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      淺談貴港市區(qū)工程地質(zhì)條件及房屋建筑地基基礎(chǔ)類型

      2021-12-30 17:24:02
      南方自然資源 2021年2期
      關(guān)鍵詞:持力貴港市石灰?guī)r

      (地礦梧州地質(zhì)工程勘察公司,廣西 貴港 537100)

      貴港市市區(qū)地處郁江溶蝕堆積孤峰平原,總體地勢較平坦,交通便利。市區(qū)所處地理位置特殊,工程地質(zhì)條件獨特,塑造了多樣的地基基礎(chǔ)類型。筆者分析、研究貴港市市區(qū)工程地質(zhì)條件,對貴港市市區(qū)房屋建筑地基基礎(chǔ)類型進(jìn)行初探。

      1 貴港市市區(qū)房屋結(jié)構(gòu)特點

      貴港市市區(qū)新建房屋多數(shù)為20~33層的高層建筑[1],少數(shù)為2~4層的裙房別墅,地下室1層的居多,地下室2~3層的比較少。結(jié)構(gòu)特點普遍為鋼筋混凝土的框架結(jié)構(gòu)和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)??蛑芍夭煌邔咏ㄖ沃芍剌^大,低層建筑單柱荷重較小。筆者從勘察角度出發(fā),將房屋荷重按20 kN/m2進(jìn)行估算,以此來分析評價地基基礎(chǔ)類型。

      2 工程地質(zhì)條件

      2.1 地形地貌

      貴港市市區(qū)地理上處于郁江溶蝕堆積孤峰平原,總體地勢較平坦,孤峰拔地而起。地面標(biāo)高一般41~50 m,孤峰峰頂標(biāo)高100~180 m。

      2.2 地質(zhì)構(gòu)造

      貴港市市區(qū)大地構(gòu)造位置屬南華準(zhǔn)地臺范疇[2],處于桂中—桂東臺陷大瑤山凸起的西段的貴縣向斜部分,無區(qū)域斷層通過,受附近覃塘壓性斷裂影響,局部巖石節(jié)理裂隙發(fā)育。貴縣向斜表現(xiàn)為寬緩狀,軸向NE,軸長40 km,寬15 km,由中泥盆統(tǒng)—中石炭統(tǒng)碳酸鹽組成,巖層傾角軸部<10°,兩翼在20°左右。覃塘壓性斷裂位于市區(qū)外西側(cè),長77 km,斷面傾向W,傾角45°,切穿寒武紀(jì)、泥盆—二疊紀(jì)地層,垂直斷距500~1 500 m不等,斷裂面受擠壓強烈,具角礫巖化、硅化等現(xiàn)象。斷裂中段兩處被NW向斷裂錯開。

      2.3 巖土特性

      貴港市市區(qū)巖土層有填土、淤泥質(zhì)土、次生紅黏土、砂礫石層、紅黏土、石灰?guī)r和白云巖。巖土體結(jié)構(gòu)類型可劃分為單層結(jié)構(gòu)土體、雙層結(jié)構(gòu)土體、多層結(jié)構(gòu)土體和層狀碳酸鹽巖巖組。單層結(jié)構(gòu)土體由原生紅黏土組成,雙層結(jié)構(gòu)土體由填土、紅黏土組成。多層結(jié)構(gòu)土體由上述3種土層分別組合而成。

      填土包括素填土、雜填土,呈褐色、雜色,素填土成分主要為黏土質(zhì);雜填土成分復(fù)雜,含建筑垃圾、生活垃圾,結(jié)構(gòu)松散,呈稍濕—濕狀,壓縮性高,承載力低,力學(xué)強度低,工程地質(zhì)性質(zhì)差,屬欠固結(jié)土層,無法作為基礎(chǔ)持力層。

      淤泥質(zhì)土局部分布,呈褐黑色,由黏粒含砂組成,呈軟塑狀,壓縮性高,承載力低,無法作為基礎(chǔ)持力層。

      砂礫石層局部分布,呈褐灰色,成分以中砂為主,礫石次之;礫石呈圓狀、次圓狀,大小一般在0.5~2.0 cm,成分為石英巖、砂巖,中密—稍密,壓縮性中,埋深往往較大,不宜作為基礎(chǔ)持力層。

      次生紅黏土褐黃、褐紅色,以黏粒為主,含礫石,可見鐵錳質(zhì)結(jié)核;礫石呈圓狀、次圓狀,大小一般在0.5~2.0 cm,成分為石英巖、砂巖、花崗巖,含量1%~10%;土質(zhì)不均勻,切面稍光滑,無搖振反應(yīng),干強度及韌性較高。

