徐光标，王 龙，周鹏飞，樊峥峰，荣 研
(中铁十六局集团路桥工程有限公司，北京 101520)
南昌市是我国中部重镇，也是华东地区重要的中心城市、长江中游城市群中心城市，“中部崛起”战略给南昌市的发展建设带来极大的机会，拟建项目位于南昌市新建区城市快速路祥云大道北侧，西侧为已建成的昌铜高速服务区[1]。用地性质为公路用地，原规划总用地面积883 749.00 m2，约1 325.62亩(1亩≈666.67 m2)，本次项目在原规划总用地内，拟规划用地面积16 666.67 m2，约25亩(1亩≈666.67 m2)。项目功能相对比较简单，只有1栋研发中心，并且在规划中与祥云大道之间60 m不能设计建筑物，所以留有很大一块区域作为公共绿化，增加了美感和舒适感，项目在总平面规划上功能布局合理、精心组织交通，以满足各类型人流、车流及消防疏散的要求，满足机动车及非机动车的停放需求。场内园林绿化的设计不仅与建筑和谐统一，同时把室外功能空间合理地融入景观环境中，将景观效应，环境、景观有效地统一起来。根据现有文献[2]及相关地勘资料，南昌市地处鄱阳湖冲积平原中心位置，粉砂性软质土分布广泛，复杂的地质条件给工程施工带来了一系列阻碍[2]。且南昌及周边区域范围内地下水贮存丰富，水位较高，因而现阶段结合南昌地区的典型地层结构、地质特征，对地下结构和基坑工程采取抗浮措施已十分广泛，并且有学者[3]认为提出结构设计抗浮水位才是解决抗浮问题的关键。
本文以南昌市赣粤高速机电研发中心工程勘察项目为实例，深入剖析工程及水文地质条件，就已勘测到的数据结合规范和经验，提出合理且全面的施工指标以及抗浮设计建议，本次岩土工程勘察实例分析为南昌地区其他类型的工程地下结构抗浮安全性研究提供参考。
1.1 拟建工程情况
某项目位于南昌市新建区望城镇昌铜高速和祥云大道的交汇处。总建筑面积25 495.13 m2，包括地上建筑面积22 002.06 m2，地下建筑面积3 497.19 m2。总用地面积16 534.16 m2，最大楼高24 m。项目重要性等级为二级;场地、地基复杂程度均为二级,按照《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)(2009年版)的相关规定，综合评定本工程岩土工程勘察等级为乙级，具有开挖工作量大、支护结构多样性和周边环境保护要求高等特点。
1.2 勘察目的及技术要求
勘察的目的是为施工图设计提供详勘阶段的岩土工程勘察资料,要求查明场地地层结构及其物理力学性质,并进行岩土工程评价,为建筑物的施工图设计提供有关岩土参数[3]。具体需解决以下岩土工程问题。
1)搜集附有坐标和地形的建筑总平面图，场区的地面整平标高，建筑物的性质、规模、荷载、结构特点，基础形式、埋置深度，地基允许变形资料。
2)查明建筑场地的地形、地貌特征、划分地貌单元。查明不良地质作用的类型、成因、分布范围、发展趋势和危害程度，提出整治方案的建议；
查明场区各岩土层的类型、深度、分布、工程特性，分析和评价地基稳定性、均匀性和承载力。尤其应查明基础下软弱和坚硬地层分布以及各岩土层的物理力学性质。对基岩，应查明岩石坚硬程度、岩体完整程度、基本质量等级和风化程度。
3)查明场地地下水的类型、埋藏条件、水位及变化幅度，查明地层的渗透性，判别地下水和场地土对建筑材料的腐蚀性。
4)查明暗藏的河道、沟滨、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物。
5)划分场地土的类型及建筑场地类别。
6)对需进行沉降计算的建筑物，提供计算变形所需参数，预测建筑物的变形特征。
7)对工程采用的基础类型进行分析与评价。
8)对基坑工程的设计、施工方案提出意见；
提供各侧基坑地质模型的建议，提供基坑支护设计勘察方案。
1.3 勘察方法
本次勘察属于详细勘察，根据拟建物的特点及设计要求，采用钻探取样为主，标准贯入、动力触探、剪切波速试验、室内土工试验、野外目力鉴别以及邻近工程建筑经验相结合等综合手段进行。
