GN汽車工廠巖土工程場地適宜性評價

袁 敬

(珠海君豪巖土科技有限公司，廣東 珠海 519090)

隨著我國城市規(guī)模的擴大，越來越多的建筑物向河濱、海濱擴展。而河濱、海濱地塊往往存在著堆積較厚的淤泥，同時含有豐富的地下水，此類地基其上建設(shè)的建筑物常常發(fā)生地基承載力不足、不均勻沉降、塌陷等變形破壞現(xiàn)象[1-3]。新建GN工廠作為開展新能源汽車及零部件的研發(fā)、制造廠房，擬建在廣州市南沙區(qū)萬頃沙鎮(zhèn)，位于珠江三角洲沖積平原，場地含有較厚軟弱層[4]。故在該工程設(shè)計和地基處理方案確定前，首先進行工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘察，查明軟弱土組成、軟弱土厚度、持力層位置以及地基土的物理和化學(xué)性質(zhì)，而后對其他特殊土應(yīng)查明其特征、工程性質(zhì)，分析場地地震效應(yīng)以及水文地質(zhì)以作為工程設(shè)計和地基處理方案的依據(jù)，本文結(jié)合GN工廠場地綜合條件，對場地適應(yīng)性和穩(wěn)定性進行評價，依照地層承載力分析結(jié)果根據(jù)不同建筑提出較為合理的地基持力層以及基礎(chǔ)形式，以達(dá)到最大的經(jīng)濟及安全效益的平衡。據(jù)場地的巖土條件和水文地質(zhì)條件，提出基坑開發(fā)與支護方案。根據(jù)后期地基沉降變形監(jiān)測，該地基處理滿足建設(shè)要求，具有一定工程參考價值。

1 工程概況

GN汽車工廠項目位于廣州市南沙區(qū)萬頃沙鎮(zhèn)，南沙港快速路以東，八涌和九涌之間地段。場地西側(cè)為S73南沙港快速，北側(cè)和南側(cè)為河涌，西側(cè)緊鄰X298，交通便利。場地總用地面積約116.97×104m2，主要建筑物有涂裝車間、沖壓車間、總裝車間、焊接車間、試制車間、電池及電機倉庫、外協(xié)件庫、試車跑道等。初步預(yù)計在沖壓車間位置設(shè)置有二層地下室，開挖深度約8 m。

該場地屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，日照充足，雨量充沛，溫差振幅小，季風(fēng)明顯。場地地處低緯度，年平均氣溫為21.4℃～21.9℃。近二十年來，該場地年降雨量在1 800 mm～1 900 mm之間，日最大降雨量為284.9 mm。場地降雨量雖然豐沛，但很不穩(wěn)定，年際變化大。項目位于廣州市南沙區(qū)，場地南側(cè)與北側(cè)均為河涌，東側(cè)約1.6 km為珠江入海蕉門水道，距離項目較遠(yuǎn)，對項目無影響。

該場地位于珠江三角洲沖積平原，為沖積平原地貌。場地原地形為魚塘和村莊，存在較厚的軟土和可液化的飽和砂土，場地地下水較豐富，對工程有較大影響，上述不利因素可通過巖土治理解決[5]，場地地形地貌較平坦，場地屬相對穩(wěn)定區(qū)，基本適宜本工程建設(shè)需要。廠區(qū)擬建平面及樁位軸網(wǎng)布置如圖1所示。

圖1 GN工廠建筑場地工程地質(zhì)平面圖

2 工程地質(zhì)條件

建筑場地所處區(qū)域地層為白堊系(K)泥質(zhì)粉砂巖。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料，場地附近及場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)作用，本場地附件區(qū)域性斷裂主要有化龍-黃閣斷裂，但離本場地有一定距離，對場地影響甚微，場地區(qū)域地殼相對穩(wěn)定，根據(jù)鉆探揭露亦未發(fā)現(xiàn)斷裂跡象。

2.1 建筑場地巖土體構(gòu)成情況

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查并結(jié)合鉆探揭露，場地巖土層有第四系人工填土、耕植土、海陸交互相沉積層淤泥、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)砂，沖洪積層中砂、卵石等，殘積層粉質(zhì)黏土，下伏基巖為白堊系泥質(zhì)粉砂巖。1-1′場地剖面圖如圖2所示。土層按成因類型及巖土工程特性及分布特點從上至下分述如下：

