温州地区建筑地基基础常见岩土工程问题及其与勘察工作的关系
2015-07-03
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核心提示：温州地处我国东南沿海，特殊的地理环境和地质构造背景决定了温州地基土地层结构复杂、性质多变的特点。在工程建设特别是地基
温州地处我国东南沿海，特殊的地理环境和地质构造背景决定了温州地基土地层结构复杂、性质多变的特点。在工程建设特别是地基基础施工中，经常性地遇到由于地基土性质差异性和特殊性引起的岩土工程地质问题。如何合理、正确地解决上述问题，使勘察工作更具专业性、针对性，是我们岩土人所面临的现实课题和严峻技术挑战。本文通过基础施工中典型的工程案例收集分析，总结基础工程中的岩土、工程地质问题，进而指导本地区工程勘察重点和要点的确立，更好地服务于工程建设。
一、临江、濒海地区深基坑涌水问题
1、工程概况
场地位于温州沿江路，北侧临近瓯江。拟建物地上21层，地下1层，框架桩基础。基坑采用密排钻孔灌注桩+内支撑支护，地下水控制采用悬挂式水泥土墙帷幕和排桩支护体系组合。
2、场地工程地质条件
3、工程事故原因分析和工程地质问题
本工程基坑采用密排钻孔灌注桩+内支撑支护，地下水控制采用悬挂式水泥土墙帷幕和排桩支护体系组合。基坑开挖深度4.8-5.5m，分层分块开挖，坑内集水明排。当挖至设计标高附近时，坑底多处出现地下水上涌现象，并发生明显的渗流破坏，根据出水位置可确认其与勘察孔重合。经过多方调查、分析，造成坑底涌水原因主要有以下几点：
①由于勘探孔施工，揭穿了②1含细砂淤泥层，并成为②2含淤泥细砂中微承压水排泄通道（见示意图）。
②当钻探结束一定时间后，下部淤泥类软土因应力较高发生缩径而使孔管堵塞，阻止了②2含淤泥细砂中微承压水向下部卵砾石层排泄。
③当截水帷幕中局部水泥土墙搭接宽度不足，效果不佳，或存在较严重的施工构造缝隙时，②2含淤泥细砂得到侧向地层特别是附近瓯江水体的充分补给。在微承压水头作用下，地下水向基坑内排泄，造成坑底涌水和渗流破坏。
4、岩土工程勘察工作
国家行业标准《建筑工程地质勘探与取样技术规程》第13章规定，“勘察施工的钻孔、探井、探槽等，应在勘探工作结束后，根据工程要求选用适宜的材料回填。对隔水有特殊要求时，可用水泥浆或4：1水泥、膨润土浆液，通过泵送由孔底向上回灌充填”。
本工程深基坑施工时，②2含淤泥细砂微承压水及其补给来源是不可忽视的水文地质问题，属于“对隔水有特殊要求”的建设工程。在实际勘察工作中，往往只注重地层结构的查明和地基基础参数的确定，而忽视了地下水的作用。本次勘察结束后，未按要求进行钻孔回填，在下部软土缩径致钻孔闭塞和截水结构有缺陷等因素的共同影响下，最终引发②2含淤泥细砂中微承压水上涌并向基坑内排泄，造成一定的渗流破坏。
二、滨海软土地区大面积管桩施工中桩体上涌、斜歪和断桩
1、工程概况
温州滨海某工地，地上7层，地下1层，框架结构，采用预应力管桩基础，桩长（有效）45-48m，桩径600-650mm。基坑采用密排钻孔灌注桩+内支撑支护，地下水控制采用悬挂式水泥土墙帷幕和排桩支护体系组合。场地周边新建有厂房、公寓等，相距35-200m，其基础均采用预应力管桩，且基础完成时间14-150天不等。
2、场地工程地质条件
3、工程事故原因分析
在预应力管桩施工前，施工单位提交了相应的施工方案，该方案经审核基本符合有关规范要求。
场地周边地块均采用预应力管桩基础，且施工完成时间间隔较短，特别是场地北侧公寓楼，距离仅30余米，基础完成时间不足半月。由此产生的挤土效应造成了地应力急剧增大。按照设计要求，桩长以标高控制为主，贯入度为辅，实际施打过程中，由于地应力增大，在桩长达到设计标高前约8-10m时，贯入度逐渐变小，跳锤高度增加，并在施工后期阶段尤为明显。试桩总数3根，其动测曲线反映，有2根桩上部约4.2-4.5m处出现较为明显的断裂反射现象，另1根完整性较好，前2根桩静载荷试验时均出现不同程度的陡降现象，而后渐趋稳定，单桩竖向抗压极限值承载力仅为设计值的65-85%，不能满足设计要求。基坑开挖后，发现有近20%基桩桩身不同程度发生同向偏移和倾斜。
