貴州山區(qū)河谷復(fù)雜地基基礎(chǔ)選型的探討

詹京奎

貴州山區(qū)河谷復(fù)雜地基基礎(chǔ)選型的探討

詹京奎

（貴州省地礦局一〇四地質(zhì)大隊(duì)，貴州 都勻 558000）

工程地質(zhì)條件對建筑地基基礎(chǔ)選擇影響較大，復(fù)雜地基的基礎(chǔ)選型關(guān)乎建筑安全性和經(jīng)濟(jì)性，合理的基礎(chǔ)形式在保證建筑安全的前提下，可極大縮減成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯。結(jié)合貴州都勻地區(qū)工程案例，通過多種勘察手段，查明都勻山區(qū)河谷地基的巖土層特性、地層分布特征，選擇合理經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)形式，對該類型地基的基礎(chǔ)選型具有較高參考價值。

山區(qū)河谷地基；復(fù)雜地基；基礎(chǔ)選型

貴州省是中國西南地區(qū)的一個省份，位于云貴高原東部，由于水文地質(zhì)作用，都勻市獨(dú)有的山區(qū)河谷地基，研究都勻山區(qū)復(fù)雜河谷地基，對都勻地區(qū)工程建設(shè)很有實(shí)用價值。

1 地質(zhì)背景

劍江河南北向貫穿都勻市區(qū)，并在都勻沿河發(fā)育河谷階地地貌，山區(qū)地基階地較為狹長，階地兩側(cè)與山地過渡連接，兩側(cè)山地基巖地層主要為二疊系茅口組之灰?guī)r、三疊系之泥巖及二疊系吳家坪組之泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖[1]三套地層，河谷階地新近沉積分布第四系河流沖洪積層（卵石、粉質(zhì)黏土等），而硅質(zhì)巖夾泥巖主要分布于劍江河Ⅰ級階地上，屬于該河流的基座巖性。

2 工程概況

2.1 建筑物特征

本工程建筑設(shè)計采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，塔樓地上2+15 F，裙樓地上2 F，通設(shè)地下室一層，地下室層高3.60 m；建筑總高度55.00 m，單柱最大軸力17 000 kN，一般10 000 kN，抗震設(shè)防類別為丙類的二級建筑。

2.2 地質(zhì)條件

項(xiàng)目建設(shè)場地地處都勻劍江河Ⅰ級階地上，距劍江河約600 m，屬河流侵蝕堆積洪積Ⅰ級階地地貌。場區(qū)東面的劍江河水常水位為757.00 m，場區(qū)洪水位達(dá)764.00 m左右，場地地下水水位埋深6.00～6.50 m（標(biāo)高758.20～759.70 m），主要賦存在卵石層孔隙中和下伏基巖節(jié)理裂隙中，滲透系數(shù)為4.32 m/d，場地地基內(nèi)無活動斷裂通過，地基內(nèi)巖土為泥質(zhì)頁巖夾薄層硅質(zhì)巖，無不良地質(zhì)作用。

2.3 地層巖性及分布特征

場地范圍內(nèi)上有覆蓋土層為Q4雜填土和河流沖洪積層（粉細(xì)砂層、卵石層），地基內(nèi)下伏基巖為二疊系上統(tǒng)吳家坪組（P2w）灰黃、褐黃色薄層狀泥質(zhì)頁巖夾薄層狀硅質(zhì)巖，呈不等厚互層。該項(xiàng)目南北向長228.80 m，地基下臥層橫向厚度分布不均勻。

2.4 地基條件及基礎(chǔ)選擇分析

本工程地下室底板以下巖土層為卵石層及強(qiáng)風(fēng)化基巖層，無軟弱下臥層，設(shè)計地上17層，單柱最大荷載約17 000 kN，對地基承載力要求較高，雜填土及粉細(xì)砂層分布連續(xù)，厚度薄，結(jié)構(gòu)較松散，均勻性較差；卵石土層層面有一定的起伏，厚度較大，性質(zhì)變化不大，下伏地層為強(qiáng)風(fēng)化基巖，承載力較高，無軟弱下臥層，地基均勻性較好；強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖分布連續(xù)、穩(wěn)定，厚度大（未揭穿），地基均勻性較好；卵石土層和強(qiáng)風(fēng)化基巖層均勻性較好，力學(xué)強(qiáng)度相近，層面埋深不大，根據(jù)各棟所在場地內(nèi)卵石層厚度、強(qiáng)風(fēng)化基巖層厚度以及地下室底板標(biāo)高，可分別選擇卵石土層和強(qiáng)風(fēng)化基巖層作基礎(chǔ)持力層，可供選擇的基礎(chǔ)形式有筏基、獨(dú)立柱基、柱下條形基礎(chǔ)等。

