蘇州某場地工程地基地質(zhì)條件及基礎評價分析

(江蘇長江機械化基礎工程公司，江蘇 南京 210046)

蘇州地處中亞熱帶北緣向北亞熱帶南部過渡的季風氣候區(qū)，冬季受西北大陸冷氣團侵襲，盛行偏北風，氣候寒冷干燥；夏季受海洋氣團控制，盛行東南風，氣候炎熱濕潤。全市多年平均氣溫15.7℃，平均氣溫的年際變化為2.1℃。日最高氣溫39.2℃，日最低氣溫零下9.8℃。常年平均日照時數(shù)1 942.5 h，無霜期年平均長達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；多年平均蒸發(fā)量(E601蒸發(fā)器)為938 mm。蘇州區(qū)域新生代以來新構(gòu)造運動反映不強烈，主要表現(xiàn)為垂直升降運動。西部丘陵山區(qū)緩慢抬升，東部平原區(qū)輕微下降，據(jù)中國巖石圈新構(gòu)造時期升降幅度圖，平原區(qū)20年間垂直變形速率不到-0.1 mm/a，屬地殼活動穩(wěn)定區(qū)。屬基本穩(wěn)定地區(qū)，本場地覆蓋層厚度超過50 m，無全新活動的發(fā)震斷裂，區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定。

1 擬建項目地質(zhì)概況

擬建項目位于蘇州市吳江經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)興中路北側(cè)、鱸鄉(xiāng)北路東側(cè)，交通便利。修建工程為教學樓及門衛(wèi)室，層高為1～4層，南側(cè)建筑物有一層地下室(±0.00下5.35 m)。地貌類型屬長江三角洲沖、湖積平原，現(xiàn)為空地，地勢較平坦。東北側(cè)地勢稍高。場地內(nèi)標高約3.28～4.38 m(85國家高程基準，下同)。擬建場地未發(fā)現(xiàn)有構(gòu)造斷裂、滑坡、土洞、岸邊沖刷、地面沉降、地面裂縫等影響工程穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用。經(jīng)現(xiàn)場勘察，擬建場地未發(fā)現(xiàn)埋藏的河道、池塘、墓穴、防空洞及溶洞等對工程不利的埋藏。

1.1 土層的構(gòu)成與類型

經(jīng)勘察查明，擬建場地勘探深度范圍內(nèi)的地基土為新生界第四系地層，屬長江三角洲沖、湖積相。按其沉積環(huán)境、成因類型及其工程地質(zhì)特性自上而下分為7個工程地質(zhì)層。各土層性質(zhì)如下：

(1)填土：灰～灰黃色，松散，主要由粘性土組成，含植物根莖，本層局部夾有建筑垃圾，該層成分復雜，土質(zhì)不均，高壓縮性?；靥顣r間少于5年，欠固結(jié)。厚度2.40～3.90 m，層底標高0.37～1.30 m。

(2)粘土：灰黃色，可偏硬塑，切面光滑，干強度高，韌性高，搖振反應無，中等壓縮性。層厚2.40～3.60 m，層底標高-2.70～-1.92 m。

(3)粉質(zhì)粘土：灰黃色，飽和，可塑，干強度中等，韌性中等，搖震反應無，中等壓縮性，該層層底夾有粉土。厚度1.50～2.60 m，層底標高-4.70～-3.73 m。

(4)粉土夾粉質(zhì)粘土層：灰色，松散～稍密，切面無光澤，干強度低，韌性低，搖振反應中等，壓縮性中等，頂部夾粉質(zhì)粘土薄層。厚度2.10～5.20 m，層底標高-9.60～-6.39 m。

(5)粉土層：灰色，中密～密實，切面無光澤，干強度低，韌性低，搖振反應迅速，壓縮性中等。層厚12.20～15.50 m，層底標高-22.52～ -20.70 m。

(6)粉質(zhì)粘土層：灰色，軟～可塑，切面稍有光澤，干強度中等，韌性中等，搖振反應無，中等壓縮性。本層底部夾有粉土薄層及團塊。層厚5.60～7.20 m，層底標高-29.18～-27.65 m。

(7)粉質(zhì)粘土層：灰黃色，可塑，切面稍有光澤，干強度中等，韌性中等，搖振反應無，中等壓縮性。本層未揭穿。

1.2 擬建場地水文特征

1.2.1 地表水

蘇州地處江南水網(wǎng)區(qū)，一般地表水歷史最高水位2.49 m，最低水位0.01 m，常年平均水位0.88 m，勘察期間實測東側(cè)河道水位為0.8 m。

1.2.2 場地地下水分布

據(jù)蘇州區(qū)域水文地質(zhì)勘察資料，蘇州地區(qū)孔隙潛水歷史最高水位為2.63 m，近3～5年最高水位約為2.50 m，最低潛水位約為-0.21 m，地下水年變幅為1.0～2.0 m；微承壓水歷史最高水位為1.74 m，近3～5年最高水位約為1.60 m，最低水位約為0.62 m。

