福建上杭地區泥質粉砂巖風化殼的工程性質探討

傅洪金

【其 他】

福建上杭地區泥質粉砂巖風化殼的工程性質探討

傅洪金

(福建省交通規劃設計院，福建 福州 350004)

在收集、分析上杭地區白堊系沙縣組(K2s)泥質粉砂巖分布區有關巖土工程勘察、設計、施工資料的基礎上，分析、研究了泥質粉砂巖殘積土和全風化巖層的工程性質，建立了泥質粉砂巖殘積土和全風化巖層的變形模量(E0)與標準貫入試驗擊數(N)的經驗公式，為類似巖層分布區的工程建設提供借鑒。

泥質粉砂巖；殘積土；全風化巖；工程性質；地基承載力

福建省上杭縣城及其周邊廣泛分布有白堊系沙縣組(K2s)泥質粉砂巖，為薄層狀軟質巖。因該巖層為軟質巖，天然單軸抗壓強度＜15MPa(一般為5～10MPa)，其上部的全風化巖層及其殘積土層的地基強度也較低。為此，筆者根據多年來在上杭地區的工程實踐，對該巖層上部風化殼的工程性質進行分析與探討，以供同行們商榷與借鑒。

1 風化殼的基本特征

上杭縣城一帶的白堊系沙縣組(K2s)泥質粉砂巖，區域上位于北西向的碧田—安鄉斷陷帶內，呈北西向展布，東、西兩側分別受北西向的石砌下—水西渡—李家坪斷裂帶和石門障—都康斷裂帶(亦稱梯子嶺斷裂帶)控制。該巖層分布范圍為：北至澗頭壩—肖子塘一帶，東至七峰山—水西渡一帶，西至翁興壩—梯子嶺，南至店下—章金一帶。

為了方便分析和研究，根據規范GB50021-2001 (2009版)附表A.0.3，該巖層上部風化殼通常自上而下劃分為殘積土、全風化層、強風化層和中—微風化層。其中殘積土、全風化層為已完全風化成土狀結構的風化層，標準貫入擊數≤30擊的為殘積土，層理模糊；標準貫入擊數＞30擊的為全風化巖層，原巖層理明顯，結構較為清晰。強風化層為破碎而松軟的巖層，強風化層中的小巖塊大多用手可以掰斷；因該巖層巖質軟，下部中—微風化層則不再細分。

本文探討的主要對象是上部已完全風化成土狀結構的殘積土和全風化巖層。

2 殘積土主要物理力學指標

根據以往工程的勘察成果[1-4]，上杭地區泥質粉砂巖殘積土工程特性表現為粘土，具有高液限和高塑性特征，各項主要物理力學指標統計成果如下頁表所示。

從表中可看出，與福建沿海花崗巖殘積土相比，泥質粉砂巖殘積土各項物理力學指標的離散性小，含水量w、孔隙比e 較小，而壓縮模量和抗剪強度也不比花崗巖殘積土小。所以，泥質粉砂巖殘積土應當具有較高的地基強度，這一點已由當地工程實踐所證明。勘察成果[1-2]顯示，上述工程的泥質粉砂巖殘積土地基承載力特征值均＞200kPa。但由于該土層具有高液限和高塑性的特征，泡水易軟化，脫水則易干裂，導致邊坡上該土層受雨水、日曬影響，極易發生剝落破壞。

泥質粉砂巖殘積土主要物理力學指標

3 殘積土、全風化巖層的地基強度和變形特性

根據地基土載荷試驗成果(見圖1、圖2)[1,4]，泥質粉砂巖殘積土、全風化巖層的p -s 曲線前半段基本上均為近似直線，s-lgt 曲線尾部均未出現明顯向下彎曲，試驗成果取比例界限荷載作為試驗點的地基承載力特征值fak。其中泥質粉砂巖殘積土fak達220kPa，變形模量E0達19.0MPa，基床系數達9.7×104kN/ m3；全風化泥質粉砂巖fak達365kPa，變形模量E0達51.4MPa，基床系數達13.3×104kN/m3。

圖1 泥質粉砂巖殘積土載荷試驗曲線

圖2 全風化泥質粉砂巖載荷試驗曲線

因載荷試驗點數偏少，尚無法建立地基承載力特征值與標準貫入試驗擊數的關系。據載荷試驗點的變形模量E0和該試驗點下3倍載荷板寬度的深度范圍內標準貫入試驗擊數N (N為實測標準貫入試驗擊數，未經桿長修正)的關系，對E0-N進行線性擬合處理(見圖3)，獲得E0-N關系式為：E0＝1.23N?？紤]試驗點數偏少，建議取E0＝1.2N。

