濟(jì)南西部新城工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件概述

楊長(zhǎng)民，仝霄金，商汝平

(濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院，山東濟(jì)南 250013)

1 前言

濟(jì)南西部新城位于濟(jì)南市主城區(qū)西部，距濟(jì)南市中心區(qū)約10 km。其規(guī)劃范圍東到二環(huán)西路，西到濟(jì)南西編組站，南到津浦鐵路，北到小清河，占地面積為55 km2。

濟(jì)南市舉全市之力，以濟(jì)南西站為核心，對(duì)周邊55 km2進(jìn)行全新定位、規(guī)劃、開(kāi)發(fā)、建設(shè)，力圖建造一座前瞻的、產(chǎn)業(yè)的、文化的、生態(tài)的西部新城，使之成為“齊魯新門(mén)戶、泉城新商埠、城市新中心”。

濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院于2008年4月以來(lái)，先后完成了安置區(qū)一區(qū)(2#、4#、7#、8#、9#、12#地塊，多為 11 層～30 層住宅樓)、安置區(qū)二區(qū)(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(yè)及辦公樓)、站前廣場(chǎng)(多為17層～22層的酒店、辦公及商業(yè))、省會(huì)文化藝術(shù)中心(大劇院、中心廣場(chǎng)、配套高層、三館項(xiàng)目，總建筑面積近90萬(wàn)m2)、齊魯之門(mén)初勘等20余個(gè)大型項(xiàng)目的巖土工程勘察。該區(qū)域內(nèi)的工程項(xiàng)目多為整體地下車(chē)庫(kù)，基坑開(kāi)挖深度多為7 m～20 m，其最大開(kāi)挖深度達(dá)到了濟(jì)南之最。

根據(jù)已完成的上述工程情況，對(duì)該區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件及基坑支護(hù)、降水有了較為深刻的了解及認(rèn)識(shí)。對(duì)此進(jìn)行歸納、總結(jié)，其目的是優(yōu)化后期工程勘察方案，節(jié)約工程造價(jià)，加快建設(shè)進(jìn)度。

2 西部新城工程地質(zhì)條件

2.1 新城區(qū)地層結(jié)構(gòu)特征

本區(qū)域位于黃河、小清河沖積平原的邊緣相，整個(gè)工程場(chǎng)地地勢(shì)較低，地形開(kāi)闊，南高北低、西高東低，現(xiàn)自然地面標(biāo)高24.80 m～31.20 m。

區(qū)域內(nèi)地層結(jié)構(gòu)大致可劃分為以下幾個(gè)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(zhǎng)巖侵入體。現(xiàn)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(tǒng)(Q4)黃河、小清河沖積成因的粘性土、粉土組成。第②層粉質(zhì)粘土、第③層粉土、第④層粉質(zhì)粘土分布普遍，均屬于正常固結(jié)土，其地基承載力相對(duì)較低，壓縮性中等。在③層粉土中夾有③1中粗砂，在④層粉質(zhì)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(chǎng)地內(nèi)，第四系地層埋藏較深，為 88 m左右)，為一套晚更新統(tǒng)(Q3)山前沖洪積成因可塑、硬可塑棕黃色粉質(zhì)粘土、粘土，夾棕黃色中密中砂、卵石土，局部膠結(jié)呈砂礫巖薄層或透鏡體，該套地層屬超固結(jié)土，其地基強(qiáng)度較高，壓縮性中等。第⑤層粉質(zhì)粘土呈可塑狀態(tài)，其底部⑤1層中砂層分布范圍較廣，局部呈膠結(jié)、半膠結(jié)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(zhì)粘土，在上部⑤1中砂層分布范圍內(nèi)⑥1層上部粘土缺失。其層底深度30 m左右;第⑦層粉質(zhì)粘土呈硬可塑狀態(tài)，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(jié)砂巖、卵礫石土分布較普遍，但其層位多不穩(wěn)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(zhì)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(jié)礫巖呈薄層或透鏡體分布，在場(chǎng)地內(nèi)卵石的厚度、層位很不穩(wěn)定，局部地段卵石較薄甚至缺失。粉質(zhì)粘土呈棕黃色硬可塑狀態(tài)。中部粉質(zhì)粘土夾層含姜石、礫石;底部粉質(zhì)粘土層多含輝長(zhǎng)巖風(fēng)化碎屑。

