濟南西部新城工程地質、水文地質條件概述

楊長民，仝霄金，商汝平

(濟南市勘察測繪研究院，山東濟南 250013)

1 前言

濟南西部新城位于濟南市主城區西部，距濟南市中心區約10 km。其規劃范圍東到二環西路，西到濟南西編組站，南到津浦鐵路，北到小清河，占地面積為55 km2。

濟南市舉全市之力，以濟南西站為核心，對周邊55 km2進行全新定位、規劃、開發、建設，力圖建造一座前瞻的、產業的、文化的、生態的西部新城，使之成為“齊魯新門戶、泉城新商埠、城市新中心”。

濟南市勘察測繪研究院于2008年4月以來，先后完成了安置區一區(2#、4#、7#、8#、9#、12#地塊，多為 11 層～30 層住宅樓)、安置區二區(2#、7#、8#地塊，多為11 層～18 層住宅樓)、高鐵沿線(4#、7#、8#、9#地塊，多為 18 層～39層商業及辦公樓)、站前廣場(多為17層～22層的酒店、辦公及商業)、省會文化藝術中心(大劇院、中心廣場、配套高層、三館項目，總建筑面積近90萬m2)、齊魯之門初勘等20余個大型項目的巖土工程勘察。該區域內的工程項目多為整體地下車庫，基坑開挖深度多為7 m～20 m，其最大開挖深度達到了濟南之最。

根據已完成的上述工程情況，對該區域內的水文地質、工程地質條件及基坑支護、降水有了較為深刻的了解及認識。對此進行歸納、總結，其目的是優化后期工程勘察方案，節約工程造價，加快建設進度。

2 西部新城工程地質條件

2.1 新城區地層結構特征

本區域位于黃河、小清河沖積平原的邊緣相，整個工程場地地勢較低，地形開闊，南高北低、西高東低，現自然地面標高24.80 m～31.20 m。

區域內地層結構大致可劃分為以下幾個單元:上部以黃河、小清河沖積成因(Q4)的粘性土、粉土為主;下部為山前沖洪積成因(Q3)的粘性土夾砂土及卵石土;下伏燕山期輝長巖侵入體。現分述如下:

(1)在地表至地下13.0 m左右，主要為第四系全新統(Q4)黃河、小清河沖積成因的粘性土、粉土組成。第②層粉質粘土、第③層粉土、第④層粉質粘土分布普遍，均屬于正常固結土，其地基承載力相對較低，壓縮性中等。在③層粉土中夾有③1中粗砂，在④層粉質粘土底部分布有④1粗砂與圓礫層。

(2)在地表下13.0 m～65.0 m左右(在高鐵沿線7#、8#地塊場地內，第四系地層埋藏較深，為 88 m左右)，為一套晚更新統(Q3)山前沖洪積成因可塑、硬可塑棕黃色粉質粘土、粘土，夾棕黃色中密中砂、卵石土，局部膠結呈砂礫巖薄層或透鏡體，該套地層屬超固結土，其地基強度較高，壓縮性中等。第⑤層粉質粘土呈可塑狀態，其底部⑤1層中砂層分布范圍較廣，局部呈膠結、半膠結狀砂巖，局部地段厚度較大;第⑥層土為上、下部棕黃色硬塑粘土，中部夾硬可塑粉質粘土，在上部⑤1中砂層分布范圍內⑥1層上部粘土缺失。其層底深度30 m左右;第⑦層粉質粘土呈硬可塑狀態，夾砂礫巖硬夾層較多，其厚度約20 m，在該層中部中砂及其膠結砂巖、卵礫石土分布較普遍，但其層位多不穩定，層位起伏、厚度變化較大，砂礫巖硬夾層較多;第⑧層土為山前沖洪積成因的卵石土夾粉質粘土層，平均厚度15.0 m左右，在卵石層頂面往往有中密中砂層呈薄層或透鏡體狀分布，在卵石土頂面或底部有膠結礫巖呈薄層或透鏡體分布，在場地內卵石的厚度、層位很不穩定，局部地段卵石較薄甚至缺失。粉質粘土呈棕黃色硬可塑狀態。中部粉質粘土夾層含姜石、礫石;底部粉質粘土層多含輝長巖風化碎屑。