(1)潛水：擬建場地淺層地下水為孔隙潛水，賦水性差，主要賦存于(1)填土中。據(jù)蘇州市水文地質(zhì)資料，該含水層主要接受大氣降水及地表徑流補給，其水位隨季節(jié)、氣候變化而上下波動，屬典型蒸發(fā)入滲型動態(tài)特征。據(jù)長期觀測資料潛水位常年高出地表水位，表現(xiàn)單向性排于河、湖的特點?？辈炱陂g初見水位埋深為0.70～1.00 m實測穩(wěn)定水位埋深為1.50～1.80 m，相當于85國家高程基準1.82～2.28 m。

(2)微承壓水：場地淺部微承壓水賦存于(4)粉土夾粉質(zhì)粘土、(5)層粉土中，主要接受側(cè)向徑流補給及越流補給。測得穩(wěn)定水頭標高為0.50～1.00 m。該層滲透性較強，水量較豐富，對本工程沉樁有一定的影響。

2 地基基礎分析評價

2.1 天然地基評價

2.1.1 采用天然地基的可行性及天然地基持力層

擬建場地第(2)粘土層，可偏硬塑狀，土質(zhì)較均勻，中等壓縮性，強度尚可，工程性質(zhì)尚可，該層土可作為擬建場地內(nèi)荷載不大的建筑物的天然地基持力層。

擬建的門衛(wèi)房可以(2)粘土層作為其天然地基持力層，基礎型式可采用獨立基礎。

2.1.2 天然地基均勻性評價

擬建門衛(wèi)房若采用(2)粘土層作為其天然地基持力層，根據(jù)勘察成果在其基礎下應力影響深度范圍內(nèi)，地層結(jié)構(gòu)連續(xù)穩(wěn)定，持力層及下臥層壓縮變形及承載力差異較小，故擬建其地基為均勻地基。

2.1.3 地基承載力建議值

根據(jù)各土層的物理力學性質(zhì)指標、靜力觸探試驗成果、進行分層統(tǒng)計、計算、匯總，并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗綜合確定各土層承載力的特征值如表1。沉降計算所需的壓縮模量Es可在e～p曲線上分別截取自重壓力和自重壓力+附加壓力的e值進行計算(表2)。

表1 地基土設計參數(shù)表 kPa

注：1.C,φ值采用Ck,φk值計算，根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007-2002)5.2.5式 ，假定b=3.0 m，d =0.5 m。2.靜力觸探計算采用經(jīng)驗公式：①粘土：fo=104PS+26.9； ②粉質(zhì)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淤質(zhì)粉粘：fo=74PS+29.1；⑨粉質(zhì)粘土夾粉土fo=69.1(PS)0.63+14.4。

2.2 樁基礎評價

2.2.1 采用樁基礎的適宜性

擬建工程區(qū)域第(5)層粉土，中密～密實，中等壓縮性，該層強度較好，工程性質(zhì)較好。該層為擬建建筑物較合適的持力層。本工程沉樁過程中選擇合適的錘擊或靜壓力的設備和合適的樁型，并選擇合適的沉樁順序，控制沉樁速率后穿越上部軟塑～可塑狀的粘性土難度不大，只要使用合適能量的沉樁設備可順利沉樁。故本工程適宜采用樁基礎。因此，本場地適宜采用樁基礎。

2.2.2 樁基類型、樁端持力層

擬建教學樓采用預應力管樁，直徑400 mm，以(5)層粉土作為樁基持力層。樁端進入持力層不少于2.0 d。

2.2.3 樁基設計參數(shù)及單樁豎向承載力特征值估算

根據(jù)靜力觸探、標準貫入試驗和室內(nèi)土工試驗指標，并參照國家行業(yè)標準《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)綜合評價，結(jié)合蘇州市的工程經(jīng)驗，提供本場地內(nèi)各土層混凝土預制樁的極限側(cè)阻力標準值(qsik)和極限端阻力標準值 (qpk) 如下表供設計參考。樁基設計時，單樁豎向承載力特征值應以試樁靜載荷試驗結(jié)果為準(表3)。 按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94-2008)中公式5.3.4及公式。

表2 壓縮模量Es建議值表

表3 樁基設計參數(shù)表(建議標準值) kPa

2.2.4 對單樁極限承載力進行估算

估算結(jié)果見表4。

2.2.5 沉樁可行性分析及注意事項

基樁穿越上部粘性土層較順利，進入(4)粉土夾粉質(zhì)粘土層后難度增大，進入(5)粉土層難度進一步加大，若樁基進入(5)中下部則難度較大。由于本工程沉樁機理為擠土樁，基樁的擠土效應明顯，隨著入土樁數(shù)的增加，排土量和超孔隙水壓力大幅度提高，樁基施工后期沉樁的難度必將增大。因此施工應選擇合適的樁型且較高強度的樁，并選擇合適的沉樁順序，控制沉樁速率，以確保樁身能順利進入持力層至設計標高。

2.2.6 沉(成)樁對周邊環(huán)境的影響

本工程擬采用預制樁基礎，其沉樁機理為擠土樁，沉樁時會對周邊產(chǎn)生擠土效應。樁基施工時對會對周邊廠房及道路產(chǎn)生一定的影響，故建議沉樁時應加強動態(tài)監(jiān)測工作，以免對已建建筑物及道路、管線產(chǎn)生破壞。