2.1 场地地形、地貌
场地位为岗阜地形，总体地势北、东高，南、西低，北半侧为一填土台。台上地形基本平坦开阔,局部略有起伏，地面标高在55.21～60.30 m。且场地距离大型地表水体较远，在场地内西侧边缘有一集水坑，勘察期间水位高程为55.10 m。
2.2 区域地质情况
场地位于扬子准地台一级构造单元、江南台隆二级构造单元、萍乡—乐平台陷四级构造单元之北侧。据区测资料,本场地内无深大断裂通过,同时根据现有钻孔资料分析表明,勘探深度内未揭露有断裂构造。
场地位处在南昌市新建区，所属区域岩性以凝灰质千枚岩板岩为主，岩体受多次构造运动，岩石挤压褶皱强烈，节理裂隙发育，局部产状不稳，且原生结构面(岩层)较陡。泥化软弱夹层与结构面较多，完整性差成碎块状，较易产生边坡失稳[4]。
据南昌地方志记载，南昌市及其附近自公元319 年以来所遇地震18 次，均属弱震，多数受邻省地震的影响。南昌地区仅有两次，分别发生于1917 年3 月和1918 年1 月8 日，地震历时30 s，最大震级级3.5，未造成损失。从1971年建台以来，亦监测到多次无感地震，震级在0.1～2.4级。西北部梅岭花岗岩分布区属九江～靖安地震最活动影响带，是未来百年内震级为5 级，烈度为6 度的地震危险区[5]。
2.3 场地岩土的构成与特征
根据本次钻探揭露,勘探深度内,场地地层结构由第四系全新统杂填土(Q4mL)、第四系中更新统残坡积层(Q2el+dl)、中元古界双桥山群(Pt2)组成。按其岩性及工程特性,自上而下依次划分为①杂填土；
②黏土；
③全风化千枚岩；
④强风化千枚岩。各岩土层空间分布及工程特性见表表1。
表1 岩土层分布及主要特征一览表
2.4 水文地质条件
2.4.1 地表水
场地周围不存在有水力量联系的大型地表水体。但场地低洼处地表已形成沼泽化湿地，在场地内部西侧有一微型集水坑，勘察期间水位高程55.10 m，与周边地形相当。由此可以判断其受大气降水及场地周边高地地下水的侧向补给，向周边更低处排泄。按照施工要求，这个集水坑将在施工初期被填平。
2.4.2 地下水类型及地下水位
勘探深度内,勘察场地地下水主要可分为孔隙水及基岩裂隙水两种类型。现分述如下。
1)孔隙水：主要存在于填土层，下部粉质黏土为其相对隔水层底板，按照埋藏条件可划分为包气带水。主要由大气降水补给，向低洼地段排泄。填土层的渗透性，富水性无论在水平方向还是垂直方向上存在较大差异，因此包气带水的连通性较差，水位高程也有一定差异，水位及水量受季节性变化影响大。勘察期间实测稳定地下水位埋深0.65～5.15 m，稳定水位标高53.33～55.96 m。因上包气带排泄能力差，水位极易受大气降水影响，年变化幅度2 m左右。
2)基岩裂隙水：结合初勘资料看，基岩裂隙水主要赋存于千枚岩的风化裂隙及构造裂隙中，水位及水量受季节性变化影响大，富水性差，水量贫乏,地下水分布极不均匀。受大气降水的垂直补给以及相邻含水层的侧向补给，排泄于沟谷低洼处或向下游含水层排泄。
2.4.3 场地下水及土腐蚀性判定
经环境调查拟建场地周围无强酸、强碱等污染源分布，根据周边已有建筑经验，根据《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)(2009 年版)判定，场地环境类型为Ⅱ类，根据场地水质分析报告及周边场地经验数据判断，本场地地下水按环境类型对混凝土结构具微腐蚀性，按地层渗透性对混凝土结构具弱腐蚀性，在干湿交替或长期浸水环境条件下对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。
3.1 场地岩土的物理力学性质
地基土参数分析分别按各岩土层的物理性质指标，在统计分析中，采用置信区间法(即u±3σ)剔除异常值、分别按最大值、最小平、平均值、标准差、变异系数分析计算并进行了统计修正，给出标准值，根据所取土样的土工试验成果表，按规范的规定对各土层的土样的物理力学性质指标进行统计，统计结果见表2。
表2 物理力学性质指标分层统计成果表
