摘要：本文介紹了區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造、地震概況,對其工程地質(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。同時又通過對大多數(shù)工程地質(zhì)報告和勘察深度范圍內(nèi)地層土的分析,為設(shè)計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)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,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、二級階地,二級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，活動性較強，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)生的強震可影響到太原盆地，震害也較重。

1.3 地震活動統(tǒng)計

　　太原盆地為一多震區(qū),主要表現(xiàn)為次數(shù)頻繁、強度較弱的特點。據(jù)統(tǒng)計,1304年至今,盆地發(fā)生4級以上的地震22次,最大震級6.5級。在平面展布上,太原盆地可分3個地震帶: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,震級較大的地區(qū)。在22次4級以上的地震中,本帶達(dá)10次之多。最大的6.5級地震就發(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級階地與山前洪積傾斜平原交互區(qū)。自然地理上場地南有虎峪河、北有玉門河，相對距離均為數(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800.03～804.61m。區(qū)域內(nèi)地下水位為4.52～6.5m ，水位標(biāo)高795.1～798.23m,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;Ⅰ級非自重濕陷性黃土;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80ｍ,多為Ⅲ類建筑場地。

2.4　地震烈度及地基液化

　　根據(jù)1∶100萬《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15ｍ以內(nèi)存在飽和粉土和砂土,根據(jù)GBJ11- 89建筑抗震設(shè)計規(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，以壓縮模量加權(quán)評價也屬不均勻地基。

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，防空洞周圍會出現(xiàn)應(yīng)力集中，形成塑性區(qū)，塑性區(qū)的進(jìn)一步擴展將可能導(dǎo)致地基局部失穩(wěn)，對建筑物的安全使用產(chǎn)生影響。同時，也給地基基礎(chǔ)設(shè)計、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)計基坑開挖標(biāo)高。隨即對防空洞進(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、級配砂石。在審底未見異常的情況下，按照原設(shè)計，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　濕陷性評價

　　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為Ⅰ級非自重濕陷性。

2.8　地基土承載力

　　上部雜填土承載力:80kPa～100 kPa;粉質(zhì)粘土承載力:120 kPa～160 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

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 理論計算及經(jīng)驗 承載力標(biāo)準(zhǔn)值

①層雜填土

②層粉土 150 85 130 150 110

③層粉土 140 80 80 115 80

④層中粗砂 185 205 190

⑤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

⑥層粉土 170 220 190 170 170

6-1層粉土 140 225 80 130

6-2層粉土 165 220 140 130 150

⑦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

⑧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(且開挖時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。

3.2.1人工挖孔擴底樁

　　該樁型特點是:施工設(shè)備簡單,工程成本低;適應(yīng)性強,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。

3.2.2 沉管灌注樁

　　該樁型為剛性樁,其特點主要是:單樁承載力高,施工速度快,工程造價低。但由于其受樁徑、最大沉管深度、地層及地下水條件的制約。

3.2.3 鉆孔灌注樁

　　是目前應(yīng)用最多的一種樁基礎(chǔ)。優(yōu)點為該樁型適應(yīng)范圍廣泛,幾乎在各類復(fù)雜工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下都能適應(yīng)。缺點為由于其工程造價相對較高,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)施工時對環(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，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，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～密實狀態(tài)的砂土，下無軟弱土層或可液化土層。⑦層粉土以上各層均不滿足這些要求，而⑧層卵礫石承載力很高，但層面埋深變化大，樁長過長。因此⑦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。由于高層建筑一般荷載較大，對地基的附加應(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1～3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，將高層建筑基礎(chǔ)埋在地面下5～10m是完全可以的。

　　校區(qū)內(nèi)的29層高層住宅樓就采用了樁箱基礎(chǔ)，在施工期間，沉降觀測始終沉降均勻，最大沉降量為12mm。

5 總結(jié)

　　由于場地土的不均勻性,場地條件各異,建筑物設(shè)計千差萬別,每種地基處理方法不是萬能的,故在實際設(shè)計時常采用幾種地基處理方案組成的綜合處理方法,甚至綜合考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基處理、施工及經(jīng)濟(jì)等因素,以便優(yōu)化設(shè)計選擇合理的地基處理方案。