深圳地区地质结构分析

深圳地区地质结构分析

1加固软土的方法深圳湾沿岸和珠江口东岸的沙井福台湾、盐田港区和水库港区广泛分布于浅水相和海陆交叉处的沉积物、沉积物粘土、沉积物和粘土。沉积物的厚度通常为5.10m，部分为10.16m，最厚为22m。此外，填海时，填充土壤为5.10m，总厚度为15.25m。软土的特点是含水量高,压缩性高、强度低、透水性差,具有流变性,其工程特性远不能满足建筑物的变形和承载力及地面使用要求,必须进行加固处理。深圳地区近十多年来进行了皇岗口岸、福田保税区、深港西部通道口岸、后海填海区、滨海大道及其北部填海区、前海湾填海区、铜鼓航道填海区、宝安国际机场、盐田港填海区、坝光化工基地等大面积的填海造地,已经或将要填海总面积60km2以上,必须对厚5~22m的淤泥或淤泥质粘性土进行加固处理,否则将会出现地基不均匀沉降。目前填海造陆普遍采用的方法是先抛石挤淤或爆破挤淤形成海堤或隔堤,然后抽排海水,凉晒淤泥、铺砂垫层、插塑料排水板,堆载预压或强夯加固处理。如不进行加固处理或处理不彻底则会出现地面持续不均匀沉降,沉降量20%~30%。1.1静压桩施工工艺该厂位于福田保税区西部,地貌单元为浅海区,软土厚度10~15m,填土厚度4~8m。在进行保税区大面积软基处理时未对该厂区进行插塑料排水板,堆载预压或强夯加固处理,直接进行桩基础和上部建筑物施工,建筑物竣工后出现室内外地面严重不均匀沉降,造成室内隔墙严重变形开裂、设备倾斜下陷、室外道路严重下沉,管线变形断裂,无法按期交付使用。经国内外岩土专家论证分析,认为是因桩间软土未进行加固处理引起地面不均匀沉降。经国内外岩土专家论证和经济、技术方案比选,采用静压桩处理室内外地面获得成功,处理费用5000多万元。说明主体建筑采用桩基础,地面不作处理是行不通的。1.2桩长、桩长均为零的问题益田高级中学位于益田村西侧,益田市教院附中位于益田村东侧,地貌单元均为海漫滩,软土厚度5~10m,填土厚度4~8m,设计建筑地面采用搅拌桩处理,设计桩长均为14m,上部建筑基础采用桩基础,以残积土中下部或强风化岩为持力层。建筑物竣工后,在使用初期出现礼堂、部分教室及连廊地面不均匀下沉、倾斜、开裂,无法按期提供使用。经搅拌桩钻芯法检测发现部分搅拌桩未穿过淤泥层,桩底残留淤泥1~3m,因残留淤泥的沉降变形引发部分地面下沉、倾斜、开裂,建筑物无法提供使用。经深圳市岩土专家论证,对已变形地面采用室内静压桩处理,获得成功,处理费用数百万元。说明处理深度不够也不行,一定要详细查清,处理深度要到下部硬层。2地下水岩溶分布及形成机制深圳市龙岗区的横岗、龙岗、坪地、坪山、坑梓、葵涌镇等广泛分布石炭系下统石磴子组灰岩、白云质灰岩、大理岩,多为厚层状、质纯。分布面积100km2以上。可分为覆盖型和埋藏型两种,覆盖型岩溶分布于横岗—龙岗—坪地河谷平原,碧岭—坪山—坑梓河谷平原和葵涌盆地中,覆盖层厚度一般10~25m,部分5~10m,覆盖层上部为第四系冲洪积粉质粘土,厚度8~20m,下部为含卵石砾砂,厚度1.0~5.0m。埋藏型岩溶分布于上述河谷平原的两侧及葵涌盆地周边,埋藏于石炭系下统测水组砂页岩的下部,多呈假整合接触,即石磴子组海相灰岩形成后,地壳上升,灰岩露出地表,接受风化剥蚀,地表水的冲刷溶蚀,形成溶沟、溶槽、石芽、石笋、石柱等岩溶地貌,并在沟槽中堆积了坡积物。