劉晶

中煤湖北地質(zhì)勘察基礎工程有限公司 湖北 武漢 430000

1 武漢市工程地質(zhì)概況

1.1 地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造

武漢位于淮陽山字型構(gòu)造南弧西翼，主要受控于燕山期構(gòu)造運動，表現(xiàn)為一系列走向近東西至北西西的線型褶皺，以及北西、北西西、北東和近東西的正斷層、逆斷層及逆掩斷層為主。由于強烈的南北向壓應力作用，形成了東西向的緊密褶皺，并伴隨壓扭性斷裂。四周分布有比較密集的樹枝狀沖溝，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制，武漢地貌以長江為基準向兩岸延展大致可劃分長江Ⅰ級階地、Ⅱ級階地、Ⅲ級階地三個大地貌單元，部分為湖積低洼地帶和剝蝕丘陵區(qū)。

1.2 水文地質(zhì)條件

武漢地區(qū)原屬云夢澤東南角沼澤地帶，由于地殼滄桑變遷，水流夾帶大量泥沙落淤，江湖分離，水流歸槽，形成了河流的雛形。通過水流與河床的相互作用，汊道合并，洲灘與河岸反復分合，逐漸形成今日的雙汊形態(tài)。武漢市河網(wǎng)湖泊水系發(fā)達江河縱橫、湖港交織，長江、漢水交匯于市境中央，且接納南北支流入?yún)R，眾多大小湖泊鑲嵌在大江兩側(cè)，形成湖沼水網(wǎng)。長江武漢河段的水量、沙量主要來源于上游干流和漢江支流。其水沙變化受水文年的隨機影響，沒有明顯的變化趨勢[1]。

1.3 武漢市巖溶分布及主要形態(tài)

武漢市地處長江中下游地區(qū)，長江大致由南向北穿過武漢市區(qū)，武漢市地貌以長江為基準向兩側(cè)延展可劃分為長江Ⅰ級階地、長江Ⅱ級階地、長江Ⅲ級階地(壟崗地段)三個大的單元。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制，武漢市巖溶地區(qū)分布大致分北、中、南三個碳酸鹽條帶，走向均近東西向，根本上跨越了三個大的地貌單元，因而武漢市三大地貌單元都有巖溶分布，只是范圍大小不同而已。

2 江夏某項目概況

2.1 江夏某項目場區(qū)概況

該位于江夏區(qū)金港新區(qū)內(nèi)園區(qū)三路與金港中路交匯處，場地已基本整平，場地標高為20.37～22.09m，擬建筑物概況見表1。

表1 擬建筑物概況一覽表

根據(jù)建設方提供的總平面布置圖，按照相關(guān)規(guī)范要求進行布孔，本工程共布設勘探孔42個，靜力觸探孔14個（均為鉆探配打孔），現(xiàn)場標準貫入試驗79次[2]。

2.2 江夏某場區(qū)地理位置及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

該項目場地位于武漢市江夏區(qū)金港新區(qū)，勘察時場地已整平，表層主要為工程新近堆填土，填筑年限約2年左右，地面標高20.37～22.09m。按大地構(gòu)造單元劃分，場區(qū)地處揚子地臺、大冶褶皺帶、武漢臺褶束郭家湖背斜。整個場區(qū)位于郭家湖背斜核部。郭家湖背斜呈梭形，軸向呈近EW展布，長約20km，南北兩翼最寬處約4.5km，東端于江夏區(qū)金口街張家?guī)X一帶揚起，西端穿越長江后于蔡甸區(qū)黃陵鎮(zhèn)常福堡一帶露出地表，背斜核部為第四系覆蓋，南翼出露的地層有S2f、D3w，產(chǎn)狀平緩，傾角一般小于10°；長山向斜軸向呈近EW展布，長約12km，南北兩翼最寬處約2.0km，西端靠近長江處揚起，大部為第四系土層掩蓋，向斜核部僅P1g地層零星露出地表，兩翼出露的地層有S2f、D3w，北翼地層傾向為SW向，南翼地層傾向為NE向，傾角一般10～30°。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查的情況，評估區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單，尚未發(fā)現(xiàn)活動性斷裂。