根据上述工程施工环境和基桩检测结果分析，场地处于高应力环境，特别是北侧公寓楼桩基础完工不足半月，锤击沉桩（特别是深部）贯入度明显比空旷场地的大。由于桩身对地基土的不均匀挤密作用，导致桩身竖向受拉、水平向挤压，部分桩顶水平位移明显，桩体上涌量较大，部分管桩接头脱落而使承载力等不能满足设计要求。
4、岩土工程勘察工作
本项目建设方要求勘察工期很短，从勘察结束到桩基础施工间隔约30余天。勘察期间，场地周边工地正在进行桩基施工，现场技术人员和机组施工人员已经明显察觉地下应力场的异常现象，如钻孔缩口迅速、孔隙水压力增高等。由于种种原因，现场技术人员未将这一重要的岩土工程现象详细记录，亦未向项目负责人和技术主管部门汇报，导致勘察成果中对场地高应力环境无任何描述和评价。
通过对本工程勘察工作的分析，可总结以下2点：
a、现场技术人员应善于抓住勘察要点，对个别特殊、异常现象除了如实记录外，还应向项目负责人及时汇报。
b、项目负责人应经常深入工地现场指导勘察施工，及时掌握施工揭示的异常工程地质现象，并在成果中建议相关施工注意事项。
三、地下天然气对基础施工的影响
1、工程概况
浙江平阳某交通枢纽工程，位于海积平原区，拟建高架桥基础采用大直径桩，桩长约65m。
2、场地工程地质条件
场地地基土以海积软土为主。上部约41m为淤泥类软土，中部为海相、湖泊相粘土、粉质粘土，间夹薄层细砂、贝壳，下部为河流相卵砾石层。软土中贝壳、半碳化植物碎屑较多见，卵石层顶面多为粉细砂混贝壳薄层，局部见碳化植物碎屑富集成层。这些生物腐植物化石分布不均匀，根据现场观测，其产状多呈薄层、透镜体状，部分为混合状，连续性一般较差。主要发育于海相软土、湖泊相粘性土界面处，湖泊相粘性土、河流相卵砾石层界面处，此外，海积软土中贝壳、植物残屑零星状分布，分布不均匀。
贝壳、半碳化植物等有机质的腐烂分解，产生以甲烷为主的地下天然气，主要储存于薄层粉细砂和卵石层孔隙中，并在上覆土层自重压力下达到应力平衡。由于钻探揭露，释放了上覆土压力，改变了其储藏空间的应力环境，从而造成天然气的喷逸现象。在该场地勘察施工中，4孔有地下天然气突逸现象，3孔见零星气泡冒出，约占勘探孔总量15%。其最大喷出高度约10m，历时12-96小时不等。由于水气喷发，对孔壁造成极大的破坏，多数钻孔孔口破损变大（直径由原来十几厘米扩大为0.5-1.0米），最大可达1.5米，据此推算的气水压力值可达0.60Mp以上。
3、工程事故原因分析
该交通枢纽工程基础施工中，多处发生天然气喷涌现象，但规模远较勘察施工阶段小，以冒泡涌气为主，一般不会造成喷发现象。这是因为基础施工桩径较大，加之经过勘探孔的泄压释放，气压有所下降。尽管如此，钻孔灌注桩施工时仍发生翻浆现象，造成了桩身混凝土流失、离析、胶结不实以及蜂窝夹泥等现象，给成桩质量带来严重的不良影响。
事故发生后，各方责任主体立即启动相关应急预案，经调查研究，一致认为在天然气富集区，应事先有针对性地施工泄压放气钻孔，并根据气量大小决定钻孔数量和排放时间，在天然气压力减小到对桩基施工无影响时，方可进行基础施工。
4、岩土工程勘察工作
本项目勘察报告中未对地下天然气进行有关描述和评价。尽管勘察施工中屡有天然气突逸并造成较大的破坏后果，现场技术人员却未进行相应描述记录，将地下天然气排除在岩土工程勘察工作范围以外。项目负责人及相关管理人员大多知晓此类事件，并多次亲临现场处理，却在编著勘察成果时对此现象未予描述评价，给工程建设造成不必要的损失。
