长春市中海·盛世城E区工程地质勘察和岩土工程评价

李宗效，安 征

1 吉林建筑大学 测绘与勘查工程学院,长春 130118 2 中交-公路局路桥华祥国际工程有限公司，北京 100010

1 工程概况

拟建项目位于长春市宽达路以北,隆盛街以东.拟建工程为中海·盛世城E区E 11#～E 21#楼及地下车库,本文包括的拟建建筑物见表1.

表1 建筑设计参数Table 1 Architectural design parameters

续表1

2 工程地质条件

2.1 气候和水文条件

气候属欧亚大陆东部中温带大陆性半湿润～半干旱季风气候,春季干旱多风,夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥.年平均气温4.1 ℃～4.9 ℃,7月份平均气温23 ℃,1月份平均气温为零下17 ℃.冬季偏西风,夏季东南风,春季西南风,风速季节变化明显,春季平均风速3.9 m/s,最大风速30 m/s.长春地区多年平均降水量500 mm～600 mm,降水量不稳定,季节性变化大,年内降水量分配不均,汛期(6月～9月)降水量一般占全年降水量的77 %,日照时数约2 637 h.

2.2 区域地质

长春市位于松辽凹陷的东部边缘,是北东向展布的郯庐断裂与东西向展布的中朝古板块与西伯利亚古板块陆缘碰撞褶皱造山带的交切复合部位,古生代时期的沉积物较少,局部有二叠纪地层出露,在中生代地台下降,在东部山区有侏罗纪的沉积层.长春基岩有厚层白垩纪泥质砂页岩陆相沉积,第四纪中更新世有长白山岩浆活动.

长春市城区区域地貌属于松辽平原东部高平原地貌,总的地势由东南向西北逐渐降低,地面海拔189.00 m～306.80 m,可分为伊通河河谷冲积阶地、冲积洪积波状台地和剥蚀丘陵.

冲积河谷阶地:海拔高度189.00 m～205.00 m.主要由伊通河一级阶地构成,高出河床2 m～3 m.阶地由全新统粘性土和砂砾石组成二元结构.阶地东宽西窄,除人工开挖造成的坑塘沟渠外,大部分地段表面平坦,微向河床和下游倾斜,地面纵向坡度0.4 ‰ 左右,横向坡度1.25 ‰ 左右.东侧阶地后缘与冲积、洪积波状台地相连.河漫滩不发育.

冲积洪积波状台地:主要分布于伊通河西岸,海拔高度205.00 m～230.00 m,表层为中更新统黄土状粉质黏土,下部为黏土,局部为砂砾石,第四系总厚度约为15.0 m～28.0 m,个别地区大于30.0 m.地面呈波状起伏,波峰与波谷相对高差一般为10.0 m～15.0 m,波峰呈北东-南西走向,波谷较宽.

仅在东南部边缘局部有侏罗纪地层组成的剥蚀丘陵,地面海拔高度230.0 m～306.8 m,面积约5 km2.

2.3 地形地貌

本场地的地貌单元为伊通河一级阶地.勘察时拟建场地地面较平坦，孔口高程最大值为195.31 m,孔口高程最小值为193.57 m,最大高差1.74 m.

2.4 岩土体工程地质学特征

本次勘察的最大深度21.00 m,所揭露的地层上部为第四纪粘性土层和砂层,下部为白垩纪泥岩.根据岩土的物理力学性质和岩性分为如下5层:

第 ① 层 素填土(Q4al+ml):灰褐色、黄褐色.主要成分为粘性土,夹少量块石及砖石碎块,含少量植物根系,稍湿,松软.层厚2.60 m～4.60 m.

第 ② 层 粉质黏土(Q4al+pl):灰、灰褐色,可塑状态为主,局部软塑状态.中等压缩性为主,局部高压缩性.局部含有机质,孔隙较大,土质不均匀.局部下部含砂.层厚1.40 m～5.20 m,层顶深度2.60 m～4.60 m,层顶标高189.96 m～192.01 m.

第 ③ 层 中 砂(Q4pl):灰白、黄褐色,主要矿物成分为长石、石英,磨圆度、分选均一般.饱和,中密～密实状态,局部为粗砂,局部夹薄层粘性土.厚度分布不均匀,层厚1.90 m～5.30 m,层顶深度4.60 m～8.70 m,层顶标高185.7 m～189.71 m.

第 ④ 层 全风化泥岩(K):褐红色,夹灰白色砂岩薄层,全风化状态,岩芯呈硬塑～坚硬粘性土状及砂状.白垩纪极软岩,极破碎,岩石基本质量等级Ⅴ级,干钻易钻进.局部缺失该层,层厚0.00 m～5.3 m,层顶深度7.60 m～11.60 m,层顶标高182.89 m～186.82 m.

