花崗巖風(fēng)化帶埋深特征在建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳發(fā)根，吳 宇

(廣東科藝新泰建設(shè)工程有限公司，523112,廣東,東莞)

花崗巖風(fēng)化帶埋深特征在建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳發(fā)根，吳 宇

(廣東科藝新泰建設(shè)工程有限公司，523112,廣東,東莞)

對某工程實(shí)例樁基礎(chǔ)計(jì)算分析，結(jié)合花崗巖風(fēng)化帶埋深標(biāo)高等值線圖，為擬建建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供參考。

花崗巖風(fēng)化帶；埋深特征；標(biāo)高等值線；建筑基礎(chǔ)

0 引言

沿海地區(qū)常揭露有大面積的花崗質(zhì)巖石。花崗巖本身屬堅(jiān)硬巖石，工程力學(xué)性質(zhì)良好，但在氣候、地形、地貌、生物等風(fēng)化作用影響下形成的花崗巖風(fēng)化帶其物理、力學(xué)性質(zhì)差異很大?；◢弾r風(fēng)化帶不僅風(fēng)化程度差異較大、各地風(fēng)化層厚度不一、工程地質(zhì)性質(zhì)特殊，且具有工程地質(zhì)及環(huán)境災(zāi)害頻發(fā)等特點(diǎn)。巨厚的風(fēng)化帶給工程設(shè)計(jì)和施工帶來了復(fù)雜的影響。

工程上對花崗巖風(fēng)化帶地基承載力的認(rèn)識逐漸提高，同時(shí)通過各種原位測試方法來對其進(jìn)行修正，如在進(jìn)行工程地質(zhì)勘查時(shí)常會做一些點(diǎn)荷載試驗(yàn)[1]、聲波試驗(yàn)[2]、標(biāo)貫試驗(yàn)[3]等。在已知地基承載力的基礎(chǔ)上，本文通過計(jì)算嵌巖樁和摩擦樁容許承載力值，并結(jié)合花崗巖風(fēng)化帶埋深特征，為擬建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

某工程擬建建筑物包括5棟17～25層高層建筑物、1棟4層幼兒園，規(guī)劃總用地面積32 521 m2，總建筑面積98 470 m2，首層建筑占地面積10 560 m2，最大高度為74.4 m。根據(jù)上部軟弱土層厚度及強(qiáng)風(fēng)化面埋深情況將擬建場地劃分為A、B兩區(qū)，建筑大致平面如圖1所示。

2 工程地質(zhì)條件

場地鉆孔高程為20.6～23.1 m，基巖土按地質(zhì)成因類型和巖土層性質(zhì)自上而下分為如下。

圖1 建筑大致平面圖

①填土層(Qml)：主要為粘性土。厚0.40～5.00 m，平均2.17 m。地基承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)值fak=70 kPa；

②耕表土層(Qpd)：主要為粉質(zhì)粘土。厚0.30～0.80 m，平均0.48 m，層底標(biāo)高:16.20～20.40 m。地基承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)值fak=100 kPa；

③沖-洪積層(Qal+pl)：厚1.10～3.10 m，平均1.77 m，層底標(biāo)高:14.60～17.50 m。地基承載力特征值建議fak=130 kPa；

④坡積層(Qdl)：厚0.70～7.30 m，平均3.23 m，層底標(biāo)高:12.20～19.50 m。地基承載力特征值建議fak=200 kPa；

⑤殘積層(Qel)：系花崗巖風(fēng)化殘積而成，以粉粘粒為主。厚0.90～25.90 m，平均13.33 m，層底標(biāo)高-7.00～20.50 m。地基承載力特征值建議fak=230 kPa；

⑥-1全風(fēng)化花崗巖：厚1.70～13.80 m，平均5.24 m，層底標(biāo)高-16.40～18.60 m。地基承載力特征值建議fak=300 kPa；

⑥-2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：巖石巖體極破碎。厚1.00～18.20 m，平均6.65 m，層底標(biāo)高-25.20～13.70 m。地基承載力特征值建議fak=600 kPa；

⑥-3中風(fēng)化花崗巖：巖石裂隙較發(fā)育，上部巖體破碎。厚0.40～7.00 m，平均2.42 m，層頂標(biāo)高-25.20～13.70 m。地基承載力特征值建議fak=2 000 kPa，巖石單軸抗壓強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)值25 MPa；

⑥-4微風(fēng)化花崗巖：巖體較完整。厚0.60～4.10 m，平均1.72 m，層頂埋深11.60～48.00 m。地基承載力特征值建議fak=4 000 kPa，巖石單軸抗壓強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)值35 MPa。

3 花崗巖風(fēng)化帶埋深標(biāo)高等值線圖

根據(jù)地質(zhì)資料，描繪出場地各花崗巖風(fēng)化帶頂面標(biāo)高等值線圖,如圖2～圖4。

4 建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

4.1建筑基礎(chǔ)方案分析

根據(jù)花崗巖各風(fēng)化帶埋深特征，結(jié)合建筑實(shí)際情況，基礎(chǔ)可考慮如下2種方案。

方案1:4層低層建筑可采用天然地基基礎(chǔ)。以土質(zhì)較好的硬塑狀粉質(zhì)粘土、殘積土或淺層基巖作基礎(chǔ)持力層，部分軟弱土(填土、耕表土等)較厚地段應(yīng)挖除或換填，并進(jìn)行必要的基坑(槽)支護(hù)。

