復(fù)雜場地巖土工程析辯案例

1、近日審見一個(gè)巖土工程詳勘報(bào)告，場地巖土工程條件十分復(fù)雜，為此將其上傳，供大家參考和討論。巖土工程勘察的階段大致是：現(xiàn)場勘察施工，獲取場地第一手資料；對(duì)采集的第一手資料進(jìn)行綜合整理、分析、判斷；根據(jù)建筑設(shè)計(jì)特征和場地巖土工程條件，提出地基基礎(chǔ)方案，地基參數(shù)和設(shè)計(jì)施工注意問題。我現(xiàn)在把該復(fù)雜場地詳勘報(bào)告有關(guān)內(nèi)容摘錄于下，請(qǐng)大家來完成分析、判斷以及對(duì)場地的評(píng)價(jià)建議工作。希望大家能夠積極參與。因?yàn)橹挥型ㄟ^主動(dòng)參與，才能拓展你的思路，積累經(jīng)驗(yàn)，鍛煉和提高你的專業(yè)能力。同時(shí)也強(qiáng)烈建議朋友們把你遇到的復(fù)雜、疑難工程實(shí)例上傳供大家討論，以達(dá)到共同提高的目的。工程概況XXX小學(xué)綜合樓平面形態(tài)呈長方形，長軸方向?yàn)?/p>

2、120°，擬建物高為3層，設(shè)計(jì)為柱基，最大柱荷載為900KN/柱，無地下室，擬建物±0.00為100. 0 m（假設(shè)高程），為框架結(jié)構(gòu)。對(duì)沉降敏感，建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造擬建場地位于一溶蝕殘丘斜坡中部一沖溝臺(tái)地上，據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和地質(zhì)調(diào)查，擬建場地位于北東向新華溝至新民斷裂構(gòu)造帶下盤，場地在該斷裂構(gòu)造帶的南東側(cè)，距該斷裂構(gòu)造帶約450m，擬建場地及其附近均無區(qū)域性斷裂通過。但擬建場地受北東向新華溝至新民斷裂構(gòu)造帶影響，巖體較為破碎。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、調(diào)查成果及鉆探揭露，場地下伏基巖為三疊系下統(tǒng)石永寧鎮(zhèn)（T1yn）組灰色，薄中厚層石灰?guī)r，受次生褶皺及小斷裂

3、影響，巖層局部產(chǎn)狀較為零亂，場地巖層產(chǎn)狀總體為傾向：70度、傾角30度。巖土單元構(gòu)成及分布特征（2）紅粘土（Qel）:黃褐色，可塑。為碳酸鹽巖類巖石風(fēng)化經(jīng)成土作用的產(chǎn)物，殘坡積成因，切面具光澤，成土裂隙和風(fēng)化裂隙較發(fā)育，混鐵錳質(zhì)，厚度為014.8m左右，分布不均勻、不連續(xù)，屬于類變形不均勻地基。（3）石灰?guī)r（T1yn）:灰色，薄中厚層，節(jié)理裂隙較發(fā)育，多呈閉合狀，局部裂隙面呈灰黃色，見少量方解石脈，裂隙面較粗糙，巖芯柱狀、局部碎塊狀，巖芯采取率7085、RQD為525，錘擊聲不清脆，無回彈，較易擊碎，因此巖石質(zhì)量差，巖體較破碎。飽和單軸抗壓強(qiáng)度21.8542.05MPa，單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為2

4、5.93MPa，屬較軟巖。根據(jù)巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001表-3，石灰?guī)r巖體基本質(zhì)量等級(jí)為級(jí)。地下水條件擬建場區(qū)現(xiàn)已進(jìn)行了場平，上覆土體為粗?；旌贤?、紅粘土，故擬建場區(qū)地下水為上層滯水及巖溶裂隙水。上層滯水主要接受大氣降水補(bǔ)給，無統(tǒng)一地下水位，蒸發(fā)及下滲排泄，分布于整個(gè)擬建場地區(qū)；巖溶裂隙水賦存于石灰?guī)r的孔、裂隙中，其特點(diǎn)為分布及水量都極不均勻，分布在整個(gè)坡體地帶，在層、節(jié)理面時(shí)見地下水運(yùn)移、浸蝕痕跡。巖溶裂隙水由大氣降水及上層滯水的補(bǔ)給，沿巖層層、節(jié)理裂隙及溶蝕洞隙運(yùn)移排泄。場地基巖面附近土洞、溶洞發(fā)育，表明場地地下水活動(dòng)強(qiáng)烈。擬建場區(qū)地勢較高，在地形上有利于雨水及地表水的排泄，

