成都某拟建高楼场地天然地基稳定性评价 盘霞 1, 梁敏娟 2 3, 刘文礼 1 河海大学土木工程学院, 江苏南京 (210098) 2 成都市外东中和镇冶金测绘大队, 四川成都 (610212) 3 苏州工业园区智宏工程管理建设有限公司, 江苏苏州 (215143) E-mail:panxia9820353@sina.com 摘要 : 本文在对某拟建工程场地地层岩性和岩土物理参数进行分析的基础上, 对场地地基的稳定性进行了评价, 得出场地天然地基总体属均匀地基的结论, 并建议采用天然地基筏板基础, 其中密 ~ 密实卵石层作为办公楼基础持力层, 职工餐厅以天然稍密 ~ 中密卵石作为基础持力层 关键词 : 地基土 ; 天然地基 ; 评价中图分类号 :U 45 1. 前言 地基稳定性评价是民用建筑工程地质勘察中最主要的任务, 为了保证建筑物的安全稳定和正常使用, 必须地基对的稳定性进行评价 [1] 对地基的评价包括 [2] : 1) 场地和地基的整体稳定性 2) 地基均匀性评价 3) 地基变形性评价包括, 估计建筑物的沉降, 倾斜, 差异沉降 4) 提出地基承载力标准值 5) 根据岩土工程条件, 提出基础和结构的设计施工措施及监测工作的建议 本文以一工程实例, 针对以上几个方面, 对该建筑场地的天然地基进行评价 2. 工程概况 拟建大楼位于成都市南延线东侧, 该场地原为农田, 地形平坦, 地理环境优越, 交通便捷 该大楼由一座 24F 办公楼和一座 3F 的员工餐厅组成, 地上建筑区及建筑群东南角组成的矩形区均带三层地下室 (-11.5m) 拟建筑物概况见表 1 表 1 拟建物概况一览表 拟建物名称 平面尺寸长 (m) 宽 (m) 层数 高度 (m) 基础形式 基础埋深 (m) 结构类型 基础荷载 (Kpa) 一般最大 地下室及地下设施情况 建筑物对下混的敏感要求 办公楼 75.6 30.79 24F 99.20 筏基 13.0 框剪 500 较敏感三层地下职工餐室 (-11.5m) 47.3 43.15 3F 22.40 筏基 13.0 框剪 180 一般厅 - 1 -
3. 区域地质构造及稳定性 该区域构造属新华夏系第三沉降带四川盆地西部, 成都坳陷中部东北侧, 处于北东走向的龙门山断裂带和龙泉山断裂带之间 由于受喜马拉雅山造山运动的影响, 两构造带相对上升, 在坳陷盆地内堆积了厚度不等的第四系冰水堆积层和冲洪积层, 形成现今平原景观 在成都平原下伏基岩内存在北东走向的蒲江 新津断裂和 磨盘山断裂及其他次生断裂 但除蒲江 新津断裂在第四纪以来有间隙性活动外, 其它隐伏断裂近期无明显活动表征 成都平原在构造上属第四纪坳陷盆地, 成都市区位于该平原的中部东侧, 由近代河流冲积 洪积而成的砂卵石层和粘性土所组成的一 二级河流堆积阶地上, 下伏基岩为白垩系灌口组紫红色泥岩, 粉砂质泥岩 该场地区内地震和断裂构造活动微弱, 历史上未发生过强烈地震, 从地壳稳定性来看应为稳定区 4. 地层岩性 根据现场钻探取芯鉴别, 本次勘察钻探深度范围内揭露的地层主要为第四系全新统表土层 ( 杂填土 Q ml 4 素填土 Q ml 4 ) 上更新统粘土 粉质粘土 粉土(Q al+pl 3 ) 淤泥质粉土 (Q al+pl al+ 3 ) 砂土 卵石土(Q pl 3 ) 以及下伏白垩系灌口组 (K 2 g) 紫红色泥岩 粉砂质泥岩, 现自上而下分别叙述如下 : 1 表土层 11 杂填土 (Q ml 4 ): 灰色 杂色, 稍湿, 松散, 主要由建渣 生活垃圾 卵 ( 碎 ) 石及粘性土等组成, 上部硬块含量偏多, 下部细粒含量偏多 疏松, 多孔, 欠固结, 均匀性极差 厚 1.1~1.2m 12 素填土 (Q ml 4 ): 灰色 稍湿, 松散 可塑, 主要为粘性土 粉质粘土等, 含有少量细碎砖块 植物根系等, 均匀性差, 疏松 多孔, 欠固结 厚 0.5~4.4m 2 粘土 (Q al+pl 3 ): 灰黄色 褐黄色, 可塑, 具有 Fe Mn 质氧化物斑痕, 切面稍有光泽, 干强度中等, 无摇振反应, 韧性中等, 厚 0.7~2.9m 3 粉质粘土 (Q al+pl 3 ): 灰黄色 褐黄色, 硬塑为主, 仅 ZK20 的夹有可塑厚 1.3m, ZK18 为软塑厚 4.0m 具有 Fe Mn 质氧化物斑痕及钙质结核, 切面稍有光泽, 干强度中等, 无摇振反应, 韧性中等, 层厚 0.7~3.8m 4 粉土 (Q al+pl 3 ): 灰黄色 褐黄色, 稍湿, 稍密 ~ 中密, 具有 Fe Mn 质氧化物 韧性差, 有摇震反应, 干强度中等, 无光泽反应 局部地段底部夹有薄层粉细砂, 厚 