復雜場地巖土工程析辯案例

1、近日審見一個巖土工程詳勘報告，場地巖土工程條件十分復雜，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；對采集的第一手資料進行綜合整理、分析、判斷；根據(jù)建筑設計特征和場地巖土工程條件，提出地基基礎方案，地基參數(shù)和設計施工注意問題。我現(xiàn)在把該復雜場地詳勘報告有關內容摘錄于下，請大家來完成分析、判斷以及對場地的評價建議工作。希望大家能夠積極參與。因為只有通過主動參與，才能拓展你的思路，積累經驗，鍛煉和提高你的專業(yè)能力。同時也強烈建議朋友們把你遇到的復雜、疑難工程實例上傳供大家討論，以達到共同提高的目的。工程概況XXX小學綜合樓平面形態(tài)呈長方形，長軸方向為

2、120°，擬建物高為3層，設計為柱基，最大柱荷載為900KN/柱，無地下室，擬建物±0.00為100. 0 m（假設高程），為框架結構。對沉降敏感，建筑物基礎設計等級為乙級。地形地貌及地質構造擬建場地位于一溶蝕殘丘斜坡中部一沖溝臺地上，據(jù)區(qū)域地質資料和地質調查，擬建場地位于北東向新華溝至新民斷裂構造帶下盤，場地在該斷裂構造帶的南東側，距該斷裂構造帶約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造帶影響，巖體較為破碎。據(jù)區(qū)域地質資料、調查成果及鉆探揭露，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，巖層局部產狀較為零亂，場地巖層產狀總體為傾向：70度、傾角30度。巖土單元構成及分布特征（2）紅粘土（Qel）:黃褐色，可塑。為碳酸鹽巖類巖石風化經成土作用的產物，殘坡積成因，切面具光澤，成土裂隙和風化裂隙較發(fā)育，混鐵錳質，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，因此巖石質量差，巖體較破碎。飽和單軸抗壓強度21.8542.05MPa，單軸抗壓強度標準值為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巖體基本質量等級為級。地下水條件擬建場區(qū)現(xiàn)已進行了場平，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給，無統(tǒng)一地下水位，蒸發(fā)及下滲排泄，分布于整個擬建場地區(qū)；巖溶裂隙水賦存于石灰?guī)r的孔、裂隙中，其特點為分布及水量都極不均勻，分布在整個坡體地帶，在層、節(jié)理面時見地下水運移、浸蝕痕跡。巖溶裂隙水由大氣降水及上層滯水的補給，沿巖層層、節(jié)理裂隙及溶蝕洞隙運移排泄。場地基巖面附近土洞、溶洞發(fā)育，表明場地地下水活動強烈。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，終孔24小時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，經地表調查，在擬建場地周邊100m范圍內均無泉水出露或地表水體，在鉆探時鉆孔均有漏水現(xiàn)象。在勘探深度內無穩(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，有14個鉆孔遇巖溶洞隙，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規(guī)范條，該場地屬巖溶強發(fā)育。2、場地內溶洞無空洞存在，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，有10個鉆孔遇土洞，鉆孔遇土洞率為30%。埋深在13.722.7m，勘察標高為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。還需要補充兩點：場地抗震條件根據(jù)中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（2001）及建筑抗震設計規(guī)范(GB50011-2001)，場地地震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g，設計地震分組為第三組，特征周期0.35S。土洞頂板穩(wěn)定性評價：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。為評價其土洞頂板穩(wěn)定性，采用工程地質手冊中對土洞頂板的分析評價方

7、法，以 ZK5的土洞為例進行土洞頂板穩(wěn)定性分析。ZK5土洞埋深13.7m，土洞頂板為粗?；旌贤?。A、原理：當頂板具有一定厚度，土體抗彎強度大于彎矩、抗剪強度大于其所受的剪力時，洞室頂板穩(wěn)定。滿足這些條件的土層最小厚度H計算如下：頂板按梁采力計算，受力彎矩按兩端固定梁計算：抗彎驗算： ，即： 抗剪驗算： ，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)；土體計算抗彎強度（為充許抗壓強度的1/8）(KPa)；fs支座處的剪力（KN）；S土體計算抗剪強度（為充許抗壓強度的1/12）(KPa

8、)；b梁板的寬度(m)；H頂板土層厚度(m)。B、計算取值：土體天然容重混合土=16 KN/m3 ；附加荷載按點荷載，900KN；l=2m；充許抗壓強度200KPa；b=2m。經計算，天然狀態(tài)下抗彎驗算H3.43m，抗剪驗算H8.41m；在附加荷載下抗彎驗算抗彎驗算H6.91m，抗剪驗算H16.9m。在無附加荷載時，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保持穩(wěn)定，但當有附加荷載或其他因素影響時，土洞頂板厚度必須達到16.9m以上才有可能滿足穩(wěn)定要求。需要說明的是，土洞的計算是按勘察時狀況，附加荷載也僅考慮了靜荷載，沒有考慮動荷載的影響，同時也無法預測土洞

