摘要：本文介紹了區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造、地震概況,對(duì)其工程地質(zhì)特性,諸如地層豎向分布以及地基土的均勻性、穩(wěn)定性、濕陷性和地基土的承載能力等。同時(shí)又通過(guò)對(duì)大多數(shù)工程地質(zhì)報(bào)告和勘察深度范圍內(nèi)地層土的分析,為設(shè)計(jì)人員合理選用地基處理方案提供了參考。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)構(gòu)造 工程地質(zhì)特性 地基處理
1 太原盆地
太原理工大學(xué)柏林校區(qū)位于太原盆地的西部，區(qū)域內(nèi)的工程地質(zhì)條件與太原盆地的形成歷史、地質(zhì)構(gòu)造、地震概況密切相關(guān)。
1.1 形成歷史
土的工程性質(zhì)與土的形成歷史密切相關(guān)。自新生代以來(lái), 太原盆地處于下降趨勢(shì),而兩側(cè)山區(qū)陸續(xù)上生,盆地底部構(gòu)造復(fù)雜,斷裂活動(dòng)頻繁,場(chǎng)地構(gòu)造穩(wěn)定性受區(qū)域構(gòu)造控制。汾河自北向南縱貫盆地中部,汾河?xùn)|岸形成一級(jí)、二級(jí)階地,二級(jí)階地與東山洪積平原相連,西岸與西山洪積平原相連。
1.2地質(zhì)構(gòu)造
太原盆地存在兩組斷裂，一組為橫向斷裂，即北東東——東西向斷裂；另一組為縱向斷裂，即北北東——北北西向斷裂，為上新世——第四紀(jì)斷裂，活動(dòng)性較強(qiáng)，但規(guī)模不大。由于太原盆地介于裂谷盆地之間，鄰區(qū)發(fā)生的強(qiáng)震可影響到太原盆地，震害也較重。
1.3 地震活動(dòng)統(tǒng)計(jì)
太原盆地為一多震區(qū),主要表現(xiàn)為次數(shù)頻繁、強(qiáng)度較弱的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì),1304年至今,盆地發(fā)生4級(jí)以上的地震22次,最大震級(jí)6.5級(jí)。在平面展布上,太原盆地可分3個(gè)地震帶:1)盆地西緣地震帶。位于西山山前斷裂帶。2)盆地東緣地震帶。位于東山山前斷裂帶,是盆地內(nèi)發(fā)震較多,震級(jí)較大的地區(qū)。在22次4級(jí)以上的地震中,本帶達(dá)10次之多。最大的6.5級(jí)地震就發(fā)生于此帶。3)盆地中間地震帶。主要分布于太原小店區(qū)的流澗至南瓦窯—帶及清徐、徐溝一帶,也是區(qū)內(nèi)發(fā)震較多地區(qū)。
2柏林校區(qū)
2.1 地形地貌
太原理工大學(xué)柏林校區(qū)為原山西礦業(yè)學(xué)院老校區(qū)，位于太原市的六城區(qū)之一萬(wàn)柏林區(qū)，校區(qū)東西長(zhǎng)320米，南北寬340米。
校區(qū)位于汾河以西，地貌為汾河西岸I級(jí)階地與山前洪積傾斜平原交互區(qū)。自然地理上場(chǎng)地南有虎峪河、北有玉門(mén)河，相對(duì)距離均為數(shù)百米，二條河流均為汾河流域季節(jié)性河流。其源頭均為西山余脈，均向東排泄于汾河�，F(xiàn)有自然地貌是由過(guò)去河流相系列的地貌單元演變而來(lái)。場(chǎng)地地形平緩，地面標(biāo)高介于800.03～804.61m。區(qū)域內(nèi)地下水位為4.52～6.5m ，水位標(biāo)高795.1～798.23m,不具腐蝕性。
2.2 地層豎向分布
分析區(qū)域內(nèi)以往大多數(shù)工程地質(zhì)報(bào)告后得知,勘探深度范圍內(nèi)地層土從上向下依次為:第四系全新統(tǒng)人工堆積物及第四系更新統(tǒng)河流沖、洪積地層構(gòu)成,巖性主要為人工填土、生活垃圾和建筑垃圾;Ⅰ級(jí)非自重濕陷性黃土;粉質(zhì)粘土、粉砂、細(xì)砂、粘土,有些土層較薄,厚度變化較大,多數(shù)情況為互夾層。
2.3 場(chǎng)地土類(lèi)型
場(chǎng)地土類(lèi)型大多為中軟場(chǎng)地土,并且場(chǎng)地覆蓋層厚度大于80ｍ,多為Ⅲ類(lèi)建筑場(chǎng)地。
2.4 地震烈度及地基液化
根據(jù)1∶100萬(wàn)《山西省工程抗震設(shè)防烈度圖》可知,太原市抗震設(shè)防烈度為8度。場(chǎng)地地面以下15ｍ以?xún)?nèi)存在飽和粉土和砂土,根據(jù)GBJ11- 89建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中液化初判條件,應(yīng)進(jìn)行液化判定。在校區(qū)內(nèi)，除西南部即高層住宅樓場(chǎng)地為輕微液化外，其他部分均判定為不液化。
