某濕陷性黃土場地巖土工程勘察實例分析與評價

李 培

（山東魯巖勘測設計有限公司，山東濟寧 272000）

1 工程概況

擬建項目位于濟南高新東部，西至春秀路，南至規劃路，北側緊鄰聯東U谷地塊，東側緊鄰預留地塊。擬建建筑物主要為綜合樓、材料庫、動力站、化學品庫、事故水池、特氣站、氫氣罐區、芯片封裝車間、調試測評樓及地下車庫，地下車庫1層。各擬建建筑物設計特征詳見表1。

表1 擬建建筑物設計特征

2 勘察工作量布置

根據《巖土工程勘察規范》(GB 50021-2001)（2009年版）第4.1.15 條的規定，結合各建筑物的特征及場地地質條件，沿各擬建建筑物輪廓線和角點布設鉆孔，點、線間距符合規范要求，勘探點間距小于30.00m，共布置80 個鉆孔,9 個探井。鉆孔類型分為取樣孔、標貫孔、標貫與和動探孔、鑒別孔。勘探點設計孔深如下：

綜合樓、芯片封裝廠房：控制性鉆孔孔深20.0m，一般性鉆孔孔深15.0m；材料庫：控制性鉆孔孔深15.0m，一般性鉆孔孔深12.0m；化學品庫、特氣站：控制性鉆孔孔深15.0m，一般性鉆孔孔深12.0m；動力站：控制性鉆孔孔深25.0m，一般性鉆孔孔深12.0m；事故水池：鉆孔孔深20.0m；氫氣罐區：鉆孔孔深12.0m；測評樓：控制性鉆孔孔深28.0m，一般性鉆孔孔深25.0m；地下車庫：鉆孔孔深15.0m；探井深度：深度6.3～8.7m，以實際揭穿黃土為準。

3 場地工程地質條件

3.1 地形、地貌

場地區域屬于自燕山期地殼運動上升成陸地后形成的魯中泰沂隆起帶西北部的北傾單斜構造邊緣地帶，與華北沉降帶相鄰。場地附近區域地質構造主要有港溝斷裂及孫村斷裂。

擬建場地位于濟南市高新區春秀路以東，飛躍大道以北。場地為耕地，地形基本平坦；鉆孔孔口標高58.99~62.18m，相對高差3.19m。場地地貌單元為山前沖洪積平原。

3.2 水位地質條件

根據搜集區域水文資料，勘區地下水類型為碳酸鹽巖巖溶裂隙水，賦存于溶蝕裂隙、溶洞、巖溶管道中，分布極不均勻。補給方式主要有大氣降水入滲補給及第四系松散巖類孔隙水滲透補給。排泄方式主要以泉水排泄、人工開采排泄、補給第四系含水層、表流排泄為主。

勘察期間，于鉆孔內未揭示地下水。搜集區域水文地質資料，地下水埋藏較深，據調查地下水位標高低于35.0m，其變化幅度為3.00~10.00m。

3.3 地層巖性

場地地層主要由第四系沖洪積成因的粘性土、碎石，在勘察深度范圍內，場地第四系地層自上至下為山前沖洪積成因的粘性土、碎石等，根據鉆探揭露、現場鑒別大致分為6 個主層，1 個亞層，現按鉆探揭露順序自上而下分述如下：

①雜填土(Q4ml)：黃褐色，松散，稍濕，主要以粘性土為主，偶見碎石、磚渣等建筑垃圾，局部含量較高。該層厚度：1.00~2.80m,平均1.84m;層底標高:57.29~60.04m,平均58.59m;層底埋深:1.00~2.80m,平均1.84m。

②黃土狀粉質粘土(Q4al+pl)：褐黃色，可塑，無搖振反應，稍具光澤反應，干強度及韌性中等，具大孔或針孔結構，可見鈣質條紋。場區普遍分布，厚度:4.10~6.60m,平均5.35m;層底標高:51.09~54.98m,平均53.25m;層底埋深:5.70~8.80m,平均7.19m。

③粉質粘土(Q4al)：褐黃色，可塑，局部硬塑，無搖振反應，稍具光澤反應，干強度及韌性中等，含少量氧化鐵，含少量姜石（粒徑1~5cm），局部姜石含量可達10%。場區普遍分布，厚度:0.50~7.20m,平均4.53m;層底標高:46.12~53.31m,平均48.72m;層底埋深:6.60~14.50m,平均11.72m。