圖2 強(qiáng)風(fēng)化巖層頂面標(biāo)高等值線圖

圖3 中風(fēng)化巖層頂面標(biāo)高等值線圖

圖4 微風(fēng)化巖層頂面標(biāo)高等值線圖

方案2：當(dāng)天然基礎(chǔ)不能滿足高層建筑載荷要求，A區(qū)采用以強(qiáng)風(fēng)化巖層作為持力層的管樁基礎(chǔ)，B區(qū)采用以中風(fēng)化和微風(fēng)化層中一層或共同作為持力層的鉆(挖)孔灌注樁基礎(chǔ)。

4.2樁基礎(chǔ)承載力容許值計(jì)算

1)支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)的鉆(挖)孔樁的單樁軸向受壓容許承載力[Ra]計(jì)算，根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D63-2007公式5.3.4：

式中：C1為端阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用；Ap為樁端截面積；frk為樁端巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，黏土質(zhì)巖取天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)frk小于2 MPa時(shí)按摩擦樁計(jì)算(frki為第i層的frk值)；C2i為根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的第i層巖層的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用；u為各土層或巖層部分的樁身周長；hi為樁嵌入各巖層部分的厚度，不包括強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化層；m為巖層的層數(shù)，不包括強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化層；ξs為覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)樁端frk確定；當(dāng)2 MPa≤frk<15 MPa時(shí)，ξs=0.8；當(dāng)15 MPa≤frk<30 MPa時(shí)，ξs=0.5；當(dāng)frk>30 MPa時(shí)，ξs=0.2；li為各土層的厚度；qik為樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，按表5.3.3-1采用；n為土層的層數(shù)，強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化巖層按土層考慮。

2)摩擦樁單樁軸向受壓容許承載力[Ra]計(jì)算，根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D63-2007公式5.3.3-1和5.3.3-2：

qr=moλ[(fao)+k2γ2(h-3)]。

式中：li為承臺底面或局部沖刷線以下各土層的厚度；qik為與li對應(yīng)的各土層與樁側(cè)的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，按表5.3.3-1采用；qr為樁端處土的承載力容許值；[fao]為樁端處的承載力基本容許值，按規(guī)范3.3.3條確定；h為樁端的埋置深度；k2為容許承載力隨深度的修正系數(shù)，按表3.3.4選用；γ2為樁端以上各土層的加權(quán)平均重度；λ為修正系數(shù)，按表5.3.3-2選用；mo為清底系數(shù)，按表5.3.3-3選用。

4.3樁基礎(chǔ)選型

嵌巖樁按樁徑1.0 m和1.2 m估算嵌巖深度h(樁端入強(qiáng)風(fēng)化1 m、入微風(fēng)化0.5 m)及單樁容許承載力[Ra]，計(jì)算結(jié)果如下。

持力層frkC1C2iΦhRa中風(fēng)化2．5×1040．240．0181．01．071421．21．09698微風(fēng)化3．5×1040．360．0301．01．5124031．21．517344

摩擦樁以鉆孔ZK15和ZK16為例，假設(shè)承臺埋深3 m，樁長30 m(強(qiáng)風(fēng)化層頂標(biāo)高約-10.0 m)，持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖，估算單樁容許承載力[Ra]，計(jì)算結(jié)果如下。

孔位ΦLλmok2RaZK151．2300．660．71．57239ZK161．2300．660．71．57273

通過花崗巖風(fēng)化帶埋深特征圖及以上計(jì)算結(jié)果對比可知，以中風(fēng)化或微風(fēng)化作持力層的端承樁單樁容許承載力值要達(dá)到以強(qiáng)風(fēng)化作持力層的摩擦樁單樁容許承載力值，其樁長達(dá)35～45 m，經(jīng)濟(jì)上不實(shí)際。因而本建筑高層基礎(chǔ)可采用以強(qiáng)風(fēng)化作持力層的樁徑1.2 m的摩擦灌注樁。

5 結(jié)論

本文通過對建筑樁基礎(chǔ)承載力的理論計(jì)算，并結(jié)合花崗巖各風(fēng)化帶埋深標(biāo)高等值線圖，為擬建建筑物選擇經(jīng)濟(jì)、適宜、安全的基礎(chǔ)方案建議，可為類似工程的設(shè)計(jì)提供參考意義。

鑒于此，日后應(yīng)加強(qiáng)完善區(qū)域花崗巖各風(fēng)化帶的資料并形成系統(tǒng)的埋深特征等值線圖，實(shí)現(xiàn)風(fēng)化帶區(qū)域和剖面上數(shù)據(jù)指標(biāo)的可查詢、分析和統(tǒng)計(jì)性，從而更好的為城市工程建設(shè)和城市地質(zhì)防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)。

[1] 焦守林,蔣麗麗.用點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)測定巖石抗壓強(qiáng)度[J].山東煤炭科技,2011(2):91-92.

[2]李元輝,趙興東,趙有國,等.不同條件下花崗巖中聲波傳播速度的規(guī)律[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,27(9):1030-1032.

[3]藍(lán)瓊,吳飛,蒙勝武.重型動力觸探試驗(yàn)在廣東花崗巖地區(qū)的應(yīng)用[J].人民珠江,2002(4):19-20.

[4]中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.JTG D63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]//北京:人民交通出版社,2007.

ApplicationsofGraniticRocksWeatheredwithDepthCharacteristicsinBuildingFoundationDesign

WU Fagen,WU Yu

(Guangdong Keyi-Xintai Construction Engineering Co.,Ltd.,523112,Dongguan,Guangdong,PRC)

By analyzing the calculation and analysis of pile foundation in a project,combined with the depth of granitic rocks weathering belt elevation contour,to provides reference for the design of the proposed building foundation.

granitic rocks weathering belt;depth of character;elevation contour;building foundation

2014-04-07;

2014-05-09

吳發(fā)根(1987-)，男，碩士，工程師，主要從事基坑工程支護(hù)研究與實(shí)踐。

1001-3679(2014)03-0349-04

TU93

A