(3)輝長巖各風化帶:全風化巖層在場地內厚度較薄，強風化輝長巖其厚度較大，風化程度由上而下逐漸減弱趨勢，巖芯上部多呈砂礫狀，向下母巖硬塊、碎塊狀、薄片狀巖芯增多，局部呈強～中風化球狀風化。中風化巖層面起伏變化較大，風化程度很不均勻，巖石的飽和單軸抗壓強度標準值frk=10.0 MPa～12.0 MPa。屬軟巖，巖體的完整程度為較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級。

2.2 各巖土層地基承載力特征值及樁基參數

根據新城區內各項目的巖土勘察報告中建議的樁基設計參數，進行統計分析給出各巖土層地基承載力特征值及樁基參數表1。

各巖土層地基承載力及樁基參數表表1

2.3 地基基礎方案

通過已完成的巖土工程勘察報告中提出的基礎方案及工程實際中所采用的基礎方案進行分析，對于場地內的地下車庫及多層建筑，當地下水位浮力不是很大，在配重能夠滿足抗浮設計要求的情況下，可采用天然地基。

建筑物層數小于25層的中高層建筑，可采用CFG樁、預應力管樁、鉆孔灌注樁三種樁基型式，樁端持力層分別為第⑥、⑦層粘性土，樁長一般小于30 m。由于樁要穿越樁端持力層以上粉質粘土層中存在的中密中砂、卵礫石、膠結砂礫巖硬夾層，尤其是第⑦層粉質粘土中部砂礫巖薄層或透鏡體較多，其層面起伏、厚度變化較大，當采用預應力管樁時可能會導致沉樁困難，樁端難以進入預定的設計標高，在預應力管樁正式施工前應選擇代表性地段進行試樁。通過在建工程的試樁資料及已竣工工程所采用的樁基形式，在新城區北部的安置一區(1#、4#、9#地塊)部分18層建筑中采用了CFG樁，在省會文化中心—大劇院工程中采用了CFG樁基礎方案，由于土層中砂礫石與硬夾層的存在，CFG樁施工容易在砂礫石層與粘性土層界面附近產生混凝土離析、縮頸、斷樁等樁身缺陷，在基礎施工中應引起重視。

建筑物層數大于25層的高層、超高層建筑及單樁承載力要求較大的公共建筑宜采用灌注樁基礎形式，為提高單樁承載力可采用后注漿施工工藝。省會文化藝術中心配套高層中的3個塔樓為地上24層～48層、地下3層的超高層公共建筑，基坑開挖深度20 m左右，基底壓力平均值為 410 kN/m2～770 kN/m2，單樁承載力要求較高。樁基礎采用強風化輝長巖作為樁端持力層，有效樁長51 m～53 m，采用樁端后注漿施工工藝，1#～3#塔樓注漿壓力為 6.43 MPa～10.82 MPa、注漿量為 0.65 T～1.64 T，單樁承載力估算較未采用后注漿時提高了50%左右。經工程樁試樁檢驗，其單樁承載力滿足設計要求。取得了較好的效果及經濟效益，為后續同類工程積累了經驗。

3 西部新城內水文地質條件

3.1 場地地下水的埋藏條件及地下水類型

勘區水文地質單元位于濟南市西郊玉符河沖積扇前緣砂、礫石富水區。從含水層的埋藏條件分析，地下水類型為第四系松散層孔隙水及風化基巖裂隙水類型。第③層粉土及④1層粗砂、④2圓礫層其地下水類型屬孔隙水潛水類型。其補給條件主要為大氣降水和地表水徑流補給。第⑤1中砂其頂、底板均為透水性相對較弱的厚層粉質粘土組成;第⑧層卵石土及中砂層其頂板為第⑦層粉質粘土，底板主要為下部粉質粘土及下伏透水性較弱的輝長巖風化帶。如把厚層粉質粘土層及輝長巖風化帶視作相對隔水層時，第⑤1中砂及第⑧層卵石土，均具承壓水的埋藏條件，其地下水亦屬于第四系孔隙弱承壓水類型。通過《省會文化藝術中心—配套商業高層水文地質勘察專題報告》:第⑤1層中砂層觀測承壓水水頭標高為 15.29 m～16.09 m，由于該砂層離基坑開挖深度較近，基坑降水井深度一般均能穿透該砂層，降水可有效控制其水頭標高，一般不會產生基坑基底地下水突涌。第⑧層卵石觀測其承壓水頭標高為16.41 m～16.72 m，由于該含水層頂板埋深較深，基底下粘性土層厚度較大，其基坑抗突涌安全系數可滿足有關規范要求。承壓水其補給條件主要接收場地南部的大氣降水及地表水的下滲滲流補給及上游玉符河河道滲流補給。

