济南西部新城工程地质、水文地质条件概述

杨长民，仝霄金，商汝平

(济南市勘察测绘研究院，山东济南 250013)

1 前言

济南西部新城位于济南市主城区西部，距济南市中心区约10 km。其规划范围东到二环西路，西到济南西编组站，南到津浦铁路，北到小清河，占地面积为55 km2。

济南市举全市之力，以济南西站为核心，对周边55 km2进行全新定位、规划、开发、建设，力图建造一座前瞻的、产业的、文化的、生态的西部新城，使之成为“齐鲁新门户、泉城新商埠、城市新中心”。

济南市勘察测绘研究院于2008年4月以来，先后完成了安置区一区(2#、4#、7#、8#、9#、12#地块，多为 11 层～30 层住宅楼)、安置区二区(2#、7#、8#地块，多为11 层～18 层住宅楼)、高铁沿线(4#、7#、8#、9#地块，多为 18 层～39层商业及办公楼)、站前广场(多为17层～22层的酒店、办公及商业)、省会文化艺术中心(大剧院、中心广场、配套高层、三馆项目，总建筑面积近90万m2)、齐鲁之门初勘等20余个大型项目的岩土工程勘察。该区域内的工程项目多为整体地下车库，基坑开挖深度多为7 m～20 m，其最大开挖深度达到了济南之最。

根据已完成的上述工程情况，对该区域内的水文地质、工程地质条件及基坑支护、降水有了较为深刻的了解及认识。对此进行归纳、总结，其目的是优化后期工程勘察方案，节约工程造价，加快建设进度。

2 西部新城工程地质条件

2.1 新城区地层结构特征

本区域位于黄河、小清河冲积平原的边缘相，整个工程场地地势较低，地形开阔，南高北低、西高东低，现自然地面标高24.80 m～31.20 m。

区域内地层结构大致可划分为以下几个单元:上部以黄河、小清河冲积成因(Q4)的粘性土、粉土为主;下部为山前冲洪积成因(Q3)的粘性土夹砂土及卵石土;下伏燕山期辉长岩侵入体。现分述如下:

(1)在地表至地下13.0 m左右，主要为第四系全新统(Q4)黄河、小清河冲积成因的粘性土、粉土组成。第②层粉质粘土、第③层粉土、第④层粉质粘土分布普遍，均属于正常固结土，其地基承载力相对较低，压缩性中等。在③层粉土中夹有③1中粗砂，在④层粉质粘土底部分布有④1粗砂与圆砾层。

(2)在地表下13.0 m～65.0 m左右(在高铁沿线7#、8#地块场地内，第四系地层埋藏较深，为 88 m左右)，为一套晚更新统(Q3)山前冲洪积成因可塑、硬可塑棕黄色粉质粘土、粘土，夹棕黄色中密中砂、卵石土，局部胶结呈砂砾岩薄层或透镜体，该套地层属超固结土，其地基强度较高，压缩性中等。第⑤层粉质粘土呈可塑状态，其底部⑤1层中砂层分布范围较广，局部呈胶结、半胶结状砂岩，局部地段厚度较大;第⑥层土为上、下部棕黄色硬塑粘土，中部夹硬可塑粉质粘土，在上部⑤1中砂层分布范围内⑥1层上部粘土缺失。其层底深度30 m左右;第⑦层粉质粘土呈硬可塑状态，夹砂砾岩硬夹层较多，其厚度约20 m，在该层中部中砂及其胶结砂岩、卵砾石土分布较普遍，但其层位多不稳定，层位起伏、厚度变化较大，砂砾岩硬夹层较多;第⑧层土为山前冲洪积成因的卵石土夹粉质粘土层，平均厚度15.0 m左右，在卵石层顶面往往有中密中砂层呈薄层或透镜体状分布，在卵石土顶面或底部有胶结砾岩呈薄层或透镜体分布，在场地内卵石的厚度、层位很不稳定，局部地段卵石较薄甚至缺失。粉质粘土呈棕黄色硬可塑状态。中部粉质粘土夹层含姜石、砾石;底部粉质粘土层多含辉长岩风化碎屑。

