福林小区暨省林勘院勘察设计业务楼岩土工程勘察设计实录

　　一、工程概况
　　福林小区暨省林勘院勘察设计业务楼项目地处长沙市市中心，总建筑面积79690m2。主要建筑物有1#、2#、3#、4#及勘察设计业务楼，其中1#地上34层、地下1层；2#、3#栋地上34层、地下2层；勘察设计业务楼地上17层、地下2层，4#栋公寓楼地上14层、地下2层。基坑开挖深度8.4-10.0m，最深处为省林勘院物业管理楼段，深达14.8m。以上建筑物结构安全等级均为二级，对差异沉降敏感。本场地为中等复杂场地,地基为中等复杂地基。工程组于2007年10月12日开始先后组织2-9台GY-100型工程钻机进场，于同年11月10日结束外业工作。
　　二、勘察目的和依据的技术标准
　　本次勘察的主要目的是：提出详细的岩土工程资料和设计、施工所需的岩土参数；对建筑地基做出岩土工程评价，并对地基、基础型式、地基处理、基坑支护、工程降水和不良地质作用的防治等提出建议。
　　本次勘察依据下列的技术标准：
　　1．《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
　　2．《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004J366-2004）
　　3．《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）
　　4．《建筑桩基技术规范》（JTJ94-94）
　　5．《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）
　　6．《土工试验方法标准》(GBJ50123-1999)
　　7．《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）
　　8．《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
　　9．《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-99）
　　10．设计方提供的《工业与民用建筑详细勘察阶段工程地质勘察任务书》及勘察合同。
　　三、勘察方法和勘察工作布置
　　本次勘察根据拟建建筑物特性，按照《岩土工程勘察规范》、《高层建筑岩土工程勘察规程》等规定，综合天然地基和桩基础方案及深基坑支护工程等因素，共布置钻孔56个，其中控制性勘探孔28个，一般性勘探孔28个。受现有建筑物地形地物的影响，AZK15孔和AZK25孔做了适当的移动。具体采用的方法包括：测量、钻探、原位测试及室内试验等。所完成的工作量详见表1。
　　表1勘察工作量统计表
　　项目 计量单位 工作量
　　钻孔 m/孔 1889.95/56
　　标准贯入试验 次 131
　　重型(II)动力触探试验 m 8.2m
　　土样 原状样 组 58
　　 扰动样 组 11
　　岩样 组 28
　　水样 组 4
　　钻孔简易抽水试验 孔 2
　　剪切波波速试验 孔 5
　　水位观测 孔 56
　　测量定点 点 56
　　4工程地质条件
　　4.1地形地貌：地势西北最高，东南最低，地貌单元为湘江高阶地，呈三级台阶状，地面高程介于56.00-64.00m。
　　4.2地层岩性：本场地的地层从新至老依次为：第四系全新统的人工填土，第四系更新统白沙井组的粉质粘土、中砂、圆砾和卵石，基岩为下第三系的泥质粉砂岩。主要土层原位测试统计参数见表2。
　　表2各主要土层原位测试统计参数表
　　岩土名称
　　
　　项目 标准贯入试验 重型动力触探试验
　　 人工填土① 粉质粘土② 中砂
　　③ 残积土⑥ 强风化泥质粉砂岩⑦ 圆砾④ 卵石⑤
　　统计数 25 37 10 38 11 33 44
　　范围值 5-25 8-46 19-36 9-45 ＞50 6-41.4 11.7-47.8
　　平均值 10.3 24.2 24.7 19.3  18.5 27.4
　　标准差 5.055 9.082 5.167 8.279  2.781 10.216