(3)輝長(zhǎng)巖各風(fēng)化帶:全風(fēng)化巖層在場(chǎng)地內(nèi)厚度較薄，強(qiáng)風(fēng)化輝長(zhǎng)巖其厚度較大，風(fēng)化程度由上而下逐漸減弱趨勢(shì)，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(qiáng)～中風(fēng)化球狀風(fēng)化。中風(fēng)化巖層面起伏變化較大，風(fēng)化程度很不均勻，巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

2.2 各巖土層地基承載力特征值及樁基參數(shù)

根據(jù)新城區(qū)內(nèi)各項(xiàng)目的巖土勘察報(bào)告中建議的樁基設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析給出各巖土層地基承載力特征值及樁基參數(shù)表1。

各巖土層地基承載力及樁基參數(shù)表表1

2.3 地基基礎(chǔ)方案

通過(guò)已完成的巖土工程勘察報(bào)告中提出的基礎(chǔ)方案及工程實(shí)際中所采用的基礎(chǔ)方案進(jìn)行分析，對(duì)于場(chǎng)地內(nèi)的地下車(chē)庫(kù)及多層建筑，當(dāng)?shù)叵滤桓×Σ皇呛艽螅谂渲啬軌驖M足抗浮設(shè)計(jì)要求的情況下，可采用天然地基。

建筑物層數(shù)小于25層的中高層建筑，可采用CFG樁、預(yù)應(yīng)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(zhǎng)一般小于30 m。由于樁要穿越樁端持力層以上粉質(zhì)粘土層中存在的中密中砂、卵礫石、膠結(jié)砂礫巖硬夾層，尤其是第⑦層粉質(zhì)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(dāng)采用預(yù)應(yīng)力管樁時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致沉樁困難，樁端難以進(jìn)入預(yù)定的設(shè)計(jì)標(biāo)高，在預(yù)應(yīng)力管樁正式施工前應(yīng)選擇代表性地段進(jìn)行試樁。通過(guò)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(qū)北部的安置一區(qū)(1#、4#、9#地塊)部分18層建筑中采用了CFG樁，在省會(huì)文化中心—大劇院工程中采用了CFG樁基礎(chǔ)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(chǎn)生混凝土離析、縮頸、斷樁等樁身缺陷，在基礎(chǔ)施工中應(yīng)引起重視。

建筑物層數(shù)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(chǔ)形式，為提高單樁承載力可采用后注漿施工工藝。省會(huì)文化藝術(shù)中心配套高層中的3個(gè)塔樓為地上24層～48層、地下3層的超高層公共建筑，基坑開(kāi)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(chǔ)采用強(qiáng)風(fēng)化輝長(zhǎng)巖作為樁端持力層，有效樁長(zhǎng)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(shí)提高了50%左右。經(jīng)工程樁試樁檢驗(yàn)，其單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求。取得了較好的效果及經(jīng)濟(jì)效益，為后續(xù)同類工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

3 西部新城內(nèi)水文地質(zhì)條件

3.1 場(chǎng)地地下水的埋藏條件及地下水類型

勘區(qū)水文地質(zhì)單元位于濟(jì)南市西郊玉符河沖積扇前緣砂、礫石富水區(qū)。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(fēng)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(bǔ)給條件主要為大氣降水和地表水徑流補(bǔ)給。第⑤1中砂其頂、底板均為透水性相對(duì)較弱的厚層粉質(zhì)粘土組成;第⑧層卵石土及中砂層其頂板為第⑦層粉質(zhì)粘土，底板主要為下部粉質(zhì)粘土及下伏透水性較弱的輝長(zhǎng)巖風(fēng)化帶。如把厚層粉質(zhì)粘土層及輝長(zhǎng)巖風(fēng)化帶視作相對(duì)隔水層時(shí)，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(guò)《省會(huì)文化藝術(shù)中心—配套商業(yè)高層水文地質(zhì)勘察專題報(bào)告》:第⑤1層中砂層觀測(cè)承壓水水頭標(biāo)高為 15.29 m～16.09 m，由于該砂層離基坑開(kāi)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(biāo)高，一般不會(huì)產(chǎn)生基坑基底地下水突涌。第⑧層卵石觀測(cè)其承壓水頭標(biāo)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(shù)可滿足有關(guān)規(guī)范要求。承壓水其補(bǔ)給條件主要接收?qǐng)龅啬喜康拇髿饨邓暗乇硭南聺B滲流補(bǔ)給及上游玉符河河道滲流補(bǔ)給。