3 基礎(chǔ)選型的研究

3.1 主要工程問題

本工程塔樓建筑總高度為55.00 m，裙樓建筑高度為11.00 m，單柱最大軸力為17 000 kN，一般軸力為10 000 kN。場地巖土層分布較多，性質(zhì)差異較大，建筑荷載較大，且存在層差，建筑沉降差異控制要求高。由于地基巖土層分布上存在差異，卵石層厚度在橫向分布上存在厚薄差異，對建筑地基持力層的選擇造成影響，本工程需解決的主要工程問題如下：

1）卵石層地基的均勻性問題，是否存在空間分布上力學(xué)性質(zhì)的差異，為基礎(chǔ)選型提供依據(jù)；2）卵石層下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖的力學(xué)性質(zhì)研究，判定是否存在軟弱下臥層，為基礎(chǔ)選型提供依據(jù)；3）局部卵石層厚度薄的地段，其下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖與相鄰卵石層的力學(xué)性質(zhì)差異，為基礎(chǔ)是否可選擇兩套持力層共用提供依據(jù)；4）下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖隨深度的變化，力學(xué)性質(zhì)是否可以得到有效提高，為基礎(chǔ)選型提供依據(jù)；

工程勘察期間解決以上問題，研究各巖土層的力學(xué)性質(zhì)、不同持力層的沉降差異，為基礎(chǔ)選型提供依據(jù)，以便確保該工程沉降安全穩(wěn)定。

3.2 勘察工作要點(diǎn)及手段

為解決存在的工程問題，通過以下勘察要點(diǎn)及手段進(jìn)行分析。為查明卵石層與強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖的力學(xué)性質(zhì)特征，采用超重型動力觸探測試、單孔聲波測試、卵石地基靜載荷試驗(yàn)等綜合勘察方法。

3.2.1 確定卵石土層地基承載力及變形參數(shù)

為確定卵石土層的地基承載力，卵石土層采用超重型動力觸探和靜載荷試驗(yàn)的方法[2]，靜載荷試驗(yàn)[3]采用挖機(jī)開挖試坑（6 m×6 m）完成。先采用超重型動力觸探在平面上進(jìn)行測試分析卵石的力學(xué)性質(zhì)差異特征及其力學(xué)參數(shù)，再通過靜載荷試驗(yàn)對代表點(diǎn)（試點(diǎn)1和試點(diǎn)2）進(jìn)行測試工作，通過對比代表點(diǎn)的超重型動力觸探測試結(jié)果與靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合場地平面上大量分布的超重型動力觸探測試及數(shù)理統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)，最終綜合分析確定場地范圍內(nèi)卵石層的力學(xué)參數(shù)及力學(xué)差異特征。通過大量分布的超重型動力觸探測試，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)，據(jù)超重型動力觸探標(biāo)準(zhǔn)值為6.9 擊，卵石層在水平分布上、垂直分布上力學(xué)性質(zhì)整體性差異不大，地層均勻性較好，根據(jù)原位測試結(jié)果分析得r=22.5 kN/m3，E0=35 MPa，fak=550 kPa；按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》對數(shù)據(jù)處理靜載荷試驗(yàn)結(jié)果得ak=600 kPa，0=71.6 MPa，進(jìn)一步驗(yàn)證卵石層的力學(xué)性質(zhì)；載荷試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，2個試點(diǎn)的載荷試驗(yàn)結(jié)果差異不大，從安全性角度考慮[4]卵石層力學(xué)參數(shù)為fak=550 kPa，0=36 MPa。

圖1 卵石層載荷試驗(yàn)曲線圖

3.2.2 強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖層深部承載力較淺部是否有效提高

通過采取現(xiàn)場聲波測試及平板載荷試驗(yàn)手段，分析強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖層的淺部及深部力學(xué)參數(shù)變化特征。載荷試驗(yàn)采用現(xiàn)場開挖載荷試驗(yàn)井（直徑1.5 m，含試點(diǎn)3和試點(diǎn)4）及試坑（6 m×6 m，含試點(diǎn)5和試點(diǎn)6），得到淺部和深部載荷試驗(yàn)結(jié)果分別如圖2和圖3所示。