　　变异系数 0.491 0.334 0.152 0.428  0.150 0.373
　　标准值 8.5 23.0 20.3 17.0  17.7 24.7
　　注：上表中统计数据均已剔除异常值。
　　东北坡面上出露硬塑-坚硬的网纹状粉质粘土层，边坡基本垂直，高约4-5m，历经几十年风雨未失稳。
　　4.3水文地质：勘探期间，场地内各钻孔均遇见地下水，地下水类型主要类型为第四系人工填土中的上层滞水和赋存于圆砾、卵石层的孔隙水，孔隙水略具承压性，水量较丰富。
　　场地内各岩土按透水性强弱可划分如下：人工填土①和圆砾④、卵石⑤属中等透水—强透水性地层，根据抽水试验测得圆砾层和卵石层的渗透系数为K=44.27-57.06m/d，影响半径15.56-30.88m，单位涌水量q=0.136-0.162l/s.m；中砂③属中等透水地层，基岩强风化—中风化带属弱透水性地层，其余各粉质粘土层属微透水—不透水地层。
　　表3抽水试验成果表
　　试验孔项目 AZK9 BZK1
　　降深次段 2 2
　　抽水延续时间(h) 10 8
　　水位恢复时间(h) 6.15 3
　　静止水位(m) 2.41 2.84
　　动水位(m) 7.06 5.41
　　水位下降值S(m) 4.65 2.57
　　涌水量Q(l/S) 0.633 0.417
　　单位涌水量q(l/s.m) 0.136 0.162
　　含水层厚度(m) 10.2 3.3
　　渗透系数K(m/d) 57.06 44.27
　　注：抽水试验以整个卵石层为含水层，试验孔半径取0.06m。
　　场地西南部圆砾④、卵石⑤分布厚度大于10m，属白沙井组，为长沙市主要地下水通道之一。
　　5勘察结论与建议
　　5.1本次勘察未发现影响场地稳定性的不良地质构造及其它不良地质现象，场地土场地中I区为中硬场地土，建筑物所在场地类别为Ⅱ类；Ⅱ区为中软场地土，建筑物所在场地类别为Ⅱ类。总的说来，工程地质条件较好，作为拟建建筑物场地是适宜的。
　　5.2根据勘察结果，结合拟建建筑物的特点，建议拟建建筑物主体部分采用人工挖孔桩基础，以中风化泥质粉砂岩⑧作桩端持力层，其桩端进入所选持力层深度应根据上部荷重通过计算来确定且不得小于一倍桩径；地下室部分考虑到地下水的浮力影响，建议采用筏桩复合基础，选卵石层⑤、残积土⑥与中风化泥质粉砂岩⑧作基础持力层，基础进入持力层深度不小于0.5m或一倍桩径。不同基础型式之间应设置沉降缝。
　　5.3根据所取水样的简分析结果，场地地下水中上层滞水对混凝土具弱腐蚀性，基础设计时应考虑防护；孔隙承压水对混凝土不具腐蚀性。
　　基底设计需考虑到地下水的浮力，建议抗浮设计水位以12-12’剖面为界，剖面以西抗浮设计水位为为57.40m；剖面以东自西北向东南抗浮设计水位为57.40-53.50m。
　　鉴于拟建场地基坑开挖需进行止水帷幕与基坑支护设计，根据场地地形条件，建议止水帷幕设计结合基坑支护设计采用盲沟（充填透水性好的砂砾石层）疏排地下水，同时在场地东南角（标高为50.60m）设置集水井，可消散地下水水头差，减除地下水对基础的浮力作用。
　　5.4筏桩基础施工时，正处于地下水位以下，应加强地下室的防水、止水、防渗措施；大口径人工挖孔嵌岩灌注桩基础施工时，应控制桩径和垂直度、桩长和进入中风化泥质粉砂岩中的深度、桩底沉碴厚度及砼质量与浇灌质量；由于泥质粉砂岩具失水易裂、吸水易软化的特性，因此，当基础开挖到位后应及时清底干净，浇灌混凝土，以免地表水或地下水渗入使持力层产生软化，从而降低其承载力，影响施工质量。
　　5.5为保护基坑壁稳定和施工的顺利进行，应进行专项的支护和排水方案设计；基坑施工时，应首先完成止水帷幕施工，再分层分段进行土方开挖，每层土方开挖时，要留施工平台，开挖高度应控制在锚索、土钉位置往下0.5m左右，便于成孔施工。基坑施工期间应设置一定数量的变形观测点，以便及时掌握地面变形、渗点水分布、排水量等情况。
　　5.6为确保建筑物的正常施工和安全使用，建议从建筑物基础施工至竣工使用后的一定时间内，设置适当数量的观测点对建筑物进行系统的沉降监测。
　　6、岩土工程设计
