新建天津某大功率機車綜合檢修基地巖土工程勘察分析及評價

高秀梅 馬百財

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300142)

1 工程概況

土地資源短缺成為我國沿海城市發(fā)展的重要影響因素，填海造陸是解決土地短缺的重要途徑。天津某大功率機車檢修基地位于天津市濱海新區(qū)臨港工業(yè)區(qū)，表層遍布填海造陸的沖填土。該基地是全路規(guī)劃新建的五個和諧型大功率機車檢修基地之一，擬建建筑物主要有:走行部檢修組合車庫、解體組裝及附件檢修組合車庫、制造總裝組合庫、制造鋼結(jié)構(gòu)及備料組合庫、綜合樓、垃圾處理站、門衛(wèi)等?；幼畲箝_挖深度為5～6 m，結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)及框架結(jié)構(gòu)。本工程重要性等級為一級工程;二級場地(中等復(fù)雜場地);巖土工程勘察等級為甲級［1］。

2 場地工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

天津市濱海新區(qū)臨港工業(yè)區(qū)位于海河入?？谀蟼?cè)灘涂淺海區(qū)，工程所處場地為填海而成，表層已經(jīng)過真空預(yù)壓處理，地形較平坦開闊。填海造陸形成的場地情況見圖1。

圖1 填海造陸形成的場地

2.2 地層巖性

勘察范圍內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層(人工堆積層)、第Ⅰ海相層(第四系全新統(tǒng)中組淺海相沉積層)、第Ⅱ陸相層(第四系全新統(tǒng)下組沼澤相沉積層及河床—河漫灘相沉積層)、第Ⅲ陸相層(第四系上更新統(tǒng)五組河床—河漫灘相沉積層)、第Ⅱ海相層(第四系上更新統(tǒng)四組濱海—潮汐帶相沉積層)、第Ⅳ陸相層(第四系上更新統(tǒng)三組河床—河漫灘相沉積層)［2］。巖性主要為沖填土、黏性土、淤泥質(zhì)土、淤泥、粉土、粉砂及細砂。代表性地層剖面見圖2。

圖2 代表性地層剖面

2.3 巖土物理力學(xué)指標(biāo)

對于沖填土(以淤泥質(zhì)土為主)和高靈敏度的軟黏土地基，獲取完全不擾動的土樣進行室內(nèi)試驗是相當(dāng)困難的。對此本工程采用了十字板［4］來獲得表層軟黏土強度指標(biāo)與土樣室內(nèi)試驗抗剪強度指標(biāo)進行對比分析的方法，為設(shè)計提供了較接近實際工況的邊坡穩(wěn)定計算參數(shù)。

2.4 地基土承載力特征值

地基土承載力特征值采用物理指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值、靜力觸探平均值、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗修正錘擊數(shù)并結(jié)合地區(qū)建筑經(jīng)驗綜合取值。各主要土層承載力特征值:①沖填土為80 kPa;④1黏土為100 kPa;④2粉質(zhì)黏土為120 kPa;④3粉土為130 kPa;④5淤泥質(zhì)黏土為80 kPa;④6淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為90 kPa;⑤2粉質(zhì)黏土為120 kPa;⑥2粉質(zhì)黏土為140 kPa;⑦2粉質(zhì)黏土為150 kPa;⑦3粉土為160 kPa。

2.5 場地土類型、場地復(fù)雜程度及場地類別

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011—2001)，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g，設(shè)計地震分組為第一組，為抗震不利地段。在本場地3個孔內(nèi)進行了剪切波速測試，場地20.0 m范圍內(nèi)等效剪切波速146～149 m/s，該區(qū)覆蓋層厚度大于50 m，250 m/s≥Vse＞140 m/s，建筑場地類別為Ⅲ類，場地土類型為軟弱—中軟土［5］。

2.6 不良地質(zhì)現(xiàn)象

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2001)，對地下20 m范圍內(nèi)分布的飽和粉土及砂土進行液化判定，本場地①11、①12為沖填土，④3、④11、④12局部為地震液化層，各孔液化指數(shù)IlE為0.2～15.0，綜合劃分本場地地基的液化等級為中等。

2.7 特殊土

(1)沖填土:以粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥、粉砂及細砂為主，成分復(fù)雜，強度低，厚度大，土質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)松散，工程性質(zhì)較差，在表層普遍分布，層厚范圍為4.1～8.9 m。

