工業(yè)園巖土勘察與地基分析評(píng)價(jià)

謝雙賢

（廣東明利工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣東 中山 528400）

1 擬建工程及地質(zhì)條件概況

擬建項(xiàng)目場(chǎng)地位于中山市小欖鎮(zhèn)工業(yè)大道南，項(xiàng)目總用地面積為78 511 m2。擬建筑規(guī)模總建筑面積為84 905 m2，1棟3層主廠房、1棟3層生活配套飯?zhí)谩?棟2層鑄造車(chē)間、2棟1層倉(cāng)庫(kù)、1棟2層動(dòng)力樓、2棟1層的門(mén)衛(wèi)室，每棟建筑高度小于24 m。擬建建筑物結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，擬采用樁基礎(chǔ)形式，建筑物的單位荷重按15～20 kN/m2考慮[1]。地基變形要求為相鄰柱基的沉降差按0.002L（L為相鄰柱基中心距）作為變形允許值[2-4]，整體傾斜按0.003作為變形允許值，平均沉降量按200 mm作為變形允計(jì)值。

根據(jù)勘察所揭露的土層有人工填土、第四系海陸交互沉積層，下伏基巖為白堊系泥質(zhì)粉砂巖，從上到下依次揭露地層為＜1-1＞素填土、＜2-1＞淤泥質(zhì)土、＜2-2＞粉質(zhì)黏土、＜2-3＞淤泥質(zhì)土、＜2-4＞粉質(zhì)黏土、＜2-5＞中砂、＜2-6＞粉質(zhì)黏土、＜2-7＞淤泥質(zhì)土、＜3-1＞泥質(zhì)粉砂巖、＜3-2＞泥質(zhì)粉砂巖。地下水屬潛水-承壓水類型，主要賦存于第四系地層的孔隙及風(fēng)化基巖的裂隙中。

地下水埋藏淺，勘察期間測(cè)得地下水的穩(wěn)定水位深度為0.73～1.05 m，高程為1.71～2.13 m。地下水受季節(jié)等影響，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，年變化幅度0.50～1.00 m。場(chǎng)地未見(jiàn)地表水。

2 勘察平面布置及方法

2.1 勘察平面布置

工程鉆孔主要沿建筑物的周邊線和角點(diǎn)布置[5]，共布置鉆孔18個(gè)，其中控制性勘探孔12個(gè)，一般性勘探孔6個(gè)。

建筑物與勘探點(diǎn)平面布置如圖1所示。

圖1 建筑物與勘探點(diǎn)平面布置

2.2 主要勘察方法

2.2.1 測(cè)量

勘察鉆孔坐標(biāo)系統(tǒng)采用中山市統(tǒng)一坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

2.2.2 鉆探

鉆探設(shè)備為XY-1A型油壓工程鉆機(jī)[6]。土層采用擊進(jìn)全取芯法或孔底環(huán)狀鉆進(jìn)全取芯法泥漿循環(huán)護(hù)壁等施工工藝。

2.2.3 巖土水試樣的采取

一般黏性土使用國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)厚壁取樣器，重錘少擊法或壓入法采取土試樣；軟土使用國(guó)產(chǎn)薄壁取土器，砂土樣品取原位擾動(dòng)樣。巖石試樣利用鉆探巖芯制作。在鉆孔內(nèi)采取混合地下水樣。

2.2.4 地下水位測(cè)量及勘探孔封孔

勘察期間進(jìn)行了簡(jiǎn)易水文觀測(cè)，整個(gè)場(chǎng)地勘探孔終孔后按規(guī)定統(tǒng)一進(jìn)行量測(cè)穩(wěn)定水位，且勘探孔采用黏土封孔[7]。

2.2.5 原位測(cè)試

勘察進(jìn)行的原位測(cè)試有標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。

2.2.6 室內(nèi)試驗(yàn)

巖土試樣按工程技術(shù)要求完成了有關(guān)指標(biāo)的測(cè)試分析。一般黏性土進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)；擾動(dòng)砂樣進(jìn)行顆分試驗(yàn)；水樣進(jìn)行工程水質(zhì)簡(jiǎn)分析。

3 場(chǎng)地巖土工程評(píng)價(jià)

3.1 場(chǎng)地地震效應(yīng)評(píng)價(jià)

場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度，根據(jù)場(chǎng)地的勘察結(jié)果，綜合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，選取代表性鉆孔ZK1、ZK15，場(chǎng)地等效剪切波速估算值為126.94～136.98 m/s，判定場(chǎng)地土類型為軟弱土，場(chǎng)地覆蓋層（強(qiáng)風(fēng)化巖面剪切波速值大于500 m/s）在31.0～42.5 m，場(chǎng)地類別屬Ⅲ類。

地震動(dòng)峰值加速度取值0.100g或0.125g，地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類）。建筑場(chǎng)地為對(duì)建筑抗震不利地段，場(chǎng)地不考慮軟土震陷，為非液化場(chǎng)地。

3.2 地下水評(píng)價(jià)

場(chǎng)地為濕潤(rùn)區(qū)，淤泥質(zhì)土呈飽和狀態(tài)，中砂層為強(qiáng)透水層，場(chǎng)地環(huán)境類型屬Ⅱ類。場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水位淺，混凝土結(jié)構(gòu)主要處于地下水位以下?？辈旃膊扇?組地下水樣進(jìn)行水質(zhì)簡(jiǎn)分析。

受環(huán)境類型影響：地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性；受地層滲透性影響：地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性；受地下水中Cl-含量影響：在長(zhǎng)期浸水條件下，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有微腐蝕性；在干濕交替條件下，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有弱腐蝕性。

