基于實(shí)際工程的場(chǎng)地黏土分析與評(píng)價(jià)

梁瑜

(中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司， 湖北 武漢 430081)

0 引言

工程場(chǎng)地的地質(zhì)條件是工程安全的基礎(chǔ)。部分學(xué)者針對(duì)場(chǎng)地條件，已開(kāi)展了一系列巖土分析與評(píng)價(jià)，取得了一定的有用成果。涂春霖等(2021)針對(duì)粉質(zhì)黏土進(jìn)行了物理力學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)根據(jù)粉質(zhì)黏土液性指數(shù)IL可以估算力學(xué)指標(biāo)的大小；呂超(2020)針對(duì)廣西桂平航運(yùn)樞紐含有機(jī)質(zhì)黏土的工程地質(zhì)問(wèn)題，提出了改良方法，并對(duì)不同的改良方法進(jìn)行了比較，目前也存在CFG樁對(duì)地基進(jìn)行處理的方法(劉君和侯學(xué)周，2021)。針對(duì)黏土的力學(xué)性能及地基承載力，許多學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究(肖澤忠等，2018；李露等，2021；宋國(guó)文和李大華，2021；李吳剛等，2022)。同時(shí)對(duì)黏土的物理性質(zhì)及其相應(yīng)地基評(píng)價(jià)也有較多研究(畢志剛等，2021；王克穎，2021；王葉嬌等，2021；薛圣澤等，2021)。葉旺和朱伯紹(2006)根據(jù)大量野外調(diào)查及室內(nèi)試驗(yàn)資料，論證了湛江組雜色黏土有異于一般黏土，其具有微弱—中等脹縮性；陳書榮(2006)通過(guò)對(duì)湛江地區(qū)灰色黏土的各種物理力學(xué)指標(biāo)的分析，闡述了灰色黏土具有獨(dú)特的工程性能；張先偉等(2011)對(duì)湛江黏土的物理力學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性和變異性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立了重要指標(biāo)之間的經(jīng)驗(yàn)公式，得出一些結(jié)論，并指出各指標(biāo)的相關(guān)性與其他地區(qū)存在明顯差異，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)不能照搬其他地區(qū)的已有計(jì)算模型；姚珩珩等(2001)認(rèn)為?？诘貐^(qū)普遍存在一層第四系下更新統(tǒng)灰色黏土層，此層黏土具有一定厚度和強(qiáng)度(常作為一般工業(yè)與民用建筑的主要持力層)。從土工試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)角度，對(duì)其工程地質(zhì)特性作了初步分析。王軍(2002)認(rèn)為結(jié)構(gòu)性的強(qiáng)弱可用結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力比來(lái)表征，統(tǒng)計(jì)分析了我國(guó)很多的軟黏土的地質(zhì)資料發(fā)現(xiàn)，一般土體的結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力比在1.1～2.5左右，但是湛江黏土達(dá)到了10。以上研究表明，黏土具有很強(qiáng)的地域特性，不同地區(qū)的黏土具有不同的性質(zhì)，同時(shí)大部分研究是基于實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的研究。然而，目前基于不同場(chǎng)地的研究并未對(duì)不同深度取樣的黏土展開(kāi)分析，同時(shí)針對(duì)本文工程背景的粉質(zhì)黏土性能還尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究。

本文基于實(shí)際工程，對(duì)以粉質(zhì)黏土為主的“武漢中央文化區(qū)K2地塊首開(kāi)區(qū)”項(xiàng)目場(chǎng)地進(jìn)行了地質(zhì)勘探，并對(duì)不同深度的粉質(zhì)黏土進(jìn)行了土工試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地質(zhì)勘探分析及場(chǎng)地黏土分析與評(píng)價(jià)。

