惠州某项目地基基础方案分析

丁庆峰，张庆华

（1、广东省工程勘察院 广州 510510；2、广州市城市规划勘测设计研究院 广州 510060；3、广东省城市感知与监测预警企业重点实验室 广州 510060）

0 引言

实施粤港澳建设，是我国立足全局和长远做出的重大谋划，是国家重大发展战略［1］。随着粤港澳大湾区经济高速发展，惠州市作为粤港澳大湾区的核心城市之一，城市也得以迅速发展。而基础作为建筑关键部分，是上部建筑结构和下部地基之间的连接体，发挥着将上部结构荷载传递给下部地基的功能。因此设计初期基础的选型对建筑物的安全性有着十分重要的影响［2-3］。经济上，基础工程占整个建筑的建设费用比例相当大。多层建筑采用浅基础的基础造价一般占建筑造价的15%～20%左右［4］，而采用深基础的高层建筑基础其工程造价高达总建筑费用的比例为20%～30%左右。正确选择合理的基础形式对节省工期有重要意义［5］。故有众多学者对建筑基础选型进行了研究［6］。

杨光华等人［7］结合某岩溶地区的建筑群，采用原位载荷试验确定地基承载力后采取了以粉质黏土层为持力层的筏形基础方案；王霄志［8］结合广州市某高层住宅施工，研究了桩基础施工对周边建筑物的影响；毛宗原等人［9］通过调查北京某16层住宅工程建筑场地的地质条件后，在其基底持力层的承载力特征值不满足设计的情况下，进行深宽修正；郭红梅［10］分别采用了原位试验、数值模拟等手段，对工程关键技术问题如基坑支护问题及地下水控制等进行分析。上海的华城大厦通过复合桩支护技术，较好地解决了软土基础的塌陷以及地下水的渗透等问题［11］；王博等人［12］从工程的建造成本、时间周期、环保性及施工经验作为评价因子，运用模糊数学理论中的模糊综合评判方法，将某工程的高层地基基础方案设计作为研究对象，构建了以地基基础方案优选为评判结果的模型；胡巍巍等人［13］通过工程实例研究场地勘察质量优劣和勘察资料分析处理技术水平直接决定基础选型和设计的准确性、合理性和经济性。

鉴于此，本文采用室内收集资料、野外踏勘、钻探取芯、原位测试、取土器取样、地下水位测量、室内岩土试验等勘查手段查明惠州某化工综合体项目的水文地质与工程地质条件、地层结构和物质组成、不良地质现象，对拟建工程地基基础做出施工图设计阶段的工程地质评价。并根据设计提供的建筑物及构筑物概况及平面图中各类建筑及构筑物的设计，室外地坪标高数据情况，为地基基础及基坑支护设计提供岩土参数及建议。

1 工程概况

惠州市某项目主厂区占地面积约为3 152 295.07 m2，主要建筑及构筑物包括有机电仪维修站、消防及气防站、全厂性仓库、化学品仓库、总变电站、PP 立体库、2 号循环水场、第一给水及消防泵站、空压站、高压低密度聚乙烯、除盐水站、汽电联产单元、1号循环水场、聚烯烃包装、化学品库、聚丙烯PP、线性低密度聚乙烯、LLDPE 立体库、低温乙烯罐区、压力罐区、石脑油罐区、污水预处理场、雨水泵站及事故水池等。主厂区详细勘察阶段范围内污水预处理场、雨水泵站及事故水池还有罐区可能存在地下水池类等建筑/构筑物，基坑开挖深度可能为2.0～8.0 m，地基变形允许值应根据建筑物及构筑物的结构、类型等满足《建筑地基基础设计规范：GB 50007—2011》［14］的相关要求。

2 惠州某项目地质条件分析

本项目通过钻探全孔取芯，原位测试及原状土样分析等综合勘察方法查明该项目的地质构造、地层结构、岩土物理力学性质等信息。本节将介绍惠州某项目的地形地貌、地质特征、水文气象等信息。

2.1 地形地貌

惠州某项目原地貌形态属海陆交互，整个场地地形起伏较大，整体为西高东低，北高南低。原场地中、西及中东部为剥蚀残丘、山丘，南部为低洼滨海海滩，南边灶河从西北角向东南方向流入项目附近海域，项目勘察区原始地貌如图1所示。

