摘要：本文介绍了区域内的地质构造、地震概况,对其工程地质特性,诸如地层竖向分布以及地基土的均匀性、稳定性、湿陷性和地基土的承载能力等。同时又通过对大多数工程地质报告和勘察深度范围内地层土的分析,为设计人员合理选用地基处理方案提供了参考。
关键词：地质构造 工程地质特性 地基处理
1 太原盆地
太原理工大学柏林校区位于太原盆地的西部，区域内的工程地质条件与太原盆地的形成历史、地质构造、地震概况密切相关。
1.1 形成历史
土的工程性质与土的形成历史密切相关。自新生代以来, 太原盆地处于下降趋势,而两侧山区陆续上生,盆地底部构造复杂,断裂活动频繁,场地构造稳定性受区域构造控制。汾河自北向南纵贯盆地中部,汾河东岸形成一级、二级阶地,二级阶地与东山洪积平原相连,西岸与西山洪积平原相连。
1.2地质构造
太原盆地存在两组断裂，一组为横向断裂，即北东东——东西向断裂；另一组为纵向断裂，即北北东——北北西向断裂，为上新世——第四纪断裂，活动性较强，但规模不大。由于太原盆地介于裂谷盆地之间，邻区发生的强震可影响到太原盆地，震害也较重。
1.3 地震活动统计
太原盆地为一多震区,主要表现为次数频繁、强度较弱的特点。据统计,1304年至今,盆地发生4级以上的地震22次,最大震级6.5级。在平面展布上,太原盆地可分3个地震带:1)盆地西缘地震带。位于西山山前断裂带。2)盆地东缘地震带。位于东山山前断裂带,是盆地内发震较多,震级较大的地区。在22次4级以上的地震中,本带达10次之多。最大的6.5级地震就发生于此带。3)盆地中间地震带。主要分布于太原小店区的流涧至南瓦窑—带及清徐、徐沟一带,也是区内发震较多地区。
2柏林校区
2.1 地形地貌
太原理工大学柏林校区为原山西矿业学院老校区，位于太原市的六城区之一万柏林区，校区东西长320米，南北宽340米。
校区位于汾河以西，地貌为汾河西岸I级阶地与山前洪积倾斜平原交互区。自然地理上场地南有虎峪河、北有玉门河，相对距离均为数百米，二条河流均为汾河流域季节性河流。其源头均为西山余脉，均向东排泄于汾河。现有自然地貌是由过去河流相系列的地貌单元演变而来。场地地形平缓，地面标高介于800.03～804.61m。区域内地下水位为4.52～6.5m ，水位标高795.1～798.23m,不具腐蚀性。
2.2 地层竖向分布
分析区域内以往大多数工程地质报告后得知,勘探深度范围内地层土从上向下依次为:第四系全新统人工堆积物及第四系更新统河流冲、洪积地层构成,岩性主要为人工填土、生活垃圾和建筑垃圾;Ⅰ级非自重湿陷性黄土;粉质粘土、粉砂、细砂、粘土,有些土层较薄,厚度变化较大,多数情况为互夹层。
2.3 场地土类型
场地土类型大多为中软场地土,并且场地覆盖层厚度大于80ｍ,多为Ⅲ类建筑场地。
2.4 地震烈度及地基液化
根据1∶100万《山西省工程抗震设防烈度图》可知,太原市抗震设防烈度为8度。场地地面以下15ｍ以内存在饱和粉土和砂土,根据GBJ11- 89建筑抗震设计规范中液化初判条件,应进行液化判定。在校区内，除西南部即高层住宅楼场地为轻微液化外，其他部分均判定为不液化。
2.5 地基土的均匀性
校区内各土层层面坡度局部常大于10%,可视为不均匀地基。同时，以压缩模量加权评价也属不均匀地基。
2.6 地基土的稳定性
校区内未见自然不良地质现象。但“深挖洞”年代修筑的人防工程，属于人工不良地质现象。在建筑荷载作用下，防空洞周围会出现应力集中，形成塑性区，塑性区的进一步扩展将可能导致地基局部失稳，对建筑物的安全使用产生影响。同时，也给地基基础设计、施工带来很多问题。
校区内27#住宅楼为六层砖混结构，于1997年开工，在基坑开挖时发现建筑的西山墙恰好在南北走向的防空洞上，且洞顶面已达设计基坑开挖标高。随即对防空洞进行挖除，基础外进行封堵。由于防空洞洞底较深，挖除后分层夯填片石、级配砂石。在审底未见异常的情况下，按照原设计，地基处理进行了三七灰土换填，基础采用了筏板基础。在一年的施工过程中，参建各方密切观注沉降量，尤其是西山墙部分。直至目前沉降均匀，西山墙及其他墙体均未发现裂缝。
2.7 湿陷性评价
根据地基土含水量的变化、地表渗水和地下水位变化,湿陷性土的湿陷等级为Ⅰ级非自重湿陷性。
2.8 地基土承载力
上部杂填土承载力:80kPa～100 kPa;粉质粘土承载力:120 kPa～160 kPa;粉细砂承载力:大于等于150 kPa。