0.5~2.4m 5 淤泥质粉土 (Q al+pl 4 ): 黑褐色 软塑, 主要为淤泥质粉土, 含有机质, 疏松 多孔, 高压缩性, 抗剪强度很低, 厚 0.6~0.7m 6 砂土 (Q al+pl 3 ): 灰色 褐黄色, 稍湿 ~ 湿, 以细砂为主, 局部薄层中砂和粉砂 主要由石英 长石 云母碎片及暗色矿物等组成, 局部地段含有少量粉土, 厚 1.1~5.0m 7 卵石土 (Q al+pl 3 ): 黄色 褐黄色 青灰色 灰色, 湿 ~ 饱和, 主要由花岗石 硅质岩 石英岩等组成, 中风化, 亚圆 ~ 次棱角状, 粒径以 2~15cm 为主, 其中最大 >20cm, 其间由砂 砾及泥质充填, 其中上部含泥质较多, 根据现场钻探取芯鉴别及 N120 超重型动力触探试验测试数据分析, 此层可分为四个亚层 松散卵石 : 卵石含量小于 55%, 排列十分混乱, 绝大部分不接触,N120 4 击 /dm, 场区内主要分布于卵石层顶部, 其次以透镜体状出露于卵石层中 - 2 -
稍密卵石 : 卵石含量 55~60%, 排列混乱, 大部分不接触,N120=4~7 击 /dm 中密卵石 : 卵石含量 60~70%, 呈交错排列, 大部分接触,N120=7~10 击 /dm 密实卵石 : 卵石含量大于 70%, 呈交错排列, 连续接触,N120>10 击 /dm 勘察深度范围内此层土局部夹有中砂 ( 其间混含有少许砾 卵石 ) 透镜体 本次勘察揭穿卵石层厚 5.0~9.7 m 8 白垩系灌口组泥岩层 (K 2 g), 按风化成度分为 : 8 1 强风化泥岩, 棕红 紫红色, 泥质结构, 中厚层状构造 岩层风化强烈, 沿裂隙带夹薄层全风化泥岩 原岩结构尚清晰, 节理裂隙发育, 裂隙间充填白色高岭土或黑色氧化铁薄膜 取芯多呈碎块状 土状, 少量短柱状, 易钻进 8 2 中等风化泥岩, 紫红色 棕红色, 主要由粘土矿物组成, 含少量云母, 泥质结构, 中厚层状构造, 泥钙质胶结 裂隙稍发育, 其间充填氧化铁薄膜 岩层层理清楚, 轴夹角 85 度左右, 产状近于水平 岩芯呈短柱状 ~ 长柱状, 采取率 85% 以上 9 白垩系灌口组粉砂质泥岩层 (K 2 g): 紫红色 棕红色, 为场地基岩的主要岩性 粉砂泥质结构, 裂隙稍发育, 岩芯呈短柱状 ~ 长柱状 局部见溶蚀孔洞直径 5cm 左右 岩层层理清楚, 轴夹角 85 度左右, 产状近于水平, 采取率 85% 以上 5. 地基土的物理力学指标 根据现场原位测试成果 室内土工试验结果结合现场钻探取芯鉴别, 该场地勘察区内各岩土层的物理力学性质指标建议按表 2 选用 地基土土名 表杂填土 土层 1 1 1 素填土 1 2 表 2 各地基土主要物理力学性质指标建议值 重 承载力 极限承载 压缩 变形 内聚力 内摩 度 特征值 力标准值 模量 模量 擦角 γ(kn/m 3 ) fak(kpa) fuk(kpa) Es(MPa) Eo(MPa) C(kPa) φ( ) 19.0 5 10 18.0 70 140 3.0 20.2 10.7 地基基床系数 k(kn/m 3 ) 粘土 2 19.8 160 320 7.3 64.5 19.26 粉质粘土 3 1 19.5 180 360 5.8 21.7 12.3 粉质粘土 3 2 19.3 160 320 5.5 21.0 12.0 粉质粘土 3 3 19.4 80 160 5.6 20.3 12.1 粉土 4 19.4 140 280 5.0 24.5 18.13 淤泥质粉土 5 16.5 70 140 2.5 21.5 10.7 细砂 6 18.0 110 220 5.3 6 18.0 卵石土 3 松散 20.5 180 360 13.0 0 35 稍密 21.0 340 680 22.0 0 38 2.6 10 4 中密 21.5 560 1120 30.0 0 41 3.5 10 4 密实 22.2 800 1600 40.0 0 44 4.5 10 4-3 -