5、在鉆探揭露深度內(nèi)，終孔24小時(shí)以后均未觀測到地下水位。擬建場地下伏石灰?guī)r為透水層，可有巖溶裂隙水，經(jīng)地表調(diào)查，在擬建場地周邊100m范圍內(nèi)均無泉水出露或地表水體，在鉆探時(shí)鉆孔均有漏水現(xiàn)象。在勘探深度內(nèi)無穩(wěn)定地下水位。巖溶、土洞 根據(jù)鉆探資料，在施鉆的鉆孔中揭露眾多土洞及溶蝕洞隙，土洞分布于基巖面附近土體中，均為空洞；溶洞溶隙主要分布于石灰?guī)r淺部，各鉆孔揭露土洞及溶洞裂隙情況見表3。擬建場地土洞和巖溶洞隙特征如下：1、本場地共鉆孔33個(gè)，有14個(gè)鉆孔遇巖溶洞隙，鉆孔遇巖溶洞隙率為42%，局部基巖面起伏較大，根據(jù)貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范條，該場地屬巖溶強(qiáng)發(fā)育。2、場地內(nèi)溶洞無空洞存在，所遇巖溶洞隙

6、發(fā)育規(guī)模不大，均被粘土全充填。3、本場地共鉆孔33個(gè)，有10個(gè)鉆孔遇土洞，鉆孔遇土洞率為30%。埋深在13.722.7m，勘察標(biāo)高為77.687.0m，最大洞高為11.5m，無充填，沿基巖面發(fā)育。4、土洞及溶洞集中發(fā)育于基巖面附近。還需要補(bǔ)充兩點(diǎn)：場地抗震條件根據(jù)中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（2001）及建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2001)，場地地震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，特征周期0.35S。土洞頂板穩(wěn)定性評(píng)價(jià)：由鉆探揭露，擬建場地存在土洞，土洞頂板厚度較薄，存在土洞地基穩(wěn)定性問題。為評(píng)價(jià)其土洞頂板穩(wěn)定性，采用工程地質(zhì)手冊(cè)中對(duì)土洞頂板的分析評(píng)價(jià)方

7、法，以 ZK5的土洞為例進(jìn)行土洞頂板穩(wěn)定性分析。ZK5土洞埋深13.7m，土洞頂板為粗?；旌贤?。A、原理：當(dāng)頂板具有一定厚度，土體抗彎強(qiáng)度大于彎矩、抗剪強(qiáng)度大于其所受的剪力時(shí)，洞室頂板穩(wěn)定。滿足這些條件的土層最小厚度H計(jì)算如下：頂板按梁采力計(jì)算，受力彎矩按兩端固定梁計(jì)算：抗彎驗(yàn)算： ，即： 抗剪驗(yàn)算： ，即：  式中：M彎矩（KNm）；P頂板所受總荷載（KN/m），為頂板厚H的巖體自重、頂板上覆土體自重和頂板上附加荷載之和；l土洞距度(m)；土體計(jì)算抗彎強(qiáng)度（為充許抗壓強(qiáng)度的1/8）(KPa)；fs支座處的剪力（KN）；S土體計(jì)算抗剪強(qiáng)度（為充許抗壓強(qiáng)度的1/12）(KPa