2.5 地基土的均勻性
校區(qū)內(nèi)各土層層面坡度局部常大于10%,可視為不均勻地基。同時(shí)，以壓縮模量加權(quán)評(píng)價(jià)也屬不均勻地基。
2.6 地基土的穩(wěn)定性
校區(qū)內(nèi)未見(jiàn)自然不良地質(zhì)現(xiàn)象。但“深挖洞”年代修筑的人防工程，屬于人工不良地質(zhì)現(xiàn)象。在建筑荷載作用下，防空洞周?chē)鷷?huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，形成塑性區(qū)，塑性區(qū)的進(jìn)一步擴(kuò)展將可能導(dǎo)致地基局部失穩(wěn)，對(duì)建筑物的安全使用產(chǎn)生影響。同時(shí)，也給地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工帶來(lái)很多問(wèn)題。
校區(qū)內(nèi)27#住宅樓為六層磚混結(jié)構(gòu)，于1997年開(kāi)工，在基坑開(kāi)挖時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑的西山墻恰好在南北走向的防空洞上，且洞頂面已達(dá)設(shè)計(jì)基坑開(kāi)挖標(biāo)高。隨即對(duì)防空洞進(jìn)行挖除，基礎(chǔ)外進(jìn)行封堵。由于防空洞洞底較深，挖除后分層夯填片石、級(jí)配砂石。在審底未見(jiàn)異常的情況下，按照原設(shè)計(jì)，地基處理進(jìn)行了三七灰土換填，基礎(chǔ)采用了筏板基礎(chǔ)。在一年的施工過(guò)程中，參建各方密切觀注沉降量，尤其是西山墻部分。直至目前沉降均勻，西山墻及其他墻體均未發(fā)現(xiàn)裂縫。
2.7 濕陷性評(píng)價(jià)
根據(jù)地基土含水量的變化、地表滲水和地下水位變化,濕陷性土的濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)非自重濕陷性。
2.8 地基土承載力
上部雜填土承載力:80kPa～100 kPa;粉質(zhì)粘土承載力:120 kPa～160 kPa;粉細(xì)砂承載力:大于等于150 kPa。
校區(qū)內(nèi)的29層高層住宅樓的場(chǎng)地土層分布見(jiàn)工程地質(zhì)剖面圖(圖2.8)，地基各層土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk見(jiàn)表2.8。
3 地基處理
本校區(qū)地基處理主要有換土墊層法和樁基兩種。
高層住宅樓地基各層土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk (kPa)
查表法 標(biāo)貫法 靜探法 理論計(jì)算及經(jīng)驗(yàn) 承載力標(biāo)準(zhǔn)值
①層雜填土
②層粉土 150 85 130 150 110
③層粉土 140 80 80 115 80
④層中粗砂 185 205 190
⑤層粉土 175 180 210 190 180
5-1層粉土 160 135 125 130
5-2層粉細(xì)砂 150 110 140
5-1層粉細(xì)砂 160 200 180
⑥層粉土 170 220 190 170 170
6-1層粉土 140 225 80 130
6-2層粉土 165 220 140 130 150
⑦層粉土 200 260 150 260
7-1層粉細(xì)砂 215 280 210
7-2層中粗砂 265 260
7-3層中粗砂 270 270
⑧層卵礫石 500 500
3.1 換土墊層法
常用于基坑面積寬大和開(kāi)挖土方量較大(且開(kāi)挖時(shí)不影響相鄰建筑物的安全使用)的回填土方工程,一般適用于地下水位較低,處理淺層軟弱地基、濕陷性黃土地基、雜填土地基。
在近幾年，校區(qū)內(nèi)的六層磚混結(jié)構(gòu)住宅樓采用了三七灰土換填及筏片基礎(chǔ)。
3.2 樁基
適用于對(duì)場(chǎng)地要求較高的多、高層建筑。目前在基礎(chǔ)施工中比較常用的樁型有鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、靜壓樁、高壓旋噴樁、人工挖孔擴(kuò)底樁等;以及近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的超流態(tài)素砼樁、多支盤(pán)樁、鉆孔樁+注漿等。