3 江夏某項目工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

3.1 江夏某項目場區(qū)巖土的構(gòu)成與特征

根據(jù)勘察結(jié)果所揭露，根據(jù)鉆探取芯觀察、室內(nèi)土工試驗及標準貫入試驗等特征，按其成因、結(jié)構(gòu)特征及強度將場地內(nèi)土層進行劃分，場區(qū)在勘察深度范圍內(nèi)賦存的地層主要為第四系粘性土層和下伏二疊系下統(tǒng)棲霞組石灰?guī)r。各地層巖土工程特征從上至下分述見下：

①雜填土Q m l，頂板標高2 0.3 7 ～2 2.0 9 m，層厚1.40～5.10m，場區(qū)均有分布，顏色較雜亂，稍濕，松散，主要由磚渣、碎石等建垃圾等組成，新近回填。該層主要為工程棄土，局部見淤泥質(zhì)土，結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)不均勻，為新近堆填土，填筑年限約2年左右，屬高壓縮性土。

②-1 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土Q4l，頂板標高18.28～19.44m，層厚0～8.00m，場區(qū)局部分布，黑褐色，流塑狀態(tài)，見少量螺殼碎片，略具異味，土質(zhì)均勻，為高壓縮性土。

②-2粉質(zhì)粘土Q4al，頂板標高14.80～20.48m，層厚0～7.10m，場區(qū)局部分布，灰、灰黃色，可塑狀態(tài),土質(zhì)較均勻，切面較光滑，夾少量的灰綠色高嶺土，土質(zhì)均勻，為高壓縮性土。

③含礫粘土Q3dl，頂板標高12.08～20.13m，層厚0～7.50m，場區(qū)大部分地段均有分布，黃褐、棕褐色，可-硬塑狀態(tài)，含少量礫、碎石，其主要成份為硅質(zhì)巖，呈棱角狀，粒徑一般為5-20mm，最大可達70mm，土質(zhì)不均勻，屬中等壓縮性土。

④-1次生紅粘土Qel，頂板標高 9.88～18.19m，層厚 0～8.50m，場區(qū)大部分地段均有分布，褐紅色，可塑狀態(tài)，含少量Fe、Mn質(zhì)氧化物，局部偶見礫石，土質(zhì)不均勻。屬高壓縮性土[3]。

④-2紅粘土Qel ，頂板標高4.17～12.78m，層厚0～5.30m ，場區(qū)呈雞窩狀分布，褐紅色，可-軟塑狀態(tài)，局部偶見礫石，土質(zhì)不均勻。屬高壓縮性土，場區(qū)呈雞窩狀分布。

⑤石灰?guī)rP1q 頂板標高-1.03～12.86m 揭露最大厚度為9.00m場區(qū)均有分布?；疑[晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中、厚層狀構(gòu)造，中等風化。巖石節(jié)理、裂隙較發(fā)育，節(jié)理、裂隙由方解石脈充填，見溶孔溶槽發(fā)育。巖芯呈柱狀，采取率約94%，RQD指標約80%。屬較硬巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。該層在勘察過程中共有10個鉆孔發(fā)現(xiàn)溶洞分布，且局部呈串珠狀分布，洞高0.40～4.90m，除ZK1號孔為空洞外其余溶洞由軟塑狀粘性土充填。該層見洞率為23.8%，故擬建場地巖溶發(fā)育程度為中等發(fā)育。

