淺談地質(zhì)工程勘察在工程設(shè)計(jì)和施工中的作用

摘要：本文以貴陽(yáng)市云上綠舟項(xiàng)目為例，對(duì)地質(zhì)工程勘察在工程設(shè)計(jì)和施工中的作用進(jìn)行剖析，文章針對(duì)項(xiàng)目工程地質(zhì)條件特征，指定針對(duì)性的工程勘察方法，在對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，為項(xiàng)目合理設(shè)計(jì)及施工提供科學(xué)指導(dǎo)，達(dá)到保證項(xiàng)目順利實(shí)施的目的。

關(guān)鍵詞：工程勘察；工程設(shè)計(jì)；工程施工；云上綠舟

1.項(xiàng)目概況

項(xiàng)目名稱為云上綠舟，項(xiàng)目位于貴陽(yáng)市小河區(qū)沙沖南路旁，北側(cè)緊鄰貴州省消防總隊(duì)，南側(cè)緊鄰貴陽(yáng)市藥用植物園，交通便捷。項(xiàng)目區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，具有四季溫和、雨量豐富、熱量充足、日照率低、風(fēng)力較弱及逆溫天多的特點(diǎn)。年平均氣溫15.3℃，最高氣溫39.4℃，最低氣溫-7.8℃。年平均降水量1197mm～1248mm，日最大降水量243.8mm。年平均日照時(shí)數(shù)1277.74小時(shí)，年平均相對(duì)濕度77%，年平均無(wú)霜期261天。年平均風(fēng)速2.2m/s，全年以NE風(fēng)為多，全年靜風(fēng)頻率為24%。

云上綠舟項(xiàng)目主要A棟、B棟、C棟、3層地下室組成，A棟功能為酒店，B、C棟功能為商住，總建筑面積59465m2，其中地下建筑面積21316m2，地上建筑面積38149m2，由廣東遠(yuǎn)順建筑設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)。勘察范圍為A、B、C棟及地下室。本次勘察為詳細(xì)勘察階段，根據(jù)工程特點(diǎn)、技術(shù)規(guī)范和巖土工程勘察任務(wù)委托書(shū)的要求，本次勘察目的主要是為設(shè)計(jì)和施工提供所需的巖土工程參數(shù)，對(duì)建筑地基作出巖土工程評(píng)價(jià)，并對(duì)地基類型、基礎(chǔ)形式、地基處理、不良地質(zhì)作用的防治等提出建議。

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查、已有資料分析和本次勘察，擬建建筑場(chǎng)地屬建筑抗震一般地段，地形地貌較復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境受到一般破壞，巖溶一般發(fā)育，場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為6度。場(chǎng)地為二級(jí)場(chǎng)地。擬建建筑場(chǎng)地及其影響范圍內(nèi)巖土種類較多，分布有場(chǎng)平素填土、粉土、砂質(zhì)泥巖、石灰?guī)r，空間分布不均勻，性質(zhì)變化較大。地基為二級(jí)地基。綜合上述分析，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021-2001（2009版）第3.1.4條的規(guī)定，確定本次巖土工程勘察等級(jí)為乙級(jí)，工程重要性等級(jí)為二級(jí)。

2.項(xiàng)目區(qū)工程地質(zhì)背景

2.1地形地貌

場(chǎng)地區(qū)域上屬于構(gòu)造—溶蝕作用形成的低中山地貌，場(chǎng)地位于溶蝕緩丘地段。北側(cè)為明宇酒店、東側(cè)為貴州省武警總隊(duì)、南側(cè)為貴陽(yáng)市藥用植物園、西側(cè)為沙沖南路，東、南、北高，場(chǎng)地是周圍最低點(diǎn)。

2.2地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場(chǎng)區(qū)位于揚(yáng)子地臺(tái)黔北臺(tái)隆的貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)，主要近南北向褶皺和斷層構(gòu)造為主。巖層產(chǎn)狀140°∠50°。受區(qū)域構(gòu)造影響，場(chǎng)區(qū)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理主要有J1：123°∠68°、J2：165°∠52°兩組。