图1 惠州某项目原始地貌Fig.1 Original Landform of a Project in Huizhou

2.2 地层岩性

根据综合岩土层的种类及其工程地质特征、成因类型、地层时代等，可将惠州某项目主区岩土层自上而下划分为五大类，各岩土层特征简述如下：

⑴人工填土层（Qml）：〈1-1〉素填土层、〈1-2〉杂填土层，地基承载力较低，一般不宜直接作为拟建建筑/构筑物的基础持力层。〈1-4〉素填土层（老填土）已基本完成自重固结，地基承载力较低。

⑵海相沉积层（Qm）：〈2-1〉淤泥质粉细砂层，、为液化土层且承载力较低，不宜选作基础持力层；〈2-2〉淤泥质土层，承载力低，不宜选作基础持力层。

⑶冲洪积层（Qal+pl）：〈3-1〉粉质黏土层，呈可塑状，承载力一般，可选作天然地基基础持力层；〈3-2〉粉细砂层，为液化土层且承载力较低，不宜选作基础持力层；〈3-3〉中粗砂层，为液化土层且承载力一般，不宜选作基础持力层；〈3-4〉卵石层，承载力较高，可选作部分建筑/构筑物基础持力层。

⑷残积层（Qel）：〈4〉粉质黏土层，承载力较高，可选作部分建筑/构筑物基础持力层。

⑸风化基岩（K）：〈5-1〉全风化砂砾岩，具有较高的地基承载力，可作为拟建建筑/构筑物浅基础或桩基础桩端持力层。〈5-2〉强风化砂砾岩，地基承载力高，可作为拟建建筑/构筑物浅基础或桩基础桩端持力层。〈5-3〉中风化砂砾岩，地基承载力高，可作为拟建建筑/构筑物浅基础或桩基础桩端持力层。〈5-4〉微风化砂砾岩，承载力高，可作为拟建建筑/构筑物浅基础或桩基础桩端持力层。

2.3 地质构造

根据区域地质资料，影响场地的主要断裂为霞涌断裂和澳头断裂，如图2所示。

图2 惠州某项目区域地质构造Fig.2 Regional Geological Structure of a Project in Huizhou

霞涌断裂F1：该断裂走向约95°～110°，倾向南，倾角50°，为正断层，该断裂活动性弱，最新的活动时期为晚更新世，全新世以来无明显活动趋势。

澳头断裂F2：分布于南西部澳头一带，由南北两支断裂组成，在澳头以西近东西走向，往西延出图外，澳头以东呈北西走向延伸入海，夹持于两断裂间的为南山村组流纹岩，具有多期次活动的特征

2.4 气象水文

本项目所在区域位于南亚热带海洋性气候区，夏长无酷暑，冬暖偶有阵寒。各地累年平均气温在21.1～22.2 ℃之间。本地区雨季为5～9 月，雨季降雨量占全年降雨量的80%；平均年降雨量为1 545.2～1 989.4 mm。影响该区域的热带气旋年均9.3个，平均相对湿度为78%。

2.5 地下水概况

该地区地下水类型主要为第四系孔隙水及基岩风化构造裂隙承压水。场地裂隙水主要赋存于强风化岩（半岩半土状、碎块状）和中、微风化岩破碎带中，基岩裂隙水补给主要来源于外围基岩裂隙水，并接受上部土层孔隙水越流补给。水位受潮汐变化影响，地下水位年变幅约在2～3 m。

3 惠州某项目地基基础方案

本节将根据设计提供的建筑物及构筑物概况及平面图中各类建筑及构筑物的设计室外地坪标高数据情况，以及钻探等勘查手段揭露的地层情况，对建筑物及构筑物的基础形式进行分析，并给出惠州某项目主区不同拟建建筑的基础选型建议。