(2)軟土:主要為④5、④6層淤泥質(zhì)土，④4層淤泥呈透鏡體狀分布于地表以下20 m范圍內(nèi)，其中④5層分布較廣(夾黏土)，壓縮系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為 α0.1～0.2=0.735 MPa－1，天然快剪 C=7～ 30 kPa，φ =3.2°～5.8°，具靈敏度高、低強度等特點，極易發(fā)生蠕動和擾動，工程性質(zhì)差。

3 場地水文地質(zhì)條件

3.1 地下水類型及特征

場地內(nèi)對本工程有影響的地下水按賦存條件分為表層潛水和微承壓水。賦存于第Ⅱ陸相層以上地層中的地下水為表層潛水;賦存于第Ⅱ陸相層及以下粉砂、細砂及粉土中的地下水具有承壓性，為微承壓水。

潛水賦存于人工填土層①層及第Ⅰ海相層④層中。潛水地下水位埋藏較淺，勘測期間水位埋深約為0～0.6 m。潛水位年變化幅度的多年平均值約0.8 m［6］。

微承壓水以第Ⅱ陸相層⑤1、⑥1黏土，⑤2、⑥2粉質(zhì)黏土為相對隔水頂板。微承壓水水位受季節(jié)影響不大，水位變化幅度小。該層微承壓水接受上層潛水的越流補給，同時以滲透方式補給深層地下水。穩(wěn)定水位埋深約為6.22～9.64 m。代表性的水位觀測曲線見圖3。

潛水、微承壓水含水層含水介質(zhì)顆粒較細，水力坡度小，地下水徑流十分緩慢。淺層地基土的黏性土層滲透系數(shù)K≤0.5 m/d，粉細砂及粉土層滲透系數(shù)約為0.5～1.5 m/d，透水性為微透水—中等透水。

圖3 淺層微承壓水恢復(fù)水位曲線

3.2 地下水腐蝕性評價

(1)潛水腐蝕性評價

依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)，按Ⅱ類環(huán)境類型評價:潛水對混凝土結(jié)構(gòu)具強腐蝕性。潛水在干濕交替作用下對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具強腐蝕性;在長期浸水情況下具弱腐蝕性。

(2)微承壓水腐蝕性評價

依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)，按Ⅱ類環(huán)境類型評價:微承壓水對混凝土結(jié)構(gòu)具強腐蝕性。地下水在干濕交替作用下對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具強腐蝕性，在長期浸水情況下具弱腐蝕性。

4 巖土工程分析與評價

4.1 場地穩(wěn)定性及適宜性評價

(1)本場地表層遍布近年填海造陸填筑的4.1～8.9 m厚的①層沖填土;成分復(fù)雜，含水量大，土質(zhì)不均勻，結(jié)構(gòu)松散，密實程度較差。表層沖填土經(jīng)真空預(yù)壓處理［7］，工程性質(zhì)比原來有所提高，承載力特征值一般可達到80 kPa，固結(jié)度可達到90%。

(2)沖填土之下為海相與陸相交互沉積的沖海積地層，第Ⅰ海相層、第Ⅱ陸相層、第Ⅲ陸相層、第Ⅱ海相層、第Ⅳ陸相層，巖性主要為黏性土、淤泥質(zhì)土、粉土、粉砂及細砂。場地地層結(jié)構(gòu)有較好的沉積韻律，地層在水平方向的延續(xù)性一般，在垂直方向上地層厚度的變化不大，土質(zhì)較均勻。

(3)本場地距海邊較近，地下水位較高，地下水與地表水互為補給。含水層呈層狀分布，在垂直水平方向具有明顯差異。基坑開挖過程中在水壓力作用下可能產(chǎn)生潛蝕、突水及管涌現(xiàn)象，地下水對本工程的建設(shè)有較大影響。

(4)本場地地形較平坦開闊，排水條件尚可。

(5)本場地屬于同一地質(zhì)單元，影響場地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害主要是基坑邊坡的穩(wěn)定、場地內(nèi)存在軟弱地層及可液化土層。

4.2 基坑巖土工程問題分析與評價

(1)基坑圍護結(jié)構(gòu)

本工點開挖深度為5～6 m，開挖范圍內(nèi)土體主要為沖填土、軟土層，土質(zhì)松軟，直立性差，不具備直接放坡開挖的地質(zhì)條件;基坑范圍內(nèi)地下水水位0.00～0.90 m，地下水水位較高，建議采取既擋土又擋水的支護體系。基坑圍護結(jié)構(gòu)可采用SMW工法［8］或深層攪拌樁重力式擋墻方案。

(2)基坑底隆起

由于基坑內(nèi)開挖土方而形成基坑內(nèi)、外水土壓力差，可能造成坑底土體向上隆起;基坑開挖后造成坑底土卸荷回彈引起坑底隆起，設(shè)計時宜結(jié)合具體工況條件及地層情況等因素進行檢算。