2.3場(chǎng)地巖土構(gòu)成及工程特征

經(jīng)鉆探揭露，場(chǎng)地地層巖性自上而下有第四系素填土、粉土、侏羅系自流井群砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r、泥巖，巖石為整合接觸。各巖土層特征如下：素填土：雜色，稍濕，結(jié)構(gòu)松散，主要由粘土、碎石等組成，碎石粒徑20mm～30mm，含量為5%～ 10%，其余為粘土，未經(jīng)碾壓，新近回填，密實(shí)度差，未固結(jié)。粉土：黃褐色，濕，密實(shí)，土質(zhì)較均勻，碎石顆粒較少，占總含量的10%，為下伏基巖母巖殘屑，局部夾母巖風(fēng)化巖塊，殘坡積成因。侏羅系自流井群砂質(zhì)泥巖：根據(jù)風(fēng)化程度均分為兩個(gè)巖體單元，砂質(zhì)泥巖。強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：紫紅色，薄—中厚層狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖芯成砂狀、塊狀、短柱狀，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，遇水軟化，呈強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)。中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：紫紅色，薄—中厚層狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體較破碎，巖芯成短柱狀、柱狀，遇水軟化，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，呈中風(fēng)化狀態(tài)，局部鉆孔未揭穿。中風(fēng)化灰?guī)r：灰—灰白色，薄—中厚層狀，細(xì)—中晶結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，鉆探巖芯呈碎塊狀、段柱狀，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。局部鉆孔未揭穿，力學(xué)性質(zhì)好。中風(fēng)化泥巖：灰綠色，中風(fēng)化，灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，遇水軟化，巖體較完整，巖芯呈短柱狀、柱狀，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，呈中風(fēng)化狀態(tài)，局部鉆孔未揭穿。

2.4水文地質(zhì)條件

2.4.1地表水

場(chǎng)地總體為低中山侵蝕剝蝕地貌，場(chǎng)地自然地形總體上西北側(cè)高、東南側(cè)低，地表水主要表現(xiàn)為雨后地表水，水量主要受降雨影響，場(chǎng)區(qū)及其附近無(wú)泉點(diǎn)露頭。場(chǎng)地西南側(cè)約600m為南明河，河面標(biāo)高約1068.50m，根據(jù)調(diào)查并結(jié)合相鄰場(chǎng)地工程經(jīng)驗(yàn)，南明河抗洪水位約為1073.50m。東側(cè)距建筑物紅線約10m處為人工魚(yú)塘，水面標(biāo)高約1072.60m，場(chǎng)地地下室底標(biāo)高為1062.4m，會(huì)對(duì)后期基坑開(kāi)挖造成一定影響，應(yīng)做好基坑積水抽排方案措施。

2.4.2地下水

項(xiàng)目區(qū)場(chǎng)地內(nèi)出露有兩層不同性質(zhì)的地下水：潛水：該層地下水主要為孔隙水，地下水埋深在3.09m～5.62m，水位標(biāo)高在1068.83m～1071.36m之間，含水層為素填土、粉土。主要由上游地下水徑流、大氣降水及地表匯水下滲補(bǔ)給。承壓水：該層地下水主要為基巖裂隙水，水頭標(biāo)高在1064.23～ 1064.52之間，含水層為灰?guī)r，主要由上游地下水徑流補(bǔ)給。

3.工程勘察主要方法

根據(jù)本次勘察的目的、任務(wù)及相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，本次勘察在初勘已有資料的基礎(chǔ)上，采用了工程地質(zhì)調(diào)查、鉆探、巖土（水）樣取樣實(shí)驗(yàn)、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)、鉆孔超聲波測(cè)試、剪切波測(cè)試、地微震測(cè)試、載荷試驗(yàn)、水位觀測(cè)、勘探點(diǎn)定位及高程測(cè)量等主要勘察手段，分述如下：

3.1工程地質(zhì)調(diào)查

主要查明場(chǎng)地內(nèi)及附近的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造概況、地層分布特征、巖層產(chǎn)狀、水文地質(zhì)情況、不良地質(zhì)現(xiàn)象及當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，為勘察施工提供指導(dǎo)依據(jù)。本次工程地質(zhì)調(diào)查完成工作量0.02km2。

3.2鉆探

主要用于進(jìn)行地層鑒別、巖性判定，并利用鉆孔采取巖土樣等。其中：土層鉆探采用沖擊法，巖層采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方法。本次勘察完成229個(gè)鉆孔，勘探孔間距為1.9m～ 11.3m。土層的巖芯采取率在50%～80%之間，巖層的巖芯采取率在65%～90%之間。

3.3巖土、水樣取樣與試驗(yàn)

為獲得地基巖土體物理力學(xué)指標(biāo)，本次勘察采取巖樣49件，17件做飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，32件做天然單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，土樣6組進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)試；土對(duì)建筑材料腐蝕性試件2組，水對(duì)建筑材料腐蝕性試件2組。