地壳又缓慢下降形成浅海,接受浅海相砂泥质沉积,形成测水组砂岩、页岩、炭质页岩、泥岩等互层。埋藏型岩溶的埋藏深度一般大于30m。据大量工程场地岩土工程勘察资料,钻孔见溶洞率40%~80%,溶洞高度一般0.5~3.0m,个别大于20m,可分为3~5层,上部溶洞大多为开口型,多被冲洪积或坡洪积含碎石粉质粘土全充填,分析可能属溶沟或溶槽堆积。下部溶洞较小,多为闭合型,半充填,深部溶洞为无充填。沿断裂带溶洞更为发育,溶洞和溶蚀裂隙中含丰富的岩溶裂隙水,且一般连通性好,与地表水联系密切。据志联佳、龙耀大夏场地群孔抽水试验资料,水位降深1.58~11.90m时,单井涌水量173.15~4968.00m3/d,渗透系数28.3~83.1m/d。强岩溶发育区因地下岩溶和土层内土洞的不断发育和抽取地下水,引发地面塌陷。从1990年起该区发生多起地面塌陷灾害。例如:1990年冬在坑梓镇深汕公路两侧约10km范围陆续发生10余处大小不一的突发性地面塌坑;人民大道塌陷约10m2,深5m,造成一辆正在行驶的汽车掉入坑内;田心村在建的四层民居的中心柱下突然塌陷,陷坑面积30m2,深度4m。1992年3月4日晚,龙岗镇巫屋村商业一条街刚封顶不到一个月的一栋三层楼的一角墙基突然塌陷,陷坑直径3m。1994年6月龙岗镇盛平村一栋施工到三层的宿舍楼,突然倒塌,造成数十人伤亡。2005年3月横岗街道西坑老屋村一栋老民居陷入坑内,周围房屋倒塌、倾斜、地面开裂严重,未造成人员伤亡。上述强岩溶发育区为建设用地适宜性差区,被判为不适宜建高层,超高层建筑区,如要盖高层建筑则地基处理难度大,处理费用相当高。2.1地面降水试验志联佳大厦原设计地上27层,地下2层,采用挖孔桩基础,先挖两层地下室基坑,再进行挖孔桩施工,基坑挖至冲洪积含卵石砾砂层时涌水量并不大,可用明沟及集水井,常用水泵排除。当各挖孔桩施工至灰岩顶板时则涌水,水头高约4m,一般涌水量5~20m3/h,最大50m3/h,整个基坑总涌水量大于3000m3/d,基坑很快被水淹,水深约4m。采用封闭式降水井试验方案,在基坑周边布置18口大口径降水井,19个观测井,先进行试验性抽水试验,最大水位降深7.5m,观测井水位降低1.58~4.96m,平均3.72m,涌水量4968.0m3/d,降落漏斗半径约40m。然后选五口降水井,采用大排量水泵同时抽水,21个观测井,水位降低5.9~11.9m,平均8.28m,观测井水位降低1.71~7.58m,平均5.95m,总涌水量10841m3/d,平均单井涌水量2168.26m3/d,降落漏斗半径50m。数天后,基坑底及降水井周围出现5处地面塌陷,单个塌陷面积0.84~14.8m2,体积0.72~36.0m3。为了将地下水位降下去,满足挖孔桩施工要求,持续降水近一个月,每天排水量保持在11000m3/d左右,后来引发场地南部800m处的西瓜铺村中道路突然塌陷,直径约15m,深度大于3m,四周30~40m范围内的房屋出现不同程度裂缝和倾斜。在村民集体向龙岗区政府强烈要求下,区建设局下令志联佳大厦停止降水。