建設工程中水文工程地質主要勘察方法及其對施工措施的影響

摘要：在建設工程施工過程中涉及地基的施工，選擇的地基施工措施往往受基坑土體工程地質特征、水文地質特征等影響。本文以淮南恒大御府項目為例，對施工區域水文地質特征及工程地質特征進行分析，根據其特征對巖土工程進行評價，選擇基礎施工的措施。

關鍵詞：水文工程地質；勘察方法；施工措施

1.擬建工程概況

擬建場地位于淮南市武警街以南，舜耕路以北，淮河大道以東，學院路以西。淮南恒大御府項目規劃用地面積265289.00m2，總建筑面積1061156.00m2。擬建場地原為安徽理工大學，因場地拆遷等原因，地形整體略有起伏，地形起伏坡度<10%。勘查期間勘探點地面標高最大值38.58m，最小值35.03m，地表相對高差3.55m。本場地地貌單元屬江淮波狀平原，微地貌屬山前傾斜平原區。高層建筑擬采用剪力墻結構或框剪結構，基底壓力特征值按設計層數×18kN/m2考慮，低層建筑采用框架結構，基底壓力特征值按設計層數×20kn/m2考慮。

淮南市在構造單元上，屬于中朝準地臺淮河臺坳淮南陷褶斷帶（即華北地臺豫淮褶皺帶）東部的淮南復向斜。東界為郯廬斷裂，西臨周口坳陷，北接蚌埠隆起，南鄰合肥坳陷，南北為洞山斷裂和劉府斷裂夾持。區內構造以北西西向構造占主導地位，受后期強烈改造；但總體形態變化不大，復式向斜內次一級褶皺及斷裂較發育，褶皺和斷裂使巖體較為破碎。淮南市地震活動的強度、頻度相對比較低，屬中弱發震區。

2.研究區水文特征

擬建場地地下水，主要為上層滯水及基巖裂隙水。上層滯水主要分布在第①層雜填土中，一般無穩定的自由水面，主要受大氣降水及生活水直接補給，以蒸發和徑流排泄為主，少量向下滲入；地下水位隨季節變化，降水后水位明顯上升，干旱季節大幅下降，其水量受大氣降水及地表排水的影響較大，年變化幅度在1.00m左右。基巖裂隙水主要集中在基巖風化裂隙和節理裂隙發育的地段，含水不均一，其排泄條件為順裂隙水平滲流。

本地區淺部主要含水層為上層滯水，擬建場地及周邊附近無污染源，本工程場地環境類型屬Ⅱ類環境。地下水及地基土對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具微腐蝕性，地基土對鋼結構具微腐蝕性。

3.研究區工程地質特征

本場區勘查深度范圍內，地基土自上而下分為下述7層：

第①層雜填土：灰黃色，稍濕，稍密，以粉質黏土為主，局部夾碎石，局部為地坪及水泥路面。場區普遍分布，厚度：0.50m～4.20m，平均1.60m；層底標高：32.07m～35.87m，平均34.49m；層底埋深：0.50m～4.20m，平均1.60m。

第②層粉質黏土：黃褐色、褐黃色，硬塑，局部堅硬，含鐵錳結核及高嶺土，切面較光滑，無搖振反應，干強度及韌性高。場區普遍分布，厚度：5.00m～14.20m，平均9.23m；層底標高：20.36m～29.22m，平均25.29m；層底埋深：6.80m～ 14.80m，平均10.79m。

第③-2層強風化泥質粉砂巖：棕紅色，巖芯以碎塊狀為主，少量短柱狀，發育高嶺土化和綠泥石化蝕變，含少量中風化巖碎塊。

第③-3層中風化泥質粉砂巖（破碎）：棕紅色，泥質粉砂狀結構，層狀構造，巖石裂隙發育，軸芯夾角多為80°～90°、40°～50°，巖芯呈碎塊狀，少量短柱狀，失水干裂，浸水軟化，根據現場鑒別及經驗判定為極軟巖—軟巖，巖體完整程度為破碎—極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級，巖石質量指標RQD<25，為極差的。

第④-1層全風化砂巖：棕紅色，巖芯風化較劇烈，巖芯以土柱狀為主，少量砂狀、碎塊狀，干鉆可鉆進。場區局部分布，厚度：0.90m～7.90m，平均1.74m；層底標高：16.57m～ 27.46m，平均23.82m；層底埋深：8.50m～19.00m，平均12.34m。

第④-2層強風化砂巖：棕紅色，強風化，砂狀結構，層狀構造，巖芯風化較劇烈，巖芯以塊狀為主，巖芯錘擊易碎且聲音嘶啞，鉆進速度快。場區普遍分布，厚度：1.00m～ 40.60m，平均8.80m；層底標高：-18.90m～26.43m，平均15.47m；層底埋深：9.50m～55.20m，平均20.64m。

