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建筑工程水文地质条件勘察及标准

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摘要:基础工程是建筑工程中的一个重要组成部分,其选型的合理与否直接影响到建筑工程的结构安全与施工质量。结合工程实例,对该工程水文地质条件的勘察进行了详细的介绍,并结合勘察结果,对该建筑工程基础的设计方案进行了选择,为类似建筑工程施工提供参考。

关键词:建筑工程;水文地质条件;勘察;基础选型

进入21世纪,随着人们生活水平的升高,人们对衣食住行提出了更高的要求,而建筑作为其中的一项,同时也作为保障经济发展的基础,新时代下对建筑行业也提出了更高的要求,特别是建筑的施工要求。21世纪下不仅要求一栋建筑美观大方,更重要的是质量符合标准。一座建筑的质量好坏要从它的设计方案追溯起,建筑工程的设计方案好坏严重影响到了施工质量。因此,在建筑工程施工前,必须要做好水文地质条件的勘察工作,充分了解当地工程施工场地的地质层、水文层分布,为建筑工程基础选型提供依据。

1工程概况

一项建筑工程有主楼、裙楼以及地下车库组成,主楼楼高246m,一共58层;裙楼楼高26m,一共有6层;地下室一共2层。整个工程包括了主楼、裙楼以及外扩地下室。主要拟定采用钢筋混凝土联合型钢筋混泥土筒体结构,荷重量约为195×104kN;裙楼和地下室拟采用钢筋混泥土钢架结构,最大单柱荷载标准值为9×103kN,最大的柱间距离为8.4m×9.6m;整栋建筑室内设置的高度为11.50m,室外设置的高度在11.00m和11.20m之间,地下室拟设置的高度为低于地面2.85m。建筑施工步骤为:先整平室外地坪,再开挖17.15m的主楼范围基坑,最后是开挖14.75m的裙楼和外扩地下室基坑。

2勘探工作量布置

工程勘察勘探点的设置地点、工程的勘探孔深度需要综合考虑2大因素,第一因素是建筑物的特征和外形,第二因素是当地岩土工程,勘探方法要经过深思考虑,不应当直接使用钻机进行钻孔。

2.1勘探点数量的设计和深度要求

2.1.1勘探点数量设计和位置设计

主楼、裙楼、地下室的勘探点分别设置在外围框架和中心位置中、建筑物的周围、柱网位置。除此之外,主楼、裙楼、地下室的勘探点设置的距离和深度要综合考虑嵌岩桩的设定,主楼、裙楼、地下室的勘探点设置要符合2个要求,一是基坑支护的设计,二是和地下水控制设计。按照上述勘探点的设置和布置位置要求,场地一共要设置43个勘探点,且这43个勘探点包含控制性钻孔和一般性钻孔。主楼的控制性和一般性分别为5个和4个;裙楼的控制性和一般性分别为10个和4个;地下室的控制性和一般性分别为8个和12个[1]。

2.1.2勘探孔的深度和设定要求

上述我们已提及勘探点设置的数量和布置要求,这里主要阐述勘探孔的深度和设定要求。主楼、裙楼、地下室的勘探点深度设置要求分别为:主楼满足周围足桩基本要求、裙楼满足周围足桩基本要求、地下室满足基坑支护要求和足抗浮桩深度要求。根据上述主楼、裙楼、地下室的勘探点设置要求,勘探孔的深度要求具体为:(1)钻孔的深度要结合当地地势地形,如工程主楼的控制性勘探点和一般性勘探点分别需要深入到地下20m和15m;(2)裙楼的控制性勘探点要深入到中风化层中7m,裙楼的一般性勘探点要深入到中风化层内5m,并且规定,孔的深度不能低于31m;(3)外扩地下室的控制性勘探点深入到中风化层的6m,一般性勘探点需要深入到中风化层的4m,并且孔的深度不低于30m。

2.2现场原位测试工作量布置

2.2.1波速测试孔

主楼、裙楼和地下室波速孔的设置数量分别为主楼2个,裙楼2个,地下室1个,总共5个。其中主楼的2个孔主要是为了检测岩土层剪切波速和压缩波速而进行全孔波速测验;裙楼和地下室则采用剪切波速测验。

