苏州某场地工程地基地质条件及基础评价分析

2018-04-25

地下水 2018年2期

(江苏长江机械化基础工程公司，江苏南京 210046)

苏州地处中亚热带北缘向北亚热带南部过渡的季风气候区，冬季受西北大陆冷气团侵袭，盛行偏北风，气候寒冷干燥；夏季受海洋气团控制，盛行东南风，气候炎热湿润。全市多年平均气温15.7℃，平均气温的年际变化为2.1℃。日最高气温39.2℃，日最低气温零下9.8℃。常年平均日照时数1 942.5 h，无霜期年平均长达233 d。年平均降水量1 056 mm，最大年降水量1 554 mm，最小年降水量600 mm；多年平均蒸发量(E601蒸发器)为938 mm。苏州区域新生代以来新构造运动反映不强烈，主要表现为垂直升降运动。西部丘陵山区缓慢抬升，东部平原区轻微下降，据中国岩石圈新构造时期升降幅度图，平原区20年间垂直变形速率不到-0.1 mm/a，属地壳活动稳定区。属基本稳定地区，本场地覆盖层厚度超过50 m，无全新活动的发震断裂，区域地质稳定。

1 拟建项目地质概况

拟建项目位于苏州市吴江经济技术开发区兴中路北侧、鲈乡北路东侧，交通便利。修建工程为教学楼及门卫室，层高为1～4层，南侧建筑物有一层地下室(±0.00下5.35 m)。地貌类型属长江三角洲冲、湖积平原，现为空地，地势较平坦。东北侧地势稍高。场地内标高约3.28～4.38 m(85国家高程基准，下同)。拟建场地未发现有构造断裂、滑坡、土洞、岸边冲刷、地面沉降、地面裂缝等影响工程稳定性的不良地质作用。经现场勘察，拟建场地未发现埋藏的河道、池塘、墓穴、防空洞及溶洞等对工程不利的埋藏。

1.1 土层的构成与类型

经勘察查明，拟建场地勘探深度范围内的地基土为新生界第四系地层，属长江三角洲冲、湖积相。按其沉积环境、成因类型及其工程地质特性自上而下分为7个工程地质层。各土层性质如下：

(1)填土：灰～灰黄色，松散，主要由粘性土组成，含植物根茎，本层局部夹有建筑垃圾，该层成分复杂，土质不均，高压缩性。回填时间少于5年，欠固结。厚度2.40～3.90 m，层底标高0.37～1.30 m。

(2)粘土：灰黄色，可偏硬塑，切面光滑，干强度高，韧性高，摇振反应无，中等压缩性。层厚2.40～3.60 m，层底标高-2.70～-1.92 m。

(3)粉质粘土：灰黄色，饱和，可塑，干强度中等，韧性中等，摇震反应无，中等压缩性，该层层底夹有粉土。厚度1.50～2.60 m，层底标高-4.70～-3.73 m。

(4)粉土夹粉质粘土层：灰色，松散～稍密，切面无光泽，干强度低，韧性低，摇振反应中等，压缩性中等，顶部夹粉质粘土薄层。厚度2.10～5.20 m，层底标高-9.60～-6.39 m。

(5)粉土层：灰色，中密～密实，切面无光泽，干强度低，韧性低，摇振反应迅速，压缩性中等。层厚12.20～15.50 m，层底标高-22.52～ -20.70 m。

(6)粉质粘土层：灰色，软～可塑，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，摇振反应无，中等压缩性。本层底部夹有粉土薄层及团块。层厚5.60～7.20 m，层底标高-29.18～-27.65 m。

(7)粉质粘土层：灰黄色，可塑，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，摇振反应无，中等压缩性。本层未揭穿。

1.2 拟建场地水文特征

1.2.1 地表水

苏州地处江南水网区，一般地表水历史最高水位2.49 m，最低水位0.01 m，常年平均水位0.88 m，勘察期间实测东侧河道水位为0.8 m。

1.2.2 场地地下水分布

据苏州区域水文地质勘察资料，苏州地区孔隙潜水历史最高水位为2.63 m，近3～5年最高水位约为2.50 m，最低潜水位约为-0.21 m，地下水年变幅为1.0～2.0 m；微承压水历史最高水位为1.74 m，近3～5年最高水位约为1.60 m，最低水位约为0.62 m。

