天津市某地鐵站上蓋樓群的場(chǎng)地條件評(píng)價(jià)

馬連強(qiáng)

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 工程概況及勘察方法

1.1 工程概況

擬建建筑物性質(zhì)為酒店、辦公樓及住宅樓、綜合商業(yè)裙樓及地下車庫(kù)，占地面積約15 600 m2，建筑面積260 000 m2。基坑支護(hù)擬采用地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐形式，建筑物有關(guān)性質(zhì)及參數(shù)如表1。根據(jù)《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》(JGJ 72—2004)規(guī)定，本工程勘察等級(jí)為甲級(jí)。

表1 擬建建筑物有關(guān)性質(zhì)及參數(shù)

1.2 勘察方法

在分析擬建建筑物特征和相鄰工程巖土工程勘察資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合擬建建筑物的位置，合理布置勘探孔，采用鉆探取樣、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探、十字板剪切試驗(yàn)、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)、剪切波測(cè)試和場(chǎng)地微振動(dòng)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)試驗(yàn)等綜合勘察方法，并對(duì)采集到的地質(zhì)信息進(jìn)行綜合分析。地面沉降速度的獲取、地基持力層及基礎(chǔ)形式的確定、場(chǎng)地土層動(dòng)力特征的把握是本次勘察的主要任務(wù)。

2 場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)構(gòu)造背景

(1)近場(chǎng)及場(chǎng)區(qū)內(nèi)主要發(fā)震斷裂背景

工程場(chǎng)地位于滄縣隆起(二級(jí)構(gòu)造)西側(cè)的三級(jí)構(gòu)造單元雙窯凸起上，近場(chǎng)區(qū)主要有NW向的海河斷裂、NE向天津北斷裂、天津南斷裂、大寺斷裂、漢溝斷裂和滄東斷裂等。這幾條斷裂均為本地區(qū)規(guī)模最大、活動(dòng)性最強(qiáng)的斷裂，特別是場(chǎng)區(qū)離海河斷裂與天津北斷裂交匯部位較近。近場(chǎng)區(qū)的潛在地震危險(xiǎn)及次生的地質(zhì)災(zāi)害影響將主要來自這些斷裂的活動(dòng)。近場(chǎng)區(qū)內(nèi)的NW與NE方向兩組斷裂，將近場(chǎng)區(qū)劃為多個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。在這兩組斷裂帶上，特別是斷裂的交匯部位或三級(jí)構(gòu)造單元的邊界，往往是5～6級(jí)中強(qiáng)地震發(fā)生的場(chǎng)所。

結(jié)合歷史地震分析認(rèn)為，近場(chǎng)區(qū)本地地震活動(dòng)水平不發(fā)育，今后50年內(nèi)地震活動(dòng)水平不會(huì)太高，震級(jí)大于5.9級(jí)的可能性不大。

(2)地層巖性特征

工程場(chǎng)地范圍內(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Ⅳ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)[1]。巖性主要為雜填土、黏性土、淤泥質(zhì)土、淤泥、粉土、粉砂及細(xì)砂。代表性地層剖面圖見圖1。

圖1 代表性地層剖面

2.2 土層的固結(jié)特征

根據(jù)高壓固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算分析，本場(chǎng)地地層除表層填筑土和新近沉積層之外，均屬正常固結(jié)或微超固結(jié)土層，OCR>1.0，如表2。

表2 場(chǎng)地土的固結(jié)特征

2.3 地基土的承載力特征值

地基土承載力特征值采用物理指標(biāo)、靜力觸探平均值、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)修正錘擊數(shù)，依據(jù)天津市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程技術(shù)規(guī)范》(DB 29—20—2000)分別查表，結(jié)合地區(qū)建筑經(jīng)驗(yàn)綜合取值，最后得出地基各土層的承載力參數(shù)，如表3。

