复杂工程环境岩土工程勘察与评价

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复杂工程环境岩土工程勘察与评价

岩土工程勘察是建筑工程设计和建设的重要依据，是一项工程的基础性工作。科学的岩土勘察不仅能提高建筑设计质量，还可节省工程量，减少投资。岩土工程勘察的主要目的是为了查明拟建场地的地质情况及为设计、施工提供地质勘察成果和各项岩土工程参数。岩土工程勘察内容包括地质地貌概况、地基岩土分层及物理力学性质及地下水简述。岩土工程勘察分析评价内容包括定性评价和定量评价 。岩土工程勘察的内容和分析评价对一个工程的建设尤为重要，体现在地基土的情况变化复杂、建筑物基础受力较复杂、基础方案选择正确与否直接影响工程造价等几方面，且地基基础方案涉及深基础、浅基础、复合地基、基础托换、基坑降水支护，故要综合考虑桩土的共同作用、地基基础与上部结构共同协调等。

     现代城市发展改造过程中，开发地块的地质条件和周边环境往往非常复杂 J。复杂工程环境表现在场地地层复杂和场地周围建构筑物复杂2方面。岩土工程勘察既要弄清勘察场地的地质地貌、地基岩土分层及物理力学性质，又要分析场地建筑与周围建构筑物的相互作用。本文以重庆江北嘴A07地块项目(简称A07地块项目)岩土工程勘察为例，阐述复杂工程环境下岩土工程勘察的内容、方法，并对其进行分析评价。

     1 工程概况及工作方法

     A07地块项目拟建工程由塔楼、裙楼及地下车库组成，其中塔楼共95层，高412 m，裙楼6层。地下车库6层，其中一1层和一2层为商业用房，一3层～一6层为地下停车场和设备用房。建筑物基础型式拟采用桩基础。设计时，初拟塔楼桩基础嵌入地下车库底板以下中(微)风化带基岩约20．0 m。场地四周为已(在)建市政道路和建筑物，其中东侧为在建重庆市轨道交通6号线1期江北城车站(其为6号线与规划9号线的地下换乘站)、在建地铁6号线及规划9号线区间隧道，东南侧为已建人行地下通道，南侧为在建东方国际广场，西侧为在建江北嘴金融城2号工程。按设计地坪标高整平场地后，在地下车库四周将形成高约29 m的基坑边坡。

     复杂工程环境下岩土工程勘察采用的方法包括水文地质工程地质测绘、工程测量、工程钻探、水文调查、岩石室内试验、原位测试、波速测试和孔内电视成像技术等。

     2 工程地质和水文地质勘察

     2．1 工程地质勘察

     由现场勘察、原位测试及岩石取样分析可知，在深度0．80～23．80 m范围内为素填土，杂色，稍湿，结构松散一稍密。其主要由砂、泥岩碎块石、粉质粘土及少许砖块或混凝土碎块等组成，碎块石粒径一般2O～600 mm，含量55％ ～65％ ，分布于整个场地，总体上南西侧、西侧、西北侧较薄，其余侧较厚。在深度0．50～3．20 m 范围内为粉质粘土，灰褐色，可塑状，切面稍有光泽，无摇震反应，干强度中等及韧性中等，主要分布于局部地段的素填土之下。

     基岩为侏罗系中统沙溪庙组泥岩、砂岩。泥岩为紫红色、暗紫红色，泥质结构，中厚层状构造，局部砂质较重和含灰绿色的条块或条带。其分布于整个场地，为场地内主要岩层。钻孔揭露单层厚度0，35～23．00 m。砂岩为青灰色、灰绿色，细粒结构，中厚层状构造。主要矿物成分为长石、石英及少许云母等，局部夹泥质条带，泥质胶结。砂岩分布于整个场地，为场地内主要岩层，钻孔揭露单层厚度0．60～23．90 m 。