9、的動態(tài)變化。主要工程地質剖面圖如下：我對該場地的認識一、成因分析：本場地巖土工程條件極其復雜，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涵。1、場地位于一溶蝕殘丘斜坡中部一沖溝臺地上，沉積的沖洪積物（粗?；旌贤粒┮岩娮畲蠛穸冗_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，水動力條件強。同時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，巖性為砂質粘土巖。也就是場地粗粒混合土中的顆粒成分。2011

10、-2-27 13:48 上傳下載附件 (82.18 KB) 由于巖性的差異，在長期的差異風化和沖溝水動力作用下，在斜坡中部形成了平臺地形，而且堆積了大量沖洪積物。沖洪積物成分為上覆砂、泥巖。平臺的形成，使原來可以直瀉而下的沖溝水流，在平臺部位其水動力變?yōu)閷ζ脚_處巖土體更強有力的直接沖刷。3、在沖溝長期的水動力作用下，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、。同時再一次證明沖溝長期有水流作用，而且流量大，水動力條件強。場地土洞之上必有沖洪積粗?；旌贤涟樯彩且粋€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，又由于沖溝水動力條件強，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，后果極其嚴重。1、淺基礎形式由于場地隱伏土洞群（空洞）的存在，并且土洞總是隨時間的推移在不斷

12、地發(fā)展、擴大，連通，穩(wěn)定性毫無保證，隨時都有可能產生地基大面積塌陷，不能采用淺基礎；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構松散稍密，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，水動力條件強，其基底有部分是外傾的，粗?；旌贤劣锌赡茉俅涡纬赡嗍飨滦埂Ｒ虼?，土質地基穩(wěn)定性極差，本場地不能采用淺基礎形式。2、樁基礎如以中風化石灰?guī)r作地基持力層，設置樁基礎，樁端需穿越土洞和溶洞，全斷面置于完整中風化石灰?guī)r中不小于0.5米，其樁長1535米，對于一個只有3層的建筑物來說，不但工程費用不經濟，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，直徑不能太小；大量土洞的存在，無論是采用人工挖孔還是機械成孔，都面臨成樁施工困難，且樁基施工對土體產生擾動，極易引起土洞塌陷，存在重大安全隱患；基樁穿過土洞部分，樁身無側限，需考慮抗剪問題；基樁要穿過土洞，一旦土洞產生塌陷，會對樁身產生負摩阻力和側向壓力；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生塌陷，建筑物地坪將失去依托，產生破壞；那么采用樁筏基礎如何呢？這樣室內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，對于學校這樣的公共建筑同樣是不允許的。三、還有一個場地穩(wěn)定性問題。場地處于沖溝平臺，沖溝雨季洪水水量大

14、，水動力條件強，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、場地為抗震設防6度區(qū)，根據(jù)上述場地巖土工程條件，場地屬危險地段。建筑抗震設計規(guī)范GB500112010版條文說明第條規(guī)定“抗震設防區(qū)的建筑工程宜選擇有利的地段，應避開不利的地段并不在危險的地段建設”、“嚴禁在危險地段建造住宅，必須嚴格執(zhí)行”。五、結論：綜上所述，場地存在重大安全隱患，不能修建該建筑，應另選場地修建。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，但必須以高昂的經濟付出為代價

15、，方案是：1、首先在場地及周圍進行全面的鉆探，查明場地及周圍土體中的土洞，并對所有的土洞進行灌漿填實處理，消除地基穩(wěn)定性存在的隱患。然后以完整中風化石灰?guī)r為地基持力層，設置樁基礎。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、在粗粒混合土斜坡下方（前方）修筑可靠的擋土墻，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，土洞總是隨著時間的推移在不斷發(fā)展擴大，沒有逆過程，穩(wěn)定只是暫時的。1、當?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，當穩(wěn)定地下水位因季節(jié)性等原因而發(fā)生波動，就會對地基土產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。同時裂隙發(fā)育的土體，容易在外力作用下產生崩落垮塌。當?shù)鼗淋浫酰受浰芑蛄魉軤顟B(tài)時，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、有長期活動的水流和水動力條件。具備前兩個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?，建構筑物地基失穩(wěn)。有這樣一個工程實例：某工廠車間，以紅粘土地基為持力層，設置條形基礎。場地在建筑前經過巖土工程勘察，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)，基礎和地坪產生差異沉降，存在安全隱患，為此請專家到現(xiàn)場勘察處理。調查結果表明：在車間的一側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)模不斷擴大，直至失穩(wěn)，引起地基、基礎差異沉降，墻體開裂。在對土洞進行灌漿填實處理，修復被破壞的地基基礎和墻體后，該車間又投入了正常使用。八、一個有關的題外話：林中元先生2004年11月來貴陽交流時，給我們談了這樣一個工程實例：在上個世紀六、七十年代，國防工廠內遷時，有一個工廠擬建在西北黃土高原某地，