復雜基巖場區構造成因分析與工程性質評價

肖道平, 祝文龍

(湖北省城市地質工程院,湖北 武漢 430072)

復雜基巖場區構造成因分析與工程性質評價

肖道平, 祝文龍

(湖北省城市地質工程院,湖北 武漢 430072)

武昌某項目場區基巖分布呈現復雜特點,通過針對性的勘察工作,并輔以物探手段,查清了擬建場區基巖分布及其分區特征,對其工程性質及形成的地質構造成因進行分析與評價,為基礎處理提供可靠的地質依據。

武漢臺褶束;復雜基巖;勘察;物探;基巖分區;評價

武漢地形以平原為主,僅中部散列東西向殘丘,市區分布地層有古生界砂巖、頁巖、灰巖及泥巖;中生界的砂礫巖、砂巖、頁巖及泥巖;新生界的黏性土、砂、砂礫巖等。受控于復雜的構造格局,使得在構造活動較為集中的區域,基巖分布亦呈現出較為復雜的特點。由于第四系廣泛覆蓋,地表多無出露,難以直接掌控,這些均給工程建設中基巖地層的評價及利用帶來諸多影響。本文就武昌某項目復雜基巖場區的勘察與評價工作作一簡要介紹。

1 工程概況[1]

擬建項目位于武漢市武昌區天際路以東、三環線以南、廟山中路以北。項目規劃總用地面積137 308.50 m2,總建筑面積363 015 m2,由11棟33-34F商住樓、多棟5F商住樓及1-2F商業裙樓、幼兒園等組成(圖1),設2處一層地下室,開挖深度7 m。

擬建場區屬剝蝕崗狀平原地貌,相當于長江Ⅲ級階地。由于主要土層厚度變化較大,底板局部埋深較淺,擬建工程以高層為主,不能滿足天然淺基礎的需要,因此,工程建設只能將基巖地層作為主要工程巖組加以研究利用。

2 場區基巖地質特征

圖1 擬建場區建筑平面布置及基巖分區圖Fig.1 Building layout and bedrock partition map of planned area1.擬建筑物及層數;2.基巖分區界限;3.物探剖面線及編號;4.工程地質剖面線及編號。

(1) 下二疊系孤峰組(P1g)。孤峰組厚度不大,約37～39 m,構成向斜北翼,分布于工作區外圍,為灰—深灰色薄層狀生物屑硅質巖。

(2) 上二疊系(P2)?？傮w厚度不大,約30～70 m,在區內呈帶狀環形分布,構成扇形褶皺核部邊緣,分布于擬建場區中部以北區域,巖性變化快,與下伏下三疊系大冶組呈平行不整合接觸。

龍潭組(P2l):厚約40 m,下部為黃綠色雜色粉砂質粘土巖,中部夾薄層灰黑色硅質巖,上部主要為灰—深灰色中厚層狀含燧石團塊灰巖,夾燧石條帶。

大隆組(P2d):厚約6～30 m,主要為雜色薄層狀含泥質硅質巖。

(3) 下三疊系(T1)。構成扇形向斜軸部,總厚約320 m,分布于擬建場區中部以南區域,巖性相對較為穩定,與中三疊系地層一般呈整合接觸。

大冶組(T1d):底部為灰白色薄層狀灰巖,夾黃褐色頁片狀泥巖,下部以灰黃色薄層泥灰巖為主,中上部為灰白色中厚層狀—厚層狀灰巖,偶夾角礫狀灰巖,頂部為薄層狀灰巖。本巖組巖溶一般較發育。

綜上,擬建場區約13.7萬m2范圍內,基巖出現了不同地質年代(P-T)的多種巖性組合,因此,準確查明下伏基巖的分布規律和特征,合理評價其工程性質,無疑是勘察工作亟需解決的問題。

2.1 勘察工作部署[3]

前期對場區進行了初勘工作,初步掌握地層分布及性狀。根據初勘成果,結合區域地質資料分析,發現場區下伏基巖出現不同巖性的組合,其分布亦呈現較為復雜的特點。因此,在其后進行的詳勘工作針對性地采取了一些措施,主要為:

(1) 勘探點、線的布設。主要采用網格狀布設勘探線,同時將主要建筑物為重點區域,間距適當減小,勘探點亦適當加密,在摸清巖相分布的同時,達到對基礎持力層的有效控制;勘探過程中發現巖性變化較大處增加勘探孔予以進一步控制。

