郑州市位于河南省东部，按其地貌单元特点，大致沿南阳路以东为黄河冲积平原，地形平坦，地面高程在90--85m.以西为弱切割的山前黄土丘陵区，地形略有起伏，地面高程在150-110m之间，地形由西南向东北倾斜。
1.2工程地质及水文地质条件
根据郑州市区地形、地貌特点，岩土体组合关系及地下水条件可将郑州市区大致分为三个工程地质区，大致以西开发区瑞达路及南阳路、东西大街及郑汴路一线分界，东北部分属Ⅰ区；西南部分属Ⅱ和Ⅲ区，而Ⅱ和Ⅲ区大致以京广路为界，东南区属Ⅱ区，西南区属Ⅲ区（详见图1），各区工程地质特征详见表2.1、2.2、2.3。
Ⅰ区工程地质特征一览表 表2.1
Ⅱ区工程地质特征一览表 表2.2
Ⅲ区工程地质特征一览表 表2.3
Ⅰ区：为典型的二元结构，以上细下粗为其特征，可分为三段,见表1.0.上部由黄色、稍密粉土组成,厚6-8m，中部以灰色稍密粉土夹灰色软塑的粘性土组成，厚11-13m。下部为中密--密实的-粉细砂，一般为市区小高层建筑、部分高层建筑较好的桩端持力层。本区以“上灰下黄、上软下硬”为其主要工程地质特点，分布于市区东北部。
本区60m勘探深度内地下水可分为二层水，即潜水与承压水，
即上部浅水含水层组和下部微承压水含水层组。潜水含水层组主要分布在上、中段的粉土层中，在郑州东部地区水位埋深一般1-3m，上部潜水主要接受大气降雨及灌溉回水补给，主要消耗于蒸发，其动态类型为入渗—蒸发型。。微承压水分布在地表下约15--17m以下含水层为 中、下段粉砂及中细砂，水头高度在郑州东部地区为地表下3-4m，比潜水含水层水位低1-2m。主要接受大气降雨、上部潜水的越流补给，主要消耗于人工开采及向下游径流排泄，其动态类型为入渗、越流—开采型。上部潜水与下部微承压水之间有一定的水力联系。该区段地下水位埋深在2003年以前一般为1-3m，10年来，受东区大面积高强度的开发和疏干地下水得影响，到2013年地下水位埋深达11-15m。
Ⅱ区：由黄色稍密-中密粉土与稍密-中密粉细砂互层组成，厚15m左右，地下水为潜水，水位埋深一般7-10m。本区以黄色为主色调，粉土与粉砂互层为其工程地质特点，分布于市区东南部。
Ⅲ区：上部为具轻微湿陷性的黄土状粉土，厚3-5m，以下为中密粉土与硬塑粘性土组成，局部夹2-3层中密细砂。地下水属潜水，水位埋深一般在20-30m。本区以黄色为主色调，以上部为黄土状粉土，下部为中密粉土或硬塑粘性土为其工程地质特点。
2 郑州市区地下空间开发利用规划及开发利用现状
2.1 郑州市区地下空间开发利用规划
早在2003年郑州市人民政府就发布了郑州市郑州东区地下空间开发利用规划，明确开发深度在郑州东区确定为地下三层。2011年发布的郑州市郑州东区地下空间开发利用规划明确东区地下开发深度为地面下30m。随后，郑州市先后发布了郑州市中心区、郑州经济技术开发区地下空间开发利用规划，2010年9月发布了郑州市六县市及上街区、高新区地下空间开发利用规划。
2.2开发利用现状
据有关资料，郑州市区地下空间的开发利用较早，但真正大规模开发始于二十世纪九十年代及本世纪初，在2001年，开发面积约13.6万m2，2003为73.8万m2，到2007年达125.5万m2。规划十二五期间，郑州市区地下空间开发利用面积要达到2000万m2。就使用功能来说，刚开始主要用于人防工程（Ⅰ类使用功能）及普通地下室、过街遂道、沿街各类地下管线，到本世纪初及目前，除上述外，发展到地下交通线、商业服务设施（Ⅱ类使用功能）及停车场（Ⅴ类使用功能）及各类建筑工程下面的桩基工程使用。到目前尚没有文化体育活动设施（Ⅲ类使用功能）和文教设施（Ⅳ类使用功能）的使用功能教育，大部分开发深度5—15m，最大开发深度为20-23m。与国内一些发达城市比较，无论开发规模、开发深度、开发密度、应用广度、地下连通程度及管理协调等方面，总的来说水平不高。