(3)地表變形

由于基坑周邊及底部以新近完成的沖填土為主，該土層有較明顯觸變及流變特性，在動力作用下土體強度極易降低，使基坑發(fā)生側(cè)向位移，基坑支撐不及時或維護結(jié)構(gòu)漏水均可使基坑變形，進而引發(fā)地表變形。

沖填土厚度大且填土成分復(fù)雜，結(jié)構(gòu)松散，填筑時間短，采取真空預(yù)壓處理后，仍會存在一定的殘余沉降，造成地表變形。

(4)地下水的降水控制

基坑開挖范圍內(nèi)為沖填土，沖填土成分以粉細砂、淤泥質(zhì)土、黏土、粉質(zhì)黏土為主，其中黏性土層滲透系數(shù)K≤0.5 m/d，粉細砂及粉土層滲透系數(shù)約為0.5～1.5 m/d，可以用集水溝+管井降水方法，降水井的布置、抽水量的大小，宜根據(jù)施工方法、基坑開挖速率等因素確定，以保證將地下水位降至基坑底以下0.5～1.0 m［9］。

4.3 地基基礎(chǔ)評價

(1)天然地基評價

因本場地地表普遍分布厚4.1～8.9 m的沖填土，經(jīng)真空預(yù)壓處理，場地內(nèi)沖填土承載力特征值一般能達到80 kPa，但因沖填土成分復(fù)雜，結(jié)構(gòu)松散，密實程度差，因此，沖填土層不宜直接作為天然基礎(chǔ)持力層，經(jīng)處理后僅可作為垃圾處理站、污水處理站、門衛(wèi)的淺基持力層，并應(yīng)考慮預(yù)留足夠的工后沉降量。其余建筑物均應(yīng)采用樁基礎(chǔ)。

(2)樁基礎(chǔ)評價

樁端持力層選擇:通過物性、標(biāo)貫和波速測試等綜合分析，⑦3粉土層，密實，濕，含⑦11、⑦12粉、細砂層透鏡體，該層位分布較穩(wěn)定，平均層頂高程－27.80 m，平均厚度4.1 m;天然含水量標(biāo)準(zhǔn)值w=24.0%，孔隙比標(biāo)準(zhǔn)值 e0=0.659，Es(0.1－0.2)=9.12 MPa，平均標(biāo)貫擊數(shù)為N=35.7擊;物理力學(xué)性質(zhì)及強度好，可以作為樁基礎(chǔ)良好的樁端持力層。

樁型選擇:根據(jù)本工程工期、建筑物特性及本地區(qū)經(jīng)驗，按常規(guī)可能采用的樁型就是預(yù)制管樁或鉆孔灌注樁，預(yù)應(yīng)力管樁具有強度高、承壓性能好、施工速度快等特點，建議優(yōu)先采用預(yù)制管樁。如選用⑦3作為樁端持力層，假設(shè)樁頂高程+1.00 m;樁端置于高程－29.00 m;有效樁長約30.0 m。

5 結(jié)束語

該工程于2009年3月開工建設(shè)，至2010年12月竣工?；娱_挖揭示地層情況與勘察結(jié)果一致，對巖土工程條件的分析合理適度，工程措施建議實用有效，設(shè)計方也基本采用了勘察提出的建議。經(jīng)沉降監(jiān)測，建筑物百日觀測日平均沉降值小于0.01 mm/d，沉降穩(wěn)定。

［1］GB 50021—2001 巖土工程勘察規(guī)范［S］

［2］DB/T29—191—2009 天津市地基土層序劃分技術(shù)規(guī)程［S］

［3］高頌東．靜力觸探參數(shù)與地基土物理力學(xué)指標(biāo)(天津地區(qū))相關(guān)分析研究［J］．巖土工程界，2003，6(7):75－77

［4］劉 潤，閆澍旺．軟黏土邊坡穩(wěn)定性分析中十字板強度取值的探討［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24(8):1423－1426

［5］GB50011—2001 建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］

［6］DB20—29—2000 巖土工程技術(shù)規(guī)范［S］

［7］王 芳，郭進京，鄭忠成．沖填土地基處理方法的討論［J］．巖土工程界，2009，12(6):15－17

［8］李 東，龐 海，鄒立春．SMW工法在天津軟土深基坑施工中的應(yīng)用［J］．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2010，37(4)

［9］鄭 剛．天津市地下工程中地下水的影響及控制［J］．施工技術(shù)，2010，39(9):1－7

［10］JGJ94—2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］