因此，地下水位以上土層對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有微腐蝕性。

3.3 地基穩(wěn)定性、均勻性評(píng)價(jià)

根據(jù)勘察揭露對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)土層的工程特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。＜1-1＞素填土屬特殊性巖土，全場(chǎng)均有分布，松散狀，近期回填，欠壓實(shí)，工程力學(xué)性能較差，不能作為擬建建筑物基礎(chǔ)持力層。對(duì)厚度較大的填土，樁基設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其樁側(cè)負(fù)摩阻力對(duì)樁承載力及沉降的影響。＜2-1＞淤泥質(zhì)土全場(chǎng)均有分布，流塑狀，具有地基承載力低、含水量高、強(qiáng)度低、壓縮性高等特殊性能，工程性能較差，不能作為建筑物的地基持力層。若地面存在大面積堆載（包括新近填土）或樁基完工后土層中地下水位下降，導(dǎo)致樁周土層產(chǎn)生的沉降大于基樁的沉降時(shí)，應(yīng)考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力對(duì)樁承載力及沉降的影響，將負(fù)摩阻力作為附加下拉荷載進(jìn)行樁的承載力設(shè)計(jì)。

場(chǎng)地淺部＜1-1＞素填土、＜2-1＞淤泥質(zhì)土穩(wěn)定性、均勻性均較差，擬建建筑物不適合采用天然地基淺基礎(chǔ)。建議選用樁基礎(chǔ)方案，樁基類型選擇預(yù)應(yīng)力管樁，以全風(fēng)化巖或強(qiáng)風(fēng)化巖作為樁端持力層。通過(guò)Plaxis有限元軟件建立“混凝土框架結(jié)構(gòu)+預(yù)應(yīng)力管樁+周?chē)鷰r土體”的數(shù)值模型，計(jì)算模擬場(chǎng)地樁基及上部結(jié)構(gòu)的變形特征。

4 地基變形特征預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)

4.1 預(yù)制樁基礎(chǔ)方案及巖土設(shè)計(jì)參數(shù)取值

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)巖土參數(shù)取值如表1所示。

表1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)巖土參數(shù)取值

結(jié)合地質(zhì)地形條件、施工能力，采用打入式管樁基礎(chǔ)，以強(qiáng)風(fēng)化巖地層作為基礎(chǔ)樁端持力層，樁徑采400、500 mm管樁。

4.2 分析模型的建立

考慮邊界效應(yīng)二維計(jì)算模型的尺寸為100 m×40 m。各個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件及地下主體結(jié)構(gòu)梁、板、柱采用彈性模型，采用界面單元對(duì)樁與周邊巖土的力學(xué)作用進(jìn)行模擬，上部房屋共3層，每層結(jié)構(gòu)荷載取20 kN/m。

計(jì)算斷面有限元模型如圖2所示。

為評(píng)估場(chǎng)區(qū)地下結(jié)構(gòu)施工對(duì)3層預(yù)制樁基礎(chǔ)房屋的影響，對(duì)剖面處計(jì)算分析分為初始地應(yīng)力場(chǎng)、施工預(yù)制樁基礎(chǔ)、施工3層上部結(jié)構(gòu)、支護(hù)樁施工、土方開(kāi)挖和臨時(shí)內(nèi)支撐、第二層土方開(kāi)挖和開(kāi)挖至基底7個(gè)施工步驟進(jìn)行。

4.3 地基變形模擬結(jié)果分析

擬建地面建筑物主要為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型采用樁基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)建筑變形特征主要為樁基不均勻沉降產(chǎn)生的相鄰柱基的沉降差及整體傾斜。

計(jì)算最不利工況下的場(chǎng)地地基變形特征及上部框架結(jié)構(gòu)傾斜和沉降差，場(chǎng)區(qū)地基水平最大側(cè)移為11.82 mm，地基周邊最大沉降量3.29 mm，開(kāi)挖側(cè)底部最大隆起值為25.7 mm；3F房屋最大豎向位移為2.04 mm，沉降差1.90 mm小于4.20 mm，3F房屋最大水平位移為4.52 mm，傾斜率為0.000 16＜0.003。因此，最不利工況下基礎(chǔ)類型采用樁基礎(chǔ)，地基及上部結(jié)構(gòu)各項(xiàng)變形指標(biāo)滿足要求。

為了避免后期產(chǎn)生較大沉降，對(duì)道路、給排水設(shè)施或其他地下管線等造成損壞，可以進(jìn)行軟基處理。

結(jié)合上述分析采用樁基法能夠減小地下工程施工對(duì)場(chǎng)地地基周邊環(huán)境及結(jié)構(gòu)物的影響。在采用管樁時(shí)，應(yīng)減弱沉樁過(guò)程中的擠土效應(yīng)，控制沉樁速率，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，做到信息化施工。

5 結(jié)語(yǔ)

文章以中山某工業(yè)廠房改造項(xiàng)目為研究背景，從場(chǎng)地環(huán)境及巖土條件等方面綜合分析，建議選用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)，以強(qiáng)風(fēng)化巖地層作為基礎(chǔ)樁端持力層。通過(guò)Plaxis數(shù)值模擬有效地預(yù)測(cè)預(yù)制樁基礎(chǔ)對(duì)于穩(wěn)定性、均勻性差的場(chǎng)地具有較好的適用性。后續(xù)設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中建議樁基工程應(yīng)通過(guò)試鉆或試打，檢驗(yàn)巖土條件是否與勘察報(bào)告一致。同時(shí)加強(qiáng)驗(yàn)槽和質(zhì)量檢查，確?；A(chǔ)置于設(shè)計(jì)的持力層上。