第 ⑤ 层 强风化泥岩(K):白垩纪.紫红色,强风化状态,局部夹灰白色砂岩薄层,夹层分布无规律.干钻不易钻进,岩芯呈碎块状、短柱状,结构大部分破坏,向下渐变为中风化状态.块状构造.软岩,破碎,岩石基本质量等级Ⅴ级.顶板略有起伏,无空洞、临空面及软弱夹层.此层未钻穿,勘察揭露的最大厚度7.40 m,层顶深度10.50 m～15.60 m,层顶标高178.90 m～183.92 m.

3 岩土参数的统计

3.1 土的物理性质指标

根据《土工试验方法标注》(GB/T 50123-2019)[1]进行室内土工试验, 得出的物理力学性质指标进行分层统计计算,统计结果见表2.

表2 土的物理性质指标平均值Table 2 Average value of physical property index of soil

3.2 土的压缩性指标和抗剪强度指标

土的压缩性指标和抗剪强度指标平均值见表3.

表3 土的压缩性指标和抗剪强度指标平均值Table 3 Averagevalue of compressibility indexand shear strength of soil

4 场地地震效应

4.1 场地基本地震动峰值加速度值和基本地震动加速度反应谱特征周期值

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)[2],《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[3],勘察场地的抗震设防烈度为7度.场地基本地震动峰值加速度为0.10 g,基本地震动加速度反应谱特征周期0.35 s.

4.2 场地类别

计算土层的等效剪切波速vse,按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[3]的规定,土层的等效剪切波速按下式计算:

(1)

式中,d0为计算深度,m,其数值取覆盖层厚度和20 m两者的较小值;di为计算深度范围内第层土的厚度,m;vsi为计算深度范围内第i层土的厚度,m;t为剪切波在地面到计算深度范围内的传播时间,s.

根据剪切波速测试结果,场地覆盖层厚度为9.6 m;因此d0取9.6 m,由式(1)可计算出拟建工程场地土层的等效剪切波速Vse=221.0 m/s,土的类型为中软土.

4.3 饱和砂性土液化判别

砂土液化经验判别公式为:

(2)

式中,Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值；N0为液化判别标准贯入锤击数基准值，可按文献[3]中的表4.3.4采用，此处取7；ds为饱和土标准贯入点深度，m；dw为地下水位，此处取dw=1.80 m；ρc为粘粒含量百分率，砂土采用3；β为调整系数，设计地震第一组取0.80.

勘察场地的抗震设防烈度为7度.经计算,该场地砂土不液化,场区无震陷地层.

综上,场地是稳定的,作为建筑的场地是适宜的.

4.4 抗震地段

根据剪切波速测试结果,场地土等效剪切波速平均值Vse=221.0 m/s,根据勘察资料,场地覆盖层厚度为3 m～50 m,设计特征周期为0.35 s,建筑场地类别为II类.场地为建筑抗震一般地段.

5 岩土工程评价

5.1 地基均匀性评价

拟建场地地基土属于同一地貌单元,由于拟建场地的面积较大,需单栋建筑物单独评价,见表4.

表4 拟建建筑物基础持力层及地基均匀性评价Table 4 Evaluation of foundation bearing stratum and foundation uniformity of proposed building

5.2 天然地基浅基础方案分析

拟建的E11～E21号楼为地上6层～8层,地下1层建筑,上部荷载一般,全部采用第 ② 层粉质黏土为基础持力层,承载力能满足上部荷载的要求,可采用天然地基筏板基础.

5.3 桩基础方案分析

拟建场地下部风化岩层是良好的桩端持力层,可采用桩基础.下部基岩以泥岩为主,全风化层的承载能力相对较差,应选择第 ⑤ 层强风化岩层作为桩端持力层.根据上部荷载情况及持力层埋藏深度选择适宜的桩型,较适宜的桩型为预应力高强混凝土管桩.

6 建议

(1) 预应力高强混凝土管桩基础方案建议. 按桩的长度为10.0 m～14.0 m,桩径为400 mm设计,估算单桩竖向承载力特征值Ra为1 300 kN.以第 ⑤ 层强风化泥岩作为桩端持力层.局部第 ③ 层中砂层较密实,厚度较大,桩穿越此层有困难,只要贯入度及桩长满足设计要求,也可作为桩端持力层.

(2) 天然地基基础方案建议. 采用天然地基筏板基础,以第 ② 层粉质黏土作为持力层,可将局部第 ① 层素填土全部挖除加深至第 ② 层粉质黏土,采用素混凝土换填至设计基础底标高.