③-1 碎石(Q4al+pl)：青灰—灰白色，中密，稍濕，母巖成分為灰巖，呈次棱角狀，局部呈亞圓形或橢圓形，含量約60%~70%左右，一般粒徑2~6cm，最大8cm，褐黃色粘性土及粗礫砂充填。場區普遍分布，厚度:0.50~2.70m,平均1.51m;層底標高:44.52~48.62m,平均46.71m;層底埋深:12.50~14.50m,平均13.48m。

④粉質粘土(Q3al)：棕黃色，硬塑，無搖振反應，稍具光澤反應，干強度及韌性中等，含少量鐵錳氧化物，部分含少量碎石（粒徑2～5cm）。場區普遍分布，厚度:0.50～5.80m,平均2.56m;層底標高:40.51～47.18m,平均44.33m;層底埋深:15.00～18.90m,平均15.98m。

⑤層碎石(Q3al+pl)：青灰—灰白色，密實，稍濕，母巖成分為灰巖，呈次棱角狀，局部呈亞圓形或橢圓形，含量約60%~70%左右，一般粒徑2~10cm，最大15cm，棕黃—棕紅色粘性土充填，部分膠結呈短柱狀及柱狀（節長5~20）。場區普遍分布，厚度：1.60~5.40m,平均3.40m;層底標高:36.11~41.84m,平均39.16m;層底埋深:19.50~23.30m,平均21.10m

⑥層粉質粘土(Q3al)：棕紅色，硬塑，無搖振反應，切面光滑，干強度及韌性高，含少量鐵錳氧化物。場區普遍分布，均未穿透。

3.4 地基土的腐蝕性評價

根據《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）（2009年版）中12.2條，判定場地內地下水水位以上的土層對建筑材料的腐蝕性評價詳見表2。

表2 地基土腐蝕性評價表

由表2可見，場區場區地基土對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

4 場地地震效應評價

據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)（2016 年版）附錄A，濟南市歷城區抗震設防烈度為Ⅵ度，設計基本地震加速度0.05g，根據《山東省建設工程抗震設防條例》（2020修正）(山東省人民代表大會常務委員會公告(第213號))有關規定，濟南市所有新建工程均應按不低于地震烈度Ⅶ度進行抗震設防，場區抗震設防應按照不低于地震動峰值加速度分區值0.10g 確定抗震設防要求。濟南市歷城區抗震設防烈度按Ⅶ度，設計基本地震加速度0.10g，設計地震分組為第三組。

擬建建筑物抗震設防類別為丙類，根據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)（2016年版）第4.1.3條規定，勘察期間進行了波速測試，本場地等效剪切波速介于217~224m/s 之間，波速值范圍150＜Vs≤250m/s，場地土類別為中軟土，根據調查收集資料，該場地覆蓋層厚度約為30~40m 之間，依據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)（2016 年版）第4.1.6 條規定，確定建筑場地類別為Ⅱ類。根據場地類別調整后的設計特征周期為0.45s。

5 巖土工程地質條件分析與評價

5.1 場地穩定性和適宜性評價

據區域地質資料，距離擬建場地較近的斷裂構造：港溝斷裂及孫村斷裂，均屬于第四紀晚期不活動或弱活動斷裂，不會對擬建場地穩定性產生影響；擬建場地地基土主要由人工填土及山前沖洪積形成的粘性土、碎石等組成。擬建建筑物場地，地形較平坦，地貌單一，淺層黃土狀粉質粘土需經地基處理，地基主要受力層范圍內，不具備形成土洞、塌陷的條件，且周邊無臨空面或采空區，故此在承載力允許的條件下，本場地建筑物地基穩定。

5.2 黃土濕陷性評價

擬建場區屬山前沖洪積平原地貌單元，場區內無河流通過，多呈褐黃色，見少量蟲孔、針孔發育，不含有機質、斑狀或條狀氧化鐵，未見砂、礫、巖石碎屑，未見磚瓦陶瓷碎片或朽木片等人類活動的遺物，根據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB 50025-2018）附錄D 中第D.0.1 條判斷，該層黃土狀粉質粘土不屬于新近堆積黃土。

