刘晶
中煤湖北地质勘察基础工程有限公司 湖北 武汉 430000
1.1 地形地貌与地质构造
武汉位于淮阳山字型构造南弧西翼，主要受控于燕山期构造运动，表现为一系列走向近东西至北西西的线型褶皱，以及北西、北西西、北东和近东西的正断层、逆断层及逆掩断层为主。由于强烈的南北向压应力作用，形成了东西向的紧密褶皱，并伴随压扭性断裂。四周分布有比较密集的树枝状冲沟，受区域地质构造控制，武汉地貌以长江为基准向两岸延展大致可划分长江Ⅰ级阶地、Ⅱ级阶地、Ⅲ级阶地三个大地貌单元，部分为湖积低洼地带和剥蚀丘陵区。
1.2 水文地质条件
武汉地区原属云梦泽东南角沼泽地带，由于地壳沧桑变迁，水流夹带大量泥沙落淤，江湖分离，水流归槽，形成了河流的雏形。通过水流与河床的相互作用，汊道合并，洲滩与河岸反复分合，逐渐形成今日的双汊形态。武汉市河网湖泊水系发达江河纵横、湖港交织，长江、汉水交汇于市境中央，且接纳南北支流入汇，众多大小湖泊镶嵌在大江两侧，形成湖沼水网。长江武汉河段的水量、沙量主要来源于上游干流和汉江支流。其水沙变化受水文年的随机影响，没有明显的变化趋势[1]。
1.3 武汉市岩溶分布及主要形态
武汉市地处长江中下游地区，长江大致由南向北穿过武汉市区，武汉市地貌以长江为基准向两侧延展可划分为长江Ⅰ级阶地、长江Ⅱ级阶地、长江Ⅲ级阶地(垄岗地段)三个大的单元。受区域地质构造控制，武汉市岩溶地区分布大致分北、中、南三个碳酸盐条带，走向均近东西向，根本上跨越了三个大的地貌单元，因而武汉市三大地貌单元都有岩溶分布，只是范围大小不同而已。
2.1 江夏某项目场区概况
该位于江夏区金港新区内园区三路与金港中路交汇处，场地已基本整平，场地标高为20.37～22.09m，拟建筑物概况见表1。
表1 拟建筑物概况一览表
根据建设方提供的总平面布置图，按照相关规范要求进行布孔，本工程共布设勘探孔42个，静力触探孔14个（均为钻探配打孔），现场标准贯入试验79次[2]。
2.2 江夏某场区地理位置及区域地质构造
该项目场地位于武汉市江夏区金港新区，勘察时场地已整平，表层主要为工程新近堆填土，填筑年限约2年左右，地面标高20.37～22.09m。按大地构造单元划分，场区地处扬子地台、大冶褶皱带、武汉台褶束郭家湖背斜。整个场区位于郭家湖背斜核部。郭家湖背斜呈梭形，轴向呈近EW展布，长约20km，南北两翼最宽处约4.5km，东端于江夏区金口街张家岭一带扬起，西端穿越长江后于蔡甸区黄陵镇常福堡一带露出地表，背斜核部为第四系覆盖，南翼出露的地层有S2f、D3w，产状平缓，倾角一般小于10°；
长山向斜轴向呈近EW展布，长约12km，南北两翼最宽处约2.0km，西端靠近长江处扬起，大部为第四系土层掩盖，向斜核部仅P1g地层零星露出地表，两翼出露的地层有S2f、D3w，北翼地层倾向为SW向，南翼地层倾向为NE向，倾角一般10～30°。根据野外地质调查的情况，评估区内地质构造简单，尚未发现活动性断裂。
3.1 江夏某项目场区岩土的构成与特征
根据勘察结果所揭露，根据钻探取芯观察、室内土工试验及标准贯入试验等特征，按其成因、结构特征及强度将场地内土层进行划分，场区在勘察深度范围内赋存的地层主要为第四系粘性土层和下伏二叠系下统栖霞组石灰岩。各地层岩土工程特征从上至下分述见下：
①杂填土Q m l，顶板标高2 0.3 7 ～2 2.0 9 m，层厚1.40～5.10m，场区均有分布，颜色较杂乱，稍湿，松散，主要由砖渣、碎石等建垃圾等组成，新近回填。该层主要为工程弃土，局部见淤泥质土，结构松散，土质不均匀，为新近堆填土，填筑年限约2年左右，属高压缩性土。