表3 地基各土層承載力特征值

2.4 地面沉降特性

地面沉降對(duì)基坑結(jié)構(gòu)的危害較大，過大的地面沉降將導(dǎo)致地下結(jié)構(gòu)變形和滲漏。地下水位的下降是引起地面沉降的主要原因，歷史資料表明，伴隨著地下水的開發(fā)，天津市地面沉降相應(yīng)發(fā)生，解放前年沉降僅幾個(gè)毫米；解放后隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，地下水開采量逐漸增加，地面沉降越來越嚴(yán)重，1950～1957年沉降速率為7～12.0 mm/a，1958～1966年沉降速率為30～46 mm/a，沉降中心逐步形成；1967～1985年沉降速率達(dá)80～100 mm/a，這期間沉降急劇發(fā)展。1986年后進(jìn)入沉降治理階段，大部分地區(qū)沉降明顯減緩，市區(qū)沉降速率降低到10～15 mm/a。市區(qū)及近郊540 km2監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，1959～2000年最大累計(jì)沉降值已達(dá)2.85 m，位于河北區(qū)小王莊京津橋附近，累計(jì)沉降量2.0～2.5 m的面積已達(dá)37 km2。因此，天津市地面沉降情況較為嚴(yán)重，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮使用過程中地面沉降對(duì)地下結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期影響。

2.5 特殊土

(1)填土

以雜填土為主，底部偶夾素填土，主要由磚頭、碎石、灰渣、黏性土等組成，成分復(fù)雜，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1.5～5.1 m。填筑年限大于10年。

(2)淤泥質(zhì)土

主要分布在新近堆積層②3層中，該層壓縮系數(shù)α0.1-0.2=0.74～1.15 MPa-1，固結(jié)快剪Cc=17.0～26.0 kPa，φc=6.2°～12.3°，靜力觸探端阻力qc=0.38 MPa，十字板剪切不排水抗剪強(qiáng)度Cu=20.67 kPa，屬高壓縮性土，具靈敏度高、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，極易發(fā)生蠕動(dòng)和擾動(dòng)，工程性質(zhì)差。

2.6 場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件

(1)地下水類型及特征

場(chǎng)地內(nèi)表層地下水類型為第四系孔隙潛水。賦存于第Ⅱ陸相層及以下粉砂、粉土中的地下水具有微承壓性，為微承壓水。

潛水賦存于人工填土層①層、新近堆積層②層、第Ⅰ陸相層③層、第Ⅰ海相層④層以及第Ⅱ陸相層上部湖沼相沉積層⑤1，該層水以⑤1粉質(zhì)黏土為隔水底板。潛水地下水位埋藏較淺，勘測(cè)期間，受地鐵站疏散廳基坑施工降水等環(huán)境影響，地下水位埋深變化較大，范圍在0.7～3.5 m，一般埋深1.50 m左右，平均穩(wěn)定水位高程2.288 m。潛水位年變化幅度的多年平均值約0.80 m。根據(jù)本工程的勘測(cè)結(jié)果：勘測(cè)期間微承壓水頭埋深5.99 m，高程為-1.77 m；滲透系數(shù)為0.62 m/s，屬弱透水層。

(2)地下水腐蝕性評(píng)價(jià)

本次勘察在場(chǎng)地內(nèi)采取了8組地下水樣，水質(zhì)分析結(jié)果表明：地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋不具腐蝕性；對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱—中等腐蝕性。

3 場(chǎng)地的地震響應(yīng)分析

3.1 地震危險(xiǎn)性概率分析

采用概率法給出不同概率水準(zhǔn)的基巖加速度。根據(jù)地震地質(zhì)(大地構(gòu)造、活斷層)、地球物理參數(shù)(重力場(chǎng)、地磁場(chǎng)、變形場(chǎng))及地震活動(dòng)(古地震、歷史地震、現(xiàn)代地震)確定潛在震源區(qū)及最大震級(jí)，地震活動(dòng)性參數(shù)以及強(qiáng)震資料或烈度資料進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析，得到相應(yīng)于50年三個(gè)概率水平基巖水平加速度峰值結(jié)果(如表4)。

表4 不同概率水平基巖水平加速度峰值計(jì)算結(jié)果

3.2 地震動(dòng)參數(shù)評(píng)價(jià)

