长株潭（九华）生产服务型物流枢纽项目基础选型分析及不良地质作用防治措施.docx

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Summary：长株潭（九华）生产服务型物流枢纽项目是国家发改委“十四五”铁路建设重点支持项目、交通运输部国家货运枢纽长株潭承载项目，也是长株潭“三十大标志性工程”之一。项目规划面积2200亩，总投资65亿元，分为临港疏运中心和公路铁路联运两个片区开发，构建以“科技赋能、数据驱动、智慧流通、绿色集约”为特色的新一代钢铁供应链流通平台和产业链集成服务平台。项目位于湘潭九华国家级经济开发区白石路与棠华路交汇处，项目场地内不良地质作用（土洞）发育，场地复杂程度为复杂，场地稳定性差，工程建设存在一定的工程安全风险，基础选型及不良地质作用的治理对工程建设的质量、安全及成本至关重要，根据场地的稳定性分析，结合场地工程地质条件，建议合理的基础型式，并通过防治结构等措施削弱土洞强发育对工程建设的不利影响，在质量、成本及工期在可控的情况下可进行工程建设。
Keys：土洞、稳定性、基础
1、前言
随着长株潭一体化的推进，很多企业开始往湘潭九华经济开发区搬迁，在这个大背景下，长株潭（九华）生产服务型物流枢纽项目应运而生，长株潭（九华）生产服务型物流枢纽项目由营销中心及地下室、工业厂房和铁路运输组成，其中营销中心为高层建筑。周边为已建市政道路和工业厂房，周边环境复杂，地质条件复杂。场地地貌为剥蚀丘陵，场地地势起伏大，需大挖大填，为抗震不利地段，场地下伏基岩为砾岩，砾石母岩为灰岩，属可溶性碳酸盐类，易受地下水溶蚀，场地存在较厚的全风化砾岩层，全风化砾岩中存在土洞，场地稳定性差，场地适宜性差，对工程建设的安全性有一定的影响，选址无法避开，需对土洞进行处理，但处理成本费用较高，且对施工质量的要求更加严格，导致整个项目的成本及工期无形的增加，因此，采用合理的基础形式，结合合理的防治结构措施，削弱土洞对场地稳定性的不利影响是必要的。
2、工程气候条件及区域地质条件
场地位于湘潭市湘江流域，湘江位于场地西南侧，，属大陆性较浓的亚热带湿润季风气候区，具有明显的季节气候特征。四季分明，降水充沛，盛夏炎热少雨，冬季严寒湿润。据湘潭市区气象站1981～2012年气象统计资料，，一般年降雨量1250～1500mm，（2002年），（1986年），（2005年5月），（2007年10月），（2010年5月13日）。春夏两季降雨量占年总降雨量的68%，其中4～9月为湘潭市的汛期，降水更为集中，占年降雨量的63%，期间多有洪水发生，。，（1995年7月19日），（1992年），（2002年）。
℃，℃，℃，℃（2003年8月3日），极端最低气温－℃（1991年12月29日）。冬季多西北风，夏季多东南风。夏季干旱，夏旱平均30天，秋旱平均40天，平均相对湿度
80%，，，初雪在12月18日左右，终雪在3月5日前后。
项目场地原始地貌单元为湘江河冲积阶地，原始地貌多为农田、林地、低丘缓坡及鱼塘。场地已经过基本整平。
根据区域地质资料（《湖南省地质图》、《湖南省构造纲要图》及《湖南省区域地质志》），场地范围内无大断裂通过，场地位于平江-衡阳早-晚期新华夏坳陷带中新生代断陷盆地中的湘潭盆地，轴面走向60°-30°，南西段至湘乡谭市一带扬起，北东端至湘潭一带与长衡盆地斜接，构成一列不对称勺状复向斜或坳陷带。自新生代开始，整个湘潭盆地上升为陆地，发育北北东向的新华夏系构造及若干次级构造。其东北是幕阜山～罗霄山系的北段，西北是雪峰山余脉的东缘，中部是长衡丘陵盆地向洞庭湖平原过渡地带，城内为多级阶地组成的坡度较缓的平岗地带。该区地貌总的特征是：地势起伏较大，地貌类型多样，地表水系发育。
在钻孔纵向深度及横向控制范围内未发现褶皱及断裂构造,场地内下伏基岩主要白垩系砾岩，岩体中节理裂隙稍发育～发育。
3、场地岩土工程地质条件
场地内分布的地层主要有人工填土层、第四系冲积层及第四系残积层，下伏基岩为白垩系砾岩。第四系人工填土层较厚，～，第四系冲洪积成因粉质黏土（硬塑状态为主，～）及砾石层（稍密状态为主，～），第四系残积土主要为粉质黏土层（可塑状态为主，～），下伏基岩为可溶性