3.2 場地區域內地下水穩定水位調查

從地下水位等值線圖分析:區域內南西側水位較高、北東側水位較低，地下水有自南西向北東徑流之趨勢，地下水位受臘山河地表水補給明顯;地下水位等值線南部相對較密、北部較疏，水力梯度南陡北緩，受場地內施工降水的影響，在該區域內形成了幾處較大的降水漏斗，改變了地下水原來的徑流場式，其波及范圍較大，其后期勘察所測水位基本上都為動水位標高。在后期建設項目的巖土工程勘察中，應引起重視。

總結已有建筑場地勘察報告，各項目觀測到的地下水穩定水位埋深、標高及建議地下室抗浮設計水位詳如表2所示。

場區地下水參數表表2

3.3 水文地質參數

在站前廣場(濟南西客站市政配套工程)、省會文化藝術中心(配套高層、三館項目)三個場地內進行了7組第四系孔隙水混合抽水試驗，其水文參數如表3所示。

場區水文地質參數表 表3

3.4 地下水控制

西部新城場地內地下水類型為第四系孔隙潛水與下部⑤1中砂層及第⑧層卵石土承壓水。根據勘察抽水試驗結果，上部第四系地層地下水豐富，其單井涌水量大，地層的滲透性強，降水影響半徑遠。場地內所建工程往往基坑面積較大，開挖深度較深，可采用管井井點降水方案，基底下⑤1中砂地層的垂直越流補給，坑內疏干井宜適當密布。

4 基坑工程

4.1 土的抗剪強度指標

根據站前廣場、文化中心大劇院配套高層、三館項目工程的室內試驗成果，對各巖土層的抗剪強度指標進行統計如表4所示。

各巖土層的抗剪強度指標統計表表4

4.2 基坑邊坡支護方案

根據目前西部新城場地工程地質、水文地質條件以及周邊環境情況，結合地下水控制措施，基坑邊坡支護對于開挖深度小于6 m時，可采取適當放坡土釘墻支護方案;對于開挖深度小于12 m時，可采取多級放坡復合土釘墻或排樁支護方案;若開挖深度大于12 m時，可采用上部土釘墻下部排樁聯合支護型式或放坡加排樁聯合支護型式。

5 結語

勘察成果是巖土工程的基礎性資料，水文、工程地質條件是工程地基基礎方案選擇的主要因素，有時甚至起到決定性作用。通過對西部新城部分區域勘察過程中的一些水文、工程地質問題的總結分析，隨著工程規模和范圍的不斷增加，對區域內的水文地質、工程地質的認識還會有一個不斷深入和完善的過程，有益于對整個西部新城工程的地基基礎、基坑支護、降水工程問題的認識提高，對整個區域的巖土工程勘察、設計及施工有一定的借鑒作用。

［1］濟南市勘察測繪研究院.濟南西客站安置一區(1#、2#、4#、5#、7#、8#、9#、12#地塊)巖土工程勘察報告［R］.

［2］濟南市勘察測繪研究院.濟南西客站安置二區(2#、7#、8#地塊)巖土工程勘察報告［R］.

［3］濟南市勘察測繪研究院.省文化藝術中心(南車庫、大劇院、配套高層、三館項目)巖土工程勘察報告［R］.

［4］工程地質手冊編輯委員會.工程地質手冊(第四版)［M］.北京:中國建筑工業出版社，2007.