　　本项目周边环境复杂，紧邻道路与多层建筑；地质条件复杂，地下水较丰富；最大基坑深度14.5m，属一级基坑；既有临时支护，又有永久性支护；既要保证基坑周边建筑物的安全稳定，又要保证原有大树不受破坏；设计周期短，任务紧。我们在掌握岩土工程条件与研究了周边环境的前提下，因地制宜，分段采用不同的方案进行设计（具体如表4）；针对场地地下水分布特征及对基坑的影响，设计采用了半包围的止水帏幕，减少对地下水资源的破坏。
　　表4锚的设计方案
　　分段 基坑开挖深度（m） 安全等级 重要性系数ｒ 支护型式 结构 使用年限
　　A1BC 8.6 一级 1.1 桩锚 永久 
　　CDE 14.80 一级 1.1 双排劲性刚架 永久 
　　EF 9.10 二级 1.0 放坡喷锚 临时 1年
　　FF1 7.8 二级 1.0 放坡喷锚 临时 1年
　　F1G 7.80 二级 1.0 双排肋柱式锚喷 临时 1年
　　HI 0.0~3.9 二级 1.0 放坡护面 临时 1年
　　II1 3.9~5.4 二级 1.0 肋柱式锚喷 临时 1年
　　I1J 5.4~7.5 二级 1.0 放坡喷锚 临时 1年
　　JKL 5.1 二级 1.0 喷锚 临时 1年
　　LM 5.1-6.6 二级 1.0 喷锚 临时 1年
　　MAA1 8.4-9.5 一级 1.1 悬臂桩 临时 1年
　　
　　7本勘察设计的技术特点分析
　　7.1岩土工程勘察方案合理、技术先进，勘察成果数据准确，建议经济合理：通过初勘发现场地往西南大半部分白沙井组地层厚度大于10m，该层为地下水主要含水层，是长沙市地下水的主要通道，而东部在10m左右均为红砂岩，分布厚度大，于是结合场地水文地质与工程地质条件，提出了2条重要建议：1、场地往西南大半部分建筑物作一层地下室建议，避免施工开挖截断地下主要通道、避免施工降水对周围建筑物的影响；2、其余建筑物宜做2层地下室，采用桩筏基础或箱型基础型式，直接将基础落在基岩上。
　　施工图勘察阶段采用网络布孔，基坑与主体统一考虑，减少了勘探工作量，缩短了勘察周期，为项目建设创造了有利条件，社会效益明显。
　　勘探过程中采用了原位测试、波速试验、抽水试验、室内试验等多种技术手段，查明了场地岩土工程条件，所提岩土物理力学参数准确、合理；充分挖掘了岩土层物理力学潜力，根据旁压试验成果与岩石试验成果，将泥质粉砂岩中风化承载力特征值由周边建筑物所采用的2500KPa提高为3500KPa，经施工桩基静载试验准确合理，缩小了桩径，节省了投资，经济效益明显。
　　7.2岩土工程设计充分考虑了场地条件，因地制宜，分段设计，设计方案施工可行、安全可靠：如场地北侧BC段的双排桩形成劲性刚架支护与地下车库进口有机结合，避勉因打锚杆与相邻单位的矛盾，同时兼具景观功能；CD基坑高度14.5m，采用桩加锚索方案，确保了变形与沉降值在安全范围内；EF等其他有放坡条件的采用了土钉墙；FG段为保证原大院古树，与东侧进出道路支护相结合，采用了对锚的设计方案等，
　　7.3注重对自然环境的保护
　　通过勘察与资料收集发现场地西南部白沙井组（Q2al）圆砾卵石层分布厚度大，上覆8-10m的网纹状粉质黏土，是长沙市区主要的地下水通道，与“白沙井”泉水相关，本着不破坏就是最大的保护原则，根据地层分布情况，提出“减少场地西南部地下室层数，减少基础施工对白沙井组主要含水层污染”的建议，并被建设方与设计采纳。在止水帏幕设计过程中，我们采用了半包围设计方案，尽量避免截断地下水通道。
　　场地东部（FG段）为一排大树，也是原森林大院的特征，必需进行保护，但基坑边线与大树相距不到3m，无放坡开挖条件。根据地形条件，我们采用了洛阳产灌注桩（小口径）与外侧道路护壁桩形成对锚支护，减少了对树根的破坏。
　　7结论
　　本项目充分发挥了岩土工程勘察设计一体化的优势。通过合理选用勘察手段、精心构思勘察方案，查明了场地岩土工程条件；以此为基础，在设计中大胆运用新技术，解决了地下水条件复杂、基坑变形要求严格等难题，节约了投资、缩短了工期，保护了小区内的自然生态环境，经济效益和社会效益明显。本项目于2009年11月被国家住房和城乡建设部、中华总工会授于“全国建筑施工安全质量标准化示范工地”。获得了国家林业局2011年度优秀勘察设计一等奖。