      紅黏土呈褐黃、褐紅色,成分以黏粒為主,含鐵錳質(zhì)結(jié)核,土質(zhì)較均勻,無搖振反應(yīng),切面光滑,干強度及韌性較高。次生紅黏土、紅黏土自上而下可出現(xiàn)硬塑、可塑、軟塑狀態(tài)。硬塑次生紅黏土、紅黏土壓縮性中,可作基礎(chǔ)持力層??伤艽紊t黏土、紅黏土壓縮性中偏高,可作基礎(chǔ)持力層。軟塑次生紅黏土、紅黏土壓縮性高,不能作為基礎(chǔ)持力層。貴港市市區(qū)大氣影響深度為7.0 m,大氣影響急劇層深度為2.0~2.7 m。紅黏土、次生紅黏土具有脹縮性,為中等膨脹土,失水收縮特性明顯,穩(wěn)定性差,作為基礎(chǔ)持力層時應(yīng)著重考慮大氣影響。素填土為紅黏土重新堆填而成,具有和紅黏土一樣的脹縮性。

      石灰?guī)r、白云巖除孤峰出露外,其他普遍上覆土層,具有風(fēng)化分帶現(xiàn)象,但風(fēng)化層發(fā)育普遍不全,僅微風(fēng)化巖層普遍發(fā)育,中風(fēng)化、強風(fēng)巖層局部出現(xiàn),全風(fēng)化巖層無劃分。它們承載力較高,可作為基礎(chǔ)持力層。微風(fēng)化巖石呈青灰色、淺灰色、灰白色,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀,節(jié)理裂隙較發(fā)育,方解石充填膠結(jié),巖石質(zhì)硬、性脆,巖芯多呈柱狀,少量呈碎塊狀,巖體較完整,屬較硬巖,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。中風(fēng)化巖石呈褐灰色,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀,節(jié)理裂隙發(fā)育,一般為巖粉充填,巖土交界處為黏性土充填,巖石質(zhì)硬、性脆,巖心多呈碎塊狀、塊狀,少量為短柱狀,巖體較破碎,屬較軟巖,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。強風(fēng)化巖石呈灰黃色,原巖結(jié)構(gòu)基本破壞,手捻感為粉細(xì)砂狀,裂隙很多,一般為巖粉充填,局部黏土充填,鉆取巖芯多呈巖粉、巖砂狀并夾有少量黏土。石灰?guī)r滴鹽酸強烈起泡,白云巖弱起泡;石灰?guī)r新鮮顏色偏灰色,白云巖顏色偏白色;鉆進(jìn)中白云巖較石灰?guī)r易產(chǎn)生機械破碎。

      2.4 巖溶特征

      貴港市市區(qū)地處郁江溶蝕堆積孤峰平原,上覆土層,主要是紅黏土,下伏碳酸鹽巖,主要為石灰?guī)r,次為白云巖。石灰?guī)r、白云巖為可溶巖,巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育,易于溶蝕作用,利于地下水運動。地區(qū)巖溶發(fā)育強烈,分布不均勻,巖溶形態(tài)表現(xiàn)為溶溝、溶槽、溶洞等,溶洞形態(tài)各異,大小不一。在垂向上巖溶發(fā)育隨深度的增加而減弱,深度50 m以內(nèi)的巖溶相對發(fā)育,巖溶形態(tài)以溶洞為主,洞高一般>1 m,多被粘性土充填;50~90 m深度段內(nèi),巖溶發(fā)育較弱,巖溶形態(tài)以溶隙為主;深度 90 m以下,溶洞不發(fā)育,巖溶形態(tài)以溶孔、溶蝕小裂隙為主。土層中存在土洞,多產(chǎn)出于與巖面接觸部位,洞高0.5~1.5 m。凹坑陷地表面巖溶形態(tài)在勘察場地局部出現(xiàn)。

      溶洞、土洞隱藏著地面塌陷的風(fēng)險。在地下水的長期作用下,洞體頂板逐漸變薄,不堪重負(fù),尤其在外力的作用下,頂板自然陷落,造成地面塌陷。在外因引發(fā)下,也可能出現(xiàn)人為地面塌陷,如汲取地下水不當(dāng)、基坑開挖降水、樁基施工振動都可能導(dǎo)致洞體陷落,造成地面塌陷。

      2.5 水文地質(zhì)

      近年來,貴港郁江最高洪水位為46.93 m(據(jù)2001年7月10日貴港水文站數(shù)據(jù)),超出警戒水位5.73 m,調(diào)整后防洪堤保證水位為47.52 m。