(2) 孔深的控制?；趫鰠^主要基巖層為灰巖及泥灰巖層,勘探孔一般以揭露至灰巖及泥灰巖一定深度為原則;上部泥巖、泥質砂巖一般需予以揭穿,不能揭穿時,軟弱巖層控制性孔深需>50 m方可終孔。因此,相比于常規勘察,本場區勘探孔深度大幅加深。

(3) 加強巖性的鑒定與比對工作。

2.2 場區基巖分區及地質特征

勘探揭露的巖性包括泥質砂巖、灰巖、泥巖、泥灰巖、硅質巖等,且呈現不同的風化特征和巖性組合(圖1),表現為較多的軟弱夾層,工程性質軟硬不均,差異較大,且分布極不均勻,給工程利用和處理帶來一定程度的不確定性。通過前期大量的勘探工作,筆者將場區基巖分布情況作如下分區歸納:

(1) 灰巖區(P-T)。廣泛分布于場區南東部擬建多層區域,中部呈條帶狀分布于擬建4#-5#樓北側、6#樓與9#樓南側,地質年代應為二疊系上統—三疊系下統,為灰—深灰色,隱晶—細晶結構、塊狀構造。節理裂隙較發育,存在巖溶現象,見小溶孔、溶蝕溝槽和溶洞,溶洞洞高介于0.7～4.5 m之間,以半充填為主,充填物為軟—可塑狀粘性土,部分為無充填。為較硬巖,較完整,局部巖體較為破碎,為強風化。除部分區域出現灰巖與泥質砂巖、泥巖的不同組合外,其余區域灰巖直接下伏于第四系覆蓋層之下。

泥質砂巖+灰巖組合:沿場區中部由南西至北東呈條帶狀分布,泥質砂巖在場區南部擬建多層區域大部分未能揭穿,局部呈零星狀分布。根據區域資料及勘探成果推測,其下伏基巖應為灰巖,泥質砂巖為褐紅色,層狀構造、泥質膠結,呈角度不整合疊覆于灰巖之上,厚度1.2～20 m不等,最厚處為多層場區東北及西南角,未揭穿,分別向南及南東和北西逐漸尖滅。

泥巖+灰巖組合:僅分布于場區南西側3#樓南側,泥巖為黃綠色,層狀構造,泥質膠結,局部夾青灰色泥質砂巖,呈角度不整合疊覆于灰巖之上,最薄處僅1.8 m,最厚處未揭穿,總體表現為向北東厚度加大。

(2) 泥巖+泥灰巖區(P-T)。除北側及南東區域外,場區大部分均有分布,僅10#北側過渡為泥質砂巖+泥灰巖組合。泥巖為黃綠色,局部夾褐紅色泥質砂巖及灰色泥灰巖,厚層狀,風化裂隙較發育,厚1.8～14.9 m之間,局部未揭穿;泥灰巖為灰色,灰黑色,主要由隱晶—微粒方解石組成,含少量水云母及微量石英礦物、鈣質生物碎屑,節理裂隙發育,含碳量高時表現為炭質灰巖,局部夾薄層灰巖。泥灰巖下伏于厚層狀泥巖之下,最大揭露厚度11.6 m。在與硅質巖分布區接觸邊緣,泥巖分布達到最厚,約20 m。

(3) 硅質巖區(P)。呈條帶狀分布于擬建4#與5#樓南側,走向約82°,傾角約60°,帶寬為38～50 m,其西側略寬而東側略窄。為灰黑色、黑色,主要由石英組成,含少量炭質和褐鐵礦。石英呈不規則粒狀,具定向分布。炭質呈黑色塵點狀,褐鐵礦呈隱晶質集合體,渲染分布于石英顆粒間。巖石裂隙發育,被細粒石英充填。為軟巖,極破碎,其埋深淺,最大揭露厚度50 m。其上覆一般3～15 m不等的泥巖,局部地帶直接下伏于第四系覆蓋層之下(見圖2)。

圖2 擬建場區典型工程地質剖面圖Fig.2 Typical engineering geological profile of planned area1.素填土;2.粉質黏土;3.黏土;4.紅黏土;5.強風化泥巖;6.中風化泥巖;7.中風化泥灰巖;8.強風化灰巖;9.中風化灰巖;10.強風化含碳硅質巖;11.溶(土)洞;12.地層編號;13.人工填土;14.第四系全新統沖洪積;15.第四系上更新統沖洪積;16.殘積黏土;17.二疊系;18.;19.鉆孔;20.標貫試驗位置;21.取原狀土樣位置。

