GN汽車工廠巖土工程場地適宜性評價

袁 敬

(珠海君豪巖土科技有限公司，廣東 珠海 519090)

隨著我國城市規模的擴大，越來越多的建筑物向河濱、海濱擴展。而河濱、海濱地塊往往存在著堆積較厚的淤泥，同時含有豐富的地下水，此類地基其上建設的建筑物常常發生地基承載力不足、不均勻沉降、塌陷等變形破壞現象[1-3]。新建GN工廠作為開展新能源汽車及零部件的研發、制造廠房，擬建在廣州市南沙區萬頃沙鎮，位于珠江三角洲沖積平原，場地含有較厚軟弱層[4]。故在該工程設計和地基處理方案確定前，首先進行工程地質和水文地質勘察，查明軟弱土組成、軟弱土厚度、持力層位置以及地基土的物理和化學性質，而后對其他特殊土應查明其特征、工程性質，分析場地地震效應以及水文地質以作為工程設計和地基處理方案的依據，本文結合GN工廠場地綜合條件，對場地適應性和穩定性進行評價，依照地層承載力分析結果根據不同建筑提出較為合理的地基持力層以及基礎形式，以達到最大的經濟及安全效益的平衡。據場地的巖土條件和水文地質條件，提出基坑開發與支護方案。根據后期地基沉降變形監測，該地基處理滿足建設要求，具有一定工程參考價值。

1 工程概況

GN汽車工廠項目位于廣州市南沙區萬頃沙鎮，南沙港快速路以東，八涌和九涌之間地段。場地西側為S73南沙港快速，北側和南側為河涌，西側緊鄰X298，交通便利。場地總用地面積約116.97×104m2，主要建筑物有涂裝車間、沖壓車間、總裝車間、焊接車間、試制車間、電池及電機倉庫、外協件庫、試車跑道等。初步預計在沖壓車間位置設置有二層地下室，開挖深度約8 m。

該場地屬亞熱帶海洋性季風氣候區，日照充足，雨量充沛，溫差振幅小，季風明顯。場地地處低緯度，年平均氣溫為21.4℃～21.9℃。近二十年來，該場地年降雨量在1 800 mm～1 900 mm之間，日最大降雨量為284.9 mm。場地降雨量雖然豐沛，但很不穩定，年際變化大。項目位于廣州市南沙區，場地南側與北側均為河涌，東側約1.6 km為珠江入海蕉門水道，距離項目較遠，對項目無影響。

該場地位于珠江三角洲沖積平原，為沖積平原地貌。場地原地形為魚塘和村莊，存在較厚的軟土和可液化的飽和砂土，場地地下水較豐富，對工程有較大影響，上述不利因素可通過巖土治理解決[5]，場地地形地貌較平坦，場地屬相對穩定區，基本適宜本工程建設需要。廠區擬建平面及樁位軸網布置如圖1所示。

圖1 GN工廠建筑場地工程地質平面圖

2 工程地質條件

建筑場地所處區域地層為白堊系(K)泥質粉砂巖。根據區域地質調查資料，場地附近及場地內未發現滑坡、崩塌、泥石流等不良地質作用，本場地附件區域性斷裂主要有化龍-黃閣斷裂，但離本場地有一定距離，對場地影響甚微，場地區域地殼相對穩定，根據鉆探揭露亦未發現斷裂跡象。

2.1 建筑場地巖土體構成情況

根據工程地質調查并結合鉆探揭露，場地巖土層有第四系人工填土、耕植土、海陸交互相沉積層淤泥、粉質黏土、淤泥質砂，沖洪積層中砂、卵石等，殘積層粉質黏土，下伏基巖為白堊系泥質粉砂巖。1-1′場地剖面圖如圖2所示。土層按成因類型及巖土工程特性及分布特點從上至下分述如下：

(5) 殘積層粉質黏土(Qel)：按土層狀態可分為可塑和硬塑：① 可塑粉質黏土，零星分布,揭露層厚1.80 m,主要呈淺褐紅色，可塑，主要由黏粒和粉粒組成，為泥質粉砂巖的風化殘積土，遇水易軟化、崩解; ② 硬塑粉質黏土，場區內零星分布，揭露層厚平均0.8 m。主要呈褐紅色，硬塑，主要由黏粒和粉粒組成，為泥質粉砂巖風化殘積土，遇水易軟化、崩解。