8、)；b梁板的寬度(m)；H頂板土層厚度(m)。B、計(jì)算取值：土體天然容重混合土=16 KN/m3 ；附加荷載按點(diǎn)荷載，900KN；l=2m；充許抗壓強(qiáng)度200KPa；b=2m。經(jīng)計(jì)算，天然狀態(tài)下抗彎驗(yàn)算H3.43m，抗剪驗(yàn)算H8.41m；在附加荷載下抗彎驗(yàn)算抗彎驗(yàn)算H6.91m，抗剪驗(yàn)算H16.9m。在無附加荷載時(shí)，土洞頂板最小穩(wěn)定厚度8.41m，小于鉆探揭露土洞頂板厚度，則場地土洞頂板可暫時(shí)保持穩(wěn)定，但當(dāng)有附加荷載或其他因素影響時(shí)，土洞頂板厚度必須達(dá)到16.9m以上才有可能滿足穩(wěn)定要求。需要說明的是，土洞的計(jì)算是按勘察時(shí)狀況，附加荷載也僅考慮了靜荷載，沒有考慮動(dòng)荷載的影響，同時(shí)也無法預(yù)測土洞

9、的動(dòng)態(tài)變化。主要工程地質(zhì)剖面圖如下：我對(duì)該場地的認(rèn)識(shí)一、成因分析：本場地巖土工程條件極其復(fù)雜，要想全面查清，就必須首先查明場地形成條件和成因，從中探索場地巖土工程條件內(nèi)涵。1、場地位于一溶蝕殘丘斜坡中部一沖溝臺(tái)地上，沉積的沖洪積物（粗?；旌贤粒┮岩娮畲蠛穸冗_(dá)22.2米以上，中部分為漂石。這表明該沖溝長期有水流作用，而且流量大，水動(dòng)力條件強(qiáng)。同時(shí)不排除在沉積的沖洪積物中有泥石流沉積物；2、由貴州省區(qū)域地質(zhì)志記載，黔西三疊系下統(tǒng)石永寧鎮(zhèn)（T1yn）巖性（見下圖），由此可知，場地處于永寧鎮(zhèn)第一段頂部,巖性為石灰?guī)r，其上伏地層為永寧鎮(zhèn)第二段，巖性為砂質(zhì)粘土巖。也就是場地粗?；旌贤林械念w粒成分。2011

10、-2-27 13:48 上傳下載附件 (82.18 KB) 由于巖性的差異，在長期的差異風(fēng)化和沖溝水動(dòng)力作用下，在斜坡中部形成了平臺(tái)地形，而且堆積了大量沖洪積物。沖洪積物成分為上覆砂、泥巖。平臺(tái)的形成，使原來可以直瀉而下的沖溝水流，在平臺(tái)部位其水動(dòng)力變?yōu)閷?duì)平臺(tái)處巖土體更強(qiáng)有力的直接沖刷。3、在沖溝長期的水動(dòng)力作用下，在原殘坡積紅粘土中形成了規(guī)模宏大的土洞群。鉆孔遇土洞率為30%。場地面積：331.17m2,見土洞鉆孔面積140.5m2，占場地面積的42.4%。單個(gè)土洞規(guī)模大，最大洞高為11.5m，長度大于10米，無充填，沿基巖面發(fā)育。說明場地地基中的土洞無論是數(shù)量還是規(guī)模都是非?？捎^的，罕見的

11、。同時(shí)再一次證明沖溝長期有水流作用，而且流量大，水動(dòng)力條件強(qiáng)。場地土洞之上必有沖洪積粗?；旌贤涟樯?，也是一個(gè)佐證。4、場地石灰?guī)r巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，處于斜坡中部，地勢較高，因此形成了良好的巖溶裂隙水系統(tǒng)，地下水的排泄是以垂直排泄為主，又由于沖溝水動(dòng)力條件強(qiáng)，在石灰?guī)r中形成了眾多巖溶洞隙，這些洞隙的發(fā)育仍以垂直型為主?；鶐r面中溶溝頻繁發(fā)育和巖溶漏斗的存在即是證明。一、地基基礎(chǔ)方案由上可知，場地存在的主要巖土工程問題是場地和地基穩(wěn)定問題。擬建物為學(xué)校，屬于公共建筑，安全可靠性極為重要，一旦發(fā)生工程事故，后果極其嚴(yán)重。1、淺基礎(chǔ)形式由于場地隱伏土洞群（空洞）的存在，并且土洞總是隨時(shí)間的推移在不斷