     2．2 水文地质勘察

     场地松散堆积层孔隙水主要接受大气降水的渗透补给，其分布及厚薄不均，雨季时地表水下渗将形成松散土层孔隙水，由高往低排泄，水量小，受气象因素影响变化明显。场地地下水主要赋存于土层孔隙和基岩风化网状裂隙中，按含水介质可分为松散堆积层孔隙水和基岩裂隙水2类。勘察过程中进行了钻孔注水和压水试验。素填土注水试验结果如表1所示，其渗透系数为25．13 m／d，说明填土为强透水地层，填土结构松散。场地泥岩为隔水层，砂岩为弱透水层，基岩裂隙水主要赋存于近地表强风化带。基岩裂隙水主要受大气降水补给，降水多以地表迳流形式运移，对裂隙水的补给微弱。裂隙水具有就地补给、就近排泄、迳流途径短的特点。从斜坡上往斜坡下排泄至北东侧排水沟流出场区，水量小，受气象因素影响变化明显。砂岩注水试验结果如表2所示，其渗透系数为0．O64 m／d，说明砂岩为弱透水地层。为获取基岩层的完整性及渗透系数，在ZK13号钻孔进行了压水试验，分3段进行试验：第1试验段(泥岩)，孔深19．00～24．00 m；第2试验段(砂岩)，孔深38．00～43．00 m；第3试验段(泥岩)，孔深50．00～55．00 m。各试验段的水压力一流量(P—q)曲线如图1所示。

     由图1可以看出，P—q曲线为A型(层流)。经计算，ZK13号钻孔第1试验段泥岩透水率为2．53Lu；第2试验段砂岩透水率为4．07 Lu；第3试验段泥岩透水率为2．07 Lu。裂隙数为0．4～0．6，岩体评价为节理较发育。岩体渗透性等级为弱透水，渗透系数10～～10～ern／s。

     3 岩土层物理力学性质

     3．1 土层物理力学性质

A07地块项目人工填土呈杂色，稍湿，结构松散一稍密，其主要由砂、泥岩碎块石、粉质粘土及少许砖块或混凝土碎块等组成，碎块粒径一般20～6OO mm，含量55％ ～65％，分布于整个场地。勘察过程中，在A07地块的5个钻孔中进行了重型动力触探(N63．5)试验，经修正后的单孔锤击数平均值为6．8—8．3，厚度加权平均值为7．3，变异系数0．556，呈稍密状态，均匀性差。场地填土呈松散一稍密，不均匀。

    A07地块项目拟建范围内粉质粘土层厚0．50—3．20 m，厚度较薄，且在地下室基坑开挖过程中，该层将被清除，因此未取样进行试验。根据重庆地区经验，综合确定场地内粉质粘土为可塑状中压缩性粉质粘土，地基承载力特征值为150 kPa。依据周边环境及重庆地区经验，判定场地内的素填土和粉质粘土对混凝土及混凝土结构中的钢筋和钢结构有轻微腐蚀性。

   3．2 岩石物理力学性质

   勘察过程中，采取钻孔岩芯中等风化砂岩样3组、泥岩样2组进行重度、抗拉、抗剪强度试验。在中等风化带基岩(岩芯)中取岩石天然、饱和单轴抗压样各30组(90件)，微风化带的基岩中取岩石天然、饱和单轴抗压样各10组(30件)，分别进行岩石天然、饱和单轴抗压试验，且分别取砂岩3组、泥岩4组进行了变形试验。试验结果如表3～5所示。

由表3—5可以看出，中等风化带泥岩变形模量平均值为2 572．3 MPa，弹性模量平均值为2 919．9MPa，泊松比平均值为0．30。中等风化带砂岩变形模量参考临近工点(重庆市江北嘴A03地块(主体部分))取值为2 495 MPa，弹性模量为3 001 MPa，泊松比为0．11。微风化带泥岩变形模量平均值为2 817．0 MPa，弹性模量平均值为3 204． MPa，?白松比平均值为0．33。微风化带砂岩的变形模量平均值为5 851．8