圖2 GN工廠建筑場地1-1′工程地質剖面圖

(6) 白堊系泥質粉砂巖(K)。根據鉆探揭露，下伏基巖為白堊系泥質粉砂巖，按巖石風化程度可分為全風化、強風化、中風化等三個巖帶：① 全風化巖層，零星分布，揭露層厚1.20 m，呈淺褐紅色，主要為全風化泥質粉砂巖，原巖結構已破壞，巖芯呈堅硬土狀，遇水易軟化、崩解； ② 強風化巖層，廣泛分布。揭露層厚平均2.33 m。呈淺褐紅色等，主要為泥質粉砂巖，泥質粉砂結構，厚層狀構造，大部分礦物已風化，節理裂隙發育，巖芯呈半巖半土狀或巖的碎塊狀，柱狀等，局部巖芯呈土夾巖塊狀，錘擊聲啞，巖質極軟，手捏易碎，局部夾少量中風化巖塊，巖石基本質量等級為Ⅴ類； ③ 中風化巖層，廣泛分布。 揭露層厚平均4.17 m。 本層巖性為泥質粉砂巖，呈淺褐紅色，泥質粉砂結構，厚層狀構造，巖體較破碎，巖芯呈短柱狀，屬軟巖，巖質基本質量等級為Ⅴ類。

2.2 特殊性巖土

根據現場勘查資料顯示，本場地內特殊性巖土為人工填土、淤泥、風化巖及殘積土。

(1) 人工填土分布于場地的表層，場地主要為素填土，灰褐色、褐紅色等，欠壓實，主要由黏性土組成，含少量碎石、塊石等，局部少量地段為雜填土，僅ZK8有揭露，松散，欠壓實，主要由黏性土、塊石、建筑垃圾等組成。人工填土厚度0.50 m～5.00 m，平均厚度2.71 m，密實度不均勻，具高壓縮性，工程性狀差，場地大部分地段有分布，未完成自重固結。

(2) 淤泥層，場地內廣泛分布，厚度大，B-1層厚度5.90 m～33.00 m，平均15.58 m，B-3層厚度1.90 m～35.50 m，平均12.21 m，軟土具高壓縮性，強度低，易變形等特性，為建筑不良土層[6]。

(3) 殘積土僅有部分鉆孔揭露，風化巖在場地內廣泛存在，其水理性質差，具遇水易軟化、崩解特性，對基礎設計和施工均存在不利影響[7]。

2.3 地下水水文特征

(1) 腐蝕性：通過實驗室分析，試驗地下水與土的腐蝕性評價表如表1所示。

根據國標《巖土工程勘察規范》[8](GB 50021—2001)附錄G的規定，本場地環境類型為Ⅱ類，基坑環境類型為Ⅰ類。場地地下水對混凝土結構具中等腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具中等腐蝕性，土對混凝土結構具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具中等腐蝕性，對鋼結構有微腐蝕性。

表1 土樣腐蝕性分析成果表

(2)水文地質特征：勘察期間測得鉆孔中第四系孔隙水地下穩定水位埋深0.20 m～2.00 m，平均0.79 m，水位標高2.51 m～7.05 m，平均4.66 m。由于勘察工期短，不能測出地下水位的變化幅度和最高水位。根據區域水文地質資料，地下水位年變幅較小，為1.50，場地若存在地下室時，建議取室外地坪標高作為抗浮設計水位。

(3) 滲透性：場地粉質黏土層、淤泥層滲透性較差，淤泥質砂層、中砂層、粗砂層、卵石層滲透性較好。根據本場地詳勘土工試驗結果，淤泥層滲透系數為2.51×10-5cm/s～23.5×10-5cm/s，屬弱透水層，粉質黏土層的滲透系數為1.38×10-5cm/s～16.2×10-5cm/s，屬弱透水層，中砂的滲透系數為4.19×10-3cm/s，屬中等透水層。根據現場抽水試驗成果，淤泥質粉砂層的滲透系數為1.04×10-4cm/s～4.98×10-5cm/s，屬中等透水層，粗砂層的滲透系數為7.99×10-3cm/s～14.0×10-3cm/s，屬中等-強透水層。根據地區經驗，卵石層的滲透系數大于1 cm/s，屬極強透水層。

2.4 土工物理參數

經過土樣室內試驗，土工成果分層結果如表2所示。

表2 土工試驗成果分層統計表

3 地震效應評價

根據《建筑抗震設計規范》[9](GB 50011—2010)的規定，場地存在軟弱土和可液化的飽和砂土，本場地處于抗震不利地段。場地的巖土除軟土和飽和砂土外，其余土層抗震穩定性較好。擬建建筑為廠房，按《建筑工程抗震設防分類標準》[10](GB 50223—2008)建筑物為丙類(標準設防類)。根據國家標準規范[9]附錄A，廣州南沙地區抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值根據《中國地震動參數區劃圖》[11](GB 18306—295)為0.125g，根據地區經驗，場地土類別為軟弱土，場地類別為Ⅲ類，地震特征周期值Ⅲ類場地為0.45 s，設計地震分組為第一組。

3.1 場地類型劃分

(1) 場地剪切波速。擬建建筑為廠房。根據國標《建筑抗震設計規范》[9](GB 50011—2010)，在場地內選2個鉆孔進行單孔的等效剪切波速計算，以此確定場地土的等效剪切波速值，土層的等效剪切波速計算公式如下：