砾岩岩，场地钻孔深度最深到达50m，揭露的岩层均为全风化砾岩，未揭露到强分化砾岩和中风化砾岩。拟建场地的地貌、岩性、构造、气候以及地下水补给迳流条件等因素均为土洞的发育提供了有利条件，各种因素的联合作用使场地内全风化砾岩中的土洞强发育，～。典型剖面如下图：
4、水文地质条件
场地内未见地表水，场地地势低洼为干枯鱼塘，在雨季易形成积水，建议施工期间做好临时截排水措施，以免形成积水。地下水主要为上层滞水及潜水。二者之间以粉质黏土为相对隔水层，水力联系弱。上层滞水，主要为赋存在填土层中，受大气降水及地表水补给，富水性一般，水量贫乏，靠人工抽排、大气蒸发排泄及及往下缓慢渗透；潜水，主要赋存在全风化砾岩中，该含水层地下水主要受大气降水间接补给，以潜流的形式自高向低处流和向下部地层渗透。因本项目位于工业园区，不适宜大量抽水，桩基施工时，采用泥浆、
钢护筒护壁，及时浇筑，防止因受地下水影响而造成孔壁垮塌及混凝土离析，进而影响成桩质量。
5、不良地质作用、稳定性评价及防治措施
场地内不良地质作用主要为土洞，土洞形成的原因主要有两种：一是内在因素（包括土的结构、构造、水文地质条件、基岩岩溶发育情况等），它们对土洞的形成起决定性作用；二是外部成因（包括天然和人为因素引起的地下水位变化所造成的潜蚀作用），它们是土洞形成的“催化剂”，其形成过程如下：
（1）在岩溶地区，地下水动力条件发生变化时，原来被堵塞的落水洞，裂隙口及与其相连的下部排水通道复活，重新成为地下水集中活动的地段；
（2）地下水位上升，遇抗水性差的土，溶蚀作用加强引起土体强烈崩解，崩解物部分顺喇叭口落入下部溶洞中，初步形成上覆土层中的土洞；
（3）地下水继续作用，土颗粒沿岩溶洞穴裂隙被带走使上层土中的空洞逐渐扩大，向上呈拱形发展；
（4）土洞进一步扩大，空洞向地表发展，顶板渐薄到不能支持上部土的重量时便突然发生塌落；
（5）塌陷后，地面便成为地表径流汇集的场所，大量冲积物日益堆集，使底部逐渐接近蝶形洼池；
（6）土洞在形成过程中，沉积在洞底的塌落土体有时不能被带走而堵塞通道，若潜蚀作用大于堵塞作用，土洞继续发展；反之土洞就停止发展。因此，不是所有土洞都能发展到地表塌陷。
土洞的分布规律
（1）土洞是岩溶作用的产物，其分布受岩性、岩溶水、地质构造等因素控制；
（2）土洞发育地段其下覆基岩中必有岩溶水通道，这通道不一定是大的空洞，与洞底连通的往往是溶蚀沟槽、上宽下窄的溶蚀裂隙；
（3）土洞的发育速度、规模与地下水动力条件、升降幅度及频率有关，土洞常沿构造断裂
带发育；
（4）土洞常沿地下水主要径流方向分布，多形成于地下水抽水量急剧变化期间；
（5）土洞常分布溶沟两侧、落水洞、石芽侧壁、溶槽、溶蚀残丘坡麓地带；
（6）土洞多分布于岩土交界面附近，常发育于抽水降落漏斗范围内。
%，土洞发育情况为强发育，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011），地基基础设计等级为甲级、乙级的建筑物主体宜避开岩溶强发育地段，本项目高层建筑及铁路地基基础设计等级均为甲级，场地内土洞为空洞，若因建设用地无法避开时，应采取合理可靠的措施对土洞进行处理,根据当地土洞治理的经验，对于建筑采用浅基础时，土洞的处理方法有：清除换填法，灌浆法等；对于建筑采用桩基础时，土洞的处理方法有：跨越法，灌浆法等，采用桩基础时，针对一柱一桩,应逐桩进行施工勘察，桩基础施工时桩端应穿过土洞、溶洞，破碎带等软弱层，确保桩端5米以下无土洞、溶洞。
6、基础选型分析及防治结构措施
场地地形起伏大，建筑物形式多样，拟建建（构）筑物的基础型式主要受拟建建(构)筑物所处场地岩土工程条件、建(构)筑物结构型式以及场地设计地坪标高，施工环境条件以及经济、工期等各项因素综合控制，现根据不同的建筑物结构形式进行基础分析：
厂房：结构形式为钢结构，跨度大，多数厂房位于半挖半填地段，填土厚度较大，不宜使用天然基础，使用单一桩基础基础成本较高，厂房层高一层，荷载较小，因此，厂房建议采用天然基础+桩基础相结合的基础形式，同一建筑基础置于不同的持力层上时，必须考虑由此引起的差异沉降。