3 开发地下空间采取的主要工程手段概述
城市地下空间是由当地所在的岩土介质和赋存的地下水组成，因此其岩土工程条件和地下水条件直接决定了开发地下空间的难度和成本，它与开发工程的规模、使用要求、基础选型、支护、降水方案及施工设备和施工工艺选择密切相关，大量实践表明：正确认识当地的岩土工程条件和地下水条件，采用先进的岩土工程设计理念和技术，是控制地下工程建筑安全和经济的关键，而主体建筑及地下工程安全和经济的前提是地基处理方案、基坑支护降水方案及抗拨桩的选型等工程手段的选型和计算。
目前，对地下空间的开发利用常采取如下工程手段：
（1）对城市大量的工业与民用建筑来说，以Ⅰ区所在的建筑工程场地为例，高层建筑较多，地下室为多为1—3层，基础埋深为5--15m。因上部地质条件较差，地下水位较高，就基础选型来说，对小高层建筑多采用CFG桩，高压旋喷桩、静压桩基础，对高层建筑以往多采用钻孔灌注桩基础，近年来多采用静压桩基础，少量采用CFG桩复合地基，且近年来，静压方桩与静压预应力管桩以其工期短、造价低、施工质量保证程度高且对环境影响较小的优势，对超高层建筑来说，多采用后压浆的钻孔灌注桩基础。对深挖的基坑因放坡空间较少，基坑一般较深，多采用土钉墙、多类型复合土钉墙（如深层搅拌桩复合土钉墙、竖向微型桩复合土钉墙、预应力锚杆（索）复合土钉墙等）、桩锚支护结构、上部土钉下部桩锚的联合支护结构或桩撑支护结构等。
（2）对东区建筑场地丰富的浅层地下水，在开基坑时，因无法挖土，必须采取降水措施.管井间距一般20—25m，管井深25m 左右，多采用敞开或半封闭的管井降水单井降水量约在10---15 m3 /h，按照每个建筑场地平均布置10眼井，东区若有30个工地同时开始降水，则每天降水量为7.2万m3 /d，年均疏干量为2600万m3 /a。
(3)抗拨桩的设计和计算:其中的关键是抗浮水位的确定。
（4）对地下交通线，在前埋段，采用盾构结构，集挖土、支护、防水于一体；在明挖段，因环境条件要求高，基坑多呈长条形，多采用桩撑支护结构，自2008年开始，在郑州地铁1号线有大量应用。
（5）对沿街大量的市政管线，因一般埋深较小（小于3---5m），多采用放坡开挖或土钉墙支护，因降水幅度较小，降水多采用轻型井点降水。
4 施工造成的主要岩土工程问题或引发的城市环境地质问题概述
4.1郑州东区大面积降水造成的浅层地下水资源疏干和地下水降落漏斗问题
根据有关资料，十年来郑州东区大面积、高强度、长时间降水，由于补给量远小于排泄量（降水量），已造成地下水位持续下降，形成大面积的地下水位降落漏斗，面积约150km2，漏斗中心地下水位埋深为20 m左右，一般降深在10 -12m。初步估算，疏干的浅层地下水静储量约为2.2亿m3，约相当于10个龙湖的储水量。造成大量的水资源浪费。
4.2郑州东区大面积降水引发的地面沉降问题
根据有关资料，十年来郑州东区大面积、高强度、长时间降水，已造成地面沉降达30cm左右，年均下降1—3 cm。造成大量已有的永久水准点实效，造成一些多层建筑底层高度变低或房屋开裂等，其长久的不利影响不能小视。
4.3支护沉降量过大及基坑涌沙导致道路开裂或管线破坏问题
由于东区场地工程地质条件较差（软土、水位高、粉土液化等）再加上建筑场地大多位于闹市区，周边环境条件复杂，基坑的支护、降水问题尤其重要，稍有不甚，常常导致周边道路、房屋拉裂、基坑坍塌，引起较大的质量事故及民事纠纷。
4.4针对CFG施工中引发的地面道路开裂、下沉或建筑物开裂问题