(1)潜水：拟建场地浅层地下水为孔隙潜水，赋水性差，主要赋存于(1)填土中。据苏州市水文地质资料，该含水层主要接受大气降水及地表径流补给，其水位随季节、气候变化而上下波动，属典型蒸发入渗型动态特征。据长期观测资料潜水位常年高出地表水位，表现单向性排于河、湖的特点。勘察期间初见水位埋深为0.70～1.00 m实测稳定水位埋深为1.50～1.80 m，相当于85国家高程基准1.82～2.28 m。

(2)微承压水：场地浅部微承压水赋存于(4)粉土夹粉质粘土、(5)层粉土中，主要接受侧向径流补给及越流补给。测得稳定水头标高为0.50～1.00 m。该层渗透性较强，水量较丰富，对本工程沉桩有一定的影响。

2 地基基础分析评价

2.1 天然地基评价

2.1.1 采用天然地基的可行性及天然地基持力层

拟建场地第(2)粘土层，可偏硬塑状，土质较均匀，中等压缩性，强度尚可，工程性质尚可，该层土可作为拟建场地内荷载不大的建筑物的天然地基持力层。

拟建的门卫房可以(2)粘土层作为其天然地基持力层，基础型式可采用独立基础。

2.1.2 天然地基均匀性评价

拟建门卫房若采用(2)粘土层作为其天然地基持力层，根据勘察成果在其基础下应力影响深度范围内，地层结构连续稳定，持力层及下卧层压缩变形及承载力差异较小，故拟建其地基为均匀地基。

2.1.3 地基承载力建议值

根据各土层的物理力学性质指标、静力触探试验成果、进行分层统计、计算、汇总，并结合地区经验综合确定各土层承载力的特征值如表1。沉降计算所需的压缩模量Es可在e～p曲线上分别截取自重压力和自重压力+附加压力的e值进行计算(表2)。

表1 地基土设计参数表 kPa

注：1.C,φ值采用Ck,φk值计算，根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)5.2.5式，假定b=3.0 m，d =0.5 m。2.静力触探计算采用经验公式：①粘土：fo=104PS+26.9； ②粉质粘土：fo=84PS+25；③粉土：fo=20PS+50；④粉砂土：fo=16PS+59.5；⑤中粗砂：fo=36PS+76.6；⑥灰色粘土：fo=75PS+38；⑦灰色粉土：fo=53PS+45；⑧淤质粉粘：fo=74PS+29.1；⑨粉质粘土夹粉土fo=69.1(PS)0.63+14.4。

2.2 桩基础评价

2.2.1 采用桩基础的适宜性

拟建工程区域第(5)层粉土，中密～密实，中等压缩性，该层强度较好，工程性质较好。该层为拟建建筑物较合适的持力层。本工程沉桩过程中选择合适的锤击或静压力的设备和合适的桩型，并选择合适的沉桩顺序，控制沉桩速率后穿越上部软塑～可塑状的粘性土难度不大，只要使用合适能量的沉桩设备可顺利沉桩。故本工程适宜采用桩基础。因此，本场地适宜采用桩基础。

2.2.2 桩基类型、桩端持力层

拟建教学楼采用预应力管桩，直径400 mm，以(5)层粉土作为桩基持力层。桩端进入持力层不少于2.0 d。

2.2.3 桩基设计参数及单桩竖向承载力特征值估算

根据静力触探、标准贯入试验和室内土工试验指标，并参照国家行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)综合评价，结合苏州市的工程经验，提供本场地内各土层混凝土预制桩的极限侧阻力标准值(qsik)和极限端阻力标准值 (qpk) 如下表供设计参考。桩基设计时，单桩竖向承载力特征值应以试桩静载荷试验结果为准(表3)。按《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)中公式5.3.4及公式。

