新建天津某大功率机车综合检修基地岩土工程勘察分析及评价

高秀梅 马百财

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

1 工程概况

土地资源短缺成为我国沿海城市发展的重要影响因素，填海造陆是解决土地短缺的重要途径。天津某大功率机车检修基地位于天津市滨海新区临港工业区，表层遍布填海造陆的冲填土。该基地是全路规划新建的五个和谐型大功率机车检修基地之一，拟建建筑物主要有:走行部检修组合车库、解体组装及附件检修组合车库、制造总装组合库、制造钢结构及备料组合库、综合楼、垃圾处理站、门卫等。基坑最大开挖深度为5～6 m，结构形式为钢结构及框架结构。本工程重要性等级为一级工程;二级场地(中等复杂场地);岩土工程勘察等级为甲级［1］。

2 场地工程地质条件

2.1 地形地貌

天津市滨海新区临港工业区位于海河入海口南侧滩涂浅海区，工程所处场地为填海而成，表层已经过真空预压处理，地形较平坦开阔。填海造陆形成的场地情况见图1。

图1 填海造陆形成的场地

2.2 地层岩性

勘察范围内地层主要为第四系全新统人工填土层(人工堆积层)、第Ⅰ海相层(第四系全新统中组浅海相沉积层)、第Ⅱ陆相层(第四系全新统下组沼泽相沉积层及河床—河漫滩相沉积层)、第Ⅲ陆相层(第四系上更新统五组河床—河漫滩相沉积层)、第Ⅱ海相层(第四系上更新统四组滨海—潮汐带相沉积层)、第Ⅳ陆相层(第四系上更新统三组河床—河漫滩相沉积层)［2］。岩性主要为冲填土、黏性土、淤泥质土、淤泥、粉土、粉砂及细砂。代表性地层剖面见图2。

图2 代表性地层剖面

2.3 岩土物理力学指标

对于冲填土(以淤泥质土为主)和高灵敏度的软黏土地基，获取完全不扰动的土样进行室内试验是相当困难的。对此本工程采用了十字板［4］来获得表层软黏土强度指标与土样室内试验抗剪强度指标进行对比分析的方法，为设计提供了较接近实际工况的边坡稳定计算参数。

2.4 地基土承载力特征值

地基土承载力特征值采用物理指标标准值、静力触探平均值、标准贯入试验修正锤击数并结合地区建筑经验综合取值。各主要土层承载力特征值:①冲填土为80 kPa;④1黏土为100 kPa;④2粉质黏土为120 kPa;④3粉土为130 kPa;④5淤泥质黏土为80 kPa;④6淤泥质粉质黏土为90 kPa;⑤2粉质黏土为120 kPa;⑥2粉质黏土为140 kPa;⑦2粉质黏土为150 kPa;⑦3粉土为160 kPa。

2.5 场地土类型、场地复杂程度及场地类别

根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组，为抗震不利地段。在本场地3个孔内进行了剪切波速测试，场地20.0 m范围内等效剪切波速146～149 m/s，该区覆盖层厚度大于50 m，250 m/s≥Vse＞140 m/s，建筑场地类别为Ⅲ类，场地土类型为软弱—中软土［5］。

2.6 不良地质现象

根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)，对地下20 m范围内分布的饱和粉土及砂土进行液化判定，本场地①11、①12为冲填土，④3、④11、④12局部为地震液化层，各孔液化指数IlE为0.2～15.0，综合划分本场地地基的液化等级为中等。

2.7 特殊土

(1)冲填土:以粉质黏土、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、淤泥、粉砂及细砂为主，成分复杂，强度低，厚度大，土质不均，结构松散，工程性质较差，在表层普遍分布，层厚范围为4.1～8.9 m。

(2)软土:主要为④5、④6层淤泥质土，④4层淤泥呈透镜体状分布于地表以下20 m范围内，其中④5层分布较广(夹黏土)，压缩系数标准值为 α0.1～0.2=0.735 MPa－1，天然快剪 C=7～ 30 kPa，φ =3.2°～5.8°，具灵敏度高、低强度等特点，极易发生蠕动和扰动，工程性质差。