12、地發(fā)展、擴(kuò)大，連通，穩(wěn)定性毫無保證，隨時(shí)都有可能產(chǎn)生地基大面積塌陷，不能采用淺基礎(chǔ)；場地紅粘土局部分布，屬變形不均勻地基。紅粘土中有大量土洞，地基穩(wěn)定性不良，不能用作地基持力層；粗?；旌贤两Y(jié)構(gòu)松散稍密，水穩(wěn)性較差，是形成泥石流的良好物源，且位于斜坡中部的沖溝部位，而該沖溝流量大，水動(dòng)力條件強(qiáng)，其基底有部分是外傾的，粗?；旌贤劣锌赡茉俅涡纬赡嗍飨滦?。因此，土質(zhì)地基穩(wěn)定性極差，本場地不能采用淺基礎(chǔ)形式。2、樁基礎(chǔ)如以中風(fēng)化石灰?guī)r作地基持力層，設(shè)置樁基礎(chǔ)，樁端需穿越土洞和溶洞，全斷面置于完整中風(fēng)化石灰?guī)r中不小于0.5米，其樁長1535米，對(duì)于一個(gè)只有3層的建筑物來說，不但工程費(fèi)用不經(jīng)濟(jì)，而且還存在

13、如下工程問題：樁長較大，如考慮樁的長徑比問題，直徑不能太??；大量土洞的存在，無論是采用人工挖孔還是機(jī)械成孔，都面臨成樁施工困難，且樁基施工對(duì)土體產(chǎn)生擾動(dòng)，極易引起土洞塌陷，存在重大安全隱患；基樁穿過土洞部分，樁身無側(cè)限，需考慮抗剪問題；基樁要穿過土洞，一旦土洞產(chǎn)生塌陷，會(huì)對(duì)樁身產(chǎn)生負(fù)摩阻力和側(cè)向壓力；即使采用樁基，擬建物地坪的穩(wěn)定性仍無保障，一旦地坪下伏土洞產(chǎn)生塌陷，建筑物地坪將失去依托，產(chǎn)生破壞；那么采用樁筏基礎(chǔ)如何呢？這樣室內(nèi)地坪的安全問題解決了，但仍然存在室外地坪的穩(wěn)定性不能保證的問題，對(duì)于學(xué)校這樣的公共建筑同樣是不允許的。三、還有一個(gè)場地穩(wěn)定性問題。場地處于沖溝平臺(tái)，沖溝雨季洪水水量大

14、，水動(dòng)力條件強(qiáng)，還可能有泥石流傾下，要保證擬建物安全使用，就必須在擬建物后面的斜坡上方及周圍修建一套有效的防排水系統(tǒng)和支擋系統(tǒng)。四、場地為抗震設(shè)防6度區(qū)，根據(jù)上述場地巖土工程條件，場地屬危險(xiǎn)地段。建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB500112010版條文說明第條規(guī)定“抗震設(shè)防區(qū)的建筑工程宜選擇有利的地段，應(yīng)避開不利的地段并不在危險(xiǎn)的地段建設(shè)”、“嚴(yán)禁在危險(xiǎn)地段建造住宅，必須嚴(yán)格執(zhí)行”。五、結(jié)論：綜上所述，場地存在重大安全隱患，不能修建該建筑，應(yīng)另選場地修建。六、題外話：過去在建筑界流行一句話“沒有不能建筑的場地”。那么這個(gè)場地能不能在確保穩(wěn)定性的前提下修建該建筑呢？答案是肯定的，但必須以高昂的經(jīng)濟(jì)付出為代價(jià)