3.4圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)

主要用于獲得強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和判定覆蓋層的均勻性。本次勘察采用重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)。本次勘察共進(jìn)行圓錐動(dòng)力觸探6個(gè)鉆孔，總計(jì)17.9m。

3.5鉆孔超聲波測(cè)試

為評(píng)價(jià)巖體的風(fēng)化帶和完整程度，便于對(duì)巖體質(zhì)量單元的劃分，本次勘察在場(chǎng)地中共布置了鉆孔超聲波測(cè)試孔37個(gè)，對(duì)場(chǎng)地內(nèi)基巖采用RSM-SY5N型聲波測(cè)試儀進(jìn)行單孔巖體縱波波速測(cè)試，測(cè)點(diǎn)垂直間距按0.2m控制。

3.6其他測(cè)試工作

為判別場(chǎng)地土的類型和建筑場(chǎng)地類別，選取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行土層剪切波測(cè)試。為了解鉆孔水位變化情況，對(duì)所施工的每個(gè)鉆孔在初見(jiàn)、終孔后24h后進(jìn)行水位觀測(cè)二次。本次勘察量取水位458次。為了確定中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖地基承載力特征值、變形模量及基床系數(shù)，本次勘察在A、B、C棟及地下室完成了4個(gè)載荷試驗(yàn)點(diǎn)。

4.成果數(shù)據(jù)的分析

4.1巖土物理力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

4.1.1粉土：本次勘察取6組粉土，求得各力學(xué)參數(shù)平均值如下：含水量21.85%；密度2.04g/cm3；比重2.68；孔隙比為0.6；飽和度為97.28%；液限29.22%；塑限21.15%；塑性指數(shù)8.07；液性指數(shù)0.09；液塑比1.38；含水比0.75；凝聚力32.78；內(nèi)摩擦角為17.02。

4.1.2基巖：為了獲取強(qiáng)化風(fēng)砂質(zhì)泥巖的相關(guān)力學(xué)參數(shù)，在場(chǎng)區(qū)選取了6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)（N63.5），共計(jì)17.9m。本次勘察在場(chǎng)地內(nèi)采取中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖巖樣18組、中風(fēng)化泥巖14組、中風(fēng)化灰?guī)r巖樣17組進(jìn)行物理力學(xué)試驗(yàn)，物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

4.2地基承載力特征值分析確定

4.2.1粉土：根據(jù)粉土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，按表試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)綜合考慮，依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）5.2.5公式確定地基承載力。粉土：fak=205kPa；γk=20.4kN/m3，ck=31.58kPa，φk=16.61°壓縮模量Es=6.94MPa。

4.2.2基巖：根據(jù)基巖物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表，基巖地基承載力特征值根據(jù)規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）5.2.6計(jì)算：fa=frk×ψ計(jì)算承載力特征值，考慮場(chǎng)地中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖完整性指數(shù)為0.24～0.62，均值0.41，巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)面的結(jié)合程度差，折減系數(shù)取0.13：中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：fa=6.22MPa×0.13≈800kPa；中風(fēng)化灰?guī)r：fa=38.19MPa×0.11≈4200kPa；中風(fēng)化泥巖：fa=6.72MPa×0.17≈1100kPa。

4.3場(chǎng)地穩(wěn)定性及適宜性評(píng)價(jià)

場(chǎng)區(qū)未發(fā)現(xiàn)全新活動(dòng)斷裂，區(qū)域地殼相對(duì)較為穩(wěn)定；未見(jiàn)滑坡、泥石流、地裂縫、采空區(qū)等不良地質(zhì)作用；場(chǎng)區(qū)的主要不良地質(zhì)作用為巖溶，場(chǎng)區(qū)內(nèi)發(fā)育的巖溶層采用合理的工程措施可以處理，對(duì)場(chǎng)地內(nèi)發(fā)育的巖溶處理后對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性影響較小。受區(qū)域構(gòu)造影響，場(chǎng)區(qū)基巖節(jié)理、裂隙發(fā)育，影響巖體的完整性、降低巖體的力學(xué)性能，但基巖巖體仍可滿足擬建工程對(duì)地基強(qiáng)度的要求。場(chǎng)地總體穩(wěn)定性良好，本場(chǎng)地可以工程建設(shè)。

4.4巖體基本質(zhì)量等級(jí)