(3)辉长岩各风化带:全风化岩层在场地内厚度较薄，强风化辉长岩其厚度较大，风化程度由上而下逐渐减弱趋势，岩芯上部多呈砂砾状，向下母岩硬块、碎块状、薄片状岩芯增多，局部呈强～中风化球状风化。中风化岩层面起伏变化较大，风化程度很不均匀，岩石的饱和单轴抗压强度标准值frk=10.0 MPa～12.0 MPa。属软岩，岩体的完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

2.2 各岩土层地基承载力特征值及桩基参数

根据新城区内各项目的岩土勘察报告中建议的桩基设计参数，进行统计分析给出各岩土层地基承载力特征值及桩基参数表1。

各岩土层地基承载力及桩基参数表表1

2.3 地基基础方案

通过已完成的岩土工程勘察报告中提出的基础方案及工程实际中所采用的基础方案进行分析，对于场地内的地下车库及多层建筑，当地下水位浮力不是很大，在配重能够满足抗浮设计要求的情况下，可采用天然地基。

建筑物层数小于25层的中高层建筑，可采用CFG桩、预应力管桩、钻孔灌注桩三种桩基型式，桩端持力层分别为第⑥、⑦层粘性土，桩长一般小于30 m。由于桩要穿越桩端持力层以上粉质粘土层中存在的中密中砂、卵砾石、胶结砂砾岩硬夹层，尤其是第⑦层粉质粘土中部砂砾岩薄层或透镜体较多，其层面起伏、厚度变化较大，当采用预应力管桩时可能会导致沉桩困难，桩端难以进入预定的设计标高，在预应力管桩正式施工前应选择代表性地段进行试桩。通过在建工程的试桩资料及已竣工工程所采用的桩基形式，在新城区北部的安置一区(1#、4#、9#地块)部分18层建筑中采用了CFG桩，在省会文化中心—大剧院工程中采用了CFG桩基础方案，由于土层中砂砾石与硬夹层的存在，CFG桩施工容易在砂砾石层与粘性土层界面附近产生混凝土离析、缩颈、断桩等桩身缺陷，在基础施工中应引起重视。

建筑物层数大于25层的高层、超高层建筑及单桩承载力要求较大的公共建筑宜采用灌注桩基础形式，为提高单桩承载力可采用后注浆施工工艺。省会文化艺术中心配套高层中的3个塔楼为地上24层～48层、地下3层的超高层公共建筑，基坑开挖深度20 m左右，基底压力平均值为 410 kN/m2～770 kN/m2，单桩承载力要求较高。桩基础采用强风化辉长岩作为桩端持力层，有效桩长51 m～53 m，采用桩端后注浆施工工艺，1#～3#塔楼注浆压力为 6.43 MPa～10.82 MPa、注浆量为 0.65 T～1.64 T，单桩承载力估算较未采用后注浆时提高了50%左右。经工程桩试桩检验，其单桩承载力满足设计要求。取得了较好的效果及经济效益，为后续同类工程积累了经验。

3 西部新城内水文地质条件

3.1 场地地下水的埋藏条件及地下水类型

勘区水文地质单元位于济南市西郊玉符河冲积扇前缘砂、砾石富水区。从含水层的埋藏条件分析，地下水类型为第四系松散层孔隙水及风化基岩裂隙水类型。第③层粉土及④1层粗砂、④2圆砾层其地下水类型属孔隙水潜水类型。其补给条件主要为大气降水和地表水径流补给。第⑤1中砂其顶、底板均为透水性相对较弱的厚层粉质粘土组成;第⑧层卵石土及中砂层其顶板为第⑦层粉质粘土，底板主要为下部粉质粘土及下伏透水性较弱的辉长岩风化带。如把厚层粉质粘土层及辉长岩风化带视作相对隔水层时，第⑤1中砂及第⑧层卵石土，均具承压水的埋藏条件，其地下水亦属于第四系孔隙弱承压水类型。通过《省会文化艺术中心—配套商业高层水文地质勘察专题报告》:第⑤1层中砂层观测承压水水头标高为 15.29 m～16.09 m，由于该砂层离基坑开挖深度较近，基坑降水井深度一般均能穿透该砂层，降水可有效控制其水头标高，一般不会产生基坑基底地下水突涌。第⑧层卵石观测其承压水头标高为16.41 m～16.72 m，由于该含水层顶板埋深较深，基底下粘性土层厚度较大，其基坑抗突涌安全系数可满足有关规范要求。承压水其补给条件主要接收场地南部的大气降水及地表水的下渗渗流补给及上游玉符河河道渗流补给。

