工业园岩土勘察与地基分析评价

谢双贤

（广东明利工程勘察设计有限公司，广东 中山 528400）

1 拟建工程及地质条件概况

拟建项目场地位于中山市小榄镇工业大道南，项目总用地面积为78 511 m2。拟建筑规模总建筑面积为84 905 m2，1栋3层主厂房、1栋3层生活配套饭堂、1栋2层铸造车间、2栋1层仓库、1栋2层动力楼、2栋1层的门卫室，每栋建筑高度小于24 m。拟建建筑物结构类型为钢筋混凝土框架结构，拟采用桩基础形式，建筑物的单位荷重按15～20 kN/m2考虑[1]。地基变形要求为相邻柱基的沉降差按0.002L（L为相邻柱基中心距）作为变形允许值[2-4]，整体倾斜按0.003作为变形允许值，平均沉降量按200 mm作为变形允计值。

根据勘察所揭露的土层有人工填土、第四系海陆交互沉积层，下伏基岩为白垩系泥质粉砂岩，从上到下依次揭露地层为＜1-1＞素填土、＜2-1＞淤泥质土、＜2-2＞粉质黏土、＜2-3＞淤泥质土、＜2-4＞粉质黏土、＜2-5＞中砂、＜2-6＞粉质黏土、＜2-7＞淤泥质土、＜3-1＞泥质粉砂岩、＜3-2＞泥质粉砂岩。地下水属潜水-承压水类型，主要赋存于第四系地层的孔隙及风化基岩的裂隙中。

地下水埋藏浅，勘察期间测得地下水的稳定水位深度为0.73～1.05 m，高程为1.71～2.13 m。地下水受季节等影响，根据区域地质资料，年变化幅度0.50～1.00 m。场地未见地表水。

2 勘察平面布置及方法

2.1 勘察平面布置

工程钻孔主要沿建筑物的周边线和角点布置[5]，共布置钻孔18个，其中控制性勘探孔12个，一般性勘探孔6个。

建筑物与勘探点平面布置如图1所示。

图1 建筑物与勘探点平面布置

2.2 主要勘察方法

2.2.1 测量

勘察钻孔坐标系统采用中山市统一坐标系，高程系统采用1985国家高程基准。

2.2.2 钻探

钻探设备为XY-1A型油压工程钻机[6]。土层采用击进全取芯法或孔底环状钻进全取芯法泥浆循环护壁等施工工艺。

2.2.3 岩土水试样的采取

一般黏性土使用国产标准厚壁取样器，重锤少击法或压入法采取土试样；软土使用国产薄壁取土器，砂土样品取原位扰动样。岩石试样利用钻探岩芯制作。在钻孔内采取混合地下水样。

2.2.4 地下水位测量及勘探孔封孔

勘察期间进行了简易水文观测，整个场地勘探孔终孔后按规定统一进行量测稳定水位，且勘探孔采用黏土封孔[7]。

2.2.5 原位测试

勘察进行的原位测试有标准贯入试验。

2.2.6 室内试验

岩土试样按工程技术要求完成了有关指标的测试分析。一般黏性土进行常规试验；扰动砂样进行颗分试验；水样进行工程水质简分析。

3 场地岩土工程评价

3.1 场地地震效应评价

场地抗震设防烈度为7度，根据场地的勘察结果，综合地区经验，选取代表性钻孔ZK1、ZK15，场地等效剪切波速估算值为126.94～136.98 m/s，判定场地土类型为软弱土，场地覆盖层（强风化岩面剪切波速值大于500 m/s）在31.0～42.5 m，场地类别属Ⅲ类。

地震动峰值加速度取值0.100g或0.125g，地震动加速度反应谱特征周期为0.45 s，建筑抗震设防类别为标准设防类（丙类）。建筑场地为对建筑抗震不利地段，场地不考虑软土震陷，为非液化场地。

3.2 地下水评价

场地为湿润区，淤泥质土呈饱和状态，中砂层为强透水层，场地环境类型属Ⅱ类。场区内地下水位浅，混凝土结构主要处于地下水位以下。勘察共采取2组地下水样进行水质简分析。

受环境类型影响：地下水对混凝土结构具有微腐蚀性；受地层渗透性影响：地下水对混凝土结构具有微腐蚀性；受地下水中Cl-含量影响：在长期浸水条件下，对钢筋混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性；在干湿交替条件下，对钢筋混凝土结构中钢筋具有弱腐蚀性。