就此宣告志联佳大厦人工挖孔桩失败,直接经济损失400多万元,间接经济损失难于估量,延误工期一年多。经深圳岩土专家论证,建议将建筑物高度降低,地下室减为一层,获龙岗区建设局批准,将建筑物改为18层,地下室一层,因建筑结构的变化,重新采用一桩一孔与跨孔CT相结合的勘察手段查清稳定基岩后改用冲孔桩才获得成功。此后龙岗区政府一直未批准过在龙岗中心区(强岩溶发育区)超过20层的建筑物。实例说明,分布于强岩溶发育区的高层建筑的端承桩只能采用冲孔桩,挖孔桩难于成功。2.2西坑段隧道涌水深圳市东部供水网格干线工程用于统筹解决深圳市的缺水问题,是深圳市城市供水系统的重要组成部分。取水点设在东江的惠州市东部水口镇,经惠阳县的马安、永湖、秋长、至龙岗区坑梓镇,引入松子坑水库。干线起点在松子坑水库11号坝下部,终点为南山区的西丽水库和宝安区的铁岗水库。输水建筑以隧洞为主,全线采用重力流输水方式。一号隧洞从碧岭谷地南缘汤坑村附近进洞,在深圳水库沙湾大望桥北侧出洞,全长17958m。隧洞断面净宽4.2m,净高5.3m。隧洞穿越横岗镇西坑村北侧,该段地面标高82.0m,设计隧洞底板标高40.2m,埋深42.0m。隧洞顶部地层自上而下为第四系全新统冲洪积砂卵石层,厚度1.3~11.2m;上更新统冲洪积含砾粉质粘土,厚度2.9~23.8m;石炭系下统测水组绢云母片岩、泥质粉砂岩风化残积土;石炭系下统石磴子组大理岩化灰岩或大理岩,西坑段隧洞位于灰岩部位。2000年5月3日一号隧洞由东向西掘进至西坑村东北部F38断裂破碎带时洞内突然涌水,涌水量约200m3/h。因大量地下水被排出地表,引起西坑老屋村水井水位大幅下降或干枯,大面积地面下沉开裂,民居墙壁倾斜开裂,一处民居突然倒塌、地面塌陷、陷坑直径大于4m,深度不详,总变形面积约7.3万m2,地面普遍下沉2~5cm。塌陷出现在晚上,“轰”的一声巨响,振动老屋村几平方公里范围,当地居民以为是发生地震。村、镇领导立即将村民紧急疏散,撤离到高处安全地带,涌水事件震动了省、市政府各部门及大、小报媒体。市领导责令市水务局邀请在深圳的地质专家,研讨涌水原因和处理方法。并请深圳市勘察研究院对西坑盆地隧道段和老屋村受影响范围进行详勘,布置钻孔46个,群孔抽水试验2组,隧道段钻孔结合跨孔CT进行探测。请深圳市地质建设工程公司进行地表地质测绘和地面物探。总勘察费用80多万元,隧洞停止施工长达半年以上,探明隧道涌水和穿越地段地层岩性及西坑老屋村塌陷的原因后采用径向全断面小导管超前注浆加固、堵水方法,逐段掘进,获得成功。直接经济损失近千万元,延误工期近一年。3地貌单元特征深圳市龙岗区的横岗、平湖、龙岗、坪地、坪山、坑梓、葵涌镇等广泛分布石炭系下统测水组泥质粉砂岩、石英砂岩、泥岩、页岩、炭质页岩互层。地貌单元一般为低丘陵或残丘谷地。当道路建设和开发建设用地的削坡坡度大于30°时则极容易出现崩塌或滑坡,多为顺层(顺层面或裂隙面)崩塌或滑坡,支护治理很困难,工程费用高,且难于根治,在台风暴雨季节极易复发。3.1基层土壤水岸坡面坡面位移及滑坡深圳市龙岗区坑梓街道北通道市政工程的主道和匝道路堑边坡,分东西两侧边坡,坡长180m,坡高12~42m,分3~5级,每级高约8m,坡角45~60°。