3.2 场地区域内地下水稳定水位调查

从地下水位等值线图分析:区域内南西侧水位较高、北东侧水位较低，地下水有自南西向北东径流之趋势，地下水位受腊山河地表水补给明显;地下水位等值线南部相对较密、北部较疏，水力梯度南陡北缓，受场地内施工降水的影响，在该区域内形成了几处较大的降水漏斗，改变了地下水原来的径流场式，其波及范围较大，其后期勘察所测水位基本上都为动水位标高。在后期建设项目的岩土工程勘察中，应引起重视。

总结已有建筑场地勘察报告，各项目观测到的地下水稳定水位埋深、标高及建议地下室抗浮设计水位详如表2所示。

场区地下水参数表表2

3.3 水文地质参数

在站前广场(济南西客站市政配套工程)、省会文化艺术中心(配套高层、三馆项目)三个场地内进行了7组第四系孔隙水混合抽水试验，其水文参数如表3所示。

场区水文地质参数表 表3

3.4 地下水控制

西部新城场地内地下水类型为第四系孔隙潜水与下部⑤1中砂层及第⑧层卵石土承压水。根据勘察抽水试验结果，上部第四系地层地下水丰富，其单井涌水量大，地层的渗透性强，降水影响半径远。场地内所建工程往往基坑面积较大，开挖深度较深，可采用管井井点降水方案，基底下⑤1中砂地层的垂直越流补给，坑内疏干井宜适当密布。

4 基坑工程

4.1 土的抗剪强度指标

根据站前广场、文化中心大剧院配套高层、三馆项目工程的室内试验成果，对各岩土层的抗剪强度指标进行统计如表4所示。

各岩土层的抗剪强度指标统计表表4

4.2 基坑边坡支护方案

根据目前西部新城场地工程地质、水文地质条件以及周边环境情况，结合地下水控制措施，基坑边坡支护对于开挖深度小于6 m时，可采取适当放坡土钉墙支护方案;对于开挖深度小于12 m时，可采取多级放坡复合土钉墙或排桩支护方案;若开挖深度大于12 m时，可采用上部土钉墙下部排桩联合支护型式或放坡加排桩联合支护型式。

5 结语

勘察成果是岩土工程的基础性资料，水文、工程地质条件是工程地基基础方案选择的主要因素，有时甚至起到决定性作用。通过对西部新城部分区域勘察过程中的一些水文、工程地质问题的总结分析，随着工程规模和范围的不断增加，对区域内的水文地质、工程地质的认识还会有一个不断深入和完善的过程，有益于对整个西部新城工程的地基基础、基坑支护、降水工程问题的认识提高，对整个区域的岩土工程勘察、设计及施工有一定的借鉴作用。

［1］济南市勘察测绘研究院.济南西客站安置一区(1#、2#、4#、5#、7#、8#、9#、12#地块)岩土工程勘察报告［R］.

［2］济南市勘察测绘研究院.济南西客站安置二区(2#、7#、8#地块)岩土工程勘察报告［R］.

［3］济南市勘察测绘研究院.省文化艺术中心(南车库、大剧院、配套高层、三馆项目)岩土工程勘察报告［R］.

［4］工程地质手册编辑委员会.工程地质手册(第四版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007.