基岩名称重度 γ(kn/m 3 ) 岩石天然极限抗压强度 MPa 泥岩 23.68 8.215 6. 场地稳定性及建筑适宜性评价 从区域地质资料来看, 成都坳陷与成都平原分布基本一致, 长轴走向 N30 ~40 E, 为晚期近期形成的不对称坳陷盆地 在下 中更新世活动强烈, 上更新世及其以后至今, 沉降及其断裂活动已大为减弱, 趋于稳定 总之, 场区地壳处于稳定状态, 对拟建物无不良影响 拟建场地地形平坦, 地貌单一, 场地无断裂 滑移等影响场地稳定性的不良地质作用, 适宜建筑 7. 天然地基评价 7.1 各层地基土评价 1) 表土层 1( 杂填土 1 1 素填土 1 2 ) 疏松 多孔, 欠固结, 属高压缩性土, 均匀性极差, 未经处理不可作基础持力层 2) 粘土 2, 可塑, 仅局部分布, 埋深变化较大, 不可作基础持力层 3) 粉质粘土 3(3 1 硬塑 3 2 可塑 3 3 软塑 ), 断续分布且厚薄分布不均, 变化较大, 不宜作为基础持力层 4) 粉土 4, 力学性质较差, 土层内部软弱不均, 属承载力偏低的地基土, 不可作基础持力层 5) 淤泥质粉土 5, 软塑状态, 承载力低, 仅局部分布, 属高压缩性土, 均匀性极差, 未经处理不可作基础持力层 6) 砂土 6, 载力较低, 整个场地均有分布, 不可作基础持力层 7) 卵石 7 土物理力学性质好, 是场区内良好的基础持力层 8) 卵石层中的细砂透镜体或薄层为相对软弱下卧层 9 ) 泥岩 8, 差异性风化显著 8 1 强风化泥岩, 强风化厚度不大, 力学性质相对较差, 承载力中等偏低, 不可作基础持力层 ;8 2 中风化泥岩力学性质相对较好, 可选作基础持力层 10) 粉砂质泥岩 9, 中风化, 力学性质好, 强度较高, 可选作基础持力层 7.2 高层住宅地基土的均匀性评价 本场地地基土以砂卵石层为主, 其总体均匀性较好 对于拟建物高层部分, 由于本场地为同一地貌单元, 地基持力层主要为低压缩性的稍密卵石 中密卵石 密实卵石, 其持力层底面的坡度值在 2.7%~8.9% 小于 10%, 持力层及下卧层在基础宽度方向的厚度差值在 0.10m~1.32m 小于 0.05b(1.55m), 因此可初步判定场地地基为均匀地基 为定量评价场地地基的均匀性, 现选择高层部分办公大楼各勘探点按 高层建筑岩土 [3] 工程勘察规程 (JGJ72-2004) 第 8.2.4 条对高层建筑物场地地表 13m 以下的地基进行均匀性评价, 计算详见下表 : 经计算 Esmax/Esmin=1.43 小于地基不均匀系数值 2.5, 由此判定场地地基为均匀地基 - 4 -
Esmax(MPa ) Esmin(MPa) 表 3 压缩层内各土层压缩模量当量值评价 各钻孔 Es 的平均值 (MPa) 不均匀系数界限值 K Esmax/Esmin 均匀性判别 54.00 37.72 49.10 2.5 1.43 均匀 备注 Es = Ai / Ai Esi 7.3 高层住宅楼地基土变形评价 [3] 根据 高层建筑岩土工程勘察规程 (JGJ72-2004) 第 B.0.1 式 S = δ δ n i i l ψ S Pbη 计算沉降量及相对倾斜值 ( 见表 4) i= l Eoi 表 4 地基沉降与相对倾斜计算成果表 剖面号 1-1 3-3 钻孔号 ZK2 ZK3 ZK4 ZK5 ZK6 ZK1 4 ZK1 5 ZK16 ZK1 7 ZK18 沉降量 (mm) 23.25 26.54 29.46 27.90 31.97 39.24 25.58 27.90 28.48 33.78 沉降差 (mm) 3.29 2.92 1.56 4.07 13.66 2.32 0.58 5.3 钻孔间距 (mm) 19.63 19.42 19.65 17.33 18.95 18.50 19.22 18.65 相对倾斜 0.0002 0.0002 0.0001 0.0002 0.0007 0.0001 0.00003 0.0003 备注 1 基础允许沉降量为 200mm;2 基础允许倾斜为 0.002 从上表可知, 拟建物相对倾斜及沉降量均满足 GB50007-2002 要求 [4] 但需要指出: 上述结果是在假定一些建筑物参数的情况下进行估算的结果, 计算时完全未考虑建筑和地基基础的刚度 相邻建筑基础的相互影响 地基基础的共同作用 建筑物的偏心荷载作用等情况, 也未考虑地基的回弹再压缩变形, 设计应按照上部结构 基础与地基的共同作用等情况对上述结果进行复核 根据成都地区已有的卵石载荷试验资料和已有高层建筑沉降观测资料, 卵石土地基在建筑荷载长期作用下地基最终沉降量不大, 以卵石土为基础持力层的建筑物在建筑物封顶时沉降已完成 60%, 一年后完成 89%, 最终沉降一般在 1~2 年完成 7.4 天然地基土承载力评价拟建四川恒泽动力总部大楼, 地上 24 层, 地下 3 层, 由于拟建物设有 3 层地下室, 预计其埋深 -13.0m, 基底附近主要为密实卵石 74, 局部有稍密卵石 72 中密卵石 73 透镜体薄层 因此, 设计可采用以中密卵石 73 密实卵石 74 稍密卵石 72 为持力层的天然地基筏板基础 - 5 -
