成都南部某超高层建筑地基基础分析评价.pdf

四川建筑第43 卷第4期岩土工程与地下工程成都南部某超高层建筑地基基础分析评价吴代兵，张康2.3（1.四川志德岩土工程有限责任公司，四川成都6 1 0 0 6 1；2.济南轨道交通集团有限公司，山东济南2 5 0 0 0 0；3.中国矿业大学力学与土木工程学院，江苏徐州2 2 1 1 1 6)【摘要】以成都南部某超高层综合体项目为工程依托，通过现场岩基载荷试验，确定中等风化泥岩的地基承载力特征值。现场采取基坑底部岩体裂隙水样进行水质简分析试验，对深部含膏岩采样进行易溶盐试验，准确地评价场地基岩和基岩裂隙水的腐蚀性等级，为本项目地基基础选型确定采用岩石地基筏板基础提供可靠的地质依据。【关键词】岩基载荷试验；含石膏岩；地下水；腐蚀性【中图分类号】TU470*.30引 言近年来随着成都经济飞速发展，城市建设规模不断扩大，成都南部涌现大量的超高层建筑物，为拓展地下空间，基坑开挖深度越来越深，以红层泥质软岩作为基础持力层的天然地基越来越多,超高层建筑物对岩石地基承载力要求越来越高。根据成都地区经验，中等风化泥岩的地基承载力建议取值5 0 0 1 0 0 0 kPa，已无法满足一些超高层建筑物的天然地基承载力要求，为充分发挥利用岩石地基承载力，工程有必要通过现场岩基载荷试验确定岩体实际的地基承载力。另外，在成都南部的工程建设中逐步揭露出深层的含石膏泥岩和石膏岩，在地下水作用下，石膏可溶盐逐渐溶解、流失，引起环境水具有腐蚀性，甚至达到强腐蚀性，因此，准确评价含膏岩及环境水的腐蚀性，为基础工程采取防腐蚀措施提供依据显得至关重要。1工程概况成都南部某新建超高层城市综合体项目位于成都市高新南区金融城附近，临近天府大道，由5 栋44 5 5 F,高度为189.900215.85m塔楼组成，整体设5 层地下室，地下室基坑开挖深度约2 4m，设计拟采用桩基础。2场地工程地质及水文地质条件2.1地形地貌本项目场地平坦，钻孔地面标高为49 2.3 1 49 3.7 8 m，场地地貌单元属岷江水系级阶地。2.2地层结构经钻探揭露本场地的地层由第四系全新统人工填土层（Q 4），第四系上更新统冲洪积层（Q，a l+p l）黏土、粉质黏土、粉土、细砂、中砂及卵石层，以及下伏的白垩系灌口组（k2g）泥岩、含石膏泥岩、石膏岩构成，各地层岩性分述：第四系人工填土层（Q4）。(1-1)杂填土：杂色,稍湿，松散，主要由黏性土夹砖、瓦、混凝土等建筑垃圾组成，堆填时间小于5 年，属新近填,层厚2.0 0 7.5 0 m。【文献标志码】A(1-2)素填土:灰褐色,稍湿一湿,松散，主要由粘性土组成，含少量碎石和卵石,厚度0.6 0 4.1 0 m，回填时间大于5年。第四系上更新统冲洪积层（Q+l)）。(2)黏土：褐黄色，棕黄色，硬塑。含少量铁锰质氧化物，稍有光泽，干强度高，韧性高，发育闭合裂隙，裂隙被少量灰白色高岭土充填，在场地内大部分区域均有分布，层厚1.3 0 5.00 m。(3)粉质黏土：褐黄色,呈可塑一硬塑状。含铁锰质氧化物及其结核，裂隙较发育，稍具光泽，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等。该层呈透镜体状下伏于黏土层之下，层厚0.903.10m，局部分布。（4）粉土：灰黄色，湿，稍密，主要由粉粒物质、云母粉等组成，含少量铁锰质氧化物及粘粒。摇振反应中等，无光泽反应,干强度低，韧性低，场地内局部分布,厚度为0.9 0 1.30 m。(5-1)细砂：青灰色，松散，湿一饱和。矿物成分以石英为主，含少量云母，主要分布于卵石层顶板上或以透镜体状分布于卵石层中，层厚0.6 0 1.6 0 m。(5-2)中砂：青灰色，松散一稍密，饱和。矿物成分以石英为主，含少量云母，主要以透镜体分布于卵石层间，含约10%的卵石、圆砾，层厚0.9 0 1.0 0 m。(6)卵石层：青灰一灰黄色,湿一饱和。卵石成分以火成岩和石英砂岩为主。卵石呈亚圆形、圆形，一般为中等风化，充填物为、中砂、砾砂及圆砾。