本次勘察在主要土层中进行了一定数量的标准贯入试验，其指标统计见表3。
表3 原位测试试验成果统计一览表
3.2 场地稳定性与适宜性评价
勘察区内第四纪以来，新构造活动微弱。从历史地震资料分析，区内无明显的活动迹象。场地周边无区域性活动断裂及其他影响场地稳定的滑坡、泥石流、崩塌等不良地质现象；
场地内没有发现埋藏的河道、沟浜、池塘、墓穴、防空洞、孤石及溶洞等对工程不利的埋藏物。场地土类型为中软-中硬土，场地类别为Ⅱ 类。无液化土层。场地内未发现对地基稳定有影响的洞体、地裂缝、液化体等。场地属于抗震不利地段，需要对建筑物抗震设计适当加强。场地稳定性尚可，适宜本工程建设。
3.3 地基的稳定性与均匀性评价
根据钻孔资料分析，拟建场地范围内主要土层为黏土层、全风化千枚岩、强风化千枚岩。拟建研发中心及地下室基底高程为50.1 m，粉质黏土层顶标高为54.20～57.09 m，厚度为0.5～2.7 m，厚度变异系数为0.415；
全风化千枚岩的顶标高为52.01～55.99 m，厚度为1.5～8.8 m，厚度变异系数为0.4。强风化千枚岩的顶板高程为47.19～53.34 m。由此可知各岩层的界面起伏不定，厚度变化较大。风化岩的工程特性在水平面上的分布存在差异。综上所述，本场地地基为不均匀地基。
3.4 不良地质与特殊性岩土评价
3.4.1 不良地质评价
在周边地质调查过程中，拟建建筑场地上并未发现已存在的滑坡、崩塌、泥石流不良地质灾种。勘探孔钻探深度内未发现断裂破碎带、土洞、溶洞不良地质作用。
3.4.2 特殊岩土评价
场地内特殊性岩土为填土、风化岩及残坡积土。评价如下。
杂填土：除上述基本特性外，场地填土主要成分是场地旁的挖方残积土、全风化千枚岩、强风化千枚岩，这些填土已发生一定程度的红化，遇水后已发生软化，部分成分可能因雨水的淋滤而流失。另外这些填土成分又与建筑垃圾和生活垃圾混杂在一起，造成土层在水平和竖直方向上分布极不均匀，表现出工程性质的各向异性、高压缩性、不均匀性。
全风化千枚岩：该层属于土状全风化，风化的结果是原岩结构基本被破坏，手捏可碎。因其原岩岩层产状非水平和原岩成分的不均匀分布，导致其在水平方向上分布不均匀，另外也发生一定程度的红化作用，遇水易软化是该层土的重要特征。局部其中含有石英，也使得标贯试验数据具有一定离散性。
强风化全枚岩：该层风化岩为碎块状强风化，风化裂隙较发育，具有一定的渗透性，发生一定程度的红化作用，遇水易软化。
本场地的风化岩的共同特性是水膨胀、软化，失水收缩开裂。本工程建造期正处于雨季，因此，施工期间应做好排水及防雨措施，避免地基土被雨水浸泡，以防因土(岩)吸水、失水引起不必要的工程问题。
4.1 基坑概况
根据本项目总平面规划图，本基坑开挖影响范围内没有下水管道、高压线管、地下电缆等管线，场地拟建工程含1层地下室，填土地面平均高程为59.07 m，场坪设计高程为56.5 m，基底高程为50.10 m，开挖深度为6.4 m。按场地地表标高计算，基坑开挖后，坑壁土层自上而下为杂填土、粉质黏土、全风化千枚岩、强风化全枚岩。
4.2 基坑支护方案建议
场地表层杂填土主要成分为全风化千枚岩和建筑垃圾，平均厚度3.25 m，填土地面平均高程为59.07 m。场坪设计高程为56.5 m，基底高程为50.10 m，开挖深度为6.4 m。场坪高程达到设计值后，杂填土剩余厚度约0～2.3 m。开挖后，可形成北侧、东侧深度大，南侧、西侧深度小的基坑。受场地条件限制，可采用支挡结构或放坡与支挡结构相组合的基坑支护形式，坡率可取1∶ 1。因场地土质遇水后工程性质易发生弱化，又值雨季施工，基坑坡面不宜裸露，需要做好防雨排水。可设置排水沟、积水井，及时将基坑内水排除；
可采用坡面挂网+喷素混凝土进行防护，重点应保护好坡脚不被雨水冲刷。在施工的过程中应做好基坑监测。基坑支护设计、施工及监测必须专门委托具备相应资质的单位承担。
基坑安全等级可按二～三级考虑，施工期间严格控制基坑周边荷载，并做好相应的监测。
4.3 地下水治理方案