办公楼基底荷载 500KPa, 职工餐厅基底荷载 180KPa, 因地下室基底埋深一致, 取最大荷载 500KPa; 稍密卵石 72 地基承载力特征值按 340KPa 采用, 依据规范 GB50007-2002 第 5.2.4 式进行深宽修正计算如下 [4] : ( b 3) + η r ( 0.5) fa = f + η r d ak b 式中 : η = 3. 0 γ=11kn/m 3 b=6.0 b η = 4.4 γ m =12.7KN/m 3 d d m 经计算得 fa=1137.5(kpa) 卵石地基 ( 假设为松散卵石 ), 按规范 (JGJ72-2004) 附录 A [3], 天然地基极限承载力估算如下 : fu 1 2 = N r rbr + N qζ qγ 0 ζ d + N ζ C c c k 松散卵石 φ k 值按 35 取用, 查表并计算得 fu=4785kpa 综上可知, 经修正后的地基承载力特征值和天然地基极限承载力估算值均大于筏板基础基底压力值 500KPa 即使将天然地基极限承载力估算值取安全系数 3.0, 其值 f a=1595kpa, 仍大于筏板基底压力值, 可满足设计要求 8. 结论及建议 该场地天然地基总体属均匀地基 根据上述分析和评价本报告建议采用天然地基筏板基础 以中密 ~ 密实卵石层作为办公楼基础持力层 ; 职工餐厅以天然稍密 ~ 中密卵石作为基础持力层 根据拟建物性质及场地地基土分布特点等, 本工程也可以采用桩基础, 桩型宜选择人工挖孔灌注桩基础, 选择中风化泥岩 8 2 为桩端持力层 单桩承载力应通过现场试验确定 人工挖孔灌注桩具有工程造价低 无噪声 施工简便 单桩承载力高等优点, 但人工挖孔灌注桩须采用较大幅度降低场地地下水位和强有力的安全措施, 并对桩底持力层进行检测工作, 和进行一桩一孔的施工勘察 参考文献 [1] 李智毅, 杨欲云, 工程地质学概论, 中国地质大学出版社,1994; [2] 华南工学院等, 地基与基础, 中国建筑工业出版社,1989; [3] 中华人民共和国建设部, 高层建筑岩土工程勘察规程 (JGJ72-2004), 中国建筑工业出版社,2004; [4] 中华人民共和国建设部, 建筑地基基础设计规范 (GB50007-2002), 中国建筑工业出版社,2002 年 ; [5] 中华人民共和国建设部, 岩土工程勘察规范 (GB50021-2001), 中国建筑工业出版社,2001 年. - 6 -
Appreciation of Natural Foundation Stability of Site of planning Building high Building Pan xia 1, Liang min juan 2, Liu Wenli 3 1 Civil Engineering College of Hohai university,jiang Su NanJING (210098) 2 Metallurgical and Mapping Team of Wai Dong Zhong He town of ChengDou, SiChuan ChengDou (610212) 3 ZhiHong Enginneering Management and Building Incorporated Company of Gong Ye Yuan Qu of SuZhou,JiangSu SuZhou (610212) Abstract The site of the foundation of stability was evaluated,basing on the strata lithologic characters and physical mechanics index of foundation soil. Concluded that natural foundation was uniform foundation.suggested that use natural ground base rafted board foundation,compact gravel layer as supporting course of office building s foundation, slightly and middle compact gravel layer supporting course of the Restaurant of employee s foundation. Keywords: foundation soil; natural foundation; appreciation - 7 -