②-1 淤泥质粉质粘土Q4l，顶板标高18.28～19.44m，层厚0～8.00m，场区局部分布，黑褐色，流塑状态，见少量螺壳碎片，略具异味，土质均匀，为高压缩性土。
②-2粉质粘土Q4al，顶板标高14.80～20.48m，层厚0～7.10m，场区局部分布，灰、灰黄色，可塑状态,土质较均匀，切面较光滑，夹少量的灰绿色高岭土，土质均匀，为高压缩性土。
③含砾粘土Q3dl，顶板标高12.08～20.13m，层厚0～7.50m，场区大部分地段均有分布，黄褐、棕褐色，可-硬塑状态，含少量砾、碎石，其主要成份为硅质岩，呈棱角状，粒径一般为5-20mm，最大可达70mm，土质不均匀，属中等压缩性土。
④-1次生红粘土Qel，顶板标高 9.88～18.19m，层厚 0～8.50m，场区大部分地段均有分布，褐红色，可塑状态，含少量Fe、Mn质氧化物，局部偶见砾石，土质不均匀。属高压缩性土[3]。
④-2红粘土Qel ，顶板标高4.17～12.78m，层厚0～5.30m ，场区呈鸡窝状分布，褐红色，可-软塑状态，局部偶见砾石，土质不均匀。属高压缩性土，场区呈鸡窝状分布。
⑤石灰岩P1q 顶板标高-1.03～12.86m 揭露最大厚度为9.00m场区均有分布。灰色，隐晶质结构，中、厚层状构造，中等风化。岩石节理、裂隙较发育，节理、裂隙由方解石脉充填，见溶孔溶槽发育。岩芯呈柱状，采取率约94%，RQD指标约80%。属较硬岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。该层在勘察过程中共有10个钻孔发现溶洞分布，且局部呈串珠状分布，洞高0.40～4.90m，除ZK1号孔为空洞外其余溶洞由软塑状粘性土充填。该层见洞率为23.8%，故拟建场地岩溶发育程度为中等发育。
3.2 江夏某项目水文地质条件
场区内无地表水分布，地下水类型主要为上层滞水及岩溶裂隙水。上层滞水赋存于浅部人工填土中，主要由大气降水为其补给来源，通过蒸发排泄。其水位主要受气候因素影响，水位不连续，水位变化幅度较大，雨季丰水期水位于地表平齐，旱季通过蒸发排泄，水位最低可降低至无水。勘察期间测得上层滞水稳定水位为地面以下0.10～2.30m，岩溶裂隙水接受远程补给与排泄，水位相对稳定，且具承压性，勘察期间测得ZK37号孔岩溶裂隙水稳定水位为地面下12.20m，对应的标高9.75m。上层滞水对基础施工有不利影响，在施工时应做好防排水工作。
4.1 江夏某项目岩溶发育分析
在岩溶地区进行工程施工，应根据工程特征和场地条件，采用地质调查、钻探、现场测试等综合勘察方法，查明拟建建筑物及周边有影响地段的各种岩溶发育情况，对于采用天然地基或复合地基的建筑物，宜采用钻探、静力触探和标贯等方法，查明可能存在的土洞及软弱土层。
由于该拟建场地下伏基岩为二叠系下统栖霞组石灰岩，基岩上覆土层为第四系粘性土层，在勘察过程中共有10个钻孔发现有溶洞分布，尽管勘察过程中未发现土洞，但由于局部岩溶顶板较薄，再加上溶洞有部分空洞，工程建设影响及地下水的活动，灰岩孔洞裂隙顶部覆盖层土体下陷，覆盖层中逐渐形成漏斗状疏松体（土洞），土洞进一步向地表发展，直至形成地面塌陷坑。因此该场地应视为地面易塌陷区[4]。
由于该拟建场地存在岩溶地面塌陷的风险，不良地质作用中等发育，属地质灾害危险性中等地段，动力地质作用影响较弱，环境工程地质条件较简单；
部分地层土质不均匀、分布不稳定、工程性质较差，地下水对工程建设影响较小。按相应规定，场地基本稳定，工程建设适宜性分级为较适宜。
4.2 岩溶处理措施
