太原理工大學(xué)柏林校區(qū)工程地質(zhì)條件與地基處理

1、太原理工大學(xué)柏林校區(qū)工程地質(zhì)條件與地基處理    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)

2、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, 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

3、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

4、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)之一萬柏林區(qū)，校區(qū)東西長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)。自然地理上場地南有

5、虎峪河、北有玉門河，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)有自然地貌是由過去河流相系列的地貌單元演變而來。場地地形平緩，地面標(biāo)高介于800.03804.61m。區(qū)域內(nèi)地下水位為4.526.5m ，水位標(biāo)高795.1798.23m,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;級(jí)非自重濕陷

6、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場地土類型     場地土類型大多為中軟場地土,并且場地覆蓋層厚度大于80,多為類建筑場地。     2.4地震烈度及地基液化     根據(jù)1100萬山西省工程抗震設(shè)防烈度圖可知,太原市抗震設(shè)防烈度為8度。場地地面以下15以內(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

7、宅樓場地為輕微液化外，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，防空洞周圍會(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

8、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工帶來很多問題。     校區(qū)內(nèi)27#住宅樓為六層磚混結(jié)構(gòu)，于1997年開工，在基坑開挖時(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)   

9、0; 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)為級(jí)非自重濕陷性。     2.8地基土承載力     上部雜填土承載力:80kPa100 kPa;粉質(zhì)粘土承載力:120 kPa160 kPa;粉細(xì)砂承載力:大于等于150 kPa。     校區(qū)內(nèi)的29層高層住宅樓的場地土層分布見工程地質(zhì)剖面圖(圖2.8)，地基各層土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk見表2.8。     3地基處理    

10、 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     層雜填土     層粉土 150 85 130 150 110     層粉土 140 80 80 115 80     層中粗砂 185 205 190  

11、0;  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     層粉土 170 220 190 170 170     6-1層粉土 140 225 80 130     6-2層粉土 16

12、5 220 140 130 150     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     層卵礫石 500 500     3.1 換土墊層法     常用于基坑面積寬大和開挖土方量較大(且

13、開挖時(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;以及近幾年來發(fā)展起來的超流態(tài)素砼樁、多支盤樁、鉆孔樁+注漿等。      

14、;   該樁型特點(diǎn)是:施工設(shè)備簡單,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。         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。         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

15、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，下無軟弱土層或可液化土

16、層。層粉土以上各層均不滿足這些要求，而層卵礫石承載力很高，但層面埋深變化大，樁長過長。因此層粉土作為樁端持力層，樁長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13層地下室，即增加了使用空間，又解決了基礎(chǔ)穩(wěn)定問題。故此，將高