(1)

式中：ve為土層的等效剪切波速,m/s；d0為計算深度,m，取覆蓋層厚度和20 m二者的較小值；di為第i土層的厚度,m；vi為計算深度范圍內第i土層的剪切波速,m/s；n為計算深度范圍內土層的分層數。

等效剪切波速計算結果：以ZK20、ZK63孔為例，根據上述公式進行等效剪切波速的計算，計算得等效波速分別為102.4 m/s、124.8 m/s，場地土類別為軟弱土。場地覆蓋層厚度大于15 m小于80 m，場地類別為Ⅲ類[12]。

(2)建筑場地類別。根據鉆探資料，各鉆孔層位和巖面埋深變化不大，本場地的覆蓋層厚度均大于15 m小于80 m，依據規范[9]本場地的場地類別為Ⅲ類，土的類型為軟弱土。

3.2 飽和砂土液化判別及綜合評價

場地所在地區為抗震設防烈度7度區，根據鉆探揭露，飽和砂土在場區廣泛分布，根據《建筑抗震設計規范》[9](GB 50011—2010)，采用標準貫入法對地面下20 m深度范圍內飽和砂土進行液化判別，判別結果3個鉆孔中有2個鉆孔為“中等”，1個鉆孔為“輕微”，據此判定場地飽和砂土局部地段存在地震液化可能性，綜合判定場地液化等級為“輕微”。場地內存在軟土，有震陷的可能性[13]，本場地抗震設防烈度為7度，根據地區經驗，淤泥質土的剪切波速大于90 m/s，根據《軟土地區巖土工程勘察規程》[14](JGJ 83—2011)，可不考慮震陷的影響。場地存在人工填土及淤泥質土等軟土，處于抗震不利地段，場地類別為Ⅲ類，地震穩定性較差。

4 巖土工程分析評價

4.1 場地穩定性適宜性評價

場地內地下存在較厚淤泥軟土層，項目建設前需對場地穩定性及適宜性進行評判。

(1) 場地穩定性評價。根據區域地質調查資料，勘探涉及深度范圍內未發現滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地面塌陷等不良地質作用。區域性斷裂離本場地有一定距離。建筑場地所處區域地層為白堊系下統泥質粉砂巖。根據鉆探資料顯示，在本次勘察深度范圍內未發現斷裂構造形跡。同時，根據國家標準《建筑抗震設計規范》[9](GB 50011—2010)，抗震設防烈度小于8度可忽略發震斷裂錯動對地面建筑的影響；廣州市南沙區抗震設防烈度為7度，可不考慮斷裂構造對場地穩定性的影響。本場地區域地殼基本穩定。因此，場地處于相對穩定區，場地穩定性較好[15]。

(2) 場地適宜性評價。本次勘察深度范圍內未發現有斷裂經過，場地內未發現有不良地質作用發育，場地處于地震穩定區，場地穩定性較好，場地表層普遍存在約0.50 m～5.00 m的人工填土，為不穩定土體，且水平分布不均勻，土性變化大，為不均勻地基，對工程有一定的影響，場地存在較厚的軟土和可液化的飽和砂土，場地地下水較豐富，對工程有較大影響，上述不利因素可通過巖土治理解決，場地地形地貌較平坦，場地屬相對穩定區，基本適宜本工程建設需要。

4.2 地基基礎方案

本場地擬建工廠，場地地基土在基底水平方向上，主要為人工填土和淤泥質土，厚度變化較大，性質變化較大，下部為軟土層，厚度較大，為不均勻地基。場地頂部存在人工填土，廣泛存在較厚的軟弱土層，采用天然地基其承載力不能滿足要求，建議如下：

(1) 沖壓車間，焊裝車間，試制車間、電池、電機車間，總裝車間、涂裝車間，外協沖壓件庫、外協件庫等主要建筑物建議采用鉆(沖)孔樁基礎，可選用中風化巖作為基礎持力層。或采用預制樁，以強風化巖層作為樁基礎持力層。

(2) 其他輔助附屬建構筑物。輔助附屬建構筑物主要為試車道、產品停車場、門衛等，建議采用復合地基基礎，用CFG樁或水泥土攪拌樁對淺層進行地基處理，以黏性土B-2作為樁端持力層，經驗算滿足要求后選作基礎持力層。具體樁長由設計根據擬建建筑物荷載并結合現場試樁情況確定[16]。