除坡顶有薄层坡残积土层外,均为强~中风化泥质粉砂岩、泥岩、页岩、炭质页岩互层。在道路建设中已采用格构梁+植草进行支护。在交付使用前又出现多处崩塌及滑坡(图1~图4)。崩塌及滑坡长15~24m,高10~15m,厚2~3m,总体积300~500m3,多为顺层或顺裂隙面滑动或崩塌。崩塌或滑坡的范围仍在不断扩大,属不稳定边坡。经对该边坡进行重新设计、治理,采用锚杆(索)格构梁支护,并做好坡顶、台阶、坡脚排水系统和绿化治理,才使边坡稳定。4石英砂岩的风化深圳市龙岗区大面积分布的石炭系下统测水组石英砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、页岩、炭质页岩互层。因各种岩性的矿物成分不同,其风化程度相差悬殊。石英砂岩难于风化,一般呈中风化状态,泥质粉砂岩呈强风化状态;泥岩、页岩、炭质页岩容易风化,多呈泥状、土状软弱夹层,相互组成软硬互层。加上该地层易受褶皱影响,上述岩性多呈波浪式软硬互层出现。软岩风化深度大,深达百米,硬夹层难于风化,呈中等风化夹层。有的场地地表就见到中风化石英砂岩,但钻穿后数米,甚至上百米见不到稳定的中风化地层,造成一栋建筑物的桩长相差很大,甚至找不到稳定的中风化地层。4.1岩、石英砂岩地层拟建欧景花园三期10、11号楼位于龙岗区中心城,龙岗区人民医院与妇幼保健院之间,建筑物高度为地上17~28层,地下3层的商住楼。场地原始地貌为残丘坡地。地层岩性如下:(1)第四系残积粉质粘土,层厚3.05~36.00m,由炭质粉砂岩、页岩风化残积而成,普遍夹强、中风化石英砂岩;(2)石炭系下统测水组炭质粉砂岩,页岩全风化带,厚度4.00~15.70m,夹较多强、中风化石英砂岩薄层;(3)强风化炭质粉砂岩、页岩,厚度3.20~36.00m,夹中风化石英砂岩;(4)中风化炭质粉砂岩、石英砂岩,厚度2.30~20.10m,层顶埋深0.00~39.00m;(5)微风化炭质粉砂岩、石英砂岩,揭露厚度1.74~13.30m,顶板埋深3.20~40.80m;(6)石炭系下统石磴子组灰岩,层顶埋深14.00~55.00m。场地处于构造小背斜的轴部,背斜轴为北东向。场地属埋藏型岩溶区,其轴部灰岩埋藏浅,场地东西两侧(两翼)埋藏深,由轴部向两翼逐渐加深,深达55.00m以下。两翼岩层倾角约75°,且地层挠曲现象明显。灰岩中岩溶发育,其中有13个钻孔见溶洞,洞高0.60~5.40m,大部分为无充填溶洞。该工程采用冲孔桩基础,以微风化灰岩或微风化炭质粉砂岩或石英砂岩作持力层,施工前进行了施工勘察,基本上采用一桩一孔,复杂部位为一桩2~3个超前钻孔。发现同一根桩各超前孔见微风化岩顶板埋深一般相差1~3m,多者相差5.0~7.2m;见微风化炭质粉砂岩顶板埋深相差12.6~13.4m。说明同一根桩的微风化灰岩或微风化炭质粉砂岩或石英砂岩顶板埋深相差悬殊,起伏变化很大,极难将桩端嵌入稳定完整的微风化基岩中。各桩在终桩时均检验岩样后才下钢筋笼和浇灌混凝土。达到规范规定的龄期后才进行钻芯法抽芯检测,检查结果发现桩身混凝土质量完好,但有40多根桩的桩底持力层没有达到设计持力层(微风化灰岩或微风化炭质粉砂岩或石英砂岩)要求,甚至部分桩底基岩仍为强风化或全风化炭质粉砂岩。