      貴港市市區(qū)地下水類型主要為松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類裂隙溶洞水。松散巖類孔隙水主要賦存于填土、紅黏土孔隙中,主要接受大氣降雨及生活用水補給,以蒸發(fā)排泄或通過孔隙往地下滲流的方式排泄,水位受降水影響較大,水位的變幅隨季節(jié)而變化,水位標(biāo)高39.40~46.00 m,水位年變幅在1~2 m。該類型地下水位不統(tǒng)一且不穩(wěn)定,水量貧乏,其水位主要在填土層中波動。該層地下水對工程建設(shè)影響小。

      碳酸鹽巖類裂隙溶洞水主要賦存于石灰?guī)r的溶蝕裂隙、溶洞和巖溶管道中,地下水主要受溶隙及各種巖溶孔洞發(fā)育程度控制,其補給來源主要為大氣降水及地下水側(cè)向補給。在基巖裸露區(qū)巖溶泉水與上層松散巖類孔隙水存在局部水力聯(lián)系。地下水以管道流或分散逕流的方式往郁江排泄。裂隙溶洞水位受季節(jié)、郁江水位變化及人類活動的影響,水位標(biāo)高36.81~45.00 m,年變化幅度 1~5 m。該層水分布不均勻,各部位水量差異大,對工程建設(shè)存在不同程度的影響。

      3 地基類型

      貴港市市區(qū)工民建筑物可分為土質(zhì)地基、巖石地基、巖土組合地基、復(fù)合地基共4種地基類型。

      3.1 土質(zhì)地基

      硬塑紅黏土承載力特征值[3]fak一般為200~250 kpa,壓縮模量Es一般為8~12 Mpa,天然密度ρ一般為1.85~1.95 g/cm3。可塑紅黏土承載力特征值fak一般為140~180 kpa,壓縮模量Es一般為5~7 Mpa,天然密度ρ一般為1.75~1.92 g/cm3。硬塑次生紅黏土承載力特征值fak一般為180~210 kpa,壓縮模量Es一般為8~10 Mpa,天然密度ρ一般為1.80~1.92 g/cm3??伤艽紊t黏土地基,其承載力特征值fak一般為130~170 kpa,壓縮模量Es一般為5~6 Mpa,天然密度ρ一般為1.73~1.90 g/cm3。硬、可塑紅黏土和硬、可塑次生紅黏土均勻可作建筑基礎(chǔ)持力層,它們在同一建筑場地單獨或組合出現(xiàn)都可以用于建造低層、多層建筑,還可以在硬塑紅黏土上建造中高層建筑。這些黏土埋深往往不大,因此常用作天然地基。它們具有脹縮性,且易受大氣影響,實際工程中基礎(chǔ)埋深應(yīng)達(dá)適當(dāng)深度,還應(yīng)考慮用適當(dāng)墊層處理。

      硬、可塑紅黏土和硬、可塑次生紅黏土可能存在下臥軟弱層及土洞,實際工程中應(yīng)進(jìn)行超前鉆探或釬探揭露予以評價地基穩(wěn)定性。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗,對于基底下出現(xiàn)軟弱土層及溶洞、土洞情形時,符合下列條件之一時可判定地基處于穩(wěn)定狀態(tài):(1)基底5 m范圍內(nèi)無軟弱土層、無溶洞土洞;(2)基底5 m范圍無軟弱土層、有溶洞土洞但洞體全充填硬、可塑黏土;(3)基底5 m范圍內(nèi)最上層溶洞頂板為微風(fēng)石灰?guī)r、白云巖且厚度≥3 m并其上無軟弱土層、無土洞。

      3.2 巖石地基

      微風(fēng)化石灰?guī)r、白云巖抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值frk一般為30~50 Mpa,承載力特征值fa一般為6 000~8 000 kpa,天然密度一般為2.50~2.70 g/cm3。中風(fēng)化石灰?guī)r、白云巖抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值frk一般為10~25 Mpa,承載力特征值fa一般為2 000~4 000 kpa,天然密度一般為2.20~2.40 g/cm3。強風(fēng)化石灰?guī)r、白云巖承載力特征值fa一般為400~550 kpa,天然密度一般為1.95~2.05 g/cm3。微、中、強風(fēng)化石灰?guī)r、白云巖均可作建筑基礎(chǔ)持力層,并可作為高層建筑基礎(chǔ)持力層的首選。在它們埋深小時,可考慮作天然地基;埋深大時,可考慮用樁基。微、中、強風(fēng)化石灰?guī)r、白云巖可能存在溶洞,必須進(jìn)行超前鉆探,保證基底或樁底下持力層厚度滿足要求?;壮至用姹仨氄交蛟O(shè)置成臺階狀,保證支承基礎(chǔ)不滑移和應(yīng)力擴散范疇內(nèi)地基處于穩(wěn)定。

