龍巖市建設場地地質環境及地基處理對策研究

[摘要] 該文根據地質勘察、地基處理技術應用、地質環境調查等相關資料進行綜合研究，闡明龍巖盆地地質環境、巖土結構、工程地質特性、場地不良地質體特征，并針對龍巖的巖土地質特點所采取的地基處理技術型式，評述其適宜性，為促進安置房建設的發展提供參考。

[關鍵詞] 地質環境 巖土結構 工程地質特性 場地病害 地基處理模式

1 前言

龍巖市位于福建省西南部，是革命老區和礦產重要產地及交通樞紐。改革開放以來，龍巖市經濟建設突飛猛進，城市面貌煥然一新，各種類型的安置房建設如雨后春筍般蓬渤興起。因而對建設場地需求迅速增長，但由于龍巖市地處中低山丘陵、盆地地區，為閩西南斷陷上升區。晚第三紀以來，斷塊差異上升比較明顯，山體普遍遭受長期侵蝕剝蝕，與山間盆地堆積，使龍巖盆地形成復雜的第四紀堆積層和發育巖溶、土洞地質體。這對于建設場地適宜性選擇和地基處理技術帶來不少困難，為了增強建筑物的穩定性和安全，本文通過剖析多處建設場地的地質特性及其地基處理技術應用范例，提出既經濟又合理的地基處理模式，以供參考。

2 地質環境基本特征

2.1 地質演變概況

龍巖地區在構造上屬于閩西南坳陷帶，地史上晚古生代石炭紀以來發生大規模坳陷(為永安—梅州坳陷帶)，相繼沉積一套石炭—二迭紀海相、濱海相地層和三迭紀海陸交互相地層。晚三迭紀初的印支運動發生強烈褶皺成陸。中生代燕山運動之后為陸相磨拉石沉積及花崗巖廣泛侵入活動。新生代地殼持續上升伴隨斷陷，形成山間盆地。第四紀時期遭受強烈侵蝕、剝蝕和風化作用，相應堆積了第四紀陸相碎屑沉積層，厚度約20-40多米。同時發育大小不一天然溶洞、土洞等不良地質體。因而，建筑場地在空間上受第四系沉積層不均勻性變化及巖溶地質與土洞影響較大，對利用天然地基建筑帶來一定困難。

2.2 斷裂構造特征

龍巖盆地周邊斷裂構造主要有北北東—北東向陳坑—陸家地—王莊斷裂、紅坊—坎市斷裂和近南北向東肖—田地斷裂，北西向金屏—鐵山斷裂及東西向小池—鐵山、灌洋—東肖斷裂，形成棋盤式斷裂格局(圖1)。其中，以北北東—北東向斷裂為主要斷裂，走向北東30-45°，傾向南東或北西，傾角50-70°，長度8-30km不等，沿斷裂帶發育構造角礫巖、硅化帶，巖層破碎，斷面舒緩波狀，具壓扭性特征，并且控制龍巖盆地的東西兩側邊界，其附近有小震零星發生，屬早第四紀活動斷裂。此外，北西向金屏—鐵山斷裂走向310°，傾角南西，傾角75°，破碎帶寬約4m，可見石英脈充填，與北東向斷裂交切，具張扭性，屬早第四紀斷裂，成為龍巖盆地北界。其余南北向，近東西向斷裂為前第四紀斷裂，多已硅化、固結穩定。上述地質構造特征表明，龍巖盆地是在新生代早期地殼持續上升的背景下，于第四紀早期由于北東與北西向斷裂繼承性差異性活動而形成的山間斷陷盆地，從而堆積上更新統至全新統沖洪積、沖積、坡積以及河流沖淤積地層。

3 建筑場地工程地質特性

3.1 巖土層結構及特征

根據幾處安置房建設場地（如龍巖市華龍B地塊安置小區、龍巖市西湖園安置小區等）鉆孔揭露比較典型的巖土層的結構及巖性特征：

例如，龍巖市華龍B地塊安置小區建設場地處于龍巖盆地的一級河流階地，地勢平坦開闊，場地東側為雁石溪。在第四紀時期隨著盆地沉降和河流的沖刷作用，相繼沉積了晚更新世及全新世的沖洪積層和坡殘積層。據27個鉆孔資料揭露，場地第四系地層主要由沖洪積的泥質細砂、礫砂、含卵石、角礫粉質粘土及坡殘積粘土等組成。其下伏的基巖為二迭系石灰巖，從上向下巖土層結構和巖性有如下特征。