四、人工挖孔桩地下水作用下的岩面接触冲刷问题
1、工程概况
浙江瑞安某中学教学楼，5层，框架结构，桩基础，建筑平面形态简单，无地下室。
2、场地工程地质条件
3、基础施工中的工程地质问题
根据勘察报告建议，基础施工采用人工挖孔桩，桩长要求全断面进入⑩3强-中风化基岩1.00m以上，桩径800mm。施工中，按照有关要求采用工程逆作法即时支模混凝土护壁，通风、出渣等均按规范要求进行，但对地下水的控制仅采用孔内集水明排，未采取相关的截水措施。
当挖至④3砾砂层时，孔内出现较大的涌水，同时产生一定的流砂、流土和渗流破坏（见人工挖孔桩地下水作用下的岩面接触冲刷破坏示意图）。当增大水泵抽水强排时，场地附近出现不同程度的地面开裂、沉降，桩基施工被迫停止。经各方责任主体调查研究，最终基础方案改为钻孔灌注桩。
4、岩土工程勘察工作
本工程勘察项目详勘报告中，水文地质条件描述较为简单，仅对潜水稳定水位作出定量描述，④3砾砂层微承压水只是概略评述，特别是基础方案建议以人工挖孔桩作为首选基础形式，与场地工程地质条件较大不符。在施工条件论证和有关基础施工注意事项中均未对地下水的影响进行相关论证说明。报告中，勘察要点不突出，照搬常规软土地区工作方法进行岩土工程的评价，对本工程的特殊性缺乏有效而明确的针对性。
五、高低层（不同基础形式）建筑差异性沉降问题
1、工程概况
温州某医院新建门诊楼，场地位于山体坡麓地带，地质条件复杂。门诊楼4层，框架结构桩基础，门诊楼东侧敷设1层多功能大厅，采用压密处理素填土上的柱下十字交叉钢筋混凝土基础。
2、场地工程地质条件
本工程场地位于山前过渡地带，地质条件复杂多变，近山地段以岩、土组合地基为主，远山地段逐渐过渡为海积软土平原区，同时，场地多处分布水生植物种植地、鱼池等湿地、泥沼地。
3、岩土工程地质问题
门诊楼为4层框架结构建筑，采用钻孔灌注桩基础，敷设的多功能厅为压实填土地基上的柱下十字交叉基础，其与主楼（门诊楼）之间设置了永久性的沉降缝。场地回填土厚度一般1-2m，局部达到3.5m。该处原为渔塘水池，深度不大但池底淤泥极软，局部为泥炭，其压缩性很高，固结历时长，工程地质性质极差。由于工期紧迫，施工单位日夜作业，并且未对池底淤泥进行挖除换填，边回填边压实。地基处理结束后也未进行平板载荷试验确定地基承载力，直接进行了浅基础施工。主体结构完成不久便出现较严重的不均匀沉降，特别是敷设多功能厅与主楼连接处，沉降差远大于设计预留高度并出现歪斜现象，纵横墙均不同程度出现斜裂缝，室内地面亦出现波状起伏和开裂。经过施工方补强、修复处置，暂时缓解了不均匀沉降现象，但投入使用后不久，上述问题再次出现，严重影响了建筑物观感和使用安全。
4、岩土工程勘察工作
按照勘察纲要，本工程勘察工作要点是：查明地基土分布规律、工程性质等工程地质条件，以及危害场地安全的不良地质作用和现象等。场地内鱼池湿地淤泥土性极差，属典型的不良地质现象。多功能厅以压实回填土作为地基，在勘察纲要中并未着重列出。勘察报告中建议门诊楼采用桩基础，敷设的多功能厅采用浅基础，除了对浅基础有关的一般性建议外，并无对池底淤泥换垫层处理以及压实填土施工工法、承载力载荷试验等的相关建议，特别是对高低层（不同基础形式）建筑差异性沉降问题，严重估计不足，给本工程的建设带来一定不利影响。
建设项目是一个完整的系统工程，各方责任主体分工协作，相得益彰，任何一方出现问题都会影响其上、下工序的协同配合，严重时将直接影响工程质量。岩土工程勘察是工程建设不可或缺的责任主体之一，如何加强勘察要点的研究，使勘察工作更具有针对性，更加符合个体工程的实际，将是岩土工程勘察工作重要发展方向之一。
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