MPa，弹性模量平均值为6 629．9 MPa，泊松比平均值为0．21。

     3．3 岩体基本质量等级

     3．3．1 声波测井

     根据物探测试成果，场区岩体强风化带风化裂隙发育，波速较低，岩体破碎；中风化带岩体较完整，岩体波速为2 597—3 395 m／s，完整性系数为0．58～0．64；微风化带岩体较完整，岩体波速为2 834～3 632 m／s，完整性系数为0．64～0．68。物探测试的岩性划分及岩体完整程度与钻探结果基本吻合。钻探过程中，中等风化及微风化基岩回次采取率较高(≥85％)，岩芯较完整，多呈短柱状、长柱状(最长达1．8 m)，局部地段由于构造裂隙发育，岩芯较破碎。

     3．3．2 孔内电视成像

     勘察过程中，在ZK1、ZK17、ZK25、zK44共4个钻孔中进行了孑L内电视成像，其测试目的是利用钻孔电视成像仪对钻孑L的孑L壁进行电视成像，以确定岩体内部的裂隙分布情况和岩体的完整程度。孔内电视成像结果表明，ZK1实测深度39．10 m，全孔基岩段孔壁完整、未发现裂隙；ZK17实测深度55．O0m，在孑L深16．75～16．87、26．37～26．87和35．70～35．95 m发育有裂隙；ZK25实测深度63．90 m，在孔深25．37、48．50、49．75和52．25 m处发育有裂隙；ZK44实测深度38．42 m，在孔深4．43、l5．00和18．95 m处发育有裂隙。ZK17钻孔26．5 m处、ZK25钻孔48．50 m处、ZK44钻孔18．95 m处的电视成像结果如图2所示，其钻探结果与孔内电视成像结果基本一致。

     对孔内电视成像及钻探结果进行分析可知，场地内中等(微)风化带岩体较完整，仅局部地段存在裂隙。裂隙倾角与地质构造章节中叙述的裂隙倾角基本一致。

     3．3．3 岩石质量指标(RQo)

     在ZK1、ZK8、ZK25、ZK46等钻孔内进行了单动双管钻进。经分析RQD得知，场地内中等风化带泥岩和砂岩的RQD分别为74％ 一82％ 和76％ 一84％ ；微风化带泥岩和砂岩的RQD分别为83％ 一92％和87％ ～95％。说明随着深度的增加，岩体完整性增加，与孔内电视成像结果基本一致。

     4 工程地质分析评价

     4．1 场地环境工程影响评价

     A07地块项目场地施工对周围的市政道路的安全运营有一定影响，对东侧在建地铁江北城车站、南侧在建东方国际广场、西侧在建江北嘴金融城2号工程的边坡工程和地下车库影响较小，但其地下车库与南东侧人行地下通道相互影响较大。

     4．2 地震效应评价

     ZK1、ZK13、ZK25、ZK40四个钻孔的剪切波测试结果表明，素填土为软弱土，平均剪切波速134 m／s；粉质粘土为中软土，平均剪切波速175 m／s；场地内的基岩为稳定岩石，平均剪切波速大于800 m／s。当建筑主体结构与地下车库侧墙脱开时，场地内的主要建筑物共用一个地下车库，按设计地坪高程整平场地后基岩出露，为稳定岩石，钻孔的剪切波速测试为500～800 rn／s。建筑场地类别为I。类，设计特征周期值取0．25 S，属建筑抗震有利地段 。当建筑主体结构与地下车库侧墙不脱开时，按设计地坪高程整平场地后，东侧、南东侧、西侧形成最厚约22．1 m的覆盖层，以素填土为主，等效剪切波速为134 m／s；其余侧土层厚度较薄或基岩直接出露。建筑场地类别为Ⅲ类，设计特征周期值取0．45 S，属建筑抗震不利地段。

     当建筑主体结构与地下车库侧墙脱开并形成独立挡墙时，西侧及南侧挡墙部位将形成最厚约22．1m的覆盖层，以素填土为主，等效剪切波速为134m／s；其余侧土层厚度较薄或基岩直接出露。建筑场地类别为Ⅲ类，设计特征周期值取0．45 S，属建筑抗震不利地段。