后采用补桩处理,基本上是一根不合格桩补二根桩,增加基础费用投入200多万元。综上所述,证实在石炭系下统测水组砂页岩分布区不适宜采用端承桩和以微风化砂岩夹层为持力层,宜采用摩擦桩或摩擦端承桩,应尽量采用天然地基基础或复合地基,以避开下伏灰岩强岩溶发育带对基础的影响。5半富水断裂北缘燕山晚期花岗岩中的北西向断裂一般规模较小,且多被第四系掩盖,地表很难见到露头,但对山间溪谷有较明显的控制作用。断裂走向多为北30°~50°西,大部分倾向北东,个别倾向南西,倾角60°~75°。该组断裂形成于燕山晚期以后和喜山期,它们几乎切割了北东向和东西向断裂,水平断距一般50~200m,多属张扭性断裂,构造岩为压碎岩、碎裂岩、角砾岩夹薄层糜棱岩,视厚度10~35m,为富水断裂。构造岩风化强烈,上部为土状,中部为砂砾状,下部为碎石状。断裂破碎带部位中、微风化岩埋深比断裂两侧正常基岩埋深大10~35m,对高层建筑工程桩持力层选取造成很大困难,且施工难度大,造价高。5.1下伏基岩工程桩位设计国通大厦位于深圳市福田区滨河大道与新洲二路交汇处的西南侧。设计建筑为四足鼎立的单体塔楼,主塔楼43层(其中地下3层),正方形,边长45m×45m,框架结构,基础砌置深度10m,单位荷重750kN,属一级建筑物,对差异沉降敏感;副楼9层,矩形,框架结构,基础砌置深度5m,单位荷重180kN。场地地貌为残丘坡地,地面标高7.10~10.10m,下伏基岩为燕山晚期粗粒花岗岩。据详勘资料,主楼微风化花岗岩顶板埋深大部分地段为32.5~46.9m,标高-22.17~38.3m。主楼的西南角见北西向断裂破碎带,断裂倾向南西,倾角约65°,构造岩为压碎岩,角砾岩夹薄层糜棱岩,厚度11.0~17.3m,铅直厚度24.3~38.2m,构造岩中可见绿泥石化和挤压现象,构造岩自上而下可分为土状、砾状、块状。主楼基础设计为人工挖孔桩,90%桩端以微风化岩作持力层,有效桩长23.0~36.5m,西南角位于断裂破碎带之上,完整基岩埋深81.0m,地下室底板以下埋深为71.0m,无法采用人工挖孔桩。经勘察、设计单位论证,借鉴已建高层建筑在构造岩中的成桩处理经验,将西南角的桩端置于砾状构造岩之上,桩长40.0~45.0m。据某场地孔内载荷试验成果,砾状构造岩的桩端承载力标准值取3700kPa,从而不但解决了挖孔桩施工难度同时可节约桩长25~30m,节约基础投资数百万元。建筑物早已建成,安全使用近10年,主楼四角沉降量12.0~15.0mm,相差3.0mm,核心筒沉降量13.8~19.7mm,相差5.9mm,绝对沉降量及沉降差均满足规范要求。5.2工程概况及设计要点赛格群星广场位于深圳市华强北商业街北部,华强北路与红荔路交汇处的东南侧,建筑物由一栋40层写字楼及两栋32层商住楼组成,裙楼4层,局部8层,设3层地下室,基础埋深14.5m,建筑结构采用框剪-核心筒结构。建筑结构荷载大且差异大,单柱单桩荷载10000~152500kN。场地地貌为残丘坡地,地面标高13.1~14.5m,下伏基岩为燕山晚期粗粒花岗岩,微风化基岩顶板埋深一般为27.5~38.8m,标高-14.0~-34.8m。