另根據附錄D 中第D.0.2 條計算，R= -68.45e+10.98α-7.16γ+1.18ω該場地范圍內分布第②層黃土狀粉質粘土，e=0.74，α=0.31MPa-1，γ=18.85kN/m3，ω=22.9%，R=-155.19，R0=-154.80。R＜R0，第②層黃土狀粉質粘土不屬于新近堆積黃土。

經人工挖探井取土樣進行濕陷性試驗分析，部分土樣的濕陷系數δs≥0.015，判斷第②層黃土狀粉質粘土具濕陷性，濕陷程度為輕微—中等，濟南地區黃土狀粉質粘土或黃土狀粉土為非自重濕陷性黃土。濕陷起始壓力（Psh）可按120kPa考慮。

根據探井所在位置，結合建筑物基礎埋深，按照《濕陷性黃土地區建筑標準》（GB 50025-2018）第4.4.4條公式（4.4.4）計算地基總濕陷量Δs，取β=1.5；各建筑物地基的總濕陷量Δs，芯片封裝廠房總濕陷量Δs=225.75mm，濕陷等級Ⅰ級；測評樓總濕陷量Δs=26.78mm，濕陷等級Ⅰ級；綜合樓總濕陷量Δs=250.51mm，濕陷等級Ⅰ級；材料庫總濕陷量Δs=193.01mm，濕陷等級Ⅰ級；化學品庫總濕陷量Δs=207.15mm，濕陷等級Ⅰ級；特氣站總濕陷量Δs=128.55mm，濕陷等級Ⅰ級；氫氣罐區總濕陷量Δs=128.55mm，濕陷等級Ⅰ級；事故水池總濕陷量Δs=72.01mm，濕陷等級Ⅰ級；動力站總濕陷量Δs=62.55mm，濕陷等級Ⅰ級。

綜述，按照《濕陷性黃土地區建筑標準》GB50025-2018 有關規定，綜合評定：擬建擬建化學品庫、氫氣罐區抗震設防類別重點設防類，為乙類建筑，地基濕陷等級為Ⅰ級（輕微），處理深度不應小于地基壓縮層深度的2/3，且下部未處理濕陷性黃土層的濕陷起始壓力值不應小于100kPa。

擬建其他建筑物為標準設防類，為丙類建筑，地基濕陷等級為Ⅰ級（輕微），地基處理厚度不小于1m，且下部未處理濕陷性黃土層的濕陷起始壓力值不下于100kPa。

6 基礎方案

6.1 各巖土層地基承載力及變形指標

根據《巖土工程勘察規范》(GB50021-2001)(2009年版)、《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2011)、《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2012)等規范，參照《工程地質手冊》(第五版)，根據原位測試數據、巖土試驗成果及現場鑒別，在借鑒了附近區域建筑經驗的基礎上確定各巖土層的地基承載力特征值fak、壓縮模量Es1-2建議值建議值見表3。

表3 各巖土層的地基承載力特征值fak、壓縮模量Es參數建議值表

6.2 地基基礎方案評價

（1）擬建芯片封裝廠房，為標準設防，丙類建筑，單位面積荷載80kPa，基底標高約60.5m，持力層為第①層雜填土，局部高于現狀地面，且下部第②層黃土狀粉質粘土，具輕微濕陷性，地基處理厚度不小于1m，綜合確定，建議采用強夯地基處理方案。

（2）擬建測評樓，為標準設防，丙類建筑，單位面積荷載130kPa，基底標高約55.3m，持力層為第②層黃土狀粉質粘土，由于該層具輕微濕陷性，建議采用灰土換填或者強夯地基處理方案。

（3）擬建綜合樓，為標準設防，丙類建筑，單位面積荷載130kPa，基底標高約59m，持力層為第①層雜填土，且下部第②層黃土狀粉質粘土，具輕微濕陷性，地基處理厚度不小于1m，綜合確定，建議采用強夯地基處理方案。

（4）擬建動力站，為標準設防，丙類建筑，單位面積荷載120kPa，基底標高約61.5~56.0m，持力層為第①層雜填土，地下一層部位為第②層黃土狀粉質粘土，地基處理厚度不小于1m，綜合確定，建議采用強夯地基處理方案。