2.2.7 樁基礎地基均勻性評價及建筑物變形特征預測

擬建建筑物以(5)層粉土作為樁尖持力層，根據(jù)現(xiàn)場勘察揭露的地層結(jié)構(gòu)來看，在樁尖以下沉降影響深度范圍內(nèi)，土層層面層厚較平穩(wěn)，單樁承載力差異不大，故擬建建筑物的地基為均勻地基。擬建建筑物上部荷載變化較大，應在不同層高的建筑物之間采取適當措施(如設置沉降縫)，以防止不均勻沉降。

2.3 地下室基坑工程分析評價

2.3.1 基坑巖土條件、周圍環(huán)境及安全等級

根據(jù)核實，地下室開挖基坑坑底標高相當于85高程-1.80 m，結(jié)合考慮底板厚度、墊層厚度及承臺高度，基坑開挖深度約5.50 m。本工程基坑屬于Ⅲ級基坑?；舆吰轮饕獮榈?1)素填土層、(2)粘土層，坑底位于(2)粘土中，且(1)素填土為主要潛水含水層，基坑開挖后應盡量減少對該層土的踐踏和擾動，地下水位埋深淺，因此應制定經(jīng)濟合理的圍護及降水(排水)相結(jié)合的施工方案。

2.3.2 基坑設計主要參數(shù)(見表5)

表4 單樁豎向承載力特征值估算表

注：1、以上計算均為估算值，在本工程中單樁豎向極限承載力特征值最終應以靜載荷試驗結(jié)果為準；2、以上標高均為85國家高程基準； 3、以上預應力管樁估算按閉口樁計算；

表5 基坑設計參數(shù)推薦值

注：加“*”數(shù)據(jù)為經(jīng)驗值。

2.3.3 基坑開挖、圍護、地下水控制方案

基坑周邊環(huán)境開闊，距離道路及已有建筑物較遠，根據(jù)周邊工程經(jīng)驗，基坑維護可采用放坡結(jié)合土釘墻的方式。場地(1)素填土中上層滯水-潛水含水層主要受大氣降水和地表水體側(cè)向補給，該含水層對本基坑開挖有影響，建議在基坑頂采用截水溝防止地表水進入，由于抗?jié)B流不穩(wěn)定，必要時基坑內(nèi)宜進行降水。具體維護方案應委托具有相應資質(zhì)的設計單位，進行專項的圍護設計。

2.3.4 地下室抗浮評價

地下室應做好施工期間抗浮設計，施工期間可采用積水坑明排。本工程基坑抗浮設計水位建議采用竣工后室外地坪標高-0.5 m計算。

2.3.5 基坑施工階段環(huán)境保護和監(jiān)測的建議

基坑土方分層開挖設計厚度一般不宜超過1.0 m，基坑開挖至設計標高前，應留有不小于0.2 m的基坑土采取人工開挖整平，防止對基坑底部地基土的擾動，并及時澆注墊層封閉，減少基坑暴露時間?；娱_挖后，應及時降、排水。開挖基坑的坡頂或坑邊，不得有超過設計規(guī)定的堆載?；娱_挖、基礎施工過程中應對邊坡土體的位移與沉降、地下水等進行施工期變形監(jiān)測與預報。開挖出的土體應選擇地勢較開闊、遠離開挖基坑區(qū)域的地方堆放。

3 結(jié)論與建議

(1)擬建項目地地勢平坦，未發(fā)現(xiàn)有構(gòu)造斷裂、滑坡、土洞、岸邊沖刷、地面沉降、地裂縫等影響工程和穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用；區(qū)域地殼穩(wěn)定，地震活動不頻繁，屬基本穩(wěn)定區(qū)。適宜建設本工程。

(2)擬建場地環(huán)境類型屬II類，場地附近無污染源，據(jù)本場地前期項目水質(zhì)分析報告，本場地地下水及地下水位以上的土對混凝土結(jié)構(gòu)微腐蝕性；地下水在干濕交替時，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有弱腐蝕性；在長期浸水時，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋微腐蝕性。

(3)擬建建筑的場地類別屬Ⅲ類，并確定其設計特征周期為0.45 s。為可進行建設一般地段。擬建建筑物抗震設防分類為乙類建筑，據(jù)判別20 m以淺飽和的粉(砂)土不液化，故不需考慮砂土液化問題。

(4)建議擬建教學樓采用預應力管樁，直徑400 mm，以(5)層粉土作為樁基持力層。樁端進入持力層不少于2.0 d。擬建的門衛(wèi)房可以(2)粘土層作為其天然地基持力層，基礎型式可采用獨立基礎。

(5)基坑周邊環(huán)境開闊，距離道路及已有建筑物較遠，根據(jù)周邊工程經(jīng)驗，基坑維護可采用放坡結(jié)合土釘墻的方式。(1)素填土為含水層，對本基坑開挖有影響，建議在基坑頂采用截水溝防止地表水進入，由于抗?jié)B流不穩(wěn)定，必要時基坑內(nèi)宜進行降水。