(1) 耕植土：深灰色砂質粘性土，含植物根系等，厚僅0.4-0.8m。

(2) 淤泥質粘土夾細砂：灰色、深灰色，軟塑，僅在5、8、9、13號孔可見，厚約1.5-2.3m；主要為灰色淤泥質粘土，具薄層理，夾少量細砂，濕、局部含水。

(3) 泥質細砂：淺灰—褐黃色，土質不均勻，松散—稍密，濕。泥質含量大于10%，層厚0.7-2.6m。層位較穩定，平均剪切波速值約120m/s。

(4) 礫砂：淺灰—褐黃色，砂體松散，飽和，粒徑大于2mm，含量大于30%。層位穩定，砂層分選性一般，層厚約2.2-7m，平均剪切波速值約197m/s。

(5) 含卵石粉質粘土：淺黃色，可塑—硬塑，塑性指數大于10%，含少量卵石，厚0-14m，分布不均，平均剪切波速值約221-291m/s。

(6) 粉質粘土：淺黃色，可塑—硬塑，塑性指數大于10，分布不均，厚0-4m。

(7) 含角礫粉質粘土：淺黃色，可塑—硬塑，塑性指數大于10，分布不均，厚約0-16m，平均剪切波速值約272m/s。

(8) 含少量角礫粉質粘土：淺黃色，軟塑，塑性指數約為12，分布不均，厚約0-10m，平均剪切波速值約289-346m/s。

(9) 粘土：淺黃色，軟塑，塑性指數大于17，分布不均，厚約0-20m。

(10) 中風化石灰巖：灰、深灰色，巖石堅硬新鮮，原巖結構完整，巖芯呈長柱狀。

3.2 巖土物理力學特性

通過對龍巖市安置房建設場地的現場標貫試驗、采取巖土試樣進行物理力學性質試驗資料統計分析得出這些場地主要土層的物理力學性質特征（見表1）。由表1可知：能夠作為建設場地持力層的主要有粉質粘土、砂礫卵石、含角礫（碎石）粉質粘土、粘土及中風化灰巖等。其中，粉質粘土、粘土、含角礫（碎石）粉質粘土層物理力學性質基本相似。具有可塑—硬塑、韌性中等、干強度中等、液限35.3～49.7（%）、孔隙比0.774～1.322、壓縮系數0.26～0.46Mpa-1，修正后標準貫入擊數6.8～26.1擊，修正后圓錐重型動力觸探4.2～12.5擊，表明土層屬中等壓縮性質。力學強度較好，土層承載力標準值160～275Kpa，可以滿足多層建筑物荷載的要求。但在這些土層內如果發育有土洞，則必須根據土洞發育情況采取相應的地基處理，加固地基。中風化灰巖單軸抗壓強度為23.4～48.9Mpa，平均為38.6Mpa，屬較硬巖，基本質量等級Ⅲ級，力學強度高，可作為中高層持力層。標準承載力fk>1500Kpa。

3.3 不良地質現象

由于龍巖盆地下伏的基巖多為二迭紀灰巖且裂隙發育在地水的長期侵蝕、溶蝕作用下，不僅發育了卡斯特溶洞體而且在第四系土層中形成大小不一的天然土洞，不均勻地分布在建筑場地上，導致建設場地可產生地基不均勻沉降或塌陷。因而，土洞和巖溶洞病害明顯威脅著工程建筑物的穩定與安全性。

3.3.1 土洞病害的特征

從龍巖市西湖園安置小區建設場地基坑開挖或鉆孔揭露，發現第四系土層中的土洞通常分布在地表下3～16m范圍內，比較集中分布深度是4～11m。土洞直徑1.0～3.0m，呈橢圓狀、次圓狀、蜂窩狀或扁豆狀等各種形態。通過對場地開挖觀察可見，土洞結構是洞壁比較光滑，常由漂礫或卵石、碎石相嵌構成土洞骨架，其中充填灰黃色粉質粘土、粉土作為膠結物。土洞有空心狀干涸或半充填狀，由碎石、角礫及褐黃色、深灰色粘土、粉土或石英砂充填呈流塑狀、飽和。土洞大多發育在下伏有灰巖溶洞的上覆土層內。它的分布與一定的土層層位有關，即地下水位波動較大的含卵石、碎石、漂礫粉質粘土層內。表明土洞發育一則與下伏灰巖溶洞體發育狀況有關，二則受第四系沖洪積或坡洪積土層的粉質粘土與卵石、漂礫、角礫、碎石之間的配比密切相關。土洞的存在往往使地基載力降低或發生塌陷。

