【精品文档】玉门镇地区工程地质特征.pdf

专 业 推 荐 专 业 推 荐 精 品 文 档 精 品 文 档 工程勘察geotechn i cal engi neer i ng world vo l . 12 no. 5 收稿日期 2008 - 10 - 31 玉门镇地区工程地质特征 杨旭兴,陈雷来 (西北地质勘察基础工程总公司第五工程处,酒泉 735000) 摘 要 根据多年来对玉门镇地区的工程地质勘察工作,研究本区工程地质条件,作出科学合理的工程地 质分区,着重对软弱工程地质区的特征进行分析归纳,并对通常采用的地基处理形式进行比较, 进而做出合理的工程设计,更好地服务于工程建设。 关键词 工程地质分区 软弱土 地基处理 中图分类号: p642 文献标识码:a 文章编号: 1009 - 5098(2009) 05 - 0034 - 04 1 玉门镇地区地质地理环境背景 本区一级构造单元属塔里木地台东端玉门镇-花 海拗陷。其南北两侧分别以深大断裂与祁连褶皱系, 东昆仑褶皱系和天山褶皱系为邻。到第三纪时,塔里 木拗陷范围扩大,上第三系的堆积厚度显著加大,同 时,盆地周缘的山体出现断块隆起并伴随断裂活动,常 见下第三系逆掩于上第三系之上。第四纪以来,除继 承性升降运动外,还伴有断块之间的相对水平运动;早 更新世-中更新世期间,全区以断块差异运动为其特 点,寒、 暖交替的气候变化十分强烈。出现多次冰期、 间冰期。祁连、 秦岭等主要山地的冰川活动是这个时 期的主要特点。其中玉门组砾岩就形成于这个时期。 2 玉门镇工程地质特征概况 玉门镇微地貌单元处于疏勒河中下游冲洪积平 原区、 地势呈南高北低的特点,地层沉积规律具有明 显的分带性,岩土颗粒由南至北由粗颗粒至细颗粒 渐变。南部为戈壁荒地。地层以砾石类土、 砾砂类 土为主,至北部则颗粒渐变为细颗粒。地层以各类 粉土、 粉质粘土、 淤泥质粘土等为主,地下水亦随着 地势减缓,由埋深大于100 m,逐渐出露于地表,在 地下水出露区,形成了静水沉积的淤泥质类土。对 本区进行工程地质分区,可分为3个区:坚硬工程地 质区、 半坚硬工程地质区、 软弱工程地质区(图 1) 。 图1 玉门镇工程地质分区示意图 43 岩土工程界 第12卷 第5期工程勘察 2. 1 坚硬工程地质区() 分布于玉门镇(玉门市新市区)北部,地貌特征 为低矮山梁及缓坡,呈条带状展布于玉门镇北侧,该 区地层岩性为第四系中下更新统砾岩。岩质坚硬, 主要骨架颗粒为砾石,呈胶结-半胶结状,胶结物为 钙质及硅质,此类地层与第四纪以来冰期、 间冰期交 替出现,气候环境的剧烈变化具有极大关系,反映了 当时地质、 环境、 气候条件是一种极为干燥的状态。 根据工程地质勘察工作,其厚度变化较大,在地势较 高处,厚度可达58m,而随着地势由西南向东北的 逐渐平缓降落,砾岩厚度也渐变为0. 51m的厚 度,因此其地基土承载性能也发生着变化。砾岩下 伏岩性为第四系中下更新统粘土。透水性、 导水性 能差,无地下水赋存空间,地下水对工程建设无影 响,是玉门镇地区工程性能最为有利的建筑区,但因 地形地貌特征的影响,却往往不能充分利用该类地 基土的良好性能,部分场地在工程建设中场地需要 整平,需要对这类砾岩进行清理,而清理工作也有相 当难度,甚至需要爆破开挖,当地应根据工程实际充 分利用这类土进行工程建设。 2. 2 半坚硬工程地质区() 根据地基土物理力学性能进一步分为两类: - 1:包括疏勒河河谷阶地两侧地域,主要岩 性为疏勒河冲洪积而成的砾石、 砂土,地层堆积年代 较短,形成了上软下硬的二元结构,上部较松散,工 程性能较差,但因疏勒河为平原河流,切割深度不 大,因此河床中心部位松散堆积物厚度较大,工程性 能较差,河床两侧及一二级阶地上,松散堆积物厚度 较小,一般24m,对于一般建筑物均可满足工程需 要。下部地层岩性无较大变化,主要岩性仍为砾石 类土层,但密实度呈中密向密实状态渐变,厚度大, 稳定性较好,可满足各类建筑物地基承载力及变形 需要。 地下水埋深浅,一般埋深几米,受疏勒河侧向补 给,主要赋存空间为砾石类土,因砾石类土透水性 强,同时疏勒河河水补给量大,地下水储量丰富,属 富水地段,对于较大型的工程,地下水带来的工程地 质问题主要是施工较困难。可采用井点降水或采用 机械施工桩基础。 - 2:主要包括玉门镇老城区及新市区南部: 主要岩性为: (1)粉质粘土、 粉土等细粒土:第四纪以来冲积 而成,厚度较大,由南向北呈缓坡状分布,厚度可达 310m,地基土易溶盐含量低,呈中密(硬塑)状态。 (2)各类砂土:颜色多呈黄褐色,稍密-中密, 分布范围较小,多呈透镜体或局部分布,砂质纯净, 颗粒均匀。 (3)砾石类土:黄褐色或青灰色为主,稍密-中 密状态,颗粒级配良好,砂质纯净,成分复杂,稳定, 厚度大,厚度可达数十米 百余米,是本区良好的下 卧层,可作为各类建筑物浅基础或深基础持力层使 用。 水文地质特征: 该区细粒土分布于上部,不含水,下部砾石类透 水性良好,是本区地下水赋存的主要空间,但地下水 埋深较深,地下水由南至北埋深有数十米 数米不 等,对工程建设影响不大。 综合评判 区属有利建筑区。 2. 3 软弱工程地质区() 主要包括目前在建的新市区大部分位置,地层 沉积环境为第四系全新统静水环境,地下水通过上 游地下径流至该区水位逐渐抬高,以下降泉形式在 本区溢出地表,并形成小型湖泊,地势低洼。地下水 赋存空间至此也变得复杂多变,各类砂土、 甚至粘性 土中、 砾石类土均成为地下水赋存空间,各类土均为 含水层,地下水埋藏类型也囊括了各种类型,包括上 层滞水、 潜水及压力水头低,但具有一定承压性的承 压水,绝大多数地段以潜水为主。因地下水埋深浅, 易受施工用水、 生活用水、 大气降水等多种地表水体 补给。本区自然地理环境、 气候条件是降水量远远 小于蒸发量,上部土层以各类细粒土为主,易形成盐 渍化,地下水水质较差,矿化度一般均超出饮用水标 准,对建筑材料具有程度不同的腐蚀性。 受地形地貌的控制及地下水等多种因素的影响, 本区地层形成了上部松软、 下部较坚硬的多元结构。 上部地层中分布有在本区地震烈度下可液化的 松散砂层、 粘性较高但孔隙比大、 含水量高的淤泥质 类土,根据勘察,本区上部砂类土标准贯入试验击数 38击左右,含水量10%15% ,呈松散-极松散 状态,承载力大多小于100 kpa,根据工程经验及实 测数据,此类液化砂层,厚度35m不等,液化等级 一般可达 级(中等液化 ) , 液化指数一般大于或接 近10;淤泥质类土,则呈现出高孔隙比、 高压缩性、 高含水量的特征,含水量一般大于30% ,最高可达 45% ,孔隙比一般在1. 11. 2之间,液限一般 30%40%之间,压缩系数a1 - 2=0. 50. 7 mpa - 1 , 承载力大多在100 kpa左右。且变形量高,压缩过 53 工程勘察geotechn i cal engi neer i ng world vo l . 12 no. 5 程缓慢,不宜作为建筑物的天然地基使用。 中部地层以砾石类为主,密实度较高,动力触探 试验击数为1140之间,含水量10%15% ,之 间,重度约20knm - 3 ,总体呈稍密-中密状态,上 部密实度较低,向下逐渐增大,级配良好、 透水性良 好,为主要的潜水含水层,厚度510m不等,部分 地段穿插分布了玉门组砾岩,砾岩总体厚度自西向 东依次变薄,呈透镜体状并逐渐尖灭。工程性能良 好,为本区良好的深基础持力层。但该类砾石类土 在本区的分布厚度及层面起伏大,在部分地段形成 急剧落差,在勘察中发现最大落差达6m以上,而且 形成了类似“ 悬崖 ” 状(图2) ,这种突变反映出该类 土在沉积过程中的水流切割及后期沉积特点,可认 为在形成时期是构造运动连续垂直下降,河流持续 切割堆积而成,也可推断该区原为古河道,在后期经 多次改道形成。 进入第四纪全新世以来,河流再次改道,在本区 覆盖了以粘性土为主的地层。 图2 工程地质剖面示意图 下部地层则以粘性土为主,沉积时代可推测到第四 纪早中更新世时期,与 区下伏粘性土共同构成了 本区下伏基底地层。因此其工程性能良好,粘性土 多呈坚硬或硬塑状态,孔隙比小,孔隙比在0. 5 0. 7之间,压缩性低,压缩系数在0. 150. 25 mpa - 1 之间,属低压缩性土,层位位于砾石类土下部,厚度 大,分布稳定。在本区揭露最大厚度可达15m左 右,但未完整揭穿。与中部砾石类土类似,是建筑物 可选的良好下卧层,多用作深基础的持力层。 对以上各区进行物理力学性质指标归纳如表1: 表1 各区段岩土物理力学性质指标 区段地层名称 含水量天然容重孔隙比压缩系数内聚力内摩擦角标贯击数动探击数剪切波速 /%/gcm - 3 /mpa- 1/kpa/击/击/ms- 1 区 砾岩02. 