根据DB51/T5026-2001成都地区建筑地基基础设计规范，按超重型动力触探锤击数将其分为松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密实卵石4个亚层。定稿日期 2 0 2 2-0 6-0 7作者简介 吴代兵（1 9 8 4一），男，本科，高级工程师，主要从事岩土工程勘察、设计、施工工作；张康（1 9 8 9 一），男，硕士，工程师，从事岩土工程研究工作。121岩土工程与地下工程白垩系灌口组（k2g）泥岩、含石膏泥岩、石膏岩。（7)泥岩（K2g）：紫红色一红褐色，主要由黏土矿物成分组成，泥质结构，中-厚层状构造，分布连续。场地内基岩顶面埋深为1 6.1 0 m，标高为47 4.6 0 47 7.3 0 m。在钻探深度范围内，根据其风化程度，将其划分为强风化和中等风化2个亚层。（7-1)强风化泥岩：紫红一暗红色，主要矿物成分为粘土矿物、泥质结构、中厚层状构造。风化裂隙发育，结构面不清晰、岩芯极破碎、呈土夹碎块状，手捏易碎，该层呈透镜体状上覆于中等风化泥岩层之上或发育其中。（7-2-1)中等风化泥岩：紫红色，主要矿物成分为黏土矿物、泥质胶结、泥质结构，中一厚层状构造，节理裂隙较发育,结构面较清晰,岩芯较完整,呈短柱状或碎块状,岩质软，浸水或日晒易软化和崩解。该层属于较单一的泥岩，局部发育有直径3 5 mm的小溶孔及小溶缝，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为V级，RQD指标为45%7 5%，饱和单轴抗压强度标准值为4.2 9 MPa,典型岩芯见图1。图1 中等风化泥岩（7-2-2）中等风化含石膏泥岩：紫红色，主要矿物成分为粘土矿物，泥质胶结,泥质结构，薄层一中厚层状构造,原生层面构造裂隙较为发育，结构面较清晰，岩芯较完整，局部较差，呈短柱状、薄片状、少量碎块状，岩质软，浸水或日晒易软化和崩解。该层泥岩夹杂有石膏岩，石膏在局部富集，形成2.0 m左右的透镜体。石膏以0.5 3.0 cm薄层透明状夹层或少量小斑点状、团块状及条带状镶嵌于泥岩中，石膏含量约为5%40%，见图2 和图3，该层岩体较完整，平均埋深3 4.3 m，层厚超过2 0 m，饱和单轴抗压强度标准值为4.70 MPa。图2 含石膏泥岩（团块、条状石膏）（8)石膏岩：灰白色、紫红色，中等风化，主要矿物成分为石膏、硬石膏及少量白云石、黏土矿物和石英（图4），石膏含量超过7 0%，泥质胶结，局部可见钙质胶结（图5），中一厚层状构造，节理裂隙不发育，岩芯完整，呈长柱状和短柱状，岩质较坚硬。岩体含大量石膏，石膏呈团块状和斑点状镶嵌于泥岩中（图6），局部结晶较好，晶体呈簇状（图7），该层平均埋深为5 3 m，最大揭露深度为1 7.5 0 m，本次勘察未揭穿。岩体完整程度为完整，RQD指标为5 5%1 0 0%，饱和单轴抗压强度标准值为7.8 9 MPa。四川建筑第43 卷第4期2.3水文地质条件场地地下水类型为砂卵石层中的孔隙潜水和赋存于基岩中的裂隙水。图4石膏岩图6 斑点状石膏岩断面孔隙潜水是本场地主要的地下水类型，水量丰富，略具承压性，地下水径流成为场地地下水的主要补给源，地下水径流方向为北西向至南东向。基岩裂隙水一般埋藏在块状强风化泥岩及中等风化泥岩节理裂隙内，据本次钻探揭露，场地下伏基岩主要发育水平原生构造裂隙，局部可见纵向垂直于层理的次生构造裂隙。该部分地下水主要受邻区地下水侧向补给,各地段富水性不一,无统一的自由水面。水量主要受裂隙发育程度、连通性及隙面充填特征等因素的控制。根据区域水文地质资料，1 2 月、1 月、2 月为枯水期，7月、8 月、9 月为平水期。勘察期间处于枯期，受场地周边在建项目降水的影响，本次勘察时测得的地下水位偏低，在部分钻孔中测得静止水位埋深为1 4.3 0 1 5.1 0 m，相应标高478.90479.81m。根据收集的区域水文地质资料及成都市地下水等水位线图，地下水位年变化幅度为1.5 0 2.5 0m，本场地丰水期的历史最高水位约为48 9.0 0 49 0.0 0 m。