3 场地水文地质条件

3.1 地下水类型及特征

场地内对本工程有影响的地下水按赋存条件分为表层潜水和微承压水。赋存于第Ⅱ陆相层以上地层中的地下水为表层潜水;赋存于第Ⅱ陆相层及以下粉砂、细砂及粉土中的地下水具有承压性，为微承压水。

潜水赋存于人工填土层①层及第Ⅰ海相层④层中。潜水地下水位埋藏较浅，勘测期间水位埋深约为0～0.6 m。潜水位年变化幅度的多年平均值约0.8 m［6］。

微承压水以第Ⅱ陆相层⑤1、⑥1黏土，⑤2、⑥2粉质黏土为相对隔水顶板。微承压水水位受季节影响不大，水位变化幅度小。该层微承压水接受上层潜水的越流补给，同时以渗透方式补给深层地下水。稳定水位埋深约为6.22～9.64 m。代表性的水位观测曲线见图3。

潜水、微承压水含水层含水介质颗粒较细，水力坡度小，地下水径流十分缓慢。浅层地基土的黏性土层渗透系数K≤0.5 m/d，粉细砂及粉土层渗透系数约为0.5～1.5 m/d，透水性为微透水—中等透水。

图3 浅层微承压水恢复水位曲线

3.2 地下水腐蚀性评价

(1)潜水腐蚀性评价

依据《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)，按Ⅱ类环境类型评价:潜水对混凝土结构具强腐蚀性。潜水在干湿交替作用下对钢筋混凝土结构中钢筋具强腐蚀性;在长期浸水情况下具弱腐蚀性。

(2)微承压水腐蚀性评价

依据《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)，按Ⅱ类环境类型评价:微承压水对混凝土结构具强腐蚀性。地下水在干湿交替作用下对钢筋混凝土结构中钢筋具强腐蚀性，在长期浸水情况下具弱腐蚀性。

4 岩土工程分析与评价

4.1 场地稳定性及适宜性评价

(1)本场地表层遍布近年填海造陆填筑的4.1～8.9 m厚的①层冲填土;成分复杂，含水量大，土质不均匀，结构松散，密实程度较差。表层冲填土经真空预压处理［7］，工程性质比原来有所提高，承载力特征值一般可达到80 kPa，固结度可达到90%。

(2)冲填土之下为海相与陆相交互沉积的冲海积地层，第Ⅰ海相层、第Ⅱ陆相层、第Ⅲ陆相层、第Ⅱ海相层、第Ⅳ陆相层，岩性主要为黏性土、淤泥质土、粉土、粉砂及细砂。场地地层结构有较好的沉积韵律，地层在水平方向的延续性一般，在垂直方向上地层厚度的变化不大，土质较均匀。

(3)本场地距海边较近，地下水位较高，地下水与地表水互为补给。含水层呈层状分布，在垂直水平方向具有明显差异。基坑开挖过程中在水压力作用下可能产生潜蚀、突水及管涌现象，地下水对本工程的建设有较大影响。

(4)本场地地形较平坦开阔，排水条件尚可。

(5)本场地属于同一地质单元，影响场地稳定性的不良地质作用和地质灾害主要是基坑边坡的稳定、场地内存在软弱地层及可液化土层。

4.2 基坑岩土工程问题分析与评价

(1)基坑围护结构

本工点开挖深度为5～6 m，开挖范围内土体主要为冲填土、软土层，土质松软，直立性差，不具备直接放坡开挖的地质条件;基坑范围内地下水水位0.00～0.90 m，地下水水位较高，建议采取既挡土又挡水的支护体系。基坑围护结构可采用SMW工法［8］或深层搅拌桩重力式挡墙方案。