1 工程概況和工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

武漢萬(wàn)達(dá)東湖置業(yè)有限公司“武漢中央文化區(qū)K2地塊首開(kāi)區(qū)”項(xiàng)目位于中北路東南側(cè)，湖北旅游局背后空地，平面位置如圖1所示。本項(xiàng)目首開(kāi)區(qū)主要由1#住宅60F，高199.80 m；2#住宅60F，高199.80 m住宅樓；2F獨(dú)立商業(yè)及周邊地下3層地下室(車庫(kù))組成，擬建建筑物的結(jié)構(gòu)特征如表1所示。

圖1 項(xiàng)目平面位置示意圖

1.2 工程地質(zhì)條件

2 場(chǎng)地巖土工程分析與評(píng)價(jià)

2.1 不良地質(zhì)和特殊性巖土

擬建場(chǎng)地范圍內(nèi)無(wú)全新活動(dòng)斷裂通過(guò)，但本次勘察鉆探發(fā)現(xiàn)深厚層中風(fēng)化泥巖基巖破碎帶，巖芯明顯具有構(gòu)造破碎再成巖的特點(diǎn)，且該破碎帶水平分布較廣，局部起伏較大。因此，必要時(shí)建議采用施工勘察控制樁基礎(chǔ)樁端持力層。

本文針對(duì)粉質(zhì)黏土進(jìn)行了7組土工試驗(yàn)工作(表3)，可以得出，壓縮系數(shù)、壓縮模型、粘聚力和內(nèi)摩擦角的均值分別為0.16 MPa-1、11.2 MPa、47.7 KPa 和14.9°，其中自由膨脹率(δef)的最小值和最大值分別為26%和55%，δef的均值為36.6%<40%。其中各指標(biāo)隨取樣深度的變化趨勢(shì)如圖2所示，從中可以看出，當(dāng)取樣深度為9 m時(shí)，壓縮模量、粘聚力和內(nèi)摩擦角最大，分別為16.5 MPa、67 KPa 和15.9°(圖2b～d)。武漢地區(qū)的老黏土一般具有弱膨脹潛勢(shì)，蜂窩狀零星分布為主，并且膨脹土具有遇水軟化、力學(xué)強(qiáng)度降低的特性。從中也可以清晰的看出(圖2e)，自由膨脹率較大的土層埋置深度大，然而場(chǎng)地內(nèi)該層土一般埋深較大，處于大氣急劇影響深度范圍以下，且上部建筑自重荷載較大，老黏土的膨脹性對(duì)建筑影響有限。后期建設(shè)存在基坑開(kāi)挖和基礎(chǔ)回填的情況，本文建議建筑四周設(shè)置散水，保證良好排水條件，避免積水。建筑周邊各類排水設(shè)施應(yīng)采取防滲處理。同時(shí)基礎(chǔ)施工和基槽回填時(shí)應(yīng)做好該層的防、排水工作。

表1 項(xiàng)目擬建建筑的結(jié)構(gòu)特征統(tǒng)計(jì)表

表2 巖土層的分布狀況統(tǒng)計(jì)表

圖2 各指標(biāo)隨取樣深度的變化趨勢(shì)a—壓縮模量隨取樣深度的變化規(guī)律；b—壓縮系數(shù)隨取樣深度的變化規(guī)律；c—內(nèi)摩擦角隨取樣深度的變化規(guī)律；d—粘聚力隨取樣深度的變化規(guī)律；e—自由膨脹率隨取樣深度的變化規(guī)律

表3 粉質(zhì)黏土土工試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2.2 場(chǎng)地的穩(wěn)定性及建筑適宜性評(píng)價(jià)

根據(jù)《城鄉(xiāng)規(guī)劃工程地質(zhì)勘察規(guī)范CJJ 57—2012》(中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2013)從有無(wú)活動(dòng)斷裂、抗震地段劃分、不良地質(zhì)作用的發(fā)育程度三個(gè)方面進(jìn)行判別。擬建場(chǎng)地內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)類似斷層構(gòu)造，也沒(méi)有出現(xiàn)新構(gòu)造的運(yùn)動(dòng)痕跡和主要的連續(xù)地層；根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造資料，武漢地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)緩慢下降的性質(zhì)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)升降幅度不大，處于一個(gè)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定的地帶。因此，場(chǎng)地整體可視為基本穩(wěn)定場(chǎng)地。