2.3 物探成果解譯

如前述,勘探揭露擬建場區北部4#、5#南側為灰巖,埋深17～30 m,為較硬巖,較完整;北側則為強風化硅質巖,埋深3～20 m,為軟巖,極破碎,最大揭露厚度50 m,平面相距僅十余米,而巖性變化呈現陡變。由于基巖隱伏于地下,且接觸面兩側工程性質亦差別極大,常規手段難以準確判斷軟弱巖層帶的分布情況、接觸面的性質及延伸情況等。

為更好地指導后續勘察工作的開展,保障工程建設的順利推進,詳勘期間采用了物探方法對軟弱巖層的分布情況及接觸面的性質進行了進一步判別。共布置了一條北西向高密度電法探測線(編號為Ⅳ-Ⅳ′號測線)、一條北東向高密度電法探測線(編號為Ⅴ-Ⅴ′號測線)(圖3)及三條近南北向常規電法探測線(編號為Ⅰ-Ⅰ′、Ⅱ-Ⅱ′、Ⅲ-Ⅲ′號測線)。其中各測線長度見表1。

根據物探解譯成果,測區中部(地質界線A、B之間)表現為高阻,結合工程鉆探成果推斷為硅質巖條帶,其走向約82°,傾角約60°,帶寬為38～50 m,其西側略寬而東側略窄;測區北部(地質界線B以北)表現為相對低阻,結合工程鉆探成果推斷為灰巖;測區南部(地質界線A以南)表現為相對低阻,結合工程鉆探成果推斷為泥灰巖。

圖3 高密度電法電阻率等值線圖Fig.3 Resistivity isogram map of high-density electrical methods表1 各測線長度表Table 1 Length of survey lines

測線號測線長度及測點數Ⅰ-Ⅰ'90m、46個Ⅱ-Ⅱ'90m、46個Ⅲ-Ⅲ'90m、46個Ⅳ-Ⅳ'236mⅤⅤ'295m

注:測線5條,總長度801 m,測點數138個。

圖4 評估區構造綱要圖Fig.4 Structure outline map of evaluation area1.壓性斷裂;2.壓扭性斷裂;3.扭性斷裂;4.背斜;5.向斜;6.倒轉背斜;7.倒轉向斜;8.扇形背斜;9.扇形向斜;10.壓扭性斷裂;11.張性斷裂;12.張扭性斷裂;13.項目區位置湖—劉張村背斜.新隆—豹子獬向斜.野芷湖背斜.沌口—流芳嶺向斜。

與圍巖相比,裂隙及構造飽水則為相對低阻,推斷測區范圍內無斷層通過,其電阻值變化主要為巖性差異所致。

3 構造成因分析

顯然,本場區基巖分布有別于單純因地層巖性的變化而導致的工程性質差異、不良地質作用發育等復雜情況。前期勘察已排除了斷裂構造通過場區,因此,其分布的不規律性主要是構造褶皺作用導致的結果。

武漢市區在大地構造上屬武漢臺褶束,該臺褶束是介于江漢斷陷和梁子湖凹陷之間一個相對隆起的構造單元,由于受燕山運動南北向水平擠壓應力作用,是一個北西西向的擠壓帶,以一系列近東西向緊密線狀褶皺為其主要特征。褶皺由志留系—二疊系(局部三疊系)組成,受擠壓的程度由南向北增強,武漢一帶多呈向南倒轉的同斜褶皺,甚至出現扇形褶皺,紙坊以南逐漸過渡為正常褶皺。在南北向的應力支配下,還發育有其它次一級的構造帶,即伴有與軸線平行或近于平行的走向斷層及北西向、北東向、北北東或近南北向的張扭性斷層。其地表第四系大面積覆蓋,構造形跡并不明顯。

擬建場區位于武漢臺褶束南部褶皺帶,構造活動較為集中,表現為緊密線狀倒轉褶曲,軸面多向南倒轉,個別呈扇形,沿褶曲兩翼發育規模較大的走向斷層。

具體而言,場區構造格局主要受控于新隆—豹子獬復式倒轉向斜及沌口—流芳嶺復式倒轉向斜(圖4)。

新隆—豹子獬復式倒轉向斜:向斜北翼倒轉,傾向北,傾角50°～80°,南翼正常,傾向北,傾角45°～70°,向斜核部為二疊系地層。擬建場區位于該向斜南翼邊緣。

沌口—流芳嶺復式倒轉向斜:場區位于該向斜核部偏北翼。該向斜北翼倒轉,傾向北,傾角30°～70°,南翼正常,場區下伏基巖為二疊系下統馬鞍山組炭質灰巖、二疊系上統棲霞組灰巖及三疊系大冶組灰巖。

