鄭州市位于河南省東部，按其地貌單元特點，大致沿南陽路以東為黃河沖積平原，地形平坦，地面高程在90--85m.以西為弱切割的山前黃土丘陵區，地形略有起伏，地面高程在150-110m之間，地形由西南向東北傾斜。

1.2工程地質及水文地質條件

根據鄭州市區地形、地貌特點，巖土體組合關系及地下水條件可將鄭州市區大致分為三個工程地質區，大致以西開發區瑞達路及南陽路、東西大街及鄭汴路一線分界，東北部分屬Ⅰ區；西南部分屬Ⅱ和Ⅲ區，而Ⅱ和Ⅲ區大致以京廣路為界，東南區屬Ⅱ區，西南區屬Ⅲ區（詳見圖1），各區工程地質特征詳見表2.1、2.2、2.3。

Ⅰ區工程地質特征一覽表           表2.1

Ⅱ區工程地質特征一覽表           表2.2    

Ⅲ區工程地質特征一覽表           表2.3    

Ⅰ區：為典型的二元結構，以上細下粗為其特征，可分為三段,見表1.0.上部由黃色、稍密粉土組成,厚6-8m，中部以灰色稍密粉土夾灰色軟塑的粘性土組成，厚11-13m。下部為中密--密實的-粉細砂，一般為市區小高層建筑、部分高層建筑較好的樁端持力層。本區以“上灰下黃、上軟下硬”為其主要工程地質特點，分布于市區東北部。

本區60m勘探深度內地下水可分為二層水，即潛水與承壓水，

即上部淺水含水層組和下部微承壓水含水層組。潛水含水層組主要分布在上、中段的粉土層中，在鄭州東部地區水位埋深一般1-3m，上部潛水主要接受大氣降雨及灌溉回水補給，主要消耗于蒸發，其動態類型為入滲—蒸發型。。微承壓水分布在地表下約15--17m以下含水層為 中、下段粉砂及中細砂，水頭高度在鄭州東部地區為地表下3-4m，比潛水含水層水位低1-2m。主要接受大氣降雨、上部潛水的越流補給，主要消耗于人工開采及向下游徑流排泄，其動態類型為入滲、越流—開采型。上部潛水與下部微承壓水之間有一定的水力聯系。該區段地下水位埋深在2003年以前一般為1-3m，10年來，受東區大面積高強度的開發和疏干地下水得影響，到2013年地下水位埋深達11-15m。

Ⅱ區：由黃色稍密-中密粉土與稍密-中密粉細砂互層組成，厚15m左右，地下水為潛水，水位埋深一般7-10m。本區以黃色為主色調，粉土與粉砂互層為其工程地質特點，分布于市區東南部。

Ⅲ區：上部為具輕微濕陷性的黃土狀粉土，厚3-5m，以下為中密粉土與硬塑粘性土組成，局部夾2-3層中密細砂。地下水屬潛水，水位埋深一般在20-30m。本區以黃色為主色調，以上部為黃土狀粉土，下部為中密粉土或硬塑粘性土為其工程地質特點。

2 鄭州市區地下空間開發利用規劃及開發利用現狀

2.1 鄭州市區地下空間開發利用規劃

早在2003年鄭州市人民政府就發布了鄭州市鄭州東區地下空間開發利用規劃，明確開發深度在鄭州東區確定為地下三層。2011年發布的鄭州市鄭州東區地下空間開發利用規劃明確東區地下開發深度為地面下30m。隨后，鄭州市先后發布了鄭州市中心區、鄭州經濟技術開發區地下空間開發利用規劃，2010年9月發布了鄭州市六縣市及上街區、高新區地下空間開發利用規劃。

2.2開發利用現狀

據有關資料，鄭州市區地下空間的開發利用較早，但真正大規模開發始于二十世紀九十年代及本世紀初，在2001年，開發面積約13.6萬m2，2003為73.8萬m2，到2007年達125.5萬m2。規劃十二五期間，鄭州市區地下空間開發利用面積要達到2000萬m2。就使用功能來說，剛開始主要用于人防工程（Ⅰ類使用功能）及普通地下室、過街遂道、沿街各類地下管線，到本世紀初及目前，除上述外，發展到地下交通線、商業服務設施（Ⅱ類使用功能）及停車場（Ⅴ類使用功能）及各類建筑工程下面的樁基工程使用。到目前尚沒有文化體育活動設施（Ⅲ類使用功能）和文教設施（Ⅳ類使用功能）的使用功能教育，大部分開發深度5—15m，最大開發深度為20-23m。與國內一些發達城市比較，無論開發規模、開發深度、開發密度、應用廣度、地下連通程度及管理協調等方面，總的來說水平不高。