2.2.2试验孔数量、孔深要求及动力触探试验孔的目的

按照工程所需,场地中一共要设置21个试验孔,21个试验孔的深度必须要达到第四纪覆盖层。进行触探试验孔的目的是要查明场地中底下层泥土的性质。

2.2.3承压含水层水头观测孔

在场地内要设置5个足够深度的观测孔测定承压含水层水头。

3场地工程地质和水文地质布局情况

3.1场地工程地质情况

3.1.1场地地形要求

进行施工的工程场地旧貌是学校和酒店的用地,现已全部拆除,地形为高程在10.58~12.16m的平坦地面。主要包括2种地貌,一是阶地地貌,二是古河道漫滩地貌。

3.1.2施工场地岩土层分布

经过勘探和测试以及泥土试验。以下简要介绍图1中每一土质层的详细信息。

(1)在①的所有区域:-1层中含有大量的破碎砖块和瓦砾,占了整个土层的50%~70%之间,填土时间在5年以上,除此之外,部分区域含有大量垃圾,深度为1.1~1.7m之间;-2层含有少量的砖块和瓦砾,土质较-1层细腻,填土时间在10年以上,距离地面1.1~3.8m之间。-2a层填土为黑褐色,埋藏有大量的腐败植物以及各种工程垃圾,如螺丝钉等,因为埋有大量的腐败植物的缘故,泥土散发腥臭味。距离地面大约4.7m,厚度为0.4m。

(2)在②的所有区域:-1层因为有水份的缘故泥土呈现光泽,且质地较软,距地地面大约2.7~7.5m之间,厚度在0.5~3.1m之间;-1a层泥土呈现密集状,有纹理,距离地面2.9~6.7m之间,厚度0.5~3.2m之间;-2层主要为灰色土层,土层切面有光泽,土质干软,距离地面5.1~9.2m之间,厚度1.1~13.7m之间;-3层土层有光泽,呈现黄灰色,土质韧性较好,距离地面13.2~19.8m之间,厚度1.2~11.6m之间。

(3)在③的所有区域,-1层参杂粘土,有少许的铁锰氧化物,因此泥土呈现和黄色混杂灰绿色。距地面3.3~18.5m之间,厚度0.7~8.6m之间;-2层切面有光泽,泥土质地和颜色如-1层,距离地面6.8~23.5m之间,厚度0.7~6.1m之间;-3层土质密实状,有纹理,为黄灰色杂土,距离地面9.3~20.3m之间,厚度0.6~4.7m之间;-4层土质和颜色如-3层,距离地面10.1~25.6m之间,厚度0.4~8.9m之间;-5层泥土颜色如-4层,但泥土质地较硬,部分地区含有细砂,距离地面10.5~33.2m之间,厚度0.6~7.7m之间。

(4)④区域填土质地改变较大,泥土质地软,但含有少量的粗砂子,且分布不均匀,含量为5%~25%,粗砂直径在2~8cm之间,主要粗砂为石英石、石英砂等。距离地面12.8~33.9m,厚度0.3~4.6m之间。

(5)在⑤的所有区域:-1层土质由于风化严重没有结构纹理,主要为砂质土,部分区域含有岩块,但与水容易变软,距离地面16.9~34.7m之间,厚度0.4~3.9m之间;-2层泥土颜色和-1层泥土颜色相差大,主要为紫棕色泥土,含有碎石、砂岩等,距离地面19.2~37.4m之间。-3层泥土颜色如-2层,质地较-2层软,含有软岩,遇水变软,距离地面19.2~37.4m之间。

3.2场地水文地质情况

3.2.1场地地表水

经过勘探和调查了解之后,施工场地范围内没有地表水。

3.2.2场地地下水

经过调查和研究,施工场地主要包含3层地下水层,一是潜水层,二是承压水层,三是基岩裂隙水层。他们的具体分布如下:

(1)潜水层。施工场地的潜水层主要由人工填土和漫滩软弱构成。人工填土层主要包含的杂质有:在①区域中,-1层泥土松散,-2a泥土粘淤,-2泥土松软,填料杂乱,这一层中含有大量的瓦砾、砖块,孔隙大因而透水性较好,雨季时出水量比干旱期大[1-2]。漫滩相软弱土层,在②的范围内,-1a含水量高且泥土粘稠,属弱透水层;-1层粘土层;-2层粘土淤泥层;-3层粘土,透水性弱层。7~8月份是当地地下水位最高的季节,12月份到第二年的3月份是当地地下水位最低的季节,野外的勘察时间是2007年的9~11月份和2008年的8~9月份,从施工场地每个钻孔和当地开挖的水坑实际测量数据来看,当地地下水位埋藏较浅,自然地面下一般在0.7~1.7m之间,高度大约为9.63~10.47m之间,平均水位高度为10.20m。当地浅层水主要为自然降雨和当地生活用水,流失方法为蒸发排泄和侧向渗泄。当地的地下水位是随着季节而变化的,每年的变化幅度在50~100cm之间。