根據(jù)《城鄉(xiāng)規(guī)劃工程地質(zhì)勘察規(guī)范CJJ 57—2012》(中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2013)，場(chǎng)地整體為基本穩(wěn)定場(chǎng)地，地形具有一定起伏，巖土種類較多，地下水對(duì)工程影響較小。因此，場(chǎng)地的整體適宜性定性分級(jí)為較適宜。鑒于基巖破碎帶發(fā)育，且局部起伏較大，本文建議必要時(shí)采用施工勘察控制樁基礎(chǔ)的樁端持力層。

2.3 地基土(巖)工程特性分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范DB42/242—2003》(湖北省建設(shè)廳和湖北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2003)和試驗(yàn)研究，本文給出了土層承載力特征值fak值以及壓縮模量Es(1-2)值的建議取值，如表4所示，其中圖3給出了更直觀的表示。

根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，對(duì)所研究場(chǎng)地的地質(zhì)條件進(jìn)行地基土(巖)層特征分析，其結(jié)果如下：

(1)雜填土(Qml)：場(chǎng)地內(nèi)填土基本分布于基礎(chǔ)底面以上，工程建設(shè)過(guò)程中將挖除外運(yùn)，故在此不再贅述。

表4 壓縮模量和地基土承載力的建議值統(tǒng)計(jì)表

圖3 不同試驗(yàn)值與建議值的三維關(guān)系圖a—地基土承載力；b—壓縮模量

(7)強(qiáng)風(fēng)化泥巖(S2f)：該層屬極破碎巖體，為極軟巖。場(chǎng)地內(nèi)廣泛分布，埋深較大，該層力學(xué)性質(zhì)較好，屬于穩(wěn)定地基，可以作為建筑物的樁基礎(chǔ)持力層，但應(yīng)注意其可壓縮性對(duì)基礎(chǔ)沉降的影響。

(8)中風(fēng)化泥巖(S2f)：該層場(chǎng)地內(nèi)廣泛分布，厚度大，承載力高，視為不可壓縮，屬于穩(wěn)定地基，可以作為建筑物的樁基礎(chǔ)持力層。

(9)中風(fēng)化泥巖破碎帶(S2f)：該層碎塊狀或碎片土為主，手捏易碎，局部短柱狀，夾中風(fēng)化碎塊等，屬極破碎巖體，極軟巖。具低壓縮性，場(chǎng)地內(nèi)分布不均，該層力學(xué)性質(zhì)較好，屬于穩(wěn)定地基，可以作為建筑物的樁基礎(chǔ)持力層，但應(yīng)注意其可壓縮性對(duì)基礎(chǔ)沉降的影響。

(10)中風(fēng)化粉砂巖(S2f)：青灰色—灰白色，巖芯中夾方解石脈，強(qiáng)度高于泥巖，離散分布于泥巖層中。視為不可壓縮，屬于穩(wěn)定地基，可以作為建筑物的樁基礎(chǔ)持力層。

3 結(jié)論

(1)自由膨脹率較大的土層埋置深度大，然而場(chǎng)地內(nèi)該層土一般埋深較大，處于大氣急劇影響深度范圍以下，且上部建筑自重荷載較大，老黏土的膨脹性對(duì)建筑影響有限。后期建設(shè)存在基坑開(kāi)挖和基礎(chǔ)回填的情況，建筑四周應(yīng)保證良好排水條件，避免積水，同時(shí)建筑周邊各類排水設(shè)施應(yīng)采取防滲處理。

(2)結(jié)合規(guī)范和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對(duì)不同深度土層給出了土層承載力特征值fak值以及壓縮模量Es1-2值的建議取值。

(3)根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，對(duì)所研究場(chǎng)地的地質(zhì)條件進(jìn)行地基土(巖)層特征分析，并根據(jù)土層成分、均勻性、分布范圍及壓縮性等性質(zhì)，定性分析了不同土層的力學(xué)性能，可為實(shí)際工程提供借鑒意義。