成都地区工程地质特性及几个深基坑支护工程简介

1成都地区工程地质特性及几个深基坑支护工程简介中国建筑西南勘察设计研究院康景文成都610081一、成都地区工程地质特点1.1地层结构据区域地质资料，成都地区属于新华夏系第三沉降带—四川沉降带之川西褶皱带中的成都坳陷，西距北东走向的龙门山褶皱带约60公里，东距走向相同的龙泉山褶皱带约20公里，成都坳陷呈北东35°方向展布，受喜山期运动的内力地质作用，龙门山和龙泉山构造带相对上升，而拗陷盆地相对下降，在岷江水系长期的搬运和沉积作用下，在坳陷盆地内堆积了厚度不等的第四系冲洪积地层，不整合于白垩系的层之上，形成了成都冲积平原。受东西两侧构造带的影响，在成都平原下伏基岩内形成了浦江—新津和新都—磨盘山这一区域性的北东向基底断裂和其它次生断裂，长期以来，经区域地质调查配合物探、钻探和卫星遥感图片的解释也证实了这些断裂的存在。在钻探深度范围内，拟建场地内上部为第四系全新统人工填土层（Q4ml）；中上部为第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）；中下部为第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）；下伏基岩为白垩系上统灌口组泥岩（K2g），场地的地层特征由上至下分述如下：第四系全新统人工填土层（Q4ml）（1）杂填土：黑色、杂色，稍湿，松散，以填碎砖块、石灰渣、陶瓷片等建筑垃圾和生活垃圾为主，Z30#、Z31#还填有条石和混凝土块，整个场地普遍分布，层厚0.60～9.10m。（2）素填土：褐黄色，稍湿，松散，以填粘性土、粉土、砂、卵石为主，层厚1.10～6.00m。第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）（3）粉土：褐黄色，湿，稍密～中密，含少量氧化铁和铁锰质氧化物，层厚0.30～1.30m。（4）中砂:褐黄色，稍湿～湿，松散，含少量粘性土和云母片，主要分布于卵石层的顶板，局部地段相变为粉细砂，层厚0.30～3.50m。（5-1）中砂：褐灰色，湿～饱和，稍密,成分以长石、石英为主，含少量云母片，主要以透镜状或尖灭状分布于卵石层（Q4al+pl）中间，层厚0.40～4.80m。卵石（Q4al+pl）：褐灰色，湿～饱和，卵石成分以火成岩、变质岩为主，粒径一般为2～8cm，个别大于10cm，磨圆度较好，呈圆～亚圆形，微风化状，充填物为中砂和砾石，该层分布于整个场地，其顶板埋深为3.20～9.10m，相应标高为493.72～498.84m，层厚3.80～14.00m。按其密实程度分为（5-2）、（5-3）和（5-4）三个亚层：卵石（5-2）：稍密、充填30%～40%中砂和砾石,层位较连续，呈薄层状分布于本层的上部。卵石（5-3）：中密，充填20%～30%中砂和砾石,层位不连续，呈透镜状或尖灭状分布于本层的中部。卵石（5-4）：密实，充填15%～20%中砂和砾石,层位连续，分布于本层的底部。第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）2（6-1）中砂：上部为褐黄色，下部为青灰色，湿～饱和，稍密～中密,成分以长石、石英为主，含少量粘性土和云母片，主要以透镜体状或尖灭状分布于卵石层（Q3al+pl）中间，层厚0.20～2.50m。卵石（Q3al+pl）：上部为褐黄色，下部为青灰色，湿～饱和，卵石成分以火成岩、变质岩为主，粒径一般为3～10cm，个别大于15cm，含少量漂石，磨圆度较好，呈圆～亚圆形，卵石一般为微风化，个别呈强风化状，充填物为中粗砂、砾石和少量粘性土，局部夹鸡窝状粘性土，其顶板埋深为10.55～17.00m，相应标高为484.67～491.96m，该层分布于整个场地，层厚11.10～16.14m。按其密实程度分为（6-2）、（6-3）二个亚层：卵石（6-2）：中密、，充填25%～35%中砂、砾石和少量粘性土,呈透镜状或尖灭状分布于本层中。