对包气带的治理可采用明排或在基坑底部沿坡脚设置排水沟和集水井予以抽排。基坑支护设计与施工必须委托有相应资质等级的单位进行。设计时应充分考虑场地岩土工程条件、地下水特征、基坑周边环境及开挖深度等因素，尤应注意基坑侧壁土层稳定性及丰水季节地下水量较大可能给基坑防水带来的不利影响。根据地区经验，提供基坑侧壁土体渗透系数见表4。
表4 基坑侧壁土体渗透系数表
4.4 不良地质对基坑底板的影响及处理办法
本场地不良地质有杂填土、耕土及淤泥层，基坑底板大部分落在粉质黏土层上，其中东北侧及东南侧上部水塘及沼泽地处存有淤泥会对其有一定影响，建议在此处基坑开挖前，建议清除地表水及淤泥，用黏性土进行回填。
4.5 基坑抗浮建议
勘察期间本场地的稳定地下水位平均高程54.87 m，场地北侧、东侧地势较高，基坑开挖后，极易集水。因此施工期间，以地下水位为抗浮设计水位，可通过挖集水井(坑)排水的办法，减小浮力对基底的作用。按地下室基底高程为50.10 m考虑，基底地基土为非饱和状态的全风化千枚岩，风化裂隙发育。
竣工后，基底埋深约为 7.3 m，大气降水可在建筑物周围的回填土中形成上层滞水。如遇极端降雨，地面积水持续不退的情况下，上层滞水与基底地下水可形成水利联系从而在基底产生浮力作用。为减少浮力破坏，用分层夯实黏性土、灰土或预拌流态固化土、素混凝土等弱透水材料回填肥槽，同时地面散水、排水系统亦应科学设计合理使用。综上所述，在建筑物的使用期间的抗浮水位宜根据设计施工的情况确定为57.6 m。地下室所受浮力应按静水压力计算。
为抵御浮力对建筑物的破坏，可采用建筑物压重、下部设置限压井(孔)、设置抗浮桩(锚杆)等方法。如需要设置抗浮桩(锚杆)，承载力和设计参数应通过性能试验确定，初步设计时，可按表5～6选取参数，依据《建筑抗浮设计标准》(JG J476—2019)相关条款计算。
表5 抗浮锚杆设计岩土参数 单位：kPa
表6 抗浮桩设计岩土参数
4.6 建筑变形特征分析及预
本拟建工程采用的是桩基础，选用强风化千枚岩或中风化千枚岩作为基础持力层。但是由于本场地层面坡度大于10%，且建筑物荷载水平分布不均匀，可能存在倾斜、差异沉降等地基变形特征。地基变形允许值按相邻柱基的沉降差，对此应进行变形验算，如果变形不能满足要求，可通过合理布桩、通过变刚度调平设计、提高结构整体刚度等方法抵御地基变形对建筑物的影响。
在基坑岩土工程勘察中，最重要的工作是设计勘察方案和技术交底，合理选择适合的勘察技术，如原位测试、室内土工试验等，确保野外钻探作业质量与相关数据分析工作质量，以便得到正确的各岩土层分布与特征等情况，确认地基土的物理力学性能指标参数，为基坑支护工程设计与施工提供需要的数据。保证正确安全施工、避免事故发生，所以工程勘察工作在基坑工程中很重要，应该引起社会足够的重视。在软土地区既有建筑物加固改造勘察工程中，应结合工程本身特点，根据加固改造设计方案，选用合理有效的勘察技术，同时，在勘察过程中的每个环节均应科学组织、精心实施、确保数据的真实准确。通过该工程案例，可以得到以下结论。
1)若环境类型对混凝土结构具弱腐蚀性，地层渗透性对混凝土结构具微腐蚀性；
对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性；
对钢结构具微腐蚀性；
地下水及土对建筑材料腐蚀的防护，应符合现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》(GB/T 50046—2018)的规定。。
2)本场地的全风化千枚岩地层虽然可以作为浅基础持力层，但均匀性差，遇水易膨胀软化，失水易收缩开裂，在雨季施工极易发生雨水浸泡和太阳曝晒，给质量控制带来极大难度。采用桩基础能够很好地解决上述问题，并能保证施工质量和工期。
3)在既有建筑物基础加固改造中，需要结合场地施工限制条件、施工工艺及施工工期等因素，采取最优加固方式。
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