3.2.1人工挖孔擴(kuò)底樁
該樁型特點(diǎn)是:施工設(shè)備簡(jiǎn)單,工程成本低;適應(yīng)性強(qiáng),環(huán)境污染少;成孔速度快,工期短;成樁質(zhì)量容易控制,單樁承載力高。由于受地下水位埋深及地層地質(zhì)條件(如流砂、淤泥、涌水帶等)的限制。
3.2.2 沉管灌注樁
該樁型為剛性樁,其特點(diǎn)主要是:單樁承載力高,施工速度快,工程造價(jià)低。但由于其受樁徑、最大沉管深度、地層及地下水條件的制約。
3.2.3 鉆孔灌注樁
是目前應(yīng)用最多的一種樁基礎(chǔ)。優(yōu)點(diǎn)為該樁型適應(yīng)范圍廣泛,幾乎在各類(lèi)復(fù)雜工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下都能適應(yīng)。缺點(diǎn)為由于其工程造價(jià)相對(duì)較高,且在施工中泥漿排量大,具有一定的噪聲污染,在繁華市區(qū)內(nèi)施工時(shí)對(duì)環(huán)境具有較大影響,因此不能作為首選樁型,只有在其它樁型不適應(yīng)或不能滿(mǎn)足承載力要求的情況下才選用這種樁型。
校區(qū)內(nèi)的29層高層住宅樓樁型選擇時(shí)，由于相臨建筑非常近，地下水埋較淺，其它樁型均不適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件，因而采用了鉆孔鋼筋混凝土灌注樁。在持力層的選擇時(shí)，按照《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程JGJ72-90》及《建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-94》規(guī)定，原則上選擇層位厚度穩(wěn)定的中低壓縮性土、粉土、中密～密實(shí)狀態(tài)的砂土，下無(wú)軟弱土層或可液化土層。⑦層粉土以上各層均不滿(mǎn)足這些要求，而⑧層卵礫石承載力很高，但層面埋深變化大，樁長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)。因此⑦層粉土作為樁端持力層，樁長(zhǎng)36米，樁身直徑800mm。
4 基礎(chǔ)選型
基礎(chǔ)的選型應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地巖土工程條件及建筑物的重要性，從地基穩(wěn)定性、承載能力、控制不均勻沉降以及施工工期、施工難度、工程造價(jià)等方面綜合分析比較。
校區(qū)內(nèi)主要有三種基礎(chǔ)形式：
1） 條型基礎(chǔ)：在早期的五層以下磚混結(jié)構(gòu)中，常用墻下條形基礎(chǔ)。
2） 筏片基礎(chǔ)：考慮場(chǎng)地的不均勻性，后期的五至六層建筑大多為此基礎(chǔ)形式。
3） 箱型基礎(chǔ)。箱形基礎(chǔ)突出的優(yōu)點(diǎn)是抗震穩(wěn)定性好，剛度也比較大，抵抗不均勻沉降的能力也比較強(qiáng)。由于高層建筑一般荷載較大，對(duì)地基的附加應(yīng)力影響范圍廣，因此為了減少地面產(chǎn)生過(guò)大荷載，就要考慮建筑物地面下設(shè)置地下室，以卸除土的自重壓力，予以平衡，使基礎(chǔ)多加穩(wěn)定。目前太原市區(qū)及建造的高層建筑高度在60m甚至百米以上，其地面下都搞了1～3層地下室，即增加了使用空間，又解決了基礎(chǔ)穩(wěn)定問(wèn)題。故此，將高層建筑基礎(chǔ)埋在地面下5～10m是完全可以的。
校區(qū)內(nèi)的29層高層住宅樓就采用了樁箱基礎(chǔ)，在施工期間，沉降觀測(cè)始終沉降均勻，最大沉降量為12mm。
5 總結(jié)
由于場(chǎng)地土的不均勻性,場(chǎng)地條件各異,建筑物設(shè)計(jì)千差萬(wàn)別,每種地基處理方法不是萬(wàn)能的,故在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)常采用幾種地基處理方案組成的綜合處理方法,甚至綜合考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基處理、施工及經(jīng)濟(jì)等因素,以便優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇合理的地基處理方案。