第④-3層中風化砂巖：棕紅色，砂狀結構，層狀構造，巖芯呈短柱狀，柱狀，少量塊狀，局部鉆孔頂部裂隙發育，巖芯破碎，呈碎塊狀，失水干裂，錘擊聲啞，易吸水軟化崩解，巖石堅硬程度為較軟巖—較硬巖，巖體完整程度為較破碎—較完整，巖體基本質量等級為Ⅲ-Ⅳ級，巖石質量指標RQD= 75～90，為較好的。該層未穿透。

4.勘查手段的選擇

針對本工程特征，為確保勘查質量，滿足設計及現行規范要求，本次勘查采用鉆探取巖/土鑒別及試驗、標貫試驗、動力觸探及波速試驗等手段。

4.1鉆探及取樣

采用5臺GXY-150型回轉鉆機鉆進，鉆進方式采用水位以上螺旋鉆進，水位以下泥漿護壁回轉鉆進，硬塑土用厚壁取土器重錘少擊法取原狀土試樣；鉆探嚴格操作規程，并執行了勘查大綱，從而保證了工程質量。目的是了解地層結構、巖性及其分布規律，并觀察記錄各土層宏觀特征；通過對不同深度的土體采樣分析試驗，確定地基土承載力及其物理力學性質指標；同時查明地下水埋深情況，了解覆蓋層厚度。

4.2標準貫入試驗

標準貫入試驗采用φ42mm鉆桿，貫入器外徑51mm，內徑35mm，刃口角度19°7′，貫入錘選用63.5kg穿心自動落錘，自由落體76cm法進行試驗。首先貫入器至預定深度后，先預打15cm，再記錄30cm中每10cm的錘擊數，以確定地基土的承載力和判定土和風化巖的狀態等。

4.3動力觸探試驗

采用自動落錘裝置，錘重63.5kg，落距76cm，探頭直徑74mm，錘角60°，貫入10cm讀數，連續貫入30cm；當超過50擊時記錄實際貫入深度，根據動力觸探實驗指標進行力學分層，評定強風化層的均勻性和物理性質、強度、變形參數及地基承載力。

4.4水位的觀測

鉆探過程中準確量測地下水位，其初見水位和靜止水位在各鉆孔內直接量測；靜止水位穩定時間不少于24h，并在勘查結束后統一量測，其量測精度不低于±2cm。對地下水位的季節性變化幅度、歷史最高水位等指標以搜索利用有關資料獲得。

4.5波速試驗

波速測試采用單孔測層法，信號采集儀器為武漢巖海公司制造的RS-1616K（S）型測試儀，鉆孔內設置三分量檢波器。配用便攜式筆記本電腦存儲記錄并進行數據處理。孔中實測深度：各孔點距20m以淺設計為1.0m，每個測點用加壓的振源板激發剪切波，以便利用剪切波的震相來準確識別橫波傳播時間。

4.6巖、土樣室內試驗

含水量采用烘干法，密度采用環刀法，液限采用76g瓦氏圓錐儀法，塑限采用滾搓法，常規固結試驗采用快速法，剪切試驗采用快剪法。通過室內實驗，確定地基土的有關物理力學指標，為巖土工程綜合評價提供依據。本次勘查選取了一定數量的巖石力學樣，試驗項目為天然狀態單軸抗壓強度及飽和狀態單軸抗壓強度。

5.巖土工程分析評價

5.1地層承載力

根據巖/土工試驗、標貫統計、動力觸探結果并結合地區經驗，本場區地基土各土層巖土性質指標、巖土的強度參數、變形參數、地基承載力、壓縮模量綜合值符合標準。

5.2場地土地震效應

擬建場地由雜填土、粉質黏土、強風化砂巖和中風化砂巖組成。根據鉆孔G84、G94、G116、G119、G138、G143孔剪切波速試驗資料，該場地等效剪切波速為258.67m/s～ 326.10m/s，場地土類型屬中硬場地土；根據鉆孔地質資料，該區覆蓋層厚度>5m，綜合判定建筑場地類別為Ⅱ類。根據該場地類別和設計地震分組，依據GB50011-2010規范，該區抗震設防烈度為7°，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組，該場地特征周期為0.35s。根據場區工程地質條件分析，場地地層較簡單，地貌類型較單一，場地內無影響場地穩定性的地質構造及其它不良地質現象，該擬建場地為建筑抗震有利地段。擬建36班小學抗震設防類別為重點設防類（乙類），其他擬建物抗震設防類別為標準設防類（丙類）。