1455050500 粘性土10201. 851. 9515221540250 区 粉质粘土8. 214. 1 1. 68 1. 82 0. 654 - 0. 923 0. 250. 40814150200 砂土5. 512. 10371220 砾石5. 882. 02. 1536371125380430 区 淤泥质土29. 449. 51. 471. 65 1. 0111. 355 0. 450. 7225 砂土102003538 砾石10152. 02. 0536371040 粘性土10201. 851. 950. 50. 7250 3 主要工程地质问题 本区除 区(软弱工程地质区)面临的工程地 质问题较多外,其余两个区工程性能良好,无特殊性 问题,本文着重对 区工程地质问题进行分析,主要 问题如下: (1)砂土液化:在 区分布的各类砂土,大多较 松散,埋深浅,堆积年代较近,属新近沉积,工程性能 较差,标准贯入试验击数低,厚度一般35m,液化 指数大于或接近10,液化等级为中等,此类砂土液 化问题对工程危害性较大,在建设过程中都能采取 适宜措施进行处理。 (2)软弱土承载力及变形过大问题:在软弱工 程地质区分布较大范围的软弱土,此类地层的特点 是有机质含量较高,压缩性大,孔隙比大,与之相应 的问题是变形量较大,固结周期较长,易出现侧向滑 移、 沉降量过大的问题,对于埋深浅、 厚度小的地区 可采用换土进行处理,对于厚度大而埋深较深的地 区则应采取其他措施进行处理。 (3)基底地层层面坡度过大问题:前文已对该 区下伏砾石类土受古河道改道及河流纵深切割的影 响,层面坡度往往出现了急剧坡降,对一般建筑物而 言,最大的问题是建筑物的不均匀沉降问题,在本区 建设过程中曾多次出现,因此,分别采取了不同应对 措施,包括采用深基础形式调节基底标高,以及建筑 物设计的分体设计方式等。 (4)地基土盐渍化问题: 区地下水溢出地表, 且受气候影响,蒸发量远远大于降水量,使地表不同 63 岩土工程界 第12卷 第5期工程勘察 程度的出现了盐渍化现象,易溶盐含量接近国家标 准规范0. 3% ,或局部大于0. 3% ,一般具有中等腐 蚀性,但此类土厚度小,易进行处理,在工程建设中 多采用挖除换填,并隔断毛细水的方式进行。 4 地基处理 根据玉门镇地区岩土分区,其中 区及 区工 程地质条件简单,一般采用浅基础形式即可,而 区 工程地质问题突出,针对其特殊性,常用的地基处理 措施有以下几种: (1)片筏基础形式:该方法适用于处理液化砂 土厚度不大,同时下伏软弱层较薄的工程地质场地 进行,该方法可以有效的增加建筑物的整体稳定性, 对调节建筑物的不均匀沉降具有较好的效果,但施 工难度较大,其中较为典型的玉门市法院办公楼,即 采用了片筏基础形式,本工程液化砂土层厚度最大 可达4 m,在施工过程中采用了机械大开挖方式,开 挖后进行了全面换土处理,采用级配良好的砂砾石 进行换填,换填厚度达3 m,完全消除了液化砂土的 液化影响,结果比较理想,但工程费用和桩基础形式 的费用相差无几。 (2)桩基础形式:桩基础形式是该区最为常见 的基础形式,桩基础选型也随着建筑位置不同而呈 现出多样化,在该区使用过的主要有: 人工挖孔桩:在玉门市农业银行办公楼基础施 工中采用了人工挖孔桩形式,地下水埋深约56m, 这种挖孔桩比较直观,可以有效保证桩基础的完整 性,基础质量得到了良好的控制,但必须进行地下水 的降排工作,前文已叙述过,本区地下水赋存介质众 多,各类地层均呈饱和状态,对水文地质数学模型的 建立提出了更高的要求,在工程施工初期,因对水文 地质条件的认识存在不足,初期降排水工作并不顺 利,后期通过多次测算,确定了较为接近实际的涌水 量。并采用明排与井点结合的方法,使水位降至预 期标高,保证了工程质量;而在粘土厚度较大,地下 水明显呈现出双层结构的水文地质条件下,实践证 明人工挖孔桩降排水措施的实施确有困难。 预制桩形式:预制桩桩基础质量易于控制,成桩 周期较短,但应充分了解工程地质特征,在玉门市政 府办公楼基础施工中,设计了预制桩基础形式,但本 工程场地工程地质条件复杂,下部砾石层厚度差异 较大,且局部地段为砾岩,下伏为中下更新纪粘性 土,因此施工中出现预制桩贯入度很难控制,部分