校区内的29层高层住宅楼的场地土层分布见工程地质剖面图(图2.8)，地基各层土承载力标准值fk见表2.8。
3 地基处理
本校区地基处理主要有换土垫层法和桩基两种。
高层住宅楼地基各层土承载力标准值fk (kPa)
查表法 标贯法 静探法 理论计算及经验 承载力标准值
①层杂填土
②层粉土 150 85 130 150 110
③层粉土 140 80 80 115 80
④层中粗砂 185 205 190
⑤层粉土 175 180 210 190 180
5-1层粉土 160 135 125 130
5-2层粉细砂 150 110 140
5-1层粉细砂 160 200 180
⑥层粉土 170 220 190 170 170
6-1层粉土 140 225 80 130
6-2层粉土 165 220 140 130 150
⑦层粉土 200 260 150 260
7-1层粉细砂 215 280 210
7-2层中粗砂 265 260
7-3层中粗砂 270 270
⑧层卵砾石 500 500
3.1 换土垫层法
常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大(且开挖时不影响相邻建筑物的安全使用)的回填土方工程,一般适用于地下水位较低,处理浅层软弱地基、湿陷性黄土地基、杂填土地基。
在近几年，校区内的六层砖混结构住宅楼采用了三七灰土换填及筏片基础。
3.2 桩基
适用于对场地要求较高的多、高层建筑。目前在基础施工中比较常用的桩型有钻孔灌注桩、沉管灌注桩、静压桩、高压旋喷桩、人工挖孔扩底桩等;以及近几年来发展起来的超流态素砼桩、多支盘桩、钻孔桩+注浆等。
3.2.1人工挖孔扩底桩
该桩型特点是:施工设备简单,工程成本低;适应性强,环境污染少;成孔速度快,工期短;成桩质量容易控制,单桩承载力高。由于受地下水位埋深及地层地质条件(如流砂、淤泥、涌水带等)的限制。
3.2.2 沉管灌注桩
该桩型为刚性桩,其特点主要是:单桩承载力高,施工速度快,工程造价低。但由于其受桩径、最大沉管深度、地层及地下水条件的制约。
3.2.3 钻孔灌注桩
是目前应用最多的一种桩基础。优点为该桩型适应范围广泛,几乎在各类复杂工程地质和水文地质条件下都能适应。缺点为由于其工程造价相对较高,且在施工中泥浆排量大,具有一定的噪声污染,在繁华市区内施工时对环境具有较大影响,因此不能作为首选桩型,只有在其它桩型不适应或不能满足承载力要求的情况下才选用这种桩型。
校区内的29层高层住宅楼桩型选择时，由于相临建筑非常近，地下水埋较浅，其它桩型均不适应现场条件，因而采用了钻孔钢筋混凝土灌注桩。在持力层的选择时，按照《高层建筑岩土工程勘察规程JGJ72-90》及《建筑桩基技术规范JGJ94-94》规定，原则上选择层位厚度稳定的中低压缩性土、粉土、中密～密实状态的砂土，下无软弱土层或可液化土层。⑦层粉土以上各层均不满足这些要求，而⑧层卵砾石承载力很高，但层面埋深变化大，桩长过长。因此⑦层粉土作为桩端持力层，桩长36米，桩身直径800mm。
4 基础选型
基础的选型应根据场地岩土工程条件及建筑物的重要性，从地基稳定性、承载能力、控制不均匀沉降以及施工工期、施工难度、工程造价等方面综合分析比较。
校区内主要有三种基础形式：
1） 条型基础：在早期的五层以下砖混结构中，常用墙下条形基础。
2） 筏片基础：考虑场地的不均匀性，后期的五至六层建筑大多为此基础形式。
3） 箱型基础。箱形基础突出的优点是抗震稳定性好，刚度也比较大，抵抗不均匀沉降的能力也比较强。由于高层建筑一般荷载较大，对地基的附加应力影响范围广，因此为了减少地面产生过大荷载，就要考虑建筑物地面下设置地下室，以卸除土的自重压力，予以平衡，使基础多加稳定。目前太原市区及建造的高层建筑高度在60m甚至百米以上，其地面下都搞了1～3层地下室，即增加了使用空间，又解决了基础稳定问题。故此，将高层建筑基础埋在地面下5～10m是完全可以的。
校区内的29层高层住宅楼就采用了桩箱基础，在施工期间，沉降观测始终沉降均匀，最大沉降量为12mm。
5 总结
由于场地土的不均匀性,场地条件各异,建筑物设计千差万别,每种地基处理方法不是万能的,故在实际设计时常采用几种地基处理方案组成的综合处理方法,甚至综合考虑上部结构、基础与地基处理、施工及经济等因素,以便优化设计选择合理的地基处理方案。