3.1 地基基础方案分析

根据构筑物荷载要求，结合本场地周围环境、工程地质情况及本地区经验，场地素填土及杂填土层含碎、块石、建筑垃圾较多，对于场地存在厚填土区域，不宜采用天然地基基础，应进行地基处理或采用桩基础。场地填土层较薄且持力层埋深较浅区域，可采用天然地基基础；对于持力层埋深较大、建构物荷载大的区域，可选择灌注桩及管桩基础；对于持力层埋深较大、建构物荷载不大的区域，可选择灌注桩、管桩或注浆、CFG 桩、碎石桩、水泥土搅拌桩、高压旋喷桩等复合地基基础。具体建筑基础选型如表1所示。

表1 惠州某项目各拟建建筑基础选型建议Tab.1 Suggestions on Foundation Selection of Proposed Buildings of a Project in Huizhou

3.2 地基基础方案建议

3.2.1 天然地基基础方案

根据场地工程地质条件，场地局部区域强、中风化岩出露或埋深小于2 m 的地段，可采用天然地基基础，浅挖后以强、中风化岩作为基础持力层。

如化学品仓库区域素填土层厚度0.90～7.40 m，强风化岩埋深2.00～35.60 m；PP 立体库素填土层厚度0.50～6.80 m，强风化岩埋深0.60～21.00 m；高压低密度聚乙烯填土层厚度0.50～6.10 m，强风化岩埋深0.00～24.30 m；1 号循环水场填土层厚度0.50～7.40 m，强风化岩埋深0.50～33.50 m；聚烯烃包装填土层厚度0.50～3.50 m，强风化岩埋深0.00～8.00 m；化学品库填土层厚度0.50～3.50 m，强风化岩埋深0.50～24.40 m；聚丙烯PP 填土层厚度0.50～9.10 m，强风化岩埋深0.00～39.10 m；线性低密度聚乙烯填土层厚度0.50～8.20 m，强风化岩埋深0.50～33.10 m；乙烯分离/丁烯-1填土层厚度0.50～9.10 m，强风化岩埋深0.00～37.30 m；LLDPE立体库填土层厚度0.50～10.10 m，强风化岩埋深0.00～25.00 m；这些装置大部分或局部区域表层填土厚度薄，中强风化岩面埋藏较浅，可依据装置的荷载情况部分区域考虑不同地基形式造成的不均匀沉降，建议采用地基处理或复合地基基础方案。

此外，如果采用天然地基浅基础，应进行施工验槽，必要时做平板载荷试验，核对地基承载力、变形模量等。开挖至基底后应及时封底，防止积水浸泡降低地基承载力。

3.2.2 复合地基基础方案

根据场地工程地质条件，在场地填土层较厚或填土层厚度不大但其底下存在淤泥质土地段，对于荷载较小的建筑/构筑物和道路、地坪等，可采用复合地基来提高地基承载力以满足设计要求。因填土为近期回填，若采用复合地基，尚需对填土进行进一步加固处理。若填土厚度较薄，可采用强夯法；若填土厚度较厚，可采用灌浆法等。

地基处理可采用素混凝土桩、CFG 桩、碎石桩、高压旋喷桩等，采用素混凝土桩、CFG 桩、碎石桩、高压旋喷桩时桩端须穿过人工填土层，并以承载力较好的岩土层作桩端持力层，预计桩长约6.0～27.0 m。复合地基应进行单桩静载荷试验或复合地基载荷试验，并考虑不同土层的压缩沉降和建筑物、构筑物的变形差异问题。

素混凝土桩、CFG 桩、碎石桩复合地基的设计可按《建筑地基处理技术规范：JGJ 79—2012》［15］进行，单桩竖向承载力特征值Ra和复合地基承载力标准值fa宜通过现场荷载试验确定，相关参数如表2所示。

表2 天然地基基础及复合地基基础力学参数建议值一览Tab.2 List of Recommended Mechanical Parameters of Natural Foundation and Composite Foundation

3.2.3 桩基础方案

根据勘探成果，场地未发现埋藏的河道、墓穴、防空洞、孤石等不利埋藏物，但岩体呈碎裂块状，风化均匀性差。本地区常采用的桩型有：预应力混凝土管桩、旋挖/钻（冲）孔灌注桩及人工挖孔灌注桩，各桩型的优缺点如表3所示。

表3 不同桩型优缺点对比Tab.3 Comparison of the Advantages and Disadvantages of Different Pile Types