     4．3 场地稳定性及适宜性评价

     A07地块项目拟建场地属构造剥蚀丘陵地貌，区内活动板房已开始拆迁工作。场地东侧为在建重庆市轨道交通6号线1期江北城车站，南侧为在建东方国际广场，西侧为在建江北嘴金融城2号工程，南东侧为已建人行地下通道。地形坡度一般为5。～10。，局部形成高0．5—2．5 m的坎状。地质调查和钻探揭露，基岩构造裂隙不发育，地质构造简单，未发现断层，无滑坡、危岩及地下洞室等不良地质作用；岩石地基稳定，水文地质条件简单，地下水贫乏，环境水对混凝土结构、混凝土中的钢筋及钢结构有轻微腐蚀性；抗震设防烈度为6度，场地和地基稳定，适宜该工程建设。

     4．4 边坡稳定性评价

     A07地块项目拟建场地处于浅丘斜坡地带，市政道路修建及整平开挖过程中，场地周边形成了高0．50～27．00 m的岩土质混合边坡及土质边坡，已进行支挡。经现场调查，边坡无变形迹象，现状处于稳定状态。A07地块场地按设计标高整平后，在其周边将形成环境边坡，可采用重力式挡土墙进行支挡，以压实填土作为持力层。场地基坑按设计标高整平开挖后，地下车库四周将形成岩土质挖方边坡。由于周围建筑物的支挡

结构侵入本地块，故需采取拆除和加固措施。轨道6号线区间隧道结构部分现已基本完成，6号线区间隧道结构外边线距A07地块项目最近距离27．48m，所以A07地块项目施工和今后的使用对6号线区间隧道的影响较小。规划轨道交通9号线区间隧道结构外边线距A07地块项目最近距离11．72 m，但轨道9号线区间隧道预计将于2013-2017年修建，所以A07地块项目设计时主要考虑如下2方面问题。

     1)地下室支挡结构需确保轨道规划9号线区间隧道的结构空间。

     2)地下室支挡结构设计需考虑轨道交通9号线区间隧道施工的影响，支挡结构应能抵抗9号线区间隧道开挖引起的变形和附加内力。

     由于靠近规划轨道交通9号线区域的回填土深度达到18 m，且岩土分界面倾向轨道9号线方向，所以A07地块项目的基坑支护必须采用刚性支护结构，如双排桩板挡墙、桩板挡墙加预应力锚索等。

     5 地基评价

     5．1 地基均匀性评价

     根据A07地块项目勘察评价分析，场地范围内的人工填土厚度变化大，基岩面起伏较大，物理力学性质差，为不均匀地基；粉质粘土分布不连续，厚度不大，并随基岩面起伏，为不均匀地基；场地内下伏基岩强风化带，厚度不大，起伏大，为不均匀地基；场地内下伏基岩中等风化带和微风化带稳定，抗压强度差异性不大，为均匀地基，是良好的持力层。

     5．2 地下水作用评价

     钻探及现场调查表明，在钻孔控制深度范围内，A07地块项目场地内无地下水存在，但雨季会在填土及基岩裂隙中形成少量的上层滞水，因此地下水对工程影响小，可不考虑抗浮设计，但施工中应加强排水。根据场地附近无污染源及相邻场地的工程经验，判定其环境水及土层对钢筋混凝土有轻微腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋也有轻微腐蚀性。

     5．3 持力层选择

     按设计地坪标高及地下车库标高整平场地后，地下车库基坑范围内中等风化带基岩均出露，其岩质较硬，力学性质良好，分布连续且厚度大，故建议以中等风化带基岩作为持力层。另外，塔楼部位建筑物高度大，竖向和水平荷载大，必要时也可以基岩微风化带作为持力层。

     6 结论和建议

     1)A07地块项目拟建场地及地基稳定，适宜项目建设。

     2)东侧受外倾结构面(层面22。)影响，基础应嵌入潜在破裂角(层面22。)以下一定深度。

     3)建议塔楼以基岩中等风化带(或微风化带)作为持力层，采用嵌岩钻(挖)孔灌注桩基础；地下车库底板可采用桩+筏板基础，以充分利用地下车库底板岩体承载力，实现桩、筏共同作用，减少桩的长度。

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