(2)基坑底隆起

由于基坑内开挖土方而形成基坑内、外水土压力差，可能造成坑底土体向上隆起;基坑开挖后造成坑底土卸荷回弹引起坑底隆起，设计时宜结合具体工况条件及地层情况等因素进行检算。

(3)地表变形

由于基坑周边及底部以新近完成的冲填土为主，该土层有较明显触变及流变特性，在动力作用下土体强度极易降低，使基坑发生侧向位移，基坑支撑不及时或维护结构漏水均可使基坑变形，进而引发地表变形。

冲填土厚度大且填土成分复杂，结构松散，填筑时间短，采取真空预压处理后，仍会存在一定的残余沉降，造成地表变形。

(4)地下水的降水控制

基坑开挖范围内为冲填土，冲填土成分以粉细砂、淤泥质土、黏土、粉质黏土为主，其中黏性土层渗透系数K≤0.5 m/d，粉细砂及粉土层渗透系数约为0.5～1.5 m/d，可以用集水沟+管井降水方法，降水井的布置、抽水量的大小，宜根据施工方法、基坑开挖速率等因素确定，以保证将地下水位降至基坑底以下0.5～1.0 m［9］。

4.3 地基基础评价

(1)天然地基评价

因本场地地表普遍分布厚4.1～8.9 m的冲填土，经真空预压处理，场地内冲填土承载力特征值一般能达到80 kPa，但因冲填土成分复杂，结构松散，密实程度差，因此，冲填土层不宜直接作为天然基础持力层，经处理后仅可作为垃圾处理站、污水处理站、门卫的浅基持力层，并应考虑预留足够的工后沉降量。其余建筑物均应采用桩基础。

(2)桩基础评价

桩端持力层选择:通过物性、标贯和波速测试等综合分析，⑦3粉土层，密实，湿，含⑦11、⑦12粉、细砂层透镜体，该层位分布较稳定，平均层顶高程－27.80 m，平均厚度4.1 m;天然含水量标准值w=24.0%，孔隙比标准值 e0=0.659，Es(0.1－0.2)=9.12 MPa，平均标贯击数为N=35.7击;物理力学性质及强度好，可以作为桩基础良好的桩端持力层。

桩型选择:根据本工程工期、建筑物特性及本地区经验，按常规可能采用的桩型就是预制管桩或钻孔灌注桩，预应力管桩具有强度高、承压性能好、施工速度快等特点，建议优先采用预制管桩。如选用⑦3作为桩端持力层，假设桩顶高程+1.00 m;桩端置于高程－29.00 m;有效桩长约30.0 m。

5 结束语

该工程于2009年3月开工建设，至2010年12月竣工。基坑开挖揭示地层情况与勘察结果一致，对岩土工程条件的分析合理适度，工程措施建议实用有效，设计方也基本采用了勘察提出的建议。经沉降监测，建筑物百日观测日平均沉降值小于0.01 mm/d，沉降稳定。

［1］GB 50021—2001 岩土工程勘察规范［S］

［2］DB/T29—191—2009 天津市地基土层序划分技术规程［S］

［3］高颂东．静力触探参数与地基土物理力学指标(天津地区)相关分析研究［J］．岩土工程界，2003，6(7):75－77

［4］刘 润，闫澍旺．软黏土边坡稳定性分析中十字板强度取值的探讨［J］．岩石力学与工程学报，2005，24(8):1423－1426

［5］GB50011—2001 建筑抗震设计规范［S］

［6］DB20—29—2000 岩土工程技术规范［S］

［7］王 芳，郭进京，郑忠成．冲填土地基处理方法的讨论［J］．岩土工程界，2009，12(6):15－17

［8］李 东，庞 海，邹立春．SMW工法在天津软土深基坑施工中的应用［J］．水文地质工程地质，2010，37(4)

［9］郑 刚．天津市地下工程中地下水的影响及控制［J］．施工技术，2010，39(9):1－7

［10］JGJ94—2008 建筑桩基技术规范［S］