依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》對結(jié)果分析處理，得到淺部及深部強(qiáng)風(fēng)化基巖的力學(xué)參數(shù)，淺部載荷試驗(yàn)結(jié)果：ak=600 kPa，0=24.36 MPa；深部載荷試驗(yàn)結(jié)果：ak=733 kPa，0=46.64 MPa。試驗(yàn)結(jié)果顯示場地強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖層地基承載力隨深度增加無明顯驟增，聲波測試顯示，該層巖體破碎，淺部及深部無明顯差異變化，巖體風(fēng)化程度無明顯減弱，鉆探控制深度范圍內(nèi)巖芯完整程度也無明顯變化，表明場地硅質(zhì)巖夾泥巖層巖體在風(fēng)化程度、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、完整程度、地基承載力隨深度增加無明顯提高。從如圖2和圖3可知：2個試點(diǎn)的載荷試驗(yàn)結(jié)果差異不大，從工程安全性及經(jīng)濟(jì)性考慮確定強(qiáng)風(fēng)化基巖層力學(xué)參數(shù)：ak=600 kPa，0=40 MPa。

圖2 淺部載荷試驗(yàn)曲線

圖3 深部載荷試驗(yàn)曲線

3.3 基礎(chǔ)選型分析

通過兩組載荷試驗(yàn)結(jié)果分析，強(qiáng)風(fēng)化基巖淺部地基承載力ak=600 kPa，0=24.36 MPa，深部地基承載力ak= 733 kPa，0=46.64 MPa。兩者地基承載力相差133 kPa，地基承載力隨深度增加無明顯驟增，僅變形模量由于沉積應(yīng)力環(huán)境不同，有較明顯的增強(qiáng)[5]。同時淺部強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖層承載力特征值ak=600 kPa，0=24.36 MPa屬非卵石土層的軟弱下臥層。結(jié)合工程實(shí)際綜合考慮確定強(qiáng)風(fēng)化基巖層力學(xué)參數(shù)：ak=600 kPa，0=40 MPa。

據(jù)超重型動力觸探測試及淺層平板載荷試驗(yàn)結(jié)果確定卵石層ak=550 kPa，0=36 MPa，且地基均勻性較好。卵石層與淺部強(qiáng)風(fēng)化基巖地基承載力一致，且變形模量差異不大。

據(jù)上述地基條件分析及測試結(jié)果，結(jié)合擬建工程結(jié)構(gòu)、荷載特征，場地環(huán)境地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件分析。

1）對于卵石層分布厚度較大的區(qū)域：卵石層無下臥軟弱下臥層，可作為擬建工程的地基持力層，且下伏強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖層地基承載力與卵石層差異不大，選用卵石層作為地基持力層的淺基礎(chǔ)，埋深淺，施工難度小，工期短，經(jīng)濟(jì)效益好。

2）對于卵石層缺失或厚度薄的區(qū)域：該區(qū)域卵石層無法作為地基持力層，可選強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖層做持力層。該地層淺部與深部地基承載力無明顯提高，所以選用淺部強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖層作為地基持力層，基礎(chǔ)形式選用淺基礎(chǔ)。

據(jù)上述分析，地基基礎(chǔ)方案及持力層選擇建議主樓基礎(chǔ)選用強(qiáng)風(fēng)化基巖層，裙樓選用卵石土層作持力層，采用兩套地基共用持力層，基礎(chǔ)形式采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。

擬建建筑采用兩套地層作為地基持力層，通過原位測試及載荷試驗(yàn)結(jié)果，卵石層E0=36 MPa，fak=550 kPa；強(qiáng)風(fēng)化基巖層E0=40 MPa，fak=600 kPa；兩套持力層參數(shù)差異不大，且主樓未跨越兩套持力層，沉降穩(wěn)定，在主樓及裙樓之間設(shè)置后澆帶，在主體完成，沉降穩(wěn)定后進(jìn)行澆筑即可，確保建筑整體性的沉降穩(wěn)定安全。據(jù)工程竣工沉降觀測記錄建筑總沉降量為4～12 mm，滿足設(shè)計規(guī)范要求。

4 結(jié)語

該案例通過查明卵石層、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖層分布厚度、標(biāo)高及力學(xué)參數(shù)的差異，因地制宜，分別采用卵石土及強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖共同作為持力層，根據(jù)不同樓層高度，選擇不同的基礎(chǔ)形式，滿足設(shè)計要求，既省工期，又節(jié)約成本。卵石層及強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖層廣泛分布在都勻劍江河Ⅰ級階地兩側(cè)，具有較強(qiáng)的代表性，為都勻地區(qū)類似工程提供較好的借鑒意義，具有良好的推廣價值。

[1]李鳳杰,劉殿鶴,劉琪.四川宣漢地區(qū)吳家坪組硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征及其成因探討[J].天然氣地球科學(xué),2010,21(1): 62-67.

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TU475+.4

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1673-2219（2021）05-0043-03

2021-02-26

詹京奎（1989－），男，福建寧德人，碩士，工程師，研究方向?yàn)閹r土工程技術(shù)應(yīng)用。

（責(zé)任編校：宮彥軍）