(5) 殘積層粉質(zhì)黏土(Qel)：按土層狀態(tài)可分為可塑和硬塑：① 可塑粉質(zhì)黏土，零星分布,揭露層厚1.80 m,主要呈淺褐紅色，可塑，主要由黏粒和粉粒組成，為泥質(zhì)粉砂巖的風(fēng)化殘積土，遇水易軟化、崩解; ② 硬塑粉質(zhì)黏土，場區(qū)內(nèi)零星分布，揭露層厚平均0.8 m。主要呈褐紅色，硬塑，主要由黏粒和粉粒組成，為泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化殘積土，遇水易軟化、崩解。

圖2 GN工廠建筑場地1-1′工程地質(zhì)剖面圖

(6) 白堊系泥質(zhì)粉砂巖(K)。根據(jù)鉆探揭露，下伏基巖為白堊系泥質(zhì)粉砂巖，按巖石風(fēng)化程度可分為全風(fēng)化、強風(fēng)化、中風(fēng)化等三個巖帶：① 全風(fēng)化巖層，零星分布，揭露層厚1.20 m，呈淺褐紅色，主要為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，巖芯呈堅硬土狀，遇水易軟化、崩解； ② 強風(fēng)化巖層，廣泛分布。揭露層厚平均2.33 m。呈淺褐紅色等，主要為泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，大部分礦物已風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈半巖半土狀或巖的碎塊狀，柱狀等，局部巖芯呈土夾巖塊狀，錘擊聲啞，巖質(zhì)極軟，手捏易碎，局部夾少量中風(fēng)化巖塊，巖石基本質(zhì)量等級為Ⅴ類； ③ 中風(fēng)化巖層，廣泛分布。 揭露層厚平均4.17 m。 本層巖性為泥質(zhì)粉砂巖，呈淺褐紅色，泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，巖體較破碎，巖芯呈短柱狀，屬軟巖，巖質(zhì)基本質(zhì)量等級為Ⅴ類。

2.2 特殊性巖土

根據(jù)現(xiàn)場勘查資料顯示，本場地內(nèi)特殊性巖土為人工填土、淤泥、風(fēng)化巖及殘積土。

(1) 人工填土分布于場地的表層，場地主要為素填土，灰褐色、褐紅色等，欠壓實，主要由黏性土組成，含少量碎石、塊石等，局部少量地段為雜填土，僅ZK8有揭露，松散，欠壓實，主要由黏性土、塊石、建筑垃圾等組成。人工填土厚度0.50 m～5.00 m，平均厚度2.71 m，密實度不均勻，具高壓縮性，工程性狀差，場地大部分地段有分布，未完成自重固結(jié)。

(2) 淤泥層，場地內(nèi)廣泛分布，厚度大，B-1層厚度5.90 m～33.00 m，平均15.58 m，B-3層厚度1.90 m～35.50 m，平均12.21 m，軟土具高壓縮性，強度低，易變形等特性，為建筑不良土層[6]。

(3) 殘積土僅有部分鉆孔揭露，風(fēng)化巖在場地內(nèi)廣泛存在，其水理性質(zhì)差，具遇水易軟化、崩解特性，對基礎(chǔ)設(shè)計和施工均存在不利影響[7]。

2.3 地下水水文特征

(1) 腐蝕性：通過實驗室分析，試驗地下水與土的腐蝕性評價表如表1所示。

根據(jù)國標(biāo)《巖土工程勘察規(guī)范》[8](GB 50021—2001)附錄G的規(guī)定，本場地環(huán)境類型為Ⅱ類，基坑環(huán)境類型為Ⅰ類。場地地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具中等腐蝕性，土對混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具中等腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)有微腐蝕性。

表1 土樣腐蝕性分析成果表

(2)水文地質(zhì)特征：勘察期間測得鉆孔中第四系孔隙水地下穩(wěn)定水位埋深0.20 m～2.00 m，平均0.79 m，水位標(biāo)高2.51 m～7.05 m，平均4.66 m。由于勘察工期短，不能測出地下水位的變化幅度和最高水位。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，地下水位年變幅較小，為1.50，場地若存在地下室時，建議取室外地坪標(biāo)高作為抗浮設(shè)計水位。