(2)承压水。当地施工场地地下承压水主要有2层:①第1层承压水:第1层承压水集中在西半部,在③区域内,-3层粉土和粘土结合成含水层,且这一层透水性能好。-1层和-2层分别是是硬塑粘土和可塑粘土,这2层透水性一般,-1层和-2层又同时和-3层粘土相接;-4层是质地软的可塑粘土,透水性一般,同时和粉质粘土的④层相接。本次勘察在A5、A9、A13、A16波速孔中量测了承压水头,承压水头距离地面2~2.9m,高程9.06~9.38m之间,平均水头高程为9.20m,当地水平比较稳定,但一般在雨期水位会有所提高,每年的变化幅度大约0.5m。该含水层补给和排泄分别是侧向径流和上层孔隙水越流补给、侧向径流方式排泄。②第2层承压水:第2层承压水由砂质土混合粘土的④层组成含水层。因为泥土中含有大量粗砂,因此透水和富水性较好。在③区域内,-4粘土层和-5粘土层相连,-4粘土层和-3层粉质相互参杂;第2层承压水地下水位比较深,东半部和西南部水位相反,东深西南浅。承压水头埋深在地面下2.51~3.07m之间,每年的水位变化幅度为0.5m。补给方式和排泄方式和上述第1层承压水层一致。

(3)基岩裂隙水。经过实地调查和研究,当地没有断裂通过,下伏岩体保持完好,富水性和透水性较差,地下水量比较贫瘠,经过调查,仅仅在部分风化层缝隙中发现有少许地下水。资料显示,当地的单井涌水量经常是干井状态。风化层缝隙中少许水的主要来源上层覆盖层渗透补给,但由于裂缝和分布不均等因素影响,往往是径流不畅,且呈现多变性。这一层水排泄的主要方法是渗入其他地层。

4场地和地基的抗震度分析

4.1场地抗震性

根据当地填土的抗震裂度,需要设置相应的地震加速度。如当地抗震防裂度为Ⅶ度,设计的基本地震加速度就为0.1g。拟在古河道漫滩和阶地之间建设场地,每一层地基土有明显差异,由于当地古河道漫滩的底下土质主要是湿润的软土,按文献判断当地抗震性差[3]。

4.2场地波速孔波速设置

在场地中设置了5个速度为141~204m/s的钻孔波速检测,场地泥土厚度大约在15.8~35.6m之间,拟建设属Ⅱ类场地。结合当地土层,可以确定地震作用计算所用的设计特征周期值为0.40S。

5场地基础方案设计

本次施工项目三者合一的工程,即主楼、裙楼、地下室合为一体的工程,地下室上方无建筑物,这样的建筑工程往往荷载量大,因此对建筑地基的要求很高。由于天然地基土的强度不能够支撑底层上面的建筑物,因此设计钻孔灌注桩基础方案[4]。

5.1主楼、裙楼、地下室的桩基础持力层

5.1.1主楼持力层的选用

主楼比较高,对荷载量要求高,要求单桩竖向承载力达到荷载量的要求,从施工场地的土质层来看,我们建议采用第⑤-3层作为桩端持力层。

5.1.2裙楼持力层的选用

裙楼高26m,和主楼相比,它的荷载量要求比较低,因此建议以⑤-2层作为持力层。

5.1.3地下室持力层的选用

由于本工程中地下室比较大,且上层没有建筑,建筑和覆盖层重量低于地下水浮力,因此,地下室要设置抗拔桩,以抵制水浮力的抗拔力。结合当地地质和建筑经验,地下室的桩端持力层应当和裙楼相同,同时,地下室抗拔桩应当要深入到中风化层中,即以表2中⑤-2层作为桩端持力层[5]。

5.2单桩承载力估算

结合工程,估测钻孔灌注桩单桩竖向极限承载力,以A9、A5、A6、A34波速孔为例,估测钻孔灌注桩单桩竖向极限承载力标准值见表2。

6结语

综上,在施工之前对施工场地的地质水文进行勘察和调查,有利于工程建设的顺利开展,对当地地质水文进行勘察,有利于确保建筑的稳定和安全,对建筑顺利进行发挥着重大作用,因此,建筑在施工之前,应当对当地的地质水文进行详细的勘察和记录,为后期建筑的施工提供参考价值。除此之外,结合当地的地质水文,要设置一套合理且能够施行的施工方案,确保建筑工程的安全稳定进行,保障施工建筑的社会经济效益。

参考文献:

[1]代尚京.地下水环境影响评价中水文地质勘察工作的内容和方法[J].西部探矿工程,2016,28(7):159-160,163.

[2]于志刚.水文地质情况对于工程地质勘察的影响的探索[J].世界有色金属,2016(11):78-81.

[3]张万成,米涛.工程地质勘察中水文地质问题的危害探讨[J].文摘版:工程技术,2015,7(53):202-202.

[4]尹湃.浅谈岩土工程勘察中水文地质勘察的地位及内容[J].科技信息,2011(22):12-15.

[5]张金磊.工程地质勘察中水文地质危害问题探讨[J].有色金属文摘,2016,31(2):68-69.

作者:李双英 单位:广东省地质局第四地质大队

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