3.2 場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)地下水穩(wěn)定水位調(diào)查

從地下水位等值線圖分析:區(qū)域內(nèi)南西側(cè)水位較高、北東側(cè)水位較低，地下水有自南西向北東徑流之趨勢(shì)，地下水位受臘山河地表水補(bǔ)給明顯;地下水位等值線南部相對(duì)較密、北部較疏，水力梯度南陡北緩，受場(chǎng)地內(nèi)施工降水的影響，在該區(qū)域內(nèi)形成了幾處較大的降水漏斗，改變了地下水原來(lái)的徑流場(chǎng)式，其波及范圍較大，其后期勘察所測(cè)水位基本上都為動(dòng)水位標(biāo)高。在后期建設(shè)項(xiàng)目的巖土工程勘察中，應(yīng)引起重視。

總結(jié)已有建筑場(chǎng)地勘察報(bào)告，各項(xiàng)目觀測(cè)到的地下水穩(wěn)定水位埋深、標(biāo)高及建議地下室抗浮設(shè)計(jì)水位詳如表2所示。

場(chǎng)區(qū)地下水參數(shù)表表2

3.3 水文地質(zhì)參數(shù)

在站前廣場(chǎng)(濟(jì)南西客站市政配套工程)、省會(huì)文化藝術(shù)中心(配套高層、三館項(xiàng)目)三個(gè)場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行了7組第四系孔隙水混合抽水試驗(yàn)，其水文參數(shù)如表3所示。

場(chǎng)區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)表 表3

3.4 地下水控制

西部新城場(chǎng)地內(nèi)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(jù)勘察抽水試驗(yàn)結(jié)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(qiáng)，降水影響半徑遠(yuǎn)。場(chǎng)地內(nèi)所建工程往往基坑面積較大，開(kāi)挖深度較深，可采用管井井點(diǎn)降水方案，基底下⑤1中砂地層的垂直越流補(bǔ)給，坑內(nèi)疏干井宜適當(dāng)密布。

4 基坑工程

4.1 土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

根據(jù)站前廣場(chǎng)、文化中心大劇院配套高層、三館項(xiàng)目工程的室內(nèi)試驗(yàn)成果，對(duì)各巖土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如表4所示。

各巖土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表表4

4.2 基坑邊坡支護(hù)方案

根據(jù)目前西部新城場(chǎng)地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件以及周邊環(huán)境情況，結(jié)合地下水控制措施，基坑邊坡支護(hù)對(duì)于開(kāi)挖深度小于6 m時(shí)，可采取適當(dāng)放坡土釘墻支護(hù)方案;對(duì)于開(kāi)挖深度小于12 m時(shí)，可采取多級(jí)放坡復(fù)合土釘墻或排樁支護(hù)方案;若開(kāi)挖深度大于12 m時(shí)，可采用上部土釘墻下部排樁聯(lián)合支護(hù)型式或放坡加排樁聯(lián)合支護(hù)型式。

5 結(jié)語(yǔ)

勘察成果是巖土工程的基礎(chǔ)性資料，水文、工程地質(zhì)條件是工程地基基礎(chǔ)方案選擇的主要因素，有時(shí)甚至起到?jīng)Q定性作用。通過(guò)對(duì)西部新城部分區(qū)域勘察過(guò)程中的一些水文、工程地質(zhì)問(wèn)題的總結(jié)分析，隨著工程規(guī)模和范圍的不斷增加，對(duì)區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)的認(rèn)識(shí)還會(huì)有一個(gè)不斷深入和完善的過(guò)程，有益于對(duì)整個(gè)西部新城工程的地基基礎(chǔ)、基坑支護(hù)、降水工程問(wèn)題的認(rèn)識(shí)提高，對(duì)整個(gè)區(qū)域的巖土工程勘察、設(shè)計(jì)及施工有一定的借鑒作用。

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

［2］濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院.濟(jì)南西客站安置二區(qū)(2#、7#、8#地塊)巖土工程勘察報(bào)告［R］.

［3］濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院.省文化藝術(shù)中心(南車(chē)庫(kù)、大劇院、配套高層、三館項(xiàng)目)巖土工程勘察報(bào)告［R］.

［4］工程地質(zhì)手冊(cè)編輯委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)(第四版)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.