(3) 滲透性：場地粉質(zhì)黏土層、淤泥層滲透性較差，淤泥質(zhì)砂層、中砂層、粗砂層、卵石層滲透性較好。根據(jù)本場地詳勘土工試驗結(jié)果，淤泥層滲透系數(shù)為2.51×10-5cm/s～23.5×10-5cm/s，屬弱透水層，粉質(zhì)黏土層的滲透系數(shù)為1.38×10-5cm/s～16.2×10-5cm/s，屬弱透水層，中砂的滲透系數(shù)為4.19×10-3cm/s，屬中等透水層。根據(jù)現(xiàn)場抽水試驗成果，淤泥質(zhì)粉砂層的滲透系數(shù)為1.04×10-4cm/s～4.98×10-5cm/s，屬中等透水層，粗砂層的滲透系數(shù)為7.99×10-3cm/s～14.0×10-3cm/s，屬中等-強透水層。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗，卵石層的滲透系數(shù)大于1 cm/s，屬極強透水層。

2.4 土工物理參數(shù)

經(jīng)過土樣室內(nèi)試驗，土工成果分層結(jié)果如表2所示。

表2 土工試驗成果分層統(tǒng)計表

3 地震效應(yīng)評價

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[9](GB 50011—2010)的規(guī)定，場地存在軟弱土和可液化的飽和砂土，本場地處于抗震不利地段。場地的巖土除軟土和飽和砂土外，其余土層抗震穩(wěn)定性較好。擬建建筑為廠房，按《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》[10](GB 50223—2008)建筑物為丙類(標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[9]附錄A，廣州南沙地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》[11](GB 18306—295)為0.125g，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗，場地土類別為軟弱土，場地類別為Ⅲ類，地震特征周期值Ⅲ類場地為0.45 s，設(shè)計地震分組為第一組。

3.1 場地類型劃分

(1) 場地剪切波速。擬建建筑為廠房。根據(jù)國標(biāo)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[9](GB 50011—2010)，在場地內(nèi)選2個鉆孔進行單孔的等效剪切波速計算，以此確定場地土的等效剪切波速值，土層的等效剪切波速計算公式如下：

(1)

式中：ve為土層的等效剪切波速,m/s；d0為計算深度,m，取覆蓋層厚度和20 m二者的較小值；di為第i土層的厚度,m；vi為計算深度范圍內(nèi)第i土層的剪切波速,m/s；n為計算深度范圍內(nèi)土層的分層數(shù)。

等效剪切波速計算結(jié)果：以ZK20、ZK63孔為例，根據(jù)上述公式進行等效剪切波速的計算，計算得等效波速分別為102.4 m/s、124.8 m/s，場地土類別為軟弱土。場地覆蓋層厚度大于15 m小于80 m，場地類別為Ⅲ類[12]。

(2)建筑場地類別。根據(jù)鉆探資料，各鉆孔層位和巖面埋深變化不大，本場地的覆蓋層厚度均大于15 m小于80 m，依據(jù)規(guī)范[9]本場地的場地類別為Ⅲ類，土的類型為軟弱土。

3.2 飽和砂土液化判別及綜合評價

場地所在地區(qū)為抗震設(shè)防烈度7度區(qū)，根據(jù)鉆探揭露，飽和砂土在場區(qū)廣泛分布，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[9](GB 50011—2010)，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入法對地面下20 m深度范圍內(nèi)飽和砂土進行液化判別，判別結(jié)果3個鉆孔中有2個鉆孔為“中等”，1個鉆孔為“輕微”，據(jù)此判定場地飽和砂土局部地段存在地震液化可能性，綜合判定場地液化等級為“輕微”。場地內(nèi)存在軟土，有震陷的可能性[13]，本場地抗震設(shè)防烈度為7度，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗，淤泥質(zhì)土的剪切波速大于90 m/s，根據(jù)《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程》[14](JGJ 83—2011)，可不考慮震陷的影響。場地存在人工填土及淤泥質(zhì)土等軟土，處于抗震不利地段，場地類別為Ⅲ類，地震穩(wěn)定性較差。

4 巖土工程分析評價

4.1 場地穩(wěn)定性適宜性評價

場地內(nèi)地下存在較厚淤泥軟土層，項目建設(shè)前需對場地穩(wěn)定性及適宜性進行評判。

(1) 場地穩(wěn)定性評價。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料，勘探涉及深度范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地面塌陷等不良地質(zhì)作用。區(qū)域性斷裂離本場地有一定距離。建筑場地所處區(qū)域地層為白堊系下統(tǒng)泥質(zhì)粉砂巖。根據(jù)鉆探資料顯示，在本次勘察深度范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造形跡。同時，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[9](GB 50011—2010)，抗震設(shè)防烈度小于8度可忽略發(fā)震斷裂錯動對地面建筑的影響；廣州市南沙區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，可不考慮斷裂構(gòu)造對場地穩(wěn)定性的影響。本場地區(qū)域地殼基本穩(wěn)定。因此，場地處于相對穩(wěn)定區(qū)，場地穩(wěn)定性較好[15]。