营销中心、铁路高架：营销中心结构形式为框架结构，层高21层，营销中心、铁路高架的荷载大，基础设计等级为甲级，要求高，基底地层以第四系冲积粉质黏土为主，地基承载力特征值为200KN，修正后也不能满足设计要求，因此，不宜采用天然基础（筏板基础）。采用桩基础能满足设计要求，场地未揭露到强风化和中风化砾岩，以全风化砾岩作为桩基持力层，基础只采用桩基础的话，桩身长度会比较长，相应的施工时间会拖长，成
本会较高，如果我们通过筏板基础分担建筑一部分荷载，就能解决桩身长度过长的问题，因此，营销中心和铁路高架的基础可采用筏板基础+桩基础的基础形式。
根据湘潭地区的工程经验，
湘潭地区采用的桩基础形式一般有：机械旋挖灌注桩、长螺旋钻孔灌注桩、预应力管桩，根据场地地质条件、本地现有施工条件、成桩装备和技术，这三种桩基的分析如下：
机械旋挖灌注桩：以全风化砾岩作为桩端持力层，采用旋挖机成孔，成孔达到要求后下钢筋笼并进行混凝土的灌注,此桩型可满足设计要求，施工工艺成熟、安全、单桩承载力较大，燥声较小，在各层地层中施工难度不大，能较好的满足拟建建筑单桩承载力要求，但此桩成本较高，产生泥浆污染环境，且素填土中存在地下水，孔壁易垮塌，清底工作困难大，成桩质量难以保证，此桩型慎用。
预制管桩：以全风化砾岩做为持力层，通过机器锤击将预制桩沉入地基持力层，此桩型施工工艺成熟、工期短、承载力较大，污染较小，较为经济，但该桩为挤土桩，施工时挤土效应明显，会对周边环境造成一定影响，一般为浅层土体的隆起和深层土体的横向挤出，对周边的路面或建筑物造成破坏，对已完成的桩基可能造成桩身倾斜及浅桩上浮等影响，且场地全风化砾岩中存在土洞，对预应力管桩影响较大，此桩型慎用。
长螺旋钻孔桩：以全风化砾岩⑥作为持力层，采用长螺旋钻孔机成孔，此桩型施工工艺成熟、工期短、成本相对较低，此桩型能进入全化风化砾岩层⑥，达到设计深度，可满足设计要求。场地全风化砾岩厚度大，裂隙发育，存在土洞，对桩基存在不利的影响，但是，本场地的长螺旋灌注桩为摩擦桩，桩基承载力主要靠土层的摩擦力和桩长控制，且在桩基施工过程中，灌注桩基混凝土时，混凝土浆液会将全风化砾岩中的裂隙和土洞填满，刚好满足对土洞的处理方法：灌浆法，同时可以避免对下部土洞的扰动和接触，通过对桩端及桩侧后注浆减小差异沉降（部分位置用于提高承载力减小桩长）。
综上所述，通过技术对比，本项目较为适宜的基础型式为桩筏基础，与土洞处理的桩基法、灌浆法相吻合，项目建设不仅仅单纯从技术角度考虑，还需从成本、工期及社会效益充分考虑，场地如果采用端承桩，桩长较长，穿越土洞地段，处理费用高，工期拖长，建
设成本和工期将大幅增加；采用桩筏基础，在基础建设成本及工期是可控的，施工难度较小、经济性较好且安全性较好，如期或提前完工，能产生较大的社会效应。
7、结束语
一个项目的开工建设，首先就是要了解项目场地的地质情况，通过岩土工程勘察等手段，查明了场区内地质情况，提供给设计单位准确的勘察报告，设计单位根据勘察报告能更合理提供基础设计，为项目的实施节省时间和节约成本。例如本项目，在勘察报告的正确指导下，业主单位采用筏板+长螺旋钻孔灌注桩的基础形式，在施工过程中，基础工程未发生重大变更，未增加额外变更费用，项目如期进行了竣工验收和交付，取得了良好的社会效益和经济效益，为长株潭一体化做出了重要贡献，得到了国家发改委和湖南省政府的肯定和表扬。
Reference
[1]《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）2009年版；
[2]《高层建筑岩土工程勘察标准》（JGJ/T 72-2017）；
[3]《岩溶地区建筑地基基础技术标准》（GB/T51238-2018）；
[4]《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）；
[5]《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）；
[6]《长株潭（九华）生产服务型物流枢纽项目岩土工程详细勘察报告》；
[7]《湘潭九华·金水湾高尚社区岩土工程详细勘察报告》。
 
-全文完-