3地基基础分析评价3.1岩石及裂隙水的腐蚀性评价本项目场地岩层有泥岩、含石膏泥岩及石膏岩，石膏含量总体上随深度的增加而增加，石膏中可溶盐成分在地下水作用下逐渐溶解、流失，导致环境水的（SO42-）浓度增大，腐蚀性将显著增强。在前期勘察阶段，由于取样条件的限制,难以采取基岩裂隙水，现场只能采取钻探孔内的多层地下水的混图3 含石膏泥岩合水样进行水简分析和采取泥岩、含石膏泥岩、石膏岩进行易（点状结晶）溶盐试验（表1），试验结果表明，泥岩和混合地下水对钢筋混凝土结构具有微腐蚀性，含石膏泥岩和石膏岩具有强腐蚀性。表1 场地地下水及岩石腐蚀性评价腐蚀介质浓度序号取样类别1地下水（混合水）2泥岩3含石膏泥岩4石膏岩图5 石膏岩（钙质胶结）图7 团块状石膏岩断面对混凝土结构(SO 4 2)/(mg/L)腐蚀性等级88.5微腐蚀性370.1微腐蚀性11019强腐蚀性9222强腐蚀性122吴代兵，张康：成都南部某超高层建筑地基基础分析评价待基坑开挖至基底，分别在基坑底部主楼位置采取泥岩裂隙水7 组水样和基坑侧壁采取砂卵石孔隙潜水1 件组水样进行水质简分析（表2）。试验结果表明，本场地内的基坑底部基岩层裂隙水对混凝土结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土中的钢筋具微腐蚀性；上覆卵石层中孔隙潜水对混凝土结构和钢筋混凝土中的钢筋具微腐蚀性。表2 场地环境水腐蚀性评价腐蚀介质浓对混凝土序号取样位置11号塔楼基底基岩裂隙水22号塔楼基底基岩裂隙水33号塔楼基底基岩裂隙水44号塔楼基底基岩裂隙水55号塔楼基底基岩裂隙水6群楼1 基底基岩裂隙水7群楼2 基底基岩裂隙水8基坑侧壁砂卵石孔隙潜水根据2 次采取场地地下水进行水质简分析，地下水的腐蚀性有所变化。随着基坑开挖,基坑成为地下水的补给区和排泄区，促进了地下水的流动性，加速了含石膏泥岩中可溶盐的溶解、流失,地下水的SO42-的溶度将增大,增强环境水的腐蚀性。显然，根据基坑开挖后采取地下水的腐蚀性评价更为客观，最终评价场地基底中等风化泥岩裂隙水对钢筋混凝土具有弱腐蚀性,与基础直接接触的中等风化泥岩对钢筋混凝土具有微腐蚀性。虽然基础下伏的深部含石膏泥岩、石膏岩具有强腐蚀性，但由于其埋深较大，浅部中等风化泥岩岩体较完整、风化-构造裂隙一般发育，岩层地下水的渗流通道的连通性一般。另外，地下水的补给方向总体是自上往下的，以侧向径流排泄为主,所以,深部含石膏泥岩的强腐蚀性对本工程天然地基基础无影响。3.2天然地基基础方案本项目基底相对标高约为-2 4.0 m,基坑开挖至基底为中等风化泥岩，成都地方标准DB51/T50262 0 0 1 成都地区建筑地基基础设计规范建议中等风化泥岩地基承载力特征值为5 0 0 1 0 0 0 kPa。按天然单轴抗压强度折减法，并结合地区经验，本项目场地的中等风化泥岩地基承载力特征值建议取1 0 0 0 kPa。根据设计要求，塔楼若采用天然地基，要求地基承载力特征值不小于1 2 0 0 kPa，显然中等风化泥岩承载力不能满足天然地基的设计要求。目前，载荷试验仍是确定地基承载力最可靠的方法，为充分发挥岩石地基承载力，本次勘察在5栋塔楼内共选取1 5 个点进行岩基载荷试验测试岩石地基的实际地基承载力。根据岩基载荷试验结果，本项目中等风化泥岩承载力特征值为1 2 2 5.3 kPa，地基承载力满足设计要求。由于基础持力层中等风化泥岩，处于同一工程地质单元，产状水平，构造节理不发育，完整性较好，工程特性差异小,为均匀岩石地基。因此,塔楼部分可采用以中等风化泥岩为基础持力层的天然地基筏板基础。3.3桩基础方案地下水类别度(SO42)/结构腐蚀(mg/L)性等级649.90弱腐蚀性671.90弱腐蚀性541.50弱腐蚀性583.10弱腐蚀性500.00弱腐蚀性654.20弱腐蚀性469.30弱腐蚀性75.98微腐蚀性拟建的塔楼基础形式若采用桩基础,结合工程经验，应选择旋挖灌注桩，以深部中等风化泥岩或中等风化含石膏泥岩作为桩端持力层。根据岩石易溶盐试验结果表明，对混凝土结构可能具有强腐蚀性。另外，据相关研究表明，含石膏岩具有溶蚀性，随