如前所叙述，郑州东区的大量高层建筑多采用CFG桩复合地基。但近十年来在郑州东区软土地基应用中存在一些突出问题，主要有：
1、桩头下陷、串孔、缩径和断桩问题：
桩头下陷串孔是指当某孔施工时造成临近桩桩头突然下落数厘米、数十厘米甚至数米的现象，若处理不当，将造成跑桩、断桩、缩径等施工质量问题。由于郑州东区上部约10m为新近沉积的饱和粉土，该类土触变性较高，桩周土稍有震动即有液化现象，形成“流态”状土，加上上提钻杆瞬间造成的真空吸力使临近已成桩但尚未凝固的CFG料由于缺乏桩周土的侧向约束向该处流动从而造成串孔、缩径和断桩现象。
2、临近建筑物或临近道路、管线拉裂问题
这实际上是第一个问题的延伸，但后果更严重。原因与第一种情况类似。由于CFG桩机的施工扰动使上部饱和粉土形成“流态”状土，因施工中钻空大量淘土形成有效空间加上上部往往有数米的空桩必然使临近建筑物或临近道路、管线下部的地基土向该处“移动”，当地基土“移动”较多时就造成临近建筑物或临近道路地基土不均匀沉降，当变形超过允许值时即造成临近建筑物或临近道路管线拉裂现象。
5 对策措施及建议
5.1针对郑州东区大面积降水造成的浅层地下水资源疏干和地下水降落漏斗问题
1、采取回灌补源措施；2、以降水到达设计要求为目的，加强水位监测，尽量减少大泵量抽少，3、适当收取降水水资源费，从经济上控制排水量；3 合理设计，将抽出的的地下水能够就近排到附近水体中。
5.2 针对郑州东区大面积降水引发的地面沉降问题
因降水引发的地面沉降问题，往往不能复原，只能从控制继续沉降的幅度着手：
1、加强监测，增加监测点数、密度，规范监测频率；2、对严重沉降区应采取措施，严格控制排水强度。
5.3对支护沉降量过大及基坑涌沙导致道路开裂或管线破坏问题
1、加强思路设计或概念设计，选择合适的支护、降水方案，支护降水工程就成功了一半；2、施工管理，加强对各工序确保施工质量（如注浆质量、锚索的张拉和锁定等）有利于控制基坑变形；3、选择合适的施工设备、施工工艺等可有效避免基坑涌沙，从而有效控制基坑变形。以此控制道路开裂或管线破坏问题。
5.4针对CFG施工中引发的地面道路开裂、下沉或建筑物开裂问题
1、认真阅读地质勘察报告,以准确了解上部软土的工程地质特点；2、改进施工工艺：一般应采取跳打方法，等上一根桩初凝后方能在临近桩施工，这样可最大限度减少串孔现象；3、减缓放慢钻头上提速度,可有效减少断桩\缩颈事故发生；4、施工前即应对临近建筑物或临近道路、管线进行变形监测工作；5、发现变形异常应立即停止施工，查明原因，对临近建筑物等采取工程支护措施或进行注浆加固；6、或者在CFG桩施工前即对临近建筑物或临近道路、管线所在的地基进行予注浆加固，防患于未然。
5.5建议
1、加强对郑州市区地下空间开发利用中的岩土工程问题的研究和预测力度，实行专家决策和咨询制度，将可能发生的有关问题在方案选型阶段尽量减到最少。
2、施工过程控制：加强对隐蔽工程的质量控制。
3、加强行业协会的综合指导作用。对已发生的有关问题认真剖析，定期召开有关技术工作会议，提高从业人员的技术水平，汲取教训。
4、协助政府尽快出台有关管理办法、地方规范、技术要求、实施细则等，以有效指导有关工程活动。
参考文献：
1、王荣彦 郑州市区工程地质条件及问题探讨 岩土工程界
2、王荣彦 郑州东区灰色地层的工程性状及对策措施 岩土工程界
3、王荣彦 CFG桩在郑州市区的应用及存在问题探讨
4、王荣彦 郑州东区基坑支护型式探讨 探矿工程
5、王荣彦 某复合土钉墙支护体变形原因分析 土工基础
6、何滨 张国宪 郑州市地下空间开发利用浅析 山西建筑 2010 01