與此同時,褶皺西部被五通口—湯遜湖壓扭性斷裂錯動發生扭曲,使構造更趨復雜。從本場區基巖分布來看,主要表現為在緊密褶皺條帶區,褶皺兩翼或構造復合地帶,由于不同地質年代巖組在較小的范圍內發生連續褶曲,其巖性變化快,地層組合在工程性質上差異較大,較新的地層與不同時代較老地層同時出現不整合接觸,傾角亦由平緩向陡傾劇變,甚至倒轉;在外圍次一級斷裂構造的影響下,地層發生錯動或破碎,使局部復雜程度加劇。

4 基巖工程性質評價

擬建場區基巖巖性變化快,其巖性變化處呈大角度不整合接觸,接觸面兩側工程性質亦呈現陡變,且相差較大,不良地質現象發育,尤其是較厚的泥巖、強風化硅質巖、泥質砂巖的不規律分布,給擬建高層建筑基礎處理帶來了不利影響,構成了復雜基巖場區。

一般而言,基巖作為樁基礎持力層,其強度較高,承載力能夠滿足要求。擬建建筑群體量大,結構型式及荷載差異顯著,因此,應根據不同的基巖分區,結合建筑物特性具體分析。

場區泥灰巖、灰巖空間分布連續性較好、強度高,僅局部地段缺失,層位分布穩定地段是擬建高層建筑物良好的樁端持力層。

泥巖、強風化硅質巖、泥質砂巖雖強度較高,但空間分布連續性較差,因此,僅在層位分布穩定地段可選作擬建建筑物樁基持力層。

擬建場區南部以及3#、4#、5#樓則不可避免地出現同一建筑物基礎置于灰巖—泥質砂巖、灰巖—泥巖、灰巖—強風化硅質巖的情況,屬工程建設不利地段。由于工程性質差異較大,因此有可能存在一定的差異沉降。設計時須考慮沉降控制,根據其分布特點,針對性地采取相應措施。

5 結語

隨著武漢市城市建設的快速發展,各類建設不斷向超高和地下縱深發展,對基巖地層的工程特性研究和綜合利用日益顯得突出和重要。

對于復雜基巖地區,應高度重視其巖性變化對基礎穩定性帶來的不利影響,合理的基礎選型和沉降變形控制至關重要。

勘察工作中,一方面應加強對以往工作資料的收集和對比分析,并需采取針對性的手段查清其分布特征,從而為基礎設計提供可靠的地質依據,因此,合理地進行基巖地質分區是十分必要的;另一方面應加強對基巖接觸關系、地質構造、破碎帶、軟弱夾層及其他不良地質作用的判斷與評價,進一步提高巖土工程評價的可靠度。

[1] 張良.南源置業(武漢)有限公司名湖豪庭巖土工程勘察報告[R].武漢:湖北地礦建設勘察有限公司,2012.

[2] 安守先,張漢金,胡立山,等.武漢市基巖地質圖及說明書[R].武漢:湖北省地質礦產局,1990.

[3] 湖北省建設廳.巖土工程勘察工作規程:DB/42169—2003[S].武漢:湖北省建設廳,2003.

(責任編輯：陳姣霞)

Tectonic Origin Analysis and Engineering Properties Evaluationof a Complex Bedrock Area

XIAO Daoping, ZHU Wenlong

(HubeiInstituteofUrbanGeologicalEngineering,Wuhan,Hubei430072)

The distribution of bedrock of a project area in Wuchang appears complex. Through targeting exploration as well as geophysical prospecting method,the authors figures out the distribution and partition characteristic of bedrock in planned area.The engineering properties and tectonic origin are analyzed and evaluated,which provides reliable geological basis for foundation treatment.

Wuhan platform fold bundle; complex bedrock; exploration; geophysical prospecting; bedrock partition; evaluation

2017-01-20;改回日期:2017-02-28

肖道平(1971-),男,高級工程師,注冊巖土工程師,探礦工程專業,從事巖土工程、地質災害勘察設計及管理工作。E-mail:475539456@qq.com

P64; TU470

A

1671-1211(2017)03-0335-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.03.020

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170516.1452.026.html 數字出版日期:2017-05-16 14:52