3 開發地下空間采取的主要工程手段概述

城市地下空間是由當地所在的巖土介質和賦存的地下水組成，因此其巖土工程條件和地下水條件直接決定了開發地下空間的難度和成本，它與開發工程的規模、使用要求、基礎選型、支護、降水方案及施工設備和施工工藝選擇密切相關，大量實踐表明：正確認識當地的巖土工程條件和地下水條件，采用先進的巖土工程設計理念和技術，是控制地下工程建筑安全和經濟的關鍵，而主體建筑及地下工程安全和經濟的前提是地基處理方案、基坑支護降水方案及抗撥樁的選型等工程手段的選型和計算。

目前，對地下空間的開發利用常采取如下工程手段：

（1）對城市大量的工業與民用建筑來說，以Ⅰ區所在的建筑工程場地為例，高層建筑較多，地下室為多為1—3層，基礎埋深為5--15m。因上部地質條件較差，地下水位較高，就基礎選型來說，對小高層建筑多采用CFG樁，高壓旋噴樁、靜壓樁基礎，對高層建筑以往多采用鉆孔灌注樁基礎，近年來多采用靜壓樁基礎，少量采用CFG樁復合地基，且近年來，靜壓方樁與靜壓預應力管樁以其工期短、造價低、施工質量保證程度高且對環境影響較小的優勢，對超高層建筑來說，多采用后壓漿的鉆孔灌注樁基礎。對深挖的基坑因放坡空間較少，基坑一般較深，多采用土釘墻、多類型復合土釘墻（如深層攪拌樁復合土釘墻、豎向微型樁復合土釘墻、預應力錨桿（索）復合土釘墻等）、樁錨支護結構、上部土釘下部樁錨的聯合支護結構或樁撐支護結構等。

（2）對東區建筑場地豐富的淺層地下水，在開基坑時，因無法挖土，必須采取降水措施.管井間距一般20—25m，管井深25m           左右，多采用敞開或半封閉的管井降水單井降水量約在10---15 m3 /h，按照每個建筑場地平均布置10眼井，東區若有30個工地同時開始降水，則每天降水量為7.2萬m3 /d，年均疏干量為2600萬m3 /a。

(3)抗撥樁的設計和計算:其中的關鍵是抗浮水位的確定。

（4）對地下交通線，在前埋段，采用盾構結構，集挖土、支護、防水于一體；在明挖段，因環境條件要求高，基坑多呈長條形，多采用樁撐支護結構，自2008年開始，在鄭州地鐵1號線有大量應用。

（5）對沿街大量的市政管線，因一般埋深較小（小于3---5m），多采用放坡開挖或土釘墻支護，因降水幅度較小，降水多采用輕型井點降水。

4 施工造成的主要巖土工程問題或引發的城市環境地質問題概述

4.1鄭州東區大面積降水造成的淺層地下水資源疏干和地下水降落漏斗問題

根據有關資料，十年來鄭州東區大面積、高強度、長時間降水，由于補給量遠小于排泄量（降水量），已造成地下水位持續下降，形成大面積的地下水位降落漏斗，面積約150km2，漏斗中心地下水位埋深為20 m左右，一般降深在10 -12m。初步估算，疏干的淺層地下水靜儲量約為2.2億m3，約相當于10個龍湖的儲水量。造成大量的水資源浪費。

4.2鄭州東區大面積降水引發的地面沉降問題

根據有關資料，十年來鄭州東區大面積、高強度、長時間降水，已造成地面沉降達30cm左右，年均下降1—3 cm。造成大量已有的永久水準點實效，造成一些多層建筑底層高度變低或房屋開裂等，其長久的不利影響不能小視。

4.3支護沉降量過大及基坑涌沙導致道路開裂或管線破壞問題

由于東區場地工程地質條件較差（軟土、水位高、粉土液化等）再加上建筑場地大多位于鬧市區，周邊環境條件復雜，基坑的支護、降水問題尤其重要，稍有不甚，常常導致周邊道路、房屋拉裂、基坑坍塌，引起較大的質量事故及民事糾紛。