根据地层揭露情况，场地普遍存在较厚素填土层或杂填土层，目前灌注桩施工工艺成熟，在成孔过程中应能克服场地浅部土层易坍塌且含较大块石等成桩不利因素。综上所述，旋挖/钻（冲）孔灌注桩适宜用作本场地桩基础，成桩造价较高。采用旋挖/钻（冲）孔灌注桩方案时，应以强风化岩带〈5-2〉、中风化岩带〈5-3〉及微风化岩带〈5-4〉相结合作为旋挖、钻（冲）孔灌注桩的桩基持力层，桩长及桩径根据设计单桩承载力大小而定。

3.3 基坑支护方案建议

拟建基坑主要为基槽、水池、管沟、高耸建筑基础等基坑的开挖，基坑开挖深度约2.0～8.0 m。基坑开挖岩土层自上而下分别为人工填土、淤泥质粉细砂、淤泥质土、粉质黏土、粉细砂、中粗砂、卵石、残积土、全风化岩、强风化岩等，根据《建筑基坑工程技术规程：广东省标准DBJ/T15-20—2016》［16］，基坑支护结构安全等级为二～三级；基坑支护结构重要性系数二级为1.0，基坑支护结构重要性系数三级为0.9。因场地较平整开阔，浅基坑（开挖深度不超过3 m）建议采用放坡+挂钢筋网喷混凝土支护或放坡+土钉墙支护的型式；深基坑建议采用复合土钉墙、支护桩或地下连续墙+锚索或内支撑等支护型式，基坑周边应设置截水帷幕（可采用高压旋喷桩、咬合桩等）。基坑坑内的积水采用集水明排或设置降水井的方式进行处理，基坑内结构施工须考虑地下水抗浮。基坑设计参数如表4所示。

表4 基坑支护设计岩土参数建议值Tab.4 Recommended Values of geotechnical Parameters for Foundation Pit Supporting Design

4 结论

本文采用室内收集资料、野外踏勘、钻探取芯、原位测试、取土器取样、地下水位测量、室内岩土试验等勘查手段揭露的地层情况以及设计提供的建筑物及构筑物概况和平面图中各类建筑及构筑物的设计室外地坪标高数据情况，主要结论如下：

⑴惠州某项目主区岩土层自上而下可划分为人工填土层、第四系海相沉积层、第四系冲洪积层、残积层、白垩系基岩共五大类。

⑵惠州某项目场地大多区域素填土及杂填土层含碎、块石、建筑垃圾较多，对于场地存在厚填土区域，不宜采用天然地基基础，应进行地基处理或采用复合地基基础及桩基础等基础方案。

⑶ 对于化学品仓库等装置区域表层填土厚度薄，中强风化岩面埋藏较浅，可依据装置的荷载情况部分区域考虑采用天然地基基础，但由于岩面起伏较大，建议采用地基处理或复合地基基础方案。

⑷对于持力层埋深较大、建构物荷载不大的区域，可选择灌注桩、管桩或注浆、CFG 桩、碎石桩、水泥土搅拌桩、高压旋喷桩等复合地基基础。但因该项目区域填土为近期回填，若采用复合地基，尚需对填土进行进一步加固处理。若填土厚度较薄，可采用强夯法；若填土厚度较厚，可采用灌浆法等。

⑸本地区常采用的桩型有：预应力混凝土管桩、旋挖/钻（冲）孔灌注桩及人工挖孔灌注桩。目前灌注桩施工工艺成熟，在成孔过程中应能克服场地浅部土层易坍塌且含较大块石等成桩不利因素。故选择旋挖/钻（冲）孔灌注桩作本场地桩基础选型。

⑹根据文献［16］，惠州某项目基坑支护结构安全等级为二～三级；基坑支护结构重要性系数二级为1.0，基坑支护结构重要性系数三级为0.9。因场地较平整开阔，该项目的浅基坑（开挖深度不超过3 m）建议采用放坡+挂钢筋网喷混凝土支护或放坡+土钉墙支护型式；深基坑建议采用复合土钉墙、支护桩或地下连续墙+锚索或内支撑等支护型式，基坑周边应设置截水帷幕。基坑坑内的积水采用集水明排或设置降水井的方式进行处理，基坑内结构施工须考虑地下水抗浮。