天津市某地铁站上盖楼群的场地条件评价

马连强

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 工程概况及勘察方法

1.1 工程概况

拟建建筑物性质为酒店、办公楼及住宅楼、综合商业裙楼及地下车库，占地面积约15 600 m2，建筑面积260 000 m2。基坑支护拟采用地下连续墙加内支撑形式，建筑物有关性质及参数如表1。根据《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ 72—2004)规定，本工程勘察等级为甲级。

表1 拟建建筑物有关性质及参数

1.2 勘察方法

在分析拟建建筑物特征和相邻工程岩土工程勘察资料的基础上，结合拟建建筑物的位置，合理布置勘探孔，采用钻探取样、标准贯入试验、静力触探、十字板剪切试验、扁铲侧胀试验、剪切波测试和场地微振动试验、现场水文地质试验等综合勘察方法，并对采集到的地质信息进行综合分析。地面沉降速度的获取、地基持力层及基础形式的确定、场地土层动力特征的把握是本次勘察的主要任务。

2 场地的工程地质条件

2.1 地质构造背景

(1)近场及场区内主要发震断裂背景

工程场地位于沧县隆起(二级构造)西侧的三级构造单元双窑凸起上，近场区主要有NW向的海河断裂、NE向天津北断裂、天津南断裂、大寺断裂、汉沟断裂和沧东断裂等。这几条断裂均为本地区规模最大、活动性最强的断裂，特别是场区离海河断裂与天津北断裂交汇部位较近。近场区的潜在地震危险及次生的地质灾害影响将主要来自这些断裂的活动。近场区内的NW与NE方向两组断裂，将近场区划为多个次级构造单元。在这两组断裂带上，特别是断裂的交汇部位或三级构造单元的边界，往往是5～6级中强地震发生的场所。

结合历史地震分析认为，近场区本地地震活动水平不发育，今后50年内地震活动水平不会太高，震级大于5.9级的可能性不大。

(2)地层岩性特征

工程场地范围内地层主要为第四系全新统人工填土层(人工堆积层)、第I海相层(第四系全新统中组浅海相沉积层)、第II陆相层(第四系全新统下组沼泽相沉积层及河床—河漫滩相沉积层)、第III陆相层(第四系上更新统五组河床—河漫滩相沉积层)、第Ⅳ海相层(第四系上更新统四组滨海—潮汐带相沉积层)、第Ⅳ陆相层(第四系上更新统三组河床—河漫滩相沉积层)[1]。岩性主要为杂填土、黏性土、淤泥质土、淤泥、粉土、粉砂及细砂。代表性地层剖面图见图1。

图1 代表性地层剖面

2.2 土层的固结特征

根据高压固结试验结果计算分析，本场地地层除表层填筑土和新近沉积层之外，均属正常固结或微超固结土层，OCR>1.0，如表2。

表2 场地土的固结特征

2.3 地基土的承载力特征值

地基土承载力特征值采用物理指标、静力触探平均值、标准贯入试验修正锤击数，依据天津市工程建设标准《岩土工程技术规范》(DB 29—20—2000)分别查表，结合地区建筑经验综合取值，最后得出地基各土层的承载力参数，如表3。

表3 地基各土层承载力特征值

2.4 地面沉降特性

地面沉降对基坑结构的危害较大，过大的地面沉降将导致地下结构变形和渗漏。地下水位的下降是引起地面沉降的主要原因，历史资料表明，伴随着地下水的开发，天津市地面沉降相应发生，解放前年沉降仅几个毫米；解放后随着工农业的发展，地下水开采量逐渐增加，地面沉降越来越严重，1950～1957年沉降速率为7～12.0 mm/a，1958～1966年沉降速率为30～46 mm/a，沉降中心逐步形成；1967～1985年沉降速率达80～100 mm/a，这期间沉降急剧发展。1986年后进入沉降治理阶段，大部分地区沉降明显减缓，市区沉降速率降低到10～15 mm/a。市区及近郊540 km2监测范围内，1959～2000年最大累计沉降值已达2.85 m，位于河北区小王庄京津桥附近，累计沉降量2.0～2.5 m的面积已达37 km2。因此，天津市地面沉降情况较为严重，设计时应考虑使用过程中地面沉降对地下结构的长期影响。

2.5 特殊土

(1)填土

以杂填土为主，底部偶夹素填土，主要由砖头、碎石、灰渣、黏性土等组成，成分复杂，土质不均，结构松散，工程性质较差，在表层普遍分布，层厚1.5～5.1 m。填筑年限大于10年。

(2)淤泥质土

主要分布在新近堆积层②3层中，该层压缩系数α0.1-0.2=0.74～1.15 MPa-1，固结快剪Cc=17.0～26.0 kPa，φc=6.2°～12.3°，静力触探端阻力qc=0.38 MPa，十字板剪切不排水抗剪强度Cu=20.67 kPa，属高压缩性土，具灵敏度高、强度低等特点，极易发生蠕动和扰动，工程性质差。