卵石（6-3）：密实，充填15%～20%中砂、砾石和少量粘性土,层位连续、稳定，整个场地均有分布，为本层主要构成层。白垩系上统灌口组基岩（K2g）（7）泥岩：紫红色、棕红色，泥质结构，中厚层状构造，其顶板埋深为24.70～28.00m，相应标高为475.17～477.96m，按其风化程度为（7-1）、（7-2）二个亚带：（7-1）强风化泥岩：组织结构已大部分破坏，矿物成分已显著变化。风化裂隙发育，裂隙面充填灰绿色粘土矿物，岩芯成饼状破碎（本场地仅在Z18#勘探孔部位分布了0.29m的全风化泥岩），岩芯采取率为70-85%，RQD指标为50-75%，本层厚度约为0.80～5.10m。（7-2）中风化泥岩：组织结构部分破坏，节理面矿物风化成土状。风化裂隙较发育，岩芯呈短柱状，岩芯采取率为85-95%，RQD指标为75-90%，本次勘察未揭穿。1.2研究思路1.2.1、结合工程需要进行静力载荷试验从已搜集到的资料看，在成都行政区划范围内，有十多个工程在试验深度为2－11m的卵石层上作了二十九个点的静力载荷试验，承压板面积为2500－5000cm2(仅成都无缝钢管厂一个载荷试验为10000cm2)。试验成果为这些工程地基基础设计提供了直接的参数，同时也为其它工程的设计和卵石土承载力的研究积累了资料。但是由于这些试验主要是配合工程需要进行的，成果往往不很完整，试验方法也较单一，对比性较差。1.2.2、选择试验场地进行专门研究结合工程需要进行原位测试带来的完整性和对比性较差的缺陷，分别采用现场静力载荷试验、重型动力触探试验及现场推剪试验等方法对第四系卵石层的物理力学性质进行了较系统的研究，对卵石土的破坏机理进行了探讨，并分析了影响卵石土地基承载力的因素，建立了一系列经验公式，为成都地区卵石土的深入研究提供了较完整的资料。1.2.3、采用室内模拟试验进行系统研究模型测试方法确定自然条件下卵石土的承载力和其它指标无疑是一种有效的手段，但是由于受到野外试验中量测技术的限制，卵石土在荷载作用下的变形性质和破坏规律不易测定出来。采用与自然卵石土颗粒级配相近的、与自然条件下干容重和含水量基本一致的模拟材料，在室内大型钢质试验槽中进行载荷试验，经详细观察和系统测定，对卵石土在荷载作用下的垂直位移、滑动形态和卵石破坏情况进行了有益的探讨，从而使卵石土承载力的研究在理论上得以完善。1.2.4、搜集多种测试资料进行对比研究3众所周知，载荷试验是岩土工程行业公认的模拟地基承载力最直接、最可靠、最有效的原位测试方法，但是由于时间长、设备重、耗资大等弊端限制了这种试验应用上的广泛性，特别是埋深较大的地层更难以用载荷试验方法获得地基土的承载力，为此一些单位力图以简易实用的测试手段与载荷试验相配合，建立经验关系并借以估算卵石土的地基承载力。应用较普遍的是动力触探试验。建立了动力触探指标(N63.5)与载荷试验成果的关系,推出了适合卵(碎)石地层勘察的超重型动力触探试验(N120)，并在全国较多勘察单位推广应用，随着资料的积累，建立了N120与比例界限和变形模量之间的经验公式，给卵石土地基的勘察和评价带来了实用和方便。1.2.5、对进行长期变形观测为了检验卵石土地基特性研究的可靠性，对成都地区一些以卵石层作为基础持力层的高层建筑物和基坑进行了长期变形观测工作，为研究卵石土地基在荷载作用下长期变形特征积累了宝贵的资料。1.3成都粘土特性成都粘土广泛分布于成都断陷盆地东侧台地上，呈“地毯式”披覆于不同的地貌单元上，总面积达数千平方公里。成都粘土裂隙发育，具有很强的亲水性，遇水膨胀，易塑易滑，失水干裂收缩。1.3.1成都粘土的地质特征(1)宏观地质特征,成都粘土在平面上大面积分布于成都市东郊至龙泉山麓，沉积厚度不等，但在垂直剖面上没有明显的沉积间断。一般厚2-7m，最厚可达20m左右。自上而下大致分为三层:①上层灰黄色、褐黄色粘土，粒度较粗，结构较疏松，质较纯，强塑性，含较多的有机质。网状风化裂隙发育，裂面光滑，常夹有灰白色粘土薄膜及条带。含较多铁、锰质豆石(φ3mm)及钙质结核(φ=5-20mm)。稍湿一潮湿，坚硬一可塑状态，厚0.5-3m.