3.3.2 巖溶的病害

場地土層中地下水位大多埋深于地表下1.7～4.5m之間的孔隙水，為淺水層；而下層的巖溶水埋深在9.4～15.9m或更深達30m，具有承壓性。在地下水長期的侵蝕、溶蝕作用下，一定的地區較普遍發育巖溶洞，如登高西路、龍騰路、人民廣場等地新開發區。根據鉆孔揭露這些地區下伏灰巖中分布溶洞大小不一或成群，沿斷裂帶方向分布。它的形成明顯與斷裂帶內深循環水或裂隙水侵蝕、溶蝕作用密切相關，從而給中高層工程場地的持力層確定帶來困難，而必須采取人工地基加固措施。

4 地基處理技術對策及其適宜性

鑒于龍巖市建設場地屬于山間斷陷盆地和二迭紀灰巖及泥巖、粉砂巖、炭質頁巖為基巖，其上覆的第四系土層具有比較復雜的沖積、沖洪積、坡洪積、殘坡積，以及場地內發育的卡斯特溶洞、土洞的病害。因而，對該地區工程場地的利用、開發除一般建筑物可利用天然地基之外，對中高層建筑場地則必須考慮人工加固地基的對策。

4.1 地基處理技術應用

隨著龍巖市舊城改造和安置房建設的迅速發展，多層民用住宅建筑物（6-8層）不斷興起，尤其是在土洞、巖溶比較發育的地區，如登高西路、龍騰路一帶安置小區。為了防止不均勻沉降或地基塌陷病害，在較詳細工程勘察摸清土洞、巖溶發育情況下，應該采取加固地基的技術對策。其中，可采用：①樁—片筏聯合地基礎加固地基：即在土洞發育部位先打進淺樁，然后灌注片筏，這一加固地基承載力的辦法，可以達到fk>300Kpa（如新羅區檔案局七層檔案館）。②人工挖孔擴底灌注樁地基礎：以粘土夾碎石層為持力層，承載力標準值fk=260Kpa（埋深9m）。該層厚度最大為16m，埋深8.70～12.5m，樁長不小于13.5m，建筑場地類別Ⅱ類，中軟場地土。這是龍巖建設場地比較普遍采用的地基礎類型，可經受多層或中高層建筑物的荷載。但如下伏基巖存在巖溶洞則應考慮溶洞頂蓋層厚度狀況。③CFG復合型地基礎：這一地基礎類型于上世紀90年代后期已在龍巖較多應用。它是在土層內灌入一定直徑的混合的混凝土（用水泥、粉煤灰、重鈣粉混合漿灌入）至持力層，以提高場地地基承載力情況下，經加載試驗后加上筏形基礎作為多層或中高層建筑場地基，如龍巖市華龍B地塊安置小區、龍巖市西湖園安置小區等項目，其優點在于可以提高地基整體穩定性。④預應力管樁型地基礎：隨著管樁質量提高和價格適宜，近年龍巖逐漸采用管樁作為地基礎對策。選擇持力層可以是含礫卵石粉質粘土，或含角礫（碎石）粉質粘土及中風化灰巖，對提高地基的承載力有較好的效果。但在探明下伏溶洞分布的情況下適宜性較佳。

4.2 地基處理適宜性評述

通過最近幾年在龍巖市安置房建設中開展多種形式的地基處理對策實踐和建成之后的觀測，在龍巖盆地特定的地質環境和第四系土層結構以及存在土洞、巖溶洞病害條件下，因地制宜地采用不同類型的地基加固措施，能夠滿足多層或中高層建筑物荷載的要求，而且可以克服土洞、巖溶洞病害對建筑物安全的危害。但是，從地基處理的經濟性、適宜性角度來看，除采取條形或獨立基礎適宜于非溶洞、土洞地區之外，對土洞、巖溶發育地區則必須采取人工加固地基的對策，概括起來，可以歸納為4種模式（見圖2）：