2.6 场地的水文地质条件

(1)地下水类型及特征

场地内表层地下水类型为第四系孔隙潜水。赋存于第Ⅱ陆相层及以下粉砂、粉土中的地下水具有微承压性，为微承压水。

潜水赋存于人工填土层①层、新近堆积层②层、第Ⅰ陆相层③层、第Ⅰ海相层④层以及第Ⅱ陆相层上部湖沼相沉积层⑤1，该层水以⑤1粉质黏土为隔水底板。潜水地下水位埋藏较浅，勘测期间，受地铁站疏散厅基坑施工降水等环境影响，地下水位埋深变化较大，范围在0.7～3.5 m，一般埋深1.50 m左右，平均稳定水位高程2.288 m。潜水位年变化幅度的多年平均值约0.80 m。根据本工程的勘测结果：勘测期间微承压水头埋深5.99 m，高程为-1.77 m；渗透系数为0.62 m/s，属弱透水层。

(2)地下水腐蚀性评价

本次勘察在场地内采取了8组地下水样，水质分析结果表明：地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋不具腐蚀性；对钢结构具弱—中等腐蚀性。

3 场地的地震响应分析

3.1 地震危险性概率分析

采用概率法给出不同概率水准的基岩加速度。根据地震地质(大地构造、活断层)、地球物理参数(重力场、地磁场、变形场)及地震活动(古地震、历史地震、现代地震)确定潜在震源区及最大震级，地震活动性参数以及强震资料或烈度资料进行地震危险性分析，得到相应于50年三个概率水平基岩水平加速度峰值结果(如表4)。

表4 不同概率水平基岩水平加速度峰值计算结果

3.2 地震动参数评价

由地震危险性分析得到基岩地震动反应谱，然后通过人工合成得到模拟的地震动时程，进而采用适当的方法计算地震反应分析模型中有关点的加速度峰值和反应谱等有关参数，结果如表5。

表5 50年不同超越概率水平下的地震动参数评价结果

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)和《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)，确定本工程场地抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组，场地特征周期值为0.45 s，为抗震不利地段。

4 场地土类型及类别的评价

本场地在四个超高层建筑范围内分别选取1个勘探孔(DH1、BH2、BH1和BH3)，进行现场剪切波速测试，测试孔深20～100 m，依据《岩土工程技术规范》(DB29—20—2000)计算场地埋深20 m范围内的等效剪切波速Vse=142～148 m/s(见表6)，该区覆盖层厚度大于50 m。依据《岩土工程技术规范》(DB29—20—2000)及《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)判定，场地土类型为中软土(见表7)，建筑场地类别为Ⅲ类，场地复杂程度为中等复杂场地。

表6 代表性钻孔等效剪切波速

表7 场地土类型划分

5 地基土液化评价

根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)和天津市工程建设标准《岩土工程技术规范》(DB29—20—2000)的有关规定和方法，对地面下20 m范围内分布的饱和粉土及砂土进行液化判定。本项目以剪切波速判别法对地基进行液化评价。

根据天津市工程建设标准《岩土工程技术规范》(DB29—20—2000)的规定，判别20.0 m以上饱和粉土层液化可能性。

临界剪切波速：Vscr=Kv(ds/d1-0.013 3(ds/d1)2)1/2

其中，Kv为临界剪切波速，7度区取42 m/s，ds为饱和粉土剪切波速测试点深度，d1=1 m。

经计算， BH1、BH2、BH2和DH1四孔内饱和粉土层和粉细砂层实测剪切波速Vse均大于临界剪切波速Vscr，综合判定本场地在地震烈度为7度地震力作用下不发生液化。

6 结束语

采用综合勘探方法对该工程区进行了勘察，结合现有的各种规范对工程所在区的场地条件进行了评价，得到了如下结论：

(1)近场区地震活动水平不发育，今后50年内地震活动水平不会太高，震级大于5.9级的可能性不大。

(2)场地地层结构复杂，地基土承载力特征值约为150～360 kPa。

(3)工程场地内地面沉降速率约为15～20 mm/a，设计时应考虑使用过程中地面沉降对地下结构的长期影响。

(4)地震危险性概率分析表明：三种超越概率水平下的基岩水平地震动加速度峰值分别为24.986 cm/s2、128.047 cm/s2、262.766 cm/s2。不同概率水平下的地震动参数结果表明：该工程场地抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组，场地特征周期值为0.45 s，为抗震不利地段。

(5)现场波速测试结果表明：该场地土类型为中软土，建筑场地类别为Ⅲ类，场地复杂程度为为中等复杂场地。场地在地震烈度为Ⅶ度地震力作用下不发生液化。

参考文献

[1] GB 50021—2001 岩土工程勘察规范[S]

[2] DB /T29—191—2009 天津市地基土层序划分技术规程[S]

[3] 高颂东.静力触探参数与地基土物理力学指标(天津地区)相关分析研究[J].岩土工程界，2003，6(7)：75-77

[4] 刘润，闫澍旺.软黏土边坡稳定性分析中十字板强度取值的探讨[J].岩石力学与工程学报，2005，24(8)：1423-1426

[5] GB50011—2010 建筑抗震设计规范[S]

[6] GB50307—2012 城市轨道交通岩土工程勘察规范[S]

[7] GB18306—2001 中国地震动参数区划图[S]

[8] JGJ 72—2004 高层建筑岩土工程勘察规程[S]

[9] DB29—20—2000 岩土工程技术规范[S]