②中部黄色、红黄色粘土，结构致密，局部具花斑状结构，土质均一，强塑性，微含砂粒。裂隙发育，间距小于0.5m，延伸较长，隙壁有灰白色粘土，粘土细腻，滑感很强，裂面有擦痕，具蜡状光泽。层内含少量钙质结核(φ=5-15mm).③下部棕黄色、黄红色、灰白色粘土，团块状灰白色粘土增多，与黄红色粘土构成花斑状结构。裂隙极发育，裂面延伸较长，隙间常夹有灰白色粘土条带，裂面光滑，可见擦痕，蜡状光泽，有滑感。该层含较多钙质结核，厚1-3m。(2)物质组成:成都粘土的矿物成分主要为伊利石(水云母)，次为蒙脱石;此外，还有少量高岭石、绿泥石和石英。在不同层位、不同颜色的粘土中，各种粘土矿物的相对含量有一定的差异。其中，灰白色粘土中蒙脱石含量较高。(3)成都粘土的粒度成分:成都粘土中，砂粒占2%-6%，粉粒占24.5%-34.5%，粘粒占60.8%-73.0%.1.3.2成都粘土的工程地质特征(1)成都粘土的物理力学性质指标天然密度(kN/m3)18.70-20.70内聚力C(kPa)32.40-97.60比重G2.71-2.79内摩擦角7-30天然孔隙e0.61-0.79压缩系数21(MPa-1)0.10-0.28天然含水率W(%)20.20-37.90压缩模量Es(MPa)9.00-27.00液限WL(%)38.20-54.80自由膨胀率Fs(%)40.75-72.00塑限wp(%)18.10-25.30膨胀力pP(kPa)29.28-111.02液性指数IL0.05-0.35收缩系数shC0.27-0.50塑性指数1p18.60-33.40缩限W(%)9.30-15.404(2)成都粘土的一般工程地质特性:从表1可看出，成都粘土塑性指数为18-33，天然密度较大，为18.7-20.73/mkN，天然孔隙比较小，为0.61-0.79，密实度较高，力学性能较好;压缩模量为9.00-27.00MPa，压缩系数为0.10-0.281MPa，属中等压缩性地基土。根据对多组成都粘土原状试样物理力学指标值分析得知:成都粘土有随天然含水率的增高，天然密度降低，孔隙比增大的规律。在天然含水率状态下原状试样的抗剪强度指标，远大于饱水状态下土的抗剪强度指标，重塑土样的抗剪强度指标高于原状试样的抗剪强度指标(说明裂隙对粘土强度的控制)，而且重塑土样的抗剪强度随含水率的提高而降低。(3)成都粘土的胀缩性:从表1中的自由膨胀率可以看出，成都粘土具有弱一中等膨胀潜势。1.3.3成都粘土的主要地质病害及工程地质评价成都粘土的颗粒级配、矿物成分及化学成分都表明，成都粘土颗粒细，亲水性强，膨胀性显著，一般为II级胀缩性地基土；成都粘土裂隙发育，沿裂隙分布有亲水性很强的蒙脱石粘土，加之地下水沿裂隙渗流，为蒙脱石膨胀提供了丰富的水源。粘土体积膨胀，强度明显降低，变形量增大，易塑易滑性增强，所以成都粘土地区极易产生上述易塑、易滑等地质病害。成都粘土的矿物组成、结构构造，及其下伏地层的岩性，是决定成都粘土易塑易滑特性的内在依据;而人为工程活动及气候、地貌等因素，则是产生变形破坏的外部条件。1.4成都卵石特性1.4.1卵石土的分布从地貌单元看，成都地区除河漫滩外，主要分布有三级阶地，其地质构成分别为：三级阶地：表层为厚3.－21.0m，一般厚度为6--12m的膨胀性粘土(Q2fgl)，其下为厚约0.5—8.0m的雅安砾石层，此层在部分地区缺失。基底为白垩系(K)紫红色粘土岩和砂岩。二级阶地：上部为厚3.0－8.0m的膨胀性粘土(Q3-4al-pl)，其下为厚约1.5－3.0m的粉质粘土层，此层底部夹薄层粉土(或透镜体)，以下为卵石层，层厚一般大于10m，含粘粒及中、细砂颗粒。卵石层中夹砂或圆砾透镜体或薄夹层。基底为白垩系(K)紫红色粘isle岩。一级阶地：上部为厚1--3m的粘性土Q4pl-al)，层顶一般为厚约1－2m的填土，在粘性土层底部，有厚0.5—2.0m左右的中、细砂层或粉土薄夹层，以下则为此次研究的主要卵石层。卵石层在成都地区广有分布，厚度较大，在成都市区内，一般厚度为15－35m，变化较大，西厚东薄，在西北郊，卵石层厚度可达60m以上。1.4.2、卵石