因此，地下水位以上土层对混凝土结构、钢筋混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性。

3.3 地基稳定性、均匀性评价

根据勘察揭露对场区内土层的工程特性进行评价。＜1-1＞素填土属特殊性岩土，全场均有分布，松散状，近期回填，欠压实，工程力学性能较差，不能作为拟建建筑物基础持力层。对厚度较大的填土，桩基设计应考虑其桩侧负摩阻力对桩承载力及沉降的影响。＜2-1＞淤泥质土全场均有分布，流塑状，具有地基承载力低、含水量高、强度低、压缩性高等特殊性能，工程性能较差，不能作为建筑物的地基持力层。若地面存在大面积堆载（包括新近填土）或桩基完工后土层中地下水位下降，导致桩周土层产生的沉降大于基桩的沉降时，应考虑桩侧负摩阻力对桩承载力及沉降的影响，将负摩阻力作为附加下拉荷载进行桩的承载力设计。

场地浅部＜1-1＞素填土、＜2-1＞淤泥质土稳定性、均匀性均较差，拟建建筑物不适合采用天然地基浅基础。建议选用桩基础方案，桩基类型选择预应力管桩，以全风化岩或强风化岩作为桩端持力层。通过Plaxis有限元软件建立“混凝土框架结构+预应力管桩+周围岩土体”的数值模型，计算模拟场地桩基及上部结构的变形特征。

4 地基变形特征预测及评价

4.1 预制桩基础方案及岩土设计参数取值

地基基础设计岩土参数取值如表1所示。

表1 地基基础设计岩土参数取值

结合地质地形条件、施工能力，采用打入式管桩基础，以强风化岩地层作为基础桩端持力层，桩径采400、500 mm管桩。

4.2 分析模型的建立

考虑边界效应二维计算模型的尺寸为100 m×40 m。各个支护结构构件及地下主体结构梁、板、柱采用弹性模型，采用界面单元对桩与周边岩土的力学作用进行模拟，上部房屋共3层，每层结构荷载取20 kN/m。

计算断面有限元模型如图2所示。

为评估场区地下结构施工对3层预制桩基础房屋的影响，对剖面处计算分析分为初始地应力场、施工预制桩基础、施工3层上部结构、支护桩施工、土方开挖和临时内支撑、第二层土方开挖和开挖至基底7个施工步骤进行。

4.3 地基变形模拟结果分析

拟建地面建筑物主要为钢筋混凝土框架结构，基础类型采用桩基础，预测建筑变形特征主要为桩基不均匀沉降产生的相邻柱基的沉降差及整体倾斜。

计算最不利工况下的场地地基变形特征及上部框架结构倾斜和沉降差，场区地基水平最大侧移为11.82 mm，地基周边最大沉降量3.29 mm，开挖侧底部最大隆起值为25.7 mm；3F房屋最大竖向位移为2.04 mm，沉降差1.90 mm小于4.20 mm，3F房屋最大水平位移为4.52 mm，倾斜率为0.000 16＜0.003。因此，最不利工况下基础类型采用桩基础，地基及上部结构各项变形指标满足要求。

为了避免后期产生较大沉降，对道路、给排水设施或其他地下管线等造成损坏，可以进行软基处理。

结合上述分析采用桩基法能够减小地下工程施工对场地地基周边环境及结构物的影响。在采用管桩时，应减弱沉桩过程中的挤土效应，控制沉桩速率，加强监测，做到信息化施工。

5 结语

文章以中山某工业厂房改造项目为研究背景，从场地环境及岩土条件等方面综合分析，建议选用预应力混凝土管桩基础，以强风化岩地层作为基础桩端持力层。通过Plaxis数值模拟有效地预测预制桩基础对于稳定性、均匀性差的场地具有较好的适用性。后续设计及施工过程中建议桩基工程应通过试钻或试打，检验岩土条件是否与勘察报告一致。同时加强验槽和质量检查，确保基础置于设计的持力层上。