3.2 江夏某項目水文地質(zhì)條件

場區(qū)內(nèi)無地表水分布，地下水類型主要為上層滯水及巖溶裂隙水。上層滯水賦存于淺部人工填土中，主要由大氣降水為其補給來源，通過蒸發(fā)排泄。其水位主要受氣候因素影響，水位不連續(xù)，水位變化幅度較大，雨季豐水期水位于地表平齊，旱季通過蒸發(fā)排泄，水位最低可降低至無水?？辈炱陂g測得上層滯水穩(wěn)定水位為地面以下0.10～2.30m，巖溶裂隙水接受遠程補給與排泄，水位相對穩(wěn)定，且具承壓性，勘察期間測得ZK37號孔巖溶裂隙水穩(wěn)定水位為地面下12.20m，對應的標高9.75m。上層滯水對基礎施工有不利影響，在施工時應做好防排水工作。

4 江夏某項目場地巖溶發(fā)育分析及處理措施

4.1 江夏某項目巖溶發(fā)育分析

在巖溶地區(qū)進行工程施工，應根據(jù)工程特征和場地條件，采用地質(zhì)調(diào)查、鉆探、現(xiàn)場測試等綜合勘察方法，查明擬建建筑物及周邊有影響地段的各種巖溶發(fā)育情況，對于采用天然地基或復合地基的建筑物，宜采用鉆探、靜力觸探和標貫等方法，查明可能存在的土洞及軟弱土層。

由于該擬建場地下伏基巖為二疊系下統(tǒng)棲霞組石灰?guī)r，基巖上覆土層為第四系粘性土層，在勘察過程中共有10個鉆孔發(fā)現(xiàn)有溶洞分布，盡管勘察過程中未發(fā)現(xiàn)土洞，但由于局部巖溶頂板較薄，再加上溶洞有部分空洞，工程建設影響及地下水的活動，灰?guī)r孔洞裂隙頂部覆蓋層土體下陷，覆蓋層中逐漸形成漏斗狀疏松體（土洞），土洞進一步向地表發(fā)展，直至形成地面塌陷坑。因此該場地應視為地面易塌陷區(qū)[4]。

由于該擬建場地存在巖溶地面塌陷的風險，不良地質(zhì)作用中等發(fā)育，屬地質(zhì)災害危險性中等地段，動力地質(zhì)作用影響較弱，環(huán)境工程地質(zhì)條件較簡單；部分地層土質(zhì)不均勻、分布不穩(wěn)定、工程性質(zhì)較差，地下水對工程建設影響較小。按相應規(guī)定，場地基本穩(wěn)定，工程建設適宜性分級為較適宜。

4.2 巖溶處理措施

根據(jù)本場區(qū)內(nèi)地質(zhì)勘察中發(fā)現(xiàn)的巖溶發(fā)育情況，結(jié)合項目工程特征，采取如下處理措施：勘察階段按照規(guī)范對鉆孔及時進行了注漿、回填等封孔措施。保證上部土層不因鉆探作業(yè)流失。避免因鉆探施工使可溶巖上覆流塑狀的紅粘土與下伏巖溶孔洞貫通，致使失上部紅粘土流失而產(chǎn)生巖溶塌陷。

由于本項目部分建筑物采用灰?guī)r作為樁端持力層，首先采取逐樁逐孔施工勘察，保證樁端以下大于3倍樁徑且不小于5m的完整基巖。 樁端進入完整灰?guī)r不小于2m，樁基成孔采用隔樁跳打施工，并采用泥漿護壁措施，對局部樁孔采用了長鋼護筒護壁措施，保證成孔順利進行，解決巖溶對樁基施工的不良影響。

當采用天然基礎時，基底下土層厚度必須滿足大于獨立基礎寬度的3倍或條型基礎寬度的6倍且無土洞發(fā)育，上部土層需滿足擬建筑物荷載及變形要求。由于本地區(qū)土層厚度一般都不大，且在石灰?guī)r上覆往往存在一層軟塑-流塑狀紅粘土時，隨著工程建設的進行，對地表土體的開挖會導致覆土層厚度減薄，使地表水、大氣降水入滲補給巖溶水路徑縮短，從而加強了巖溶地下水的補給，使巖溶地下水運動更活躍，加速土層的流失，最終可能形成新的隱伏土洞導致巖溶塌陷。因此本場區(qū)在采用淺基礎時還對下伏軟塑-流塑狀紅粘土采用了高壓旋噴樁或灌漿等手段進行加固處理。