4.4針對CFG施工中引發的地面道路開裂、下沉或建筑物開裂問題

如前所敘述，鄭州東區的大量高層建筑多采用CFG樁復合地基。但近十年來在鄭州東區軟土地基應用中存在一些突出問題，主要有：

1、樁頭下陷、串孔、縮徑和斷樁問題：

樁頭下陷串孔是指當某孔施工時造成臨近樁樁頭突然下落數厘米、數十厘米甚至數米的現象，若處理不當，將造成跑樁、斷樁、縮徑等施工質量問題。由于鄭州東區上部約10m為新近沉積的飽和粉土，該類土觸變性較高，樁周土稍有震動即有液化現象，形成“流態”狀土，加上上提鉆桿瞬間造成的真空吸力使臨近已成樁但尚未凝固的CFG料由于缺乏樁周土的側向約束向該處流動從而造成串孔、縮徑和斷樁現象。

2、臨近建筑物或臨近道路、管線拉裂問題

這實際上是第一個問題的延伸，但后果更嚴重。原因與第一種情況類似。由于CFG樁機的施工擾動使上部飽和粉土形成“流態”狀土，因施工中鉆空大量淘土形成有效空間加上上部往往有數米的空樁必然使臨近建筑物或臨近道路、管線下部的地基土向該處“移動”，當地基土“移動”較多時就造成臨近建筑物或臨近道路地基土不均勻沉降，當變形超過允許值時即造成臨近建筑物或臨近道路管線拉裂現象。

5 對策措施及建議

5.1針對鄭州東區大面積降水造成的淺層地下水資源疏干和地下水降落漏斗問題

1、采取回灌補源措施；2、以降水到達設計要求為目的，加強水位監測，盡量減少大泵量抽少，3、適當收取降水水資源費，從經濟上控制排水量；3 合理設計，將抽出的的地下水能夠就近排到附近水體中。

5.2 針對鄭州東區大面積降水引發的地面沉降問題

因降水引發的地面沉降問題，往往不能復原，只能從控制繼續沉降的幅度著手：

1、加強監測，增加監測點數、密度，規范監測頻率；2、對嚴重沉降區應采取措施，嚴格控制排水強度。

5.3對支護沉降量過大及基坑涌沙導致道路開裂或管線破壞問題

1、加強思路設計或概念設計，選擇合適的支護、降水方案，支護降水工程就成功了一半；2、施工管理，加強對各工序確保施工質量（如注漿質量、錨索的張拉和鎖定等）有利于控制基坑變形；3、選擇合適的施工設備、施工工藝等可有效避免基坑涌沙，從而有效控制基坑變形。以此控制道路開裂或管線破壞問題。

5.4針對CFG施工中引發的地面道路開裂、下沉或建筑物開裂問題

1、認真閱讀地質勘察報告,以準確了解上部軟土的工程地質特點；2、改進施工工藝：一般應采取跳打方法，等上一根樁初凝后方能在臨近樁施工，這樣可最大限度減少串孔現象；3、減緩放慢鉆頭上提速度,可有效減少斷樁\縮頸事故發生；4、施工前即應對臨近建筑物或臨近道路、管線進行變形監測工作；5、發現變形異常應立即停止施工，查明原因，對臨近建筑物等采取工程支護措施或進行注漿加固；6、或者在CFG樁施工前即對臨近建筑物或臨近道路、管線所在的地基進行予注漿加固，防患于未然。　

5.5建議

1、加強對鄭州市區地下空間開發利用中的巖土工程問題的研究和預測力度，實行專家決策和咨詢制度，將可能發生的有關問題在方案選型階段盡量減到最少。

2、施工過程控制：加強對隱蔽工程的質量控制。

3、加強行業協會的綜合指導作用。對已發生的有關問題認真剖析，定期召開有關技術工作會議，提高從業人員的技術水平，汲取教訓。

4、協助政府盡快出臺有關管理辦法、地方規范、技術要求、實施細則等，以有效指導有關工程活動。

參考文獻：

1、王榮彥 鄭州市區工程地質條件及問題探討 巖土工程界

2、王榮彥 鄭州東區灰色地層的工程性狀及對策措施  巖土工程界

3、王榮彥 CFG樁在鄭州市區的應用及存在問題探討

4、王榮彥   鄭州東區基坑支護型式探討  探礦工程  

5、王榮彥  某復合土釘墻支護體變形原因分析  土工基礎

6、何濱 張國憲 鄭州市地下空間開發利用淺析 山西建筑 2010 01