表2 压缩模量Es建议值表

表3 桩基设计参数表(建议标准值) kPa

2.2.4 对单桩极限承载力进行估算

估算结果见表4。

2.2.5 沉桩可行性分析及注意事项

基桩穿越上部粘性土层较顺利，进入(4)粉土夹粉质粘土层后难度增大，进入(5)粉土层难度进一步加大，若桩基进入(5)中下部则难度较大。由于本工程沉桩机理为挤土桩，基桩的挤土效应明显，随着入土桩数的增加，排土量和超孔隙水压力大幅度提高，桩基施工后期沉桩的难度必将增大。因此施工应选择合适的桩型且较高强度的桩，并选择合适的沉桩顺序，控制沉桩速率，以确保桩身能顺利进入持力层至设计标高。

2.2.6 沉(成)桩对周边环境的影响

本工程拟采用预制桩基础，其沉桩机理为挤土桩，沉桩时会对周边产生挤土效应。桩基施工时对会对周边厂房及道路产生一定的影响，故建议沉桩时应加强动态监测工作，以免对已建建筑物及道路、管线产生破坏。

2.2.7 桩基础地基均匀性评价及建筑物变形特征预测

拟建建筑物以(5)层粉土作为桩尖持力层，根据现场勘察揭露的地层结构来看，在桩尖以下沉降影响深度范围内，土层层面层厚较平稳，单桩承载力差异不大，故拟建建筑物的地基为均匀地基。拟建建筑物上部荷载变化较大，应在不同层高的建筑物之间采取适当措施(如设置沉降缝)，以防止不均匀沉降。

2.3 地下室基坑工程分析评价

2.3.1 基坑岩土条件、周围环境及安全等级

根据核实，地下室开挖基坑坑底标高相当于85高程-1.80 m，结合考虑底板厚度、垫层厚度及承台高度，基坑开挖深度约5.50 m。本工程基坑属于Ⅲ级基坑。基坑边坡主要为的(1)素填土层、(2)粘土层，坑底位于(2)粘土中，且(1)素填土为主要潜水含水层，基坑开挖后应尽量减少对该层土的践踏和扰动，地下水位埋深浅，因此应制定经济合理的围护及降水(排水)相结合的施工方案。

2.3.2 基坑设计主要参数(见表5)

表4 单桩竖向承载力特征值估算表

注：1、以上计算均为估算值，在本工程中单桩竖向极限承载力特征值最终应以静载荷试验结果为准；2、以上标高均为85国家高程基准； 3、以上预应力管桩估算按闭口桩计算；

表5 基坑设计参数推荐值

注：加“*”数据为经验值。

2.3.3 基坑开挖、围护、地下水控制方案

基坑周边环境开阔，距离道路及已有建筑物较远，根据周边工程经验，基坑维护可采用放坡结合土钉墙的方式。场地(1)素填土中上层滞水-潜水含水层主要受大气降水和地表水体侧向补给，该含水层对本基坑开挖有影响，建议在基坑顶采用截水沟防止地表水进入，由于抗渗流不稳定，必要时基坑内宜进行降水。具体维护方案应委托具有相应资质的设计单位，进行专项的围护设计。

2.3.4 地下室抗浮评价

地下室应做好施工期间抗浮设计，施工期间可采用积水坑明排。本工程基坑抗浮设计水位建议采用竣工后室外地坪标高-0.5 m计算。

2.3.5 基坑施工阶段环境保护和监测的建议

基坑土方分层开挖设计厚度一般不宜超过1.0 m，基坑开挖至设计标高前，应留有不小于0.2 m的基坑土采取人工开挖整平，防止对基坑底部地基土的扰动，并及时浇注垫层封闭，减少基坑暴露时间。基坑开挖后，应及时降、排水。开挖基坑的坡顶或坑边，不得有超过设计规定的堆载。基坑开挖、基础施工过程中应对边坡土体的位移与沉降、地下水等进行施工期变形监测与预报。开挖出的土体应选择地势较开阔、远离开挖基坑区域的地方堆放。