工業園巖土勘察與地基分析評價

謝雙賢

（廣東明利工程勘察設計有限公司，廣東 中山 528400）

1 擬建工程及地質條件概況

擬建項目場地位于中山市小欖鎮工業大道南，項目總用地面積為78 511 m2。擬建筑規模總建筑面積為84 905 m2，1棟3層主廠房、1棟3層生活配套飯堂、1棟2層鑄造車間、2棟1層倉庫、1棟2層動力樓、2棟1層的門衛室，每棟建筑高度小于24 m。擬建建筑物結構類型為鋼筋混凝土框架結構，擬采用樁基礎形式，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作為變形允計值。

根據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粉砂巖，從上到下依次揭露地層為＜1-1＞素填土、＜2-1＞淤泥質土、＜2-2＞粉質黏土、＜2-3＞淤泥質土、＜2-4＞粉質黏土、＜2-5＞中砂、＜2-6＞粉質黏土、＜2-7＞淤泥質土、＜3-1＞泥質粉砂巖、＜3-2＞泥質粉砂巖。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化基巖的裂隙中。

地下水埋藏淺，勘察期間測得地下水的穩定水位深度為0.73～1.05 m，高程為1.71～2.13 m。地下水受季節等影響，根據區域地質資料，年變化幅度0.50～1.00 m。場地未見地表水。

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布置[5]，共布置鉆孔18個，其中控制性勘探孔12個，一般性勘探孔6個。

建筑物與勘探點平面布置如圖1所示。

圖1 建筑物與勘探點平面布置

2.2 主要勘察方法

2.2.1 測量

勘察鉆孔坐標系統采用中山市統一坐標系，高程系統采用1985國家高程基準。

2.2.2 鉆探

鉆探設備為XY-1A型油壓工程鉆機[6]。土層采用擊進全取芯法或孔底環狀鉆進全取芯法泥漿循環護壁等施工工藝。

2.2.3 巖土水試樣的采取

一般黏性土使用國產標準厚壁取樣器，重錘少擊法或壓入法采取土試樣；軟土使用國產薄壁取土器，砂土樣品取原位擾動樣。巖石試樣利用鉆探巖芯制作。在鉆孔內采取混合地下水樣。

2.2.4 地下水位測量及勘探孔封孔

勘察期間進行了簡易水文觀測，整個場地勘探孔終孔后按規定統一進行量測穩定水位，且勘探孔采用黏土封孔[7]。

2.2.5 原位測試

勘察進行的原位測試有標準貫入試驗。

2.2.6 室內試驗

巖土試樣按工程技術要求完成了有關指標的測試分析。一般黏性土進行常規試驗；擾動砂樣進行顆分試驗；水樣進行工程水質簡分析。

3 場地巖土工程評價

3.1 場地地震效應評價

場地抗震設防烈度為7度，根據場地的勘察結果，綜合地區經驗，選取代表性鉆孔ZK1、ZK15，場地等效剪切波速估算值為126.94～136.98 m/s，判定場地土類型為軟弱土，場地覆蓋層（強風化巖面剪切波速值大于500 m/s）在31.0～42.5 m，場地類別屬Ⅲ類。

地震動峰值加速度取值0.100g或0.125g，地震動加速度反應譜特征周期為0.45 s，建筑抗震設防類別為標準設防類（丙類）。建筑場地為對建筑抗震不利地段，場地不考慮軟土震陷，為非液化場地。

3.2 地下水評價

場地為濕潤區，淤泥質土呈飽和狀態，中砂層為強透水層，場地環境類型屬Ⅱ類。場區內地下水位淺，混凝土結構主要處于地下水位以下。勘察共采取2組地下水樣進行水質簡分析。

受環境類型影響：地下水對混凝土結構具有微腐蝕性；受地層滲透性影響：地下水對混凝土結構具有微腐蝕性；受地下水中Cl-含量影響：在長期浸水條件下，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具有微腐蝕性；在干濕交替條件下，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具有弱腐蝕性。

因此，地下水位以上土層對混凝土結構、鋼筋混凝土結構中鋼筋具有微腐蝕性。

3.3 地基穩定性、均勻性評價

根據勘察揭露對場區內土層的工程特性進行評價。＜1-1＞素填土屬特殊性巖土，全場均有分布，松散狀，近期回填，欠壓實，工程力學性能較差，不能作為擬建建筑物基礎持力層。對厚度較大的填土，樁基設計應考慮其樁側負摩阻力對樁承載力及沉降的影響。＜2-1＞淤泥質土全場均有分布，流塑狀，具有地基承載力低、含水量高、強度低、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，導致樁周土層產生的沉降大于基樁的沉降時，應考慮樁側負摩阻力對樁承載力及沉降的影響，將負摩阻力作為附加下拉荷載進行樁的承載力設計。

場地淺部＜1-1＞素填土、＜2-1＞淤泥質土穩定性、均勻性均較差，擬建建筑物不適合采用天然地基淺基礎。建議選用樁基礎方案，樁基類型選擇預應力管樁，以全風化巖或強風化巖作為樁端持力層。通過Plaxis有限元軟件建立“混凝土框架結構+預應力管樁+周圍巖土體”的數值模型，計算模擬場地樁基及上部結構的變形特征。

4 地基變形特征預測及評價

4.1 預制樁基礎方案及巖土設計參數取值

地基基礎設計巖土參數取值如表1所示。

表1 地基基礎設計巖土參數取值

結合地質地形條件、施工能力，采用打入式管樁基礎，以強風化巖地層作為基礎樁端持力層，樁徑采400、500 mm管樁。

4.2 分析模型的建立

考慮邊界效應二維計算模型的尺寸為100 m×40 m。各個支護結構構件及地下主體結構梁、板、柱采用彈性模型，采用界面單元對樁與周邊巖土的力學作用進行模擬，上部房屋共3層，每層結構荷載取20 kN/m。

計算斷面有限元模型如圖2所示。

為評估場區地下結構施工對3層預制樁基礎房屋的影響，對剖面處計算分析分為初始地應力場、施工預制樁基礎、施工3層上部結構、支護樁施工、土方開挖和臨時內支撐、第二層土方開挖和開挖至基底7個施工步驟進行。

4.3 地基變形模擬結果分析

擬建地面建筑物主要為鋼筋混凝土框架結構，基礎類型采用樁基礎，預測建筑變形特征主要為樁基不均勻沉降產生的相鄰柱基的沉降差及整體傾斜。

計算最不利工況下的場地地基變形特征及上部框架結構傾斜和沉降差，場區地基水平最大側移為11.82 mm，地基周邊最大沉降量3.29 mm，開挖側底部最大隆起值為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，最不利工況下基礎類型采用樁基礎，地基及上部結構各項變形指標滿足要求。

為了避免后期產生較大沉降，對道路、給排水設施或其他地下管線等造成損壞，可以進行軟基處理。

結合上述分析采用樁基法能夠減小地下工程施工對場地地基周邊環境及結構物的影響。在采用管樁時，應減弱沉樁過程中的擠土效應，控制沉樁速率，加強監測，做到信息化施工。

5 結語

文章以中山某工業廠房改造項目為研究背景，從場地環境及巖土條件等方面綜合分析，建議選用預應力混凝土管樁基礎，以強風化巖地層作為基礎樁端持力層。通過Plaxis數值模擬有效地預測預制樁基礎對于穩定性、均勻性差的場地具有較好的適用性。后續設計及施工過程中建議樁基工程應通過試鉆或試打，檢驗巖土條件是否與勘察報告一致。同時加強驗槽和質量檢查，確保基礎置于設計的持力層上。