      3.3 巖土組合地基

      沉積作用、構(gòu)造運動、風(fēng)化作用、溶蝕作用、流水運移堆積作用的不均勻性,造就了巖面起伏、上覆土層的厚度差異,同一建筑可能部分采用土質(zhì)地基,部分選擇巖石地基,形成巖土組合地基,這種方法常用作低層、多層、中高層建筑的基礎(chǔ)持力層。巖土組合地基具有不均勻沉降的特性,應(yīng)在巖石地基上設(shè)置褥墊層,注意加強上部結(jié)構(gòu)剛度。

      3.4 復(fù)合地基

      實際工程中,當(dāng)選擇土質(zhì)地基作持力層時,有時無法滿足上部荷載要求,選擇巖石地基又存在施工困難、造價高昂等問題,因此往往考慮應(yīng)用復(fù)合地基。復(fù)合地基常用于貴港市市區(qū)中高層、高層建筑基礎(chǔ)持力層。

      據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗,貴港市市區(qū)復(fù)合地基主要適用于樁長10~25 m、樁徑500 mm的CFG樁復(fù)合地基,樁底持力層為硬、可塑紅黏土及硬、可塑次生紅黏土、砂礫石層和巖層,用巖層作樁底持力層時,樁底巖面應(yīng)注意磨平。

      4 基礎(chǔ)類型

      4.1 淺基礎(chǔ)

      持力層埋深≤5 m時或地下室基坑開挖后,持力層埋深≤3 m,基底在地下水位以上或地下水對施工影響有限的情形,常采用淺基礎(chǔ),主要選擇獨基,其次為條基,筏基也有采用。淺基礎(chǔ)一般用于挖方地基、淺填方地基及復(fù)合地基,持力層有硬、可塑紅黏土,硬、可塑次生紅黏土,巖層,CFG樁復(fù)合地基。對于不均勻地基,為了調(diào)節(jié)地基不均勻沉降,基底建議硬層采用適當(dāng)?shù)纳笆靿|,或加大較軟弱層部位的基礎(chǔ)埋置深度;若持力層埋深差異較大,獨基深淺應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整,條基做成階梯狀。

      4.2 樁基礎(chǔ)

      持力層埋藏>5 m時,常采用樁基,常用樁型為沖孔樁、機械旋挖樁,少用人工挖孔樁、鉆孔樁、預(yù)制樁。樁端持力層以基巖為主,主要為微風(fēng)化石灰?guī)r、白云巖。

      (1)沖孔樁破巖能力強,施工速度較快,對象為巖基時可優(yōu)先選用。但施工振動大、噪聲高,在城區(qū)、鄰近已有建筑、巖溶發(fā)育易塌區(qū)的情況下應(yīng)慎重選用,以免誘發(fā)地面塌陷、損壞已有建筑、影響居民正常生活。

      (2)旋挖樁施工速度較快,影響周邊環(huán)境小,應(yīng)用前景廣闊。

      (3)人工挖孔樁因其勞動強度大,作業(yè)空間小,安全風(fēng)險高,使用時常常受到限制。一般在地下水位低、大型施工設(shè)備不易入場的工地中使用人工挖孔樁,施工時應(yīng)控制樁徑≥1 m、樁長≤15 m。巖溶中等、強烈發(fā)育區(qū)禁止使用人工挖孔樁。

      (4)鉆孔灌注樁因鉆巖速度慢,較少使用。

      (5)預(yù)制樁主要為高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PHC),在貴港市區(qū)應(yīng)用不多。一般在基巖上覆土層厚度較大、巖面較平整的高層建筑場地使用,若巖溶區(qū)基巖覆土較厚,巖面埋深較大,采用嵌巖樁施工較困難,可以考慮選擇預(yù)制樁。

      4.3 淺基與樁基組合

      一般情況下,持力層部分地段埋深小,部分地段埋深大,建議埋深小的采用獨基、墩基,埋深大的選用樁基。當(dāng)工程區(qū)域巖溶溶蝕不均勻、巖面有起伏、地下水位低時,可采用淺基與樁基組合的方式,作業(yè)簡單順利,效果較好。

      5 結(jié)語

      貴港市區(qū)地處巖溶區(qū),工程地質(zhì)條件較復(fù)雜,地基基礎(chǔ)型式多樣。工程實踐中,應(yīng)針對工程地質(zhì)特征,合理選擇地基基礎(chǔ)類型,才能更好地服務(wù)于工程建設(shè)。

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