綜上所述,擬建區(qū)域特殊巖土體對建設工程施工不利,尤其是素填土和軟土,對施工質(zhì)量影響較大,若處理措施不得當,則容易引發(fā)地表不均勻沉降等災害。因此,必須將擬建區(qū)域的素填土或軟土進行移除處理或者通過樁基施工改善土體結(jié)構(gòu),使得素填土或軟土的力學性能滿足施工基本要求。

        4.巖溶場地穩(wěn)定性評價

        4.1場地地震效應評價

        根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料顯示,擬建場地區(qū)域內(nèi)無活動性斷裂通過,地殼相對穩(wěn)定,擬建建筑場地是穩(wěn)定和適宜的。根據(jù)巖土層組合特征、覆蓋層厚度及地下水特征情況,如擬建建筑采用同一巖土層作基礎持力層時,建筑地基屬均勻地基[3]。因巖土層在同一水平面上的厚度變化較大,如采用樁基礎,樁端將為粉質(zhì)黏土、全風化巖或弱風化巖層,其建筑地基屬非均勻地基。同時,根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》(GB18306-2015)、《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2010)及擬建區(qū)域所處位置:擬建區(qū)屬Ⅱ類場地,基本地震動峰值加速度為0.10g,特征周期值為0.35s,屬抗震不利地段。因此,擬建場地工程施工必須考慮抗震因素,加強工程抗震設計。

        4.2場地適宜性評價

        (1)天然地基持力層的選擇

        結(jié)合各層巖土力學參數(shù)值,各巖土層工程地質(zhì)條件評述如下:①淤泥質(zhì)黏土層,工程力學性質(zhì)差,不宜作擬建建筑物的基礎持力層;②粉質(zhì)黏土及細圓礫土層,工程力學性質(zhì)一般,厚度不均勻,埋藏淺,不宜作擬建建筑物的基礎持力層;③中砂、粗砂、細砂層,工程力學性質(zhì)差,厚度不均勻,不宜作擬建建筑物的基礎持力層;④全風化砂巖層,工程力學性質(zhì)較好,分布均勻,可作擬建建筑物的預制樁樁基礎持力層;⑤強風化灰?guī)r、強風化砂巖層,承載力較高,可作擬建建筑物的基礎持力層,但部分地段灰?guī)r巖溶發(fā)育,應穿過溶洞,選擇作為樁基持力層時應保證樁端下部完整基巖厚度滿足設計要求;⑥弱風化灰?guī)r、弱風化砂巖層,地基基本承載力較高,工程力學性質(zhì)好,適宜作擬建建筑物的樁基礎持力層,但部分地段灰?guī)r巖溶發(fā)育,應穿過溶洞,選擇作為樁基持力層時應保證樁端下部完整基巖厚度滿足設計要求。

        (2)樁基礎持力層的選擇

        根據(jù)擬建區(qū)域地質(zhì)條件以及巖土體結(jié)構(gòu)、特征等參數(shù),結(jié)合擬建工程結(jié)構(gòu)等,最終進行了樁基基礎持力層的選擇,綜合得出:①由于場地中第四系地層強度低,不宜作為樁基礎持力層;②全風化砂巖層,工程力學性質(zhì)較好,分布均勻,可作擬建建筑物的預制樁樁基礎持力層;③強風化灰?guī)r、強風化砂巖層,承載力較高,可作擬建建筑物的基礎持力層,④弱風化灰?guī)r、弱風化砂巖層,地基基本承載力較高,工程力學性質(zhì)好,適宜作擬建建筑物的樁基礎持力層。

        (3)基礎方案建議

        擬建站房不宜采用天然地基淺基礎;根據(jù)該場地巖土體工程地質(zhì)特征,基礎方案建議如下:

        ①對天然地基進行處理后采用復合地基作為基礎持力層;

        ②采用樁基礎,樁基礎類型可選用鉆孔灌注樁,鉆孔灌注樁樁基礎持力層可選用全—弱風化巖層;全—弱風化巖層部分地段灰?guī)r巖溶發(fā)育,采用該層作為樁基礎持力層,應確保整樁穿過溶洞,保證樁端下部完整基巖厚度滿足設計要求。

        由于場地上部無適宜的淺基礎持力層,建議采用鉆孔灌注樁。由于部分地段巖溶發(fā)育,樁基施工時可能會發(fā)生地面塌陷、卡鉆、漏漿或混凝土超方、斷樁等現(xiàn)象,為保證工程施工質(zhì)量,需做提前好安全防范措施,如超前預注漿或鋼護筒跟進等[2]。

        為避免造成環(huán)境污染,鉆孔灌注樁施工時應做好排污和泥漿外運工作,并按設計和有關要求打試樁,通過載荷試驗檢測試樁承載力及沉降等指標,以指導施工設計。

        5.結(jié)語

        綜上所述,梅州西站擬建區(qū)域上部第四系土層中局部存在人工填土層及軟土,對成孔有影響,施工中應加強支護及防排水措施。擬建場地局部巖溶較發(fā)育,溶洞類型多為無充填、半充填或充填型,充填物為圓礫土、角礫土及粉質(zhì)黏土,結(jié)合擬建建筑物的結(jié)構(gòu)特點、荷載大小,建議采用樁基礎。在樁基成孔過程中,溶洞分布地段易塌孔、漏漿,在樁基施工過程中,需采取有效措施如拋填片石、黏土,及時補充泥漿,或套管跟進、預注漿加固等,防止塌孔及漏漿,保護孔壁;另外,個別樁孔巖溶呈串珠狀發(fā)育,易形成不均勻地基,造成樁基傾斜,設計與施工時應充分考慮其影響;樁基施工時可能發(fā)生地面塌陷或卡鉆等現(xiàn)象,需提前采取安全防范措施,確保工程施工質(zhì)量和安全,為提高擬建工程整體施工質(zhì)量以及該地區(qū)類似工程施工提供參考。

        參考文獻:

        [1]滑帥,邸凱強,尹尚先,彭瑞,朱權(quán)潔,李杰剛,張金歡,王蒙.考慮煤礦采空區(qū)和巖溶影響的某擬建場地適宜性研究[J].華北科技學院學報, 2019, 16(03):80-87.

        [2]蘇自武.某五星級酒店建筑場地巖溶發(fā)育規(guī)律與治理措施[J].西部探礦工程, 2013, 25(07):17-19.

        [3]郭長寶,郭書泰,彭濤,李耀剛,崔雪濤,郭印,王樹東.遼寧省大窯灣某建筑場地巖溶發(fā)育特征及工程地質(zhì)條件評價[J].中國巖溶, 2010, 29(02):176-182.

        [4]阮劍劍.大型房建巖溶場地勘察研究[J].西部資源, 2019(03):83-84.

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