圖3 E0-N 擬合直線圖

4 工程實例

“上杭登凱財富”工程[1]由2棟地上20層、地下1層的主樓和1棟地上6層的多層建筑組成，框架結構?；滋幠噘|粉砂巖殘積土基本裸露，但因臨近無高層建筑采用淺基礎的先例，該工程原計劃采用樁基礎，以中風化泥質粉砂巖為樁端持力層。經載荷試驗進行地基土承載力和變形特征復核后，高層建筑采用片筏基礎，多層建筑采用柱下獨立基礎，均以泥質粉砂巖殘積土為地基持力層，現已建成使用，最終沉降量小于15.0mm。地基基礎方案改變后，工程造價減少約280萬元左右。

“上杭縣交警大樓”工程[3]為一地上19層、地下1層的高層建筑，框架結構，最大單柱荷載達6500kN?；滋幘鶠槿L化泥質粉砂巖，但當時上杭地區沒有高層建筑采用以全、強風化泥質粉砂巖為地基持力層的淺基方案的先例，故該工程原計劃采用樁基礎，以中風化泥質粉砂巖為樁端持力層。后經過勘察、設計、建設單位多次探討后，采用片筏基礎，以全風化泥質粉砂巖為地基持力層，現已建成使用近5年，最終沉降量8.5～11.0mm。地基基礎方案變更后，工程造價減少約120萬元左右。

“上杭登凱豪廷”工程[4]為4棟地上20～21層、地下3層的高層建筑群，框剪結構，原計劃采用樁基礎、以中風化泥質粉砂巖為樁端持力層。經載荷試驗進行地基土承載力和變形特征復核后，采用片筏基礎，以全風化泥質粉砂巖為地基持力層，現已建成使用近4年，最終沉降量9.0～13.0mm。地基基礎方案改變后，工程造價減少約330萬元左右。

5 結論與建議

(1) 由于泥質粉砂巖顆粒較細，泥質粉砂巖殘積土和全風化泥質粉砂巖在外觀上均表現為粘土，但全風化泥質粉砂巖原巖層理較為清晰。

(2) 泥質粉砂巖殘積土和全風化泥質粉砂巖具有較高的地基強度，可以作為地基持力層。

(3) 由于泥質粉砂巖殘積土、全風化泥質粉砂巖表現為高液限、高塑性的粘土，具有泡水易軟化、脫水則易干裂的特征，導致邊坡上該土層受雨水、日曬影響，極易發生剝落破壞。

(4) 根據載荷試驗和標準貫入試驗成果，泥質粉砂巖殘積土、全風化泥質粉砂巖的變形模量與標準貫入試驗擊數呈近似直線關系，可取E0＝1.2N。

(5) 本文總結了上杭地區泥質粉砂巖殘積土和全風化巖層的工程性質特征，可應用于其他地區類似巖層(如粘土巖、粉砂巖、泥質粉砂巖等)殘積土和全風化巖層的巖土工程性質研究與工程建設。

[1]核工業華南工程勘察院.上杭登凱財富巖土工程勘察報告[R].2010.

[2]核工業華南工程勘察院.上杭紫金學院巖土工程勘察報告[R].2009.

[3]核工業華南工程勘察院.上杭縣交警綜合樓巖土工程勘察報告[R].2006年.

[4]核工業華南工程勘察院.上杭登凱豪廷巖土工程勘察報告[R].2006年.

[5]中華人民共和國建設部.GB50021-2001巖土工程勘察規范(2009版)[S].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[6]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50007-2011建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[7]福建省建設廳.DBJ13-84-2006巖土工程勘察規范[S].福州：福建科學技術出版社，2006.

[8]福建省建設廳.DBJ13-07-2006建筑地基基礎技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2006.

Engineering Characteristics of Weathered Crust of Argillaceous Siltstone in Shanghang Region, Fujian Province

FU Hong-jin
(Fujian Communications Planning and Design Institute, Fuzhou 350004, China)

The materials on geotechnical engineering investigation, design and construction of argillaceous siltstone area in Sha county group of Cretaceous age at Shanghang region, were collected and analyzed. The engineering characteristics of residual soil and fully weathered rock of argillaceous siltstone were studied. Then, the empirical equations between deformation modulus (E0) and standard penetration test number (N) were presented. The study results serve as a reference for engineering construction of similar rock distribution area.

argillaceous siltstone; residual soil; fully weathered rock; engineering characteristics; bearing capacity of foundation soil

TU470；P588.212

A

1007-9386(2014)06-0051-02

2014-11-14