写字楼西侧受北西向断裂影响,微风化基岩顶板埋深50.8~60.5m,标高-36.9~-46.6m,微风化基岩面与一般地段微风化基岩面相差22.9~11.8m,构造岩厚度10.0~14.2m。设计采用人工挖孔桩基础,一般桩端以微风化岩作持力层,写字楼西侧桩端以砾状构造岩带作持力层,据该场地孔内载荷试验成果,取桩端承载力标准值3500kPa,经设计计算可满足单桩承载力及布桩要求,缩短了桩长,节约了基础投资400万元。建筑物已建成使用10年,沉降量20~32mm,建筑物东西端沉降差6mm,绝对沉降量及沉降差均满足规范要求。6断裂构造带及构造特征据区域地质资料,罗湖断裂属北东向深圳断裂的南西段,分布于罗湖区和福田区的一部分,面积约为40km2,原始地貌为低丘陵、台地平原,大部分被第四系和高层建筑物覆盖,经地质测绘、物探、钻探验证和大量高层建筑场地地基勘探资料分析,分布有13条以上大小不同的断裂,呈相互平行叠瓦式排列,舒缓波状“S”形延伸,区内断裂长度1.8~7.6km,破碎带宽度一般为5~30m,个别达200m,断裂倾向北西,倾角55°~75°,局部30°~50°,被多条北西向断裂穿切分割成四段,水平错距30~100m。据大量钻孔资料,断裂破碎带垂直厚度20~187m,构造岩自上而下为破碎岩(包括裂碎岩、压碎岩和角砾岩)夹糜棱岩、糜棱岩(包括糜棱岩、千糜岩和糜棱岩化岩)、压碎岩、碎裂岩。糜棱岩呈灰绿、深绿色,岩芯呈碎屑状、豆渣状、泥土状等,强度相当于强风化岩的强度,桩端阻力特征值2700~3500kPa。对选择以中、微风化岩做桩端持力层的高层建筑的影响严重,同一栋高层建筑如遇到北东向断裂,因断裂破碎带垂直厚度大,承载能力低,冲、挖、钻孔桩难于穿过,给结构设计、施工造成很大的困难,同时增加大量的基础投资和存在建筑物的整体稳定性问题。6.1断裂北缘深断裂桩基岩桩基础深圳市鸿昌广场大厦位于罗湖区深南东路与文锦路相交的西南侧,地貌上属山前冲洪积扇的前缘,原地面标高5.46~6.49m。地上建筑物55层,总高208.8m,地下二层,地下室最深处13m。建筑物上部为八角形,下部为长方形,筒中筒结构,分别在32层,15层以下向东西两侧扩展,采用框架-剪力墙结构。场地下伏基岩为中侏罗系凝灰质砂岩,中风化基岩埋深18.5~28.5m。在场地西北部揭露北东向断裂,走向北60°东,倾向北西,倾角65°,属压扭性断裂,呈舒缓波状展布,揭露破碎带视厚度31.1~54.8m,破碎带地表投影宽度20~25m,构造岩为碎裂岩夹糜棱岩及断层泥。碎裂岩为浅灰~灰绿色凝灰质砂岩,网状裂隙极发育,裂隙多被绿泥石充填,岩石用手掰易沿节理面裂开。岩芯呈角砾状、碎块状。糜棱岩为灰绿~深绿色,矿物多呈片状,定向排列,岩芯呈碎屑状、豆渣状、泥土状,大部分颗粒直径为1~10mm,粘土颗粒占26%~44%,压缩系数0.18~0.46MPa-1,压缩模量3.1~7.3MPa。据断裂带钻孔抽水试验,单位涌水量为0.014L/s.m,渗透系数0.05m/d。拟建主楼的西北部揭露主断裂带,基础下部岩体极破碎,断裂破碎带厚度大,破碎带部位完整基岩埋藏深度大,其中厚度大于5m的较完整基岩埋深50.4~84.0m,从地下室底板起算较完整基岩埋深4