4.3 成樁可能性

根據不同建筑基礎的重要程度，可按照預制樁或者灌注樁施工兩種方式進行，建議如下：

(1) 預制樁。擬建場地現為空地，平整開闊，場地有水泥路到達，交通便利。場地土層為填土和海陸交互相沉積的砂、淤泥及沖洪積的砂層及卵石層，下覆為全—中風化泥質粉砂巖。根據場地的地層結構、各土層的工程特性和場地周邊環境分析，擬建場地具有較好的成樁條件，適宜于預制樁施工。預制樁具有單樁承載力高，耐久性及力學性能較好，且樁的質量有保證、施工方便、不產生泥漿污染，施工工期短、抗震性能好等優點。在確定應用之前，應進行試樁，試樁成功后方可選用預制樁進行施工。

(2) 灌注樁。當采用樁基礎方案時，水下鉆(沖)孔灌注樁及旋挖樁適用于不同土層，樁長可因地改變，沒有接頭。承受軸向壓力時，只需配置少量構造鋼筋，需配置鋼筋籠時，按工作荷載要求布置，節約了鋼材。單樁承載力高，正常情況下，較預制樁經濟。施工噪聲和振動較預制樁施工小，但樁身質量不易控制，易出現斷樁、縮頸，露筋和夾泥等現象影響樁的承載力，場地覆蓋層分布有飽和砂土、軟土，場地存在較厚的風化巖層，具透水性強，遇水易軟化崩解等特點[17]。

4.4 施工中的環境影響

(1)特殊性巖土對設計和施工的影響。場地的特殊性巖土為人工填土、軟土、風化巖。鉆沖孔樁成孔過程中，軟土容易造成縮頸。風化巖具遇水易軟化的特性，樁基設計和施工時應注意避免長時間浸泡導致樁承載力降低過大。軟土對預制樁施工有擠土效應，當采用預制樁時，應予以注意。

(2)地下水對樁基的影響。場地內存在砂層，地下水豐富，與周邊地下水存在較密切的水力聯系，且地下水水位較高，對鉆沖孔樁樁基存在較大不利影響。會造成灌注樁成孔困難、容易塌孔，泥漿容易流失等問題。地下水對預制樁施工影響不大。

(3)施工條件及其對環境的影響。擬建場地交通方便，各種樁機均可到位施工。鉆(沖)孔灌注樁施工成本高，工期長，廢漿處理困難，對環境影響較大。預制樁施工過程中應注意噪音對環境的影響[18]。

4.5 基坑開挖與支護

擬建建筑物根據同類項目建設經驗，在沖壓車間位置可能會存在開挖約8m的基坑，根據現有現場條件，場地周邊空曠，無重要建筑物及管線設施，根據開挖深度，根據廣東省標準《建筑地基基礎設計規范》[19](DBJ15—31—2016)本工程基坑范圍側壁安全等級為二級。

基坑開挖后邊坡上部土性組成主要有人工填土、淤泥，均為土質邊坡，基坑底部土層為人工填土、淤泥，局部地段為淤泥質砂。該巖土層大部分工程特性較差，對基坑邊坡的穩定性和安全性存在較大隱患，應進行坑壁圍護。據場地的巖土條件和水文地質條件，基坑開挖的深度和周邊環境，本基坑支護方案可采用排樁+樁間止水+錨桿支護或排樁+樁間止水+內支撐，基坑底板局部為軟土地段可采用攪拌樁加固處理[20]。

本場區地下水位埋藏淺，周邊地層存在軟土，施工時應注意由人工降低地下水位引起周圍地表塌陷的可能性。應做好地表水的截流、防滲、堵漏等工作，防止地表水滲入到基坑內。采取基坑帷幕止水后可采用集中排水[21]。

5 結論與建議

(1) 該場地適宜性穩定性基本滿足建設汽車工廠需求，但場地存在軟土，處于抗震不利地段，地震穩定性較差。

(2) 沖壓車間，焊裝車間，試制車間、電池、電機車間，總裝車間、涂裝車間，外協沖壓件庫、外協件庫等主要建筑物建議采用鉆(沖)孔樁基礎，可選用中風化巖作為基礎持力層。或采用預制樁，以強風化巖層作為樁基礎持力層。場地存在有淤泥，且厚度較大，采用樁基時，應考慮其負摩阻的影響。輔助附屬建構筑物主要為試車道、產品停車場、門衛等，建議采用復合地基基礎，用CFG樁或水泥土攪拌樁對淺層進行地基處理，以黏性土B-2作為樁端持力層，經驗算滿足要求后選作基礎持力層。

(3) 據場地的巖土條件和水文地質條件，基坑開挖的深度和周邊環境，本基坑支護方案可采用排樁+樁間止水+錨桿支護或排樁+樁間止水+內支撐，基坑底板局部為軟土地段可采用攪拌樁加固處理。基坑降水可采用明溝排水。抗浮地下水位和設防水位標高取設計室外地坪標高。

(4) 場地存在較厚的軟土及飽和砂土，建議詳勘時進一步查明土層的分布情況，為下一步設計提供更全面詳實的設計依據。