5 江夏某項目巖溶地基基礎選型

設計單位結(jié)合場區(qū)勘察資料相關(guān)巖土、水文參數(shù)及分析等情況，該項目基礎型式采取如下：

（1）樁基礎 樁型、成樁工藝及樁端持力層的選擇

由于廠房及門房局部地段存在較厚的人工填土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，故沒有較好的天然地基土，因此以上擬建筑物不適宜采用淺基礎。當采用淺基礎無法滿足上部建筑物荷載、變形及巖溶場地的要求時，根據(jù)本場地地層情況，由于①層素填土厚度較大，厚度超過3.0m，按鄂建文[2011]152號規(guī)定，在本工程中不宜使用人工挖孔樁進行施工，因此在成孔時采用機械成孔。采用以⑤層石灰?guī)r為持力層的鉆孔灌注樁[5]。

（2）樁基應用效果分析

本工程樁基施工中未發(fā)生塌孔現(xiàn)象，根據(jù)后期監(jiān)測，擬建建筑物沉降值均在規(guī)范要求內(nèi)，甲方安排第三方檢測公司對樁基進行了靜載、低應變檢測、鉆芯取樣、樁徑及樁偏位檢測等檢測，靜載檢測顯示樁身承載力均滿足設計要求及相關(guān)規(guī)范、規(guī)程的規(guī)定，鉆芯取樣結(jié)果顯示受檢測樁樁身砼連續(xù)、完整、膠結(jié)好、芯樣側(cè)表面光滑、骨料分布均勻樁底沉渣厚度均小于50mm，且樁端底部設計要求深度范圍內(nèi)巖石完整。

（3）天然基礎選擇

根據(jù)本項目場地地層、建筑物荷載、基礎埋深等情況，結(jié)合現(xiàn)場實際地層巖土物理力學特性，綜合消防水池及配電房采用獨立柱基礎，以③層含礫粘土作為基礎持力層。

（4）天然基礎應用效果分析

在該項目場區(qū)開挖后，通過地基驗槽，發(fā)現(xiàn)消防水池及配電房基底地層與勘察中揭露的地層情況完全一致，采用天然獨立柱基礎方案可行，在工程建設中及建成后的沉降觀測數(shù)據(jù)表明，該工程采用天然獨立柱基礎方案安全可靠，沉降量及不均勻沉降等檢測數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范及設計要求。

6 結(jié)束語

武漢市巖溶廣泛發(fā)育于長江Ⅲ級階地，工程施工開始之前應對場地的巖溶發(fā)育程度通過勘察進行分析評價，可根據(jù)巖溶發(fā)育的情況，采取不同的處理措施對巖溶進行處理后方可進行施工。

根據(jù)江夏某項目案例的分析及應用可以得知長江Ⅲ級階地(壟崗地段)覆蓋層為第四系更新統(tǒng)地層，上部主要為老粘性土或粘土夾碎石，碳酸鹽巖基巖面上一般覆為有軟、可塑狀紅粘土。因此在長江Ⅲ級階地巖溶場地中進行工程建設，基礎型式的選擇往往是需要通過進行大量的、切合工程實際的各階段勘察地質(zhì)工作，最終結(jié)合實際工程建筑物的要求，通過場地地層巖土特性、建筑物荷載、基礎埋深及巖溶發(fā)育情況等進行合理選型，確保工程建設的安全可靠和經(jīng)濟合理?；A型式一般可采用樁基礎（嵌巖樁）、天然地基或復合地基（水泥土攪拌樁、長螺旋鉆孔壓灌術(shù)、CFG樁、高壓旋噴樁）。