(2) 場地適宜性評價。本次勘察深度范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有斷裂經(jīng)過，場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有不良地質(zhì)作用發(fā)育，場地處于地震穩(wěn)定區(qū)，場地穩(wěn)定性較好，場地表層普遍存在約0.50 m～5.00 m的人工填土，為不穩(wěn)定土體，且水平分布不均勻，土性變化大，為不均勻地基，對工程有一定的影響，場地存在較厚的軟土和可液化的飽和砂土，場地地下水較豐富，對工程有較大影響，上述不利因素可通過巖土治理解決，場地地形地貌較平坦，場地屬相對穩(wěn)定區(qū)，基本適宜本工程建設(shè)需要。

4.2 地基基礎(chǔ)方案

本場地擬建工廠，場地地基土在基底水平方向上，主要為人工填土和淤泥質(zhì)土，厚度變化較大，性質(zhì)變化較大，下部為軟土層，厚度較大，為不均勻地基。場地頂部存在人工填土，廣泛存在較厚的軟弱土層，采用天然地基其承載力不能滿足要求，建議如下：

(1) 沖壓車間，焊裝車間，試制車間、電池、電機車間，總裝車間、涂裝車間，外協(xié)沖壓件庫、外協(xié)件庫等主要建筑物建議采用鉆(沖)孔樁基礎(chǔ)，可選用中風(fēng)化巖作為基礎(chǔ)持力層。或采用預(yù)制樁，以強風(fēng)化巖層作為樁基礎(chǔ)持力層。

(2) 其他輔助附屬建構(gòu)筑物。輔助附屬建構(gòu)筑物主要為試車道、產(chǎn)品停車場、門衛(wèi)等，建議采用復(fù)合地基基礎(chǔ)，用CFG樁或水泥土攪拌樁對淺層進行地基處理，以黏性土B-2作為樁端持力層，經(jīng)驗算滿足要求后選作基礎(chǔ)持力層。具體樁長由設(shè)計根據(jù)擬建建筑物荷載并結(jié)合現(xiàn)場試樁情況確定[16]。

4.3 成樁可能性

根據(jù)不同建筑基礎(chǔ)的重要程度，可按照預(yù)制樁或者灌注樁施工兩種方式進行，建議如下：

(1) 預(yù)制樁。擬建場地現(xiàn)為空地，平整開闊，場地有水泥路到達(dá)，交通便利。場地土層為填土和海陸交互相沉積的砂、淤泥及沖洪積的砂層及卵石層，下覆為全—中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。根據(jù)場地的地層結(jié)構(gòu)、各土層的工程特性和場地周邊環(huán)境分析，擬建場地具有較好的成樁條件，適宜于預(yù)制樁施工。預(yù)制樁具有單樁承載力高，耐久性及力學(xué)性能較好，且樁的質(zhì)量有保證、施工方便、不產(chǎn)生泥漿污染，施工工期短、抗震性能好等優(yōu)點。在確定應(yīng)用之前，應(yīng)進行試樁，試樁成功后方可選用預(yù)制樁進行施工。

(2) 灌注樁。當(dāng)采用樁基礎(chǔ)方案時，水下鉆(沖)孔灌注樁及旋挖樁適用于不同土層，樁長可因地改變，沒有接頭。承受軸向壓力時，只需配置少量構(gòu)造鋼筋，需配置鋼筋籠時，按工作荷載要求布置，節(jié)約了鋼材。單樁承載力高，正常情況下，較預(yù)制樁經(jīng)濟。施工噪聲和振動較預(yù)制樁施工小，但樁身質(zhì)量不易控制，易出現(xiàn)斷樁、縮頸，露筋和夾泥等現(xiàn)象影響樁的承載力，場地覆蓋層分布有飽和砂土、軟土，場地存在較厚的風(fēng)化巖層，具透水性強，遇水易軟化崩解等特點[17]。