4.2.1 樁—筏型模式：它適宜于以粉質粘土、含角礫（碎石）粉質、粉質粘土層為持力層，埋藏較淺的工程地質條件下，其地基處理比較經濟。地基整體穩定性好。

4.2.2 挖孔樁或沖孔樁模式：當持力土層埋藏較淺（小于20m），地下水位較深條件下。采用較大直徑的挖孔擴底樁適宜性比較好，可以滿足多層建筑物荷載要求。但當土洞和下伏灰巖溶洞發育的工程地質條件下，沖孔樁則必須穿越土洞直到完整灰巖頂面下0.5m-1d，適宜中高層建筑物建設，可確保其穩定性。

4.2.3 CFG復合型模式：這一復合型地基，對持力層埋藏深或淺均可適宜，但如果持力層中發育土洞情況下，則需要事前對土洞進行灌漿處之后，再打進CFG樁并要進行荷載試驗，了解地基承載力的均勻性。同時對CFG樁的施工工藝、混合的混凝土配比嚴格控制，所以推行這一模式的地基處理時，應考慮它的樁身材料及質量和整體性穩定情況及經濟性比較。

4.2.4 預應力管樁型模式：該樁型均可適宜多層或中高層建筑物對地基的荷載要求，其樁身的質量有保證，可以直觀得出承載力標準值，以及穿達灰巖頂面持力層。但當灰巖頂面起伏大、傾斜面較陡情況下，存在樁端滑移問題。同時，當中淺層存在較硬的含角礫粉質粘土或砂礫卵石層厚度較大情況，需要引孔措施增加了一定的費用， 并且應注意管樁“擠土效應”，合理安排壓樁的施工順序，其優點是可以調節樁長和樁身進入持力層深度，對基礎穩定性、變形性無影響，而且靜壓管樁對環境噪聲影響小。

5 結語

通過對龍巖市安置房建設場地地質環境、工程地質特性和幾個安置小區的地基處理實例的研究可以得出幾點結論：

5.1 龍巖市地處福建省西南部，為新構造運動以來斷陷上升區的盆地。從晚更新世至全新世時期堆積了約20-40多米陸相碎屑物。其第四系沉積物特征是縱、橫向變化復雜，下伏基巖起伏大，而且往往發育土洞、巖溶洞不良地質體，故對建筑場地選擇和利用帶來不利的影響，對此必須進行科學、合理的工程建設規劃才能適應城市化建設擴展的需要。

5.2 基于龍巖工程場地第四系堆積物（晚更新統）的粉質粘土、圓礫和含角礫、卵石粉質粘土、工程力學性能較好，分布穩定，埋深較淺，屬于中軟或中硬場地土、Ⅱ類建筑場地，適宜作為主要持力層和擬建多層或中高層建筑地基。

5.3 鑒于龍巖市新開發區第四系沉積層下伏基巖往往是二迭紀灰巖，在斷裂構造破壞下，灰巖內普遍發育巖溶洞并在其上伏的土層中分布天然土洞，對建筑地基穩定構成潛在病害，必須采取人工加固地基對策和構造措施。

5.4 為適應龍巖市安置小區建設發展的進程并充分利用土地資源，應針對土洞、巖溶洞發育的空間分布特點，采取既經濟又合理的地基加固措施。實踐表明采用樁—筏復合地基、CFG復合地基、挖（沖）孔灌注樁基及預應力管樁加固地基模式對龍巖地區建筑場地地基處理具有較好的適宜性與安全性。

5.5 龍巖建設場地工程地質特征與我省西部山區盆地第四系地質成因上非常相似，因此深入研究針對山區盆地建筑地基加固技術對策具有普適性，有利于提高盆地土地資源利用價值。

總之，從龍巖盆地的地質環境及其建筑地基處理對策的研究表明，在深入摸清建設場地地質環境成因與巖土工程地質特性及可能潛在的不良地質體的基礎上，因地制宜，根據建筑物結構類型、荷載的大小，從既經濟又安全角度采取加固地基的技術對策，則能夠明顯提高我省丘陵山區土地資源利用的價值，擴展安置房建設的發展空間，獲得良好社會與經濟效益。

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