根据本场区内地质勘察中发现的岩溶发育情况，结合项目工程特征，采取如下处理措施：勘察阶段按照规范对钻孔及时进行了注浆、回填等封孔措施。保证上部土层不因钻探作业流失。避免因钻探施工使可溶岩上覆流塑状的红粘土与下伏岩溶孔洞贯通，致使失上部红粘土流失而产生岩溶塌陷。
由于本项目部分建筑物采用灰岩作为桩端持力层，首先采取逐桩逐孔施工勘察，保证桩端以下大于3倍桩径且不小于5m的完整基岩。
桩端进入完整灰岩不小于2m，桩基成孔采用隔桩跳打施工，并采用泥浆护壁措施，对局部桩孔采用了长钢护筒护壁措施，保证成孔顺利进行，解决岩溶对桩基施工的不良影响。
当采用天然基础时，基底下土层厚度必须满足大于独立基础宽度的3倍或条型基础宽度的6倍且无土洞发育，上部土层需满足拟建筑物荷载及变形要求。由于本地区土层厚度一般都不大，且在石灰岩上覆往往存在一层软塑-流塑状红粘土时，随着工程建设的进行，对地表土体的开挖会导致覆土层厚度减薄，使地表水、大气降水入渗补给岩溶水路径缩短，从而加强了岩溶地下水的补给，使岩溶地下水运动更活跃，加速土层的流失，最终可能形成新的隐伏土洞导致岩溶塌陷。因此本场区在采用浅基础时还对下伏软塑-流塑状红粘土采用了高压旋喷桩或灌浆等手段进行加固处理。
设计单位结合场区勘察资料相关岩土、水文参数及分析等情况，该项目基础型式采取如下：
（1）桩基础 桩型、成桩工艺及桩端持力层的选择
由于厂房及门房局部地段存在较厚的人工填土及淤泥质粉质粘土，故没有较好的天然地基土，因此以上拟建筑物不适宜采用浅基础。当采用浅基础无法满足上部建筑物荷载、变形及岩溶场地的要求时，根据本场地地层情况，由于①层素填土厚度较大，厚度超过3.0m，按鄂建文[2011]152号规定，在本工程中不宜使用人工挖孔桩进行施工，因此在成孔时采用机械成孔。采用以⑤层石灰岩为持力层的钻孔灌注桩[5]。
（2）桩基应用效果分析
本工程桩基施工中未发生塌孔现象，根据后期监测，拟建建筑物沉降值均在规范要求内，甲方安排第三方检测公司对桩基进行了静载、低应变检测、钻芯取样、桩径及桩偏位检测等检测，静载检测显示桩身承载力均满足设计要求及相关规范、规程的规定，钻芯取样结果显示受检测桩桩身砼连续、完整、胶结好、芯样侧表面光滑、骨料分布均匀桩底沉渣厚度均小于50mm，且桩端底部设计要求深度范围内岩石完整。
（3）天然基础选择
根据本项目场地地层、建筑物荷载、基础埋深等情况，结合现场实际地层岩土物理力学特性，综合消防水池及配电房采用独立柱基础，以③层含砾粘土作为基础持力层。
（4）天然基础应用效果分析
在该项目场区开挖后，通过地基验槽，发现消防水池及配电房基底地层与勘察中揭露的地层情况完全一致，采用天然独立柱基础方案可行，在工程建设中及建成后的沉降观测数据表明，该工程采用天然独立柱基础方案安全可靠，沉降量及不均匀沉降等检测数据均满足规范及设计要求。
武汉市岩溶广泛发育于长江Ⅲ级阶地，工程施工开始之前应对场地的岩溶发育程度通过勘察进行分析评价，可根据岩溶发育的情况，采取不同的处理措施对岩溶进行处理后方可进行施工。
根据江夏某项目案例的分析及应用可以得知长江Ⅲ级阶地(垄岗地段)覆盖层为第四系更新统地层，上部主要为老粘性土或粘土夹碎石，碳酸盐岩基岩面上一般覆为有软、可塑状红粘土。因此在长江Ⅲ级阶地岩溶场地中进行工程建设，基础型式的选择往往是需要通过进行大量的、切合工程实际的各阶段勘察地质工作，最终结合实际工程建筑物的要求，通过场地地层岩土特性、建筑物荷载、基础埋深及岩溶发育情况等进行合理选型，确保工程建设的安全可靠和经济合理。基础型式一般可采用桩基础（嵌岩桩）、天然地基或复合地基（水泥土搅拌桩、长螺旋钻孔压灌术、CFG桩、高压旋喷桩）。
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