4.4 施工中的環(huán)境影響

(1)特殊性巖土對設(shè)計和施工的影響。場地的特殊性巖土為人工填土、軟土、風(fēng)化巖。鉆沖孔樁成孔過程中，軟土容易造成縮頸。風(fēng)化巖具遇水易軟化的特性，樁基設(shè)計和施工時應(yīng)注意避免長時間浸泡導(dǎo)致樁承載力降低過大。軟土對預(yù)制樁施工有擠土效應(yīng)，當(dāng)采用預(yù)制樁時，應(yīng)予以注意。

(2)地下水對樁基的影響。場地內(nèi)存在砂層，地下水豐富，與周邊地下水存在較密切的水力聯(lián)系，且地下水水位較高，對鉆沖孔樁樁基存在較大不利影響。會造成灌注樁成孔困難、容易塌孔，泥漿容易流失等問題。地下水對預(yù)制樁施工影響不大。

(3)施工條件及其對環(huán)境的影響。擬建場地交通方便，各種樁機均可到位施工。鉆(沖)孔灌注樁施工成本高，工期長，廢漿處理困難，對環(huán)境影響較大。預(yù)制樁施工過程中應(yīng)注意噪音對環(huán)境的影響[18]。

4.5 基坑開挖與支護

擬建建筑物根據(jù)同類項目建設(shè)經(jīng)驗，在沖壓車間位置可能會存在開挖約8m的基坑，根據(jù)現(xiàn)有現(xiàn)場條件，場地周邊空曠，無重要建筑物及管線設(shè)施，根據(jù)開挖深度，根據(jù)廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[19](DBJ15—31—2016)本工程基坑范圍側(cè)壁安全等級為二級。

基坑開挖后邊坡上部土性組成主要有人工填土、淤泥，均為土質(zhì)邊坡，基坑底部土層為人工填土、淤泥，局部地段為淤泥質(zhì)砂。該巖土層大部分工程特性較差，對基坑邊坡的穩(wěn)定性和安全性存在較大隱患，應(yīng)進行坑壁圍護。據(jù)場地的巖土條件和水文地質(zhì)條件，基坑開挖的深度和周邊環(huán)境，本基坑支護方案可采用排樁+樁間止水+錨桿支護或排樁+樁間止水+內(nèi)支撐，基坑底板局部為軟土地段可采用攪拌樁加固處理[20]。

本場區(qū)地下水位埋藏淺，周邊地層存在軟土，施工時應(yīng)注意由人工降低地下水位引起周圍地表塌陷的可能性。應(yīng)做好地表水的截流、防滲、堵漏等工作，防止地表水滲入到基坑內(nèi)。采取基坑帷幕止水后可采用集中排水[21]。

5 結(jié)論與建議

(1) 該場地適宜性穩(wěn)定性基本滿足建設(shè)汽車工廠需求，但場地存在軟土，處于抗震不利地段，地震穩(wěn)定性較差。

(2) 沖壓車間，焊裝車間，試制車間、電池、電機車間，總裝車間、涂裝車間，外協(xié)沖壓件庫、外協(xié)件庫等主要建筑物建議采用鉆(沖)孔樁基礎(chǔ)，可選用中風(fēng)化巖作為基礎(chǔ)持力層。或采用預(yù)制樁，以強風(fēng)化巖層作為樁基礎(chǔ)持力層。場地存在有淤泥，且厚度較大，采用樁基時，應(yīng)考慮其負(fù)摩阻的影響。輔助附屬建構(gòu)筑物主要為試車道、產(chǎn)品停車場、門衛(wèi)等，建議采用復(fù)合地基基礎(chǔ)，用CFG樁或水泥土攪拌樁對淺層進行地基處理，以黏性土B-2作為樁端持力層，經(jīng)驗算滿足要求后選作基礎(chǔ)持力層。

(3) 據(jù)場地的巖土條件和水文地質(zhì)條件，基坑開挖的深度和周邊環(huán)境，本基坑支護方案可采用排樁+樁間止水+錨桿支護或排樁+樁間止水+內(nèi)支撐，基坑底板局部為軟土地段可采用攪拌樁加固處理。基坑降水可采用明溝排水。抗浮地下水位和設(shè)防水位標(biāo)高取設(shè)計室外地坪標(biāo)高。

(4) 場地存在較厚的軟土及飽和砂土，建議詳勘時進一步查明土層的分布情況，為下一步設(shè)計提供更全面詳實的設(shè)計依據(jù)。