15、，方案是：1、首先在場地及周圍進(jìn)行全面的鉆探，查明場地及周圍土體中的土洞，并對(duì)所有的土洞進(jìn)行灌漿填實(shí)處理，消除地基穩(wěn)定性存在的隱患。然后以完整中風(fēng)化石灰?guī)r為地基持力層，設(shè)置樁基礎(chǔ)。2、在擬建物后面的斜坡上方及周圍修建一套有效的防排水系統(tǒng)和支擋系統(tǒng)。3、在粗?；旌贤列逼孪路剑ㄇ胺剑┬拗煽康膿跬翂?，防止粗?；旌贤列纬赡嗍飨滦?。七、土洞的形成：有網(wǎng)友問土洞是怎樣形成的？土洞的形成比較復(fù)雜，簡單地說，土洞是由水流沖刷或潛蝕作用，造成土體流失而形成。土洞最初形成的規(guī)模并不是很大，但是隨著地下水的連續(xù)作用和土洞本身的穩(wěn)定性極差，土洞總是隨著時(shí)間的推移在不斷發(fā)展擴(kuò)大，沒有逆過程，穩(wěn)定只是暫時(shí)的。1、當(dāng)?shù)?/p>

16、面水流通過土體中的裂隙下滲沖刷，使地基土流失而形成；2、如果基巖面附近有穩(wěn)定地下水位，當(dāng)穩(wěn)定地下水位因季節(jié)性等原因而發(fā)生波動(dòng)，就會(huì)對(duì)地基土產(chǎn)生潛蝕作用和真空吸蝕作用，使地基土流失而形成；3、由此可知，土洞的形成有一定的條件：1、地基土體裂隙發(fā)育，使地下水有作用通道。同時(shí)裂隙發(fā)育的土體，容易在外力作用下產(chǎn)生崩落垮塌。當(dāng)?shù)鼗淋浫?，呈軟塑或流塑狀態(tài)時(shí)，也極易被地下水沖蝕或潛蝕；2、下伏基巖必須有足夠的洞、裂隙系統(tǒng)，為地下水活動(dòng)提供空間和通道，并為塌落土體流失提供空間和通道。這也是為什么土洞都是空洞，而其下基巖中的溶洞都有土體充填的原因；3、有長期活動(dòng)的水流和水動(dòng)力條件。具備前兩個(gè)條件的地基只有紅粘

17、土巖溶地基。本場地具備以上所有的土洞形成條件。所以土洞在紅粘土地區(qū)比較常見，但一般所見的土洞數(shù)量不多，像本場地那樣的土洞群發(fā)育的工程實(shí)例還很少。4、土洞的危害：土洞的存在使地基穩(wěn)定性存在嚴(yán)重隱患，極易造成地基塌陷引起建筑物破壞。土洞是在地下水的長期作用下形成的，而且其規(guī)模不斷擴(kuò)大，發(fā)展到一定規(guī)模后，土洞頂拱不能承受上覆土體自重壓力，就會(huì)失穩(wěn)，或者外因作用引起土洞頂拱失穩(wěn)，就造成土洞洞頂?shù)貙铀?，建?gòu)筑物地基失穩(wěn)。有這樣一個(gè)工程實(shí)例：某工廠車間，以紅粘土地基為持力層，設(shè)置條形基礎(chǔ)。場地在建筑前經(jīng)過巖土工程勘察，紅粘土地基中沒有發(fā)現(xiàn)土洞，地基是穩(wěn)定的。在使用多年后，地基突然出現(xiàn)失穩(wěn)，基礎(chǔ)和地坪產(chǎn)生差異沉降，存在安全隱患，為此請(qǐng)專家到現(xiàn)場勘察處理。調(diào)查結(jié)果表明：在車間的一側(cè)修建有一排工人洗手的自來水槽，洗手水排入其下的排水溝，由于年久失修，排水溝產(chǎn)生斷裂，洗手水直接排入紅粘土地基中，并長期沖刷形成土洞，且土洞規(guī)模不斷擴(kuò)大，直至失穩(wěn)，引起地基、基礎(chǔ)差異沉降，墻體開裂。在對(duì)土洞進(jìn)行灌漿填實(shí)處理，修復(fù)被破壞的地基基礎(chǔ)和墻體后，該車間又投入了正常使用。八、一個(gè)有關(guān)的題外話：林中元先生2004年11月來貴陽交流時(shí)，給我們談了這樣一個(gè)工程實(shí)例：在上個(gè)世紀(jì)六、七十年代，國防工廠內(nèi)遷時(shí)，有一個(gè)工廠擬建在西北黃土高原某地，