5.3不良地質現象

通過對周邊市政道路進行地質調查及場地勘查，擬建場地未發現土洞、采空區、地面沉降、地裂縫等不良地質作用及其引發的地質災害問題，基巖無洞穴、臨空面等不良地質作用。

5.4場地穩定性及適宜性

根據區域地質資料并結合本次勘查結果資料綜合分析，場地地基穩定，擬建場地未發現對工程不利的地下埋藏物、未發現影響本場地穩定性的斷裂構造及其他不良地質現象存在，區域穩定性較好，適宜進行本工程的建設。擬建場地土質不均勻，巖石差異風化比較明顯，巖石埋深不等，地層有缺失現象，局部層面坡度>10%，為不均勻地基；場地東、西、北側均為暫未拆遷的民房，拆遷與施工交叉作業。以上不利因素對工程建設存在一定的安全風險。

5.5巖土分析評價

第①層雜填土，結構松散，不均勻，不宜作為基礎持力層。

第②層粉質黏土，分布均勻，硬塑，局部堅硬，物理力學性質好，可作為一般低、多層建筑物和純地下室天然地基持力層。

第④-1層全風化砂巖僅局部分布，當2層地下車庫底板位于第④-1層全風化砂巖上、基礎開挖時，應防止基槽浸泡，盡量縮短基底暴露時間，及時砌筑基礎或采取其它措施。

第④-2層風化砂巖，巖芯以塊狀為主，少量短柱狀，部分地段差異風化明顯。埋深較淺地段可考慮作為筏板基礎持力層，基礎底板位于第④-2層強風化砂巖上，基礎開挖時，應防止基槽浸泡，盡量縮短基底暴露時間，及時砌筑基礎或采取其它措施；埋深較淺地段通過試、成樁，可以參考選擇作為擬建場地內建筑物的樁基礎持力層。

第④-3層中風化砂巖，巖芯呈短柱狀，柱狀，少量塊狀，局部鉆孔頂部裂隙發育，巖芯破碎，呈碎塊狀，失水干裂，錘擊聲啞，易吸水軟化崩解，飽和抗壓強度標準值為22.469MPa，為較軟巖，可以作為擬建場地內建筑物的樁基礎持力層。

6.基礎方案分析與評價

6.1樁基方案分析評價

6.1.1若采用預制樁基礎，因預制樁難以穿越強風化層且有2層地下室，有效樁長較短，難以獲得較高的單樁承載力。

6.1.2采用人工挖孔樁的樓棟，以第④-3層中風化砂巖為樁端持力層。因場地無砂層及淤泥，地下水含量一般，是可以施工的，但由于第④-2層強風化砂巖局部風化成砂土狀，人工挖孔樁施工過程中有可能成流砂現象，造成施工困難，施工時應做好護壁和孔內排水工作，以防止孔壁坍塌。由于巖層存在差異風化，若發現局部巖性工程特性較差，可經有關部門審查通過后適當增加嵌巖深度。樁基施工應選擇有資質有經驗的施工隊伍，并編制專項施工方案。施工過程中，若人工挖孔樁深度超過相關規定的深度，應根據相關規定進行論證后方可施工。

6.1.3采用鉆孔灌注樁是切實可行的，以第④-3層中風化砂巖為樁端持力層，成樁上沒有什么難度，亦可獲得較高單樁承載力，但鉆孔灌注樁成樁較慢，產生的泥漿應進行專門處理，且樁底沉渣應滿足規范要求。綜合以上分析，建議樁基礎采用鉆孔灌注樁或人工挖孔樁基礎，以第④-3層中風化砂巖為樁端持力層。

6.2成樁可行性及對環境影響的分析與評價

根據場地地層結構，各土層的工程特性和場地周邊環境分析，擬建場地具備成樁條件。擬建場地多為待拆遷建筑物和已拆遷場地等，拆遷地段均可作為材料堆放場所。

采用人工挖孔樁開挖土層為雜填土、粉質黏土、強風化砂巖、中風化砂巖，無孤石、卵石及硬夾層等，易于人工挖孔樁的施工，且該樁型施工工期短，成本低，對場地無特殊要求，成樁后樁底無沉渣，成樁后的單樁承載力有保證且深度適中。

采用鉆孔灌注樁的優點是容易鉆進，可以穿越較為堅硬的土層，達到較深的樁端持力層；但其缺點是污染環境，施工速度慢，且遇有軟弱土層時易產生縮徑、塌孔。建議鉆孔施工時應嚴格按照規范要求施工，調整好泥漿稠度和失水率，確保成孔及樁身質量。

采用人工挖孔樁對環境無不良影響，但進行施工時應及時做好孔壁的護壁工作，開挖出來的渣土需及時清運。

采用鉆孔灌注樁無擠土效應，施工時應控制好泥漿稠度和失水率，以防孔壁坍塌和泥皮過厚影響樁周土的側阻力。成孔后應及時清孔，確保清孔干凈，減少沉渣。同時采取有效措施及時處理泥漿，以防污染環境，保證周邊環境整潔。

參考文獻：

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