由地震危險(xiǎn)性分析得到基巖地震動(dòng)反應(yīng)譜，然后通過人工合成得到模擬的地震動(dòng)時(shí)程，進(jìn)而采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄓ?jì)算地震反應(yīng)分析模型中有關(guān)點(diǎn)的加速度峰值和反應(yīng)譜等有關(guān)參數(shù)，結(jié)果如表5。

表5 50年不同超越概率水平下的地震動(dòng)參數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)，確定本工程場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地特征周期值為0.45 s，為抗震不利地段。

4 場(chǎng)地土類型及類別的評(píng)價(jià)

本場(chǎng)地在四個(gè)超高層建筑范圍內(nèi)分別選取1個(gè)勘探孔(DH1、BH2、BH1和BH3)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)剪切波速測(cè)試，測(cè)試孔深20～100 m，依據(jù)《巖土工程技術(shù)規(guī)范》(DB29—20—2000)計(jì)算場(chǎng)地埋深20 m范圍內(nèi)的等效剪切波速Vse=142～148 m/s(見表6)，該區(qū)覆蓋層厚度大于50 m。依據(jù)《巖土工程技術(shù)規(guī)范》(DB29—20—2000)及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)判定，場(chǎng)地土類型為中軟土(見表7)，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地復(fù)雜程度為中等復(fù)雜場(chǎng)地。

表6 代表性鉆孔等效剪切波速

表7 場(chǎng)地土類型劃分

5 地基土液化評(píng)價(jià)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2001)和天津市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程技術(shù)規(guī)范》(DB29—20—2000)的有關(guān)規(guī)定和方法，對(duì)地面下20 m范圍內(nèi)分布的飽和粉土及砂土進(jìn)行液化判定。本項(xiàng)目以剪切波速判別法對(duì)地基進(jìn)行液化評(píng)價(jià)。

根據(jù)天津市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程技術(shù)規(guī)范》(DB29—20—2000)的規(guī)定，判別20.0 m以上飽和粉土層液化可能性。

臨界剪切波速：Vscr=Kv(ds/d1-0.013 3(ds/d1)2)1/2

其中，Kv為臨界剪切波速，7度區(qū)取42 m/s，ds為飽和粉土剪切波速測(cè)試點(diǎn)深度，d1=1 m。

經(jīng)計(jì)算， BH1、BH2、BH2和DH1四孔內(nèi)飽和粉土層和粉細(xì)砂層實(shí)測(cè)剪切波速Vse均大于臨界剪切波速Vscr，綜合判定本場(chǎng)地在地震烈度為7度地震力作用下不發(fā)生液化。

6 結(jié)束語

采用綜合勘探方法對(duì)該工程區(qū)進(jìn)行了勘察，結(jié)合現(xiàn)有的各種規(guī)范對(duì)工程所在區(qū)的場(chǎng)地條件進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得到了如下結(jié)論：

(1)近場(chǎng)區(qū)地震活動(dòng)水平不發(fā)育，今后50年內(nèi)地震活動(dòng)水平不會(huì)太高，震級(jí)大于5.9級(jí)的可能性不大。

(2)場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地基土承載力特征值約為150～360 kPa。

(3)工程場(chǎng)地內(nèi)地面沉降速率約為15～20 mm/a，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮使用過程中地面沉降對(duì)地下結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期影響。

(4)地震危險(xiǎn)性概率分析表明：三種超越概率水平下的基巖水平地震動(dòng)加速度峰值分別為24.986 cm/s2、128.047 cm/s2、262.766 cm/s2。不同概率水平下的地震動(dòng)參數(shù)結(jié)果表明：該工程場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地特征周期值為0.45 s，為抗震不利地段。

(5)現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試結(jié)果表明：該場(chǎng)地土類型為中軟土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地復(fù)雜程度為為中等復(fù)雜場(chǎng)地。場(chǎng)地在地震烈度為Ⅶ度地震力作用下不發(fā)生液化。

參考文獻(xiàn)

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

[5] GB50011—2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[6] GB50307—2012 城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范[S]

[7] GB18306—2001 中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖[S]

[8] JGJ 72—2004 高層建筑巖土工程勘察規(guī)程[S]

[9] DB29—20—2000 巖土工程技術(shù)規(guī)范[S]