（5）擬建化學品庫、氫氣罐區為重點設防設防，乙類建筑，單位面積荷載23~30kPa，基底標高約60.5m，持力層為第①層雜填土，由于下部第②層黃土狀粉質粘土，具濕陷性，地基濕陷等級為Ⅰ級（輕微），處理深度不應小于地基壓縮層深度的2/3，綜合確定，建議采用強夯地基處理方案。

（6）擬建事故水池為標準設防，丙類建筑，單位面積荷載80kPa，基底標高約56.7m，持力層為第②層黃土狀粉質粘土，具輕微濕陷性，地基處理厚度不小于1m，綜合確定，建議采用強夯地基處理方案。

（7）擬建材料庫、特氣庫、門衛，為標準設防，丙類建筑，單位面積荷載25～30kPa，基底標高約60.10~60.5m，持力層為第①層雜填土，持力層為第①層雜填土，局部高于現狀地面，由于下部第②層黃土狀粉質粘土，具濕陷性，地基濕陷等級為Ⅰ級（輕微），地基處理厚度不小于1m，綜合確定，建議采用強夯地基處理方案。

7 基坑支護

擬建測評樓及動力站局部為地下一層，開挖深度約4.0～5.5m，其他建筑物開挖深度均小于1.5m，基坑周邊地形平坦，離周邊道路及已有建筑物較遠，環境條件相對簡單。開挖深度范圍內地層為第四系山前沖洪積地層，基坑側壁巖土層主要為①層雜填土、②層黃土狀粉質粘土、③層粉質粘土。勘察期間，于鉆孔內未揭示地下水。基坑開挖時可不考慮地下水對基坑開挖影響。《建筑基坑支護技術規范》(JGJ120－2012) 第3.1.3條的規定，本工程基坑支護結構安全等級為二級。

根據擬建建筑物基礎埋深、周邊建筑物情況及場區工程地質條件、水文地質條件，結合場地施工條件，從經濟合理的角度，建議采用土釘墻+掛網噴砼支護方案并結合適當的坡率放坡或采用土釘墻支護。

根據原位測試數據、巖土試驗成果，充分考慮和借鑒附近區域同類工程建筑經驗，確定基坑支護設計參數，見表4。

表4 各巖土層基坑支護設計參數建議值表

8 結論與建議

（1）場區屬山前沖洪積平原地貌單元。場地內及周邊無滑坡、崩塌、泥石流等不良地質作用，屬基本穩定場地，較適宜進行本工程建設。

（2）擬建建筑抗震設防烈度按7 度，設計基本地震加速度按0.10g，設計地震分組為第三組。根據本次鉆探和區域地質資料，由波速測試成果分析，覆蓋層20m深度內等效剪切波速度150≤vse≤250m/s，覆蓋層厚度為30~40m 之間，按《建筑抗震設計規范》有關規定，Ⅱ類建筑場地，特征周期值為0.45s。

（3）場地環境類型為Ⅲ類，根據場區土的易溶鹽試驗成果分析評價，場區場區地基土對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

（4）地基基礎方案建議：

①擬建芯片封裝廠房，建議采用強夯地基處理方案。

②擬建測評樓，建議采用灰土換填或者強夯地基處理方案。

③擬建綜合樓建議采用強夯地基處理方案。

④擬建動力站建議采用強夯地基處理方案。

⑤擬建化學品庫、氫氣罐區，建議采用強夯地基處理方案。

⑥擬建事故水池為標準設防，建議采用強夯地基處理方案。

⑦擬建材料庫、特氣庫、門衛，建議采用強夯地基處理方案。

（5）擬建場地內分布有第②層黃土狀粉質粘土不屬于新近堆積黃土。經人工挖探井取黃土進行濕陷性試驗分析，具濕陷性，濕陷程度為濕陷性輕微—中等，濕陷性等級Ⅰ級（輕微）。該層黃土為非自重濕陷性黃土，濕陷起始壓力（Psh）可按120kPa考慮。

（6）本工程基坑最大開挖深度在現地表下約4.0~5.5m，本工程基坑支護結構安全等級為二級，屬于超過一定規模的危險性較大的分部分項工程，建議采用自然放坡或土釘墻支護的支護方式，擬建場地地下水位埋置較深，可不考慮地下水對基坑施工的影響，但應注意當雨季時，在基坑開挖過程中，地表瞬時來水通過基坑上部滲透進入基坑的情況。