場(chǎng)地中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖天然單軸抗壓強(qiáng)度f(wàn)rk=6.22MPa，中風(fēng)化泥巖天然單軸抗壓強(qiáng)度f(wàn)rk=6.72MPa，中風(fēng)化灰?guī)r飽和單軸抗壓強(qiáng)度f(wàn)rk=38.19MPa，中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖的堅(jiān)硬程度為軟巖，中風(fēng)化泥巖的堅(jiān)硬程度為軟巖，中風(fēng)化灰?guī)r的堅(jiān)硬程度為較硬巖。根據(jù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)各巖體單元的完整性評(píng)價(jià)結(jié)果如下：中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：縱波波速范圍為VP=1235m/s～ 1991m/s，平均值為VP=1615m/s，完整性指數(shù)0.24～0.62，均值0.41，為較破碎巖體；中風(fēng)化泥巖：縱波波速范圍為VP= 1528m/s～1714m/s，平均值為VP=1607m/s，完整性指數(shù)0.45～ 0.52，均值0.50，為較破碎巖體；中風(fēng)化灰?guī)r：縱波波速范圍為VP=2742m/s～3668m/s，平均值為VP=3255m/s，完整性指數(shù)0.32～0.57，均值0.45，為較破碎巖體。

5.工程地質(zhì)勘察成果在施工中的指示作用

5.1地基類型

根據(jù)場(chǎng)地巖土構(gòu)成、工程性能、建筑物基礎(chǔ)埋深及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，提出擬建建筑物采用的地基類型為巖石地基，地基持力層為中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r。

5.2基礎(chǔ)形式與埋深選擇建議

裙樓及地下室：采用淺基礎(chǔ)方案，建議采用中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖作為天然地基持力層，可以采用獨(dú)立基礎(chǔ)、柱下條基、筏板基礎(chǔ)等基礎(chǔ)形式，基礎(chǔ)埋深>0.5m。對(duì)于底板下局部強(qiáng)風(fēng)化泥巖可進(jìn)行換填處理。

主樓淺基礎(chǔ)方案：建議采用中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖為天然地基持力層，采用筏板基礎(chǔ)形式；主樓深基礎(chǔ)方案：建議采用中風(fēng)化灰?guī)r為天然地基持力層，采用樁基礎(chǔ)形式。

由于主樓與裙樓的荷載相差較大，持力層不一致、變形差異較大，建議結(jié)構(gòu)處理，可采用沉降縫或后澆帶。

5.3地基處理方案建議

地基持力層范圍內(nèi)有巖溶時(shí)，地基處理建議如下：

5.3.1若采用深基礎(chǔ)方案時(shí)，基底以下巖溶頂板厚度不能滿足地基持力層厚度要求，且?guī)r溶較厚時(shí)，建議對(duì)巖溶進(jìn)行戳穿的處理。基礎(chǔ)形式采用樁基礎(chǔ)。

5.3.2若基底以下巖溶頂板厚度能滿足地基持力層厚度要求，且?guī)r溶厚度較薄、有充填時(shí)，建議加大基底面積以減小單位荷載。基礎(chǔ)形式采用獨(dú)立基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)。

5.3.3若采用淺基礎(chǔ)方案時(shí)，部分地下室標(biāo)高以下中風(fēng)化灰?guī)r埋藏深度較小，可能存在地基不均勻沉降，建議設(shè)計(jì)單位針對(duì)該部分柱位進(jìn)行沉降計(jì)算。

根據(jù)場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)參數(shù)，建議擬建物基礎(chǔ)部分采用樁基礎(chǔ)形式，樁基礎(chǔ)的類型可分為人工挖孔樁、機(jī)械成孔樁。

5.4抗浮設(shè)計(jì)建議

根據(jù)勘察成果和該區(qū)域水文地質(zhì)條件，潛水水位標(biāo)高在1068.83m～1071.36m之間，承壓水水位標(biāo)高在1064.52m，考慮2m的水位變幅，抗浮水位建議采用場(chǎng)地最低排泄口1072.5m進(jìn)行設(shè)計(jì)。建議設(shè)計(jì)單位采取相應(yīng)的措施，以減小地下水對(duì)建筑的影響。

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB20330-2013）表8.2.3-2結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖與錨固體極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值建議取270kPa、中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖與錨固體極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值建議取360kPa、中風(fēng)化灰?guī)r與錨固體極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值建議取1200kPa。抗拔系數(shù)建議取0.8。孔樁成孔時(shí)，應(yīng)采用明排法對(duì)樁孔地下水進(jìn)行處理。應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行防水設(shè)計(jì)，并做好施工期間的降、抽排工作。

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