國外某高孔隙比地基土工程特性研究

張曉健

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

國外某高孔隙比地基土工程特性研究

張曉健

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

國外某電廠分布有高孔隙比、高壓縮性粘性土，這類粘土雖然承載力較高，但在承受建筑物荷載時會產生較大壓縮變形，從而影響上部結構穩定性。本文通過對該工程地基土的巖土工程勘測研究分析，得出該高孔隙比粘土的巖土工程特性，雖其承載性能較好，但不能作為沉降敏感建筑物的天然淺基持力層。本文研究結論可以為該地區進行其它工程建設提供參考。

孔隙比；壓縮性；變形；工程勘測 。

赤道幾內亞首都馬拉博經濟條件落后，基礎建設匱乏，當地建筑物很少開展巖土工程勘察工作，對區內的地基土工程特性認識也不足，工程建設多憑經驗進行，因此往往存在較大的工程隱患。

本文從對該地區某發電廠工程項目的巖土工程勘測出發，揭示了該區地下覆蓋層存在高孔隙比、高含水率以及高壓縮性的粘性土，此類粘性土在承受荷載時，土體中的孔隙會被壓縮，從而易產生較大壓縮變形，不能滿足某些沉降敏感建筑物的變形要求。本文通過對其物理力學性質的分析，并從地基承載力和變形兩方面開展工作，得出此類土體不能作為沉降敏感建筑物的天然淺基持力層，同時為本項目提供了適宜的地基承載力建議值以及基礎型式，也為今后本地區開展類似工作提供參考，積累工程經驗。

1 工程概況

該工程廠址位于赤道幾內亞共和國比奧科島之西北部，馬拉博Santa Isabel(圣伊莎貝爾)國際機場以北約0.7km，廠區北側及東側為馬拉博現有一級公路，與市區相距僅3km左右，交通條件便利。本期工程新建3臺燃氣機組，單機容量為42MW，是滿足馬拉博城市供電需求的一項重要工程。

2 廠址環境及地質條件

圖1 廠區典型工程地質剖面圖

圖1中，②－1層、④層分別為坡洪積粘土和含碎石粘土，⑤層、⑥－2層為坡殘積碎石和粘土，⑨層為海相沉積粘土，⑩－1層為強風化玄武巖。其中，②－1層、④層為廠區上部主要地基土層，在現場鉆探過程中取了一定數量的土樣進行室內土工試驗，其主要物理力學性質指標統計結果見表1。

表1 地基土物理力學指標統計值

由表1中可以看出，雖然上部兩層地基土在狀態上均為可塑狀態，且力學指標也相對較好，但是由于其孔隙比非常大，均大于1，屬于高孔隙比地基土，且壓縮性也均為中等，在地基土承受上部荷載時，土中的孔隙會收到較大壓縮，從而產生較大的變形。而⑤層碎石雖然地基承載力較高，但其下分布較厚的高孔隙比可壓縮層(⑥－2層、⑨層)，因此在選擇基礎持力層時需要引起設計的足夠重視。以下將從地基承載力和變形兩方面對其巖土工程特性進行分析，從而為最終選擇基礎型式提供依據。

3 地基土巖土工程特性分析

受各種因素及歷史條件制約，該區建筑物很少開展巖土工程勘測工作，當地的一般建筑物均采用天然地基。但是對于發電廠來說，主要建筑物對基礎沉降十分敏感。在廠區附近有一座已建成的升壓站，根據現場調查，當初未進行巖土工程勘測工作，目前局部墻體已經出現裂縫，初步分析是由于沉降不均勻所造成。本文將對該地段可能作為天然地基的②－1層和④層進行分析研究，為便于敘述，以②－1層為例進行地基承載力和變形分析。

3.1 天然地基承載力分析

如前所述，當建筑物采用一般淺基礎型式，作為本區天然地基可選用的基礎持力層主要為②－1層粘土和④層含碎石粘土。通過室內土工試驗成果，分別采用《建筑地基基礎設計規范》(GB50007－2011)中的理論公式和Terzaghi(太沙基)極限承載力公式及原位測試(標準貫入試驗)結果，依據相關經驗，對這兩層地基巖土進行地基承載力估算，最終提供較為合適的地基承載力特征值。

3.1.1 理論計算

假定基礎為無限延長的條形基礎，埋深分別為1.0m、2.0m、3.0m，基礎寬度3.0m，并且認為地基土有一定的塑性區開展，根據《建筑地基基礎設計規范》(GB50007－2011)，可求得地基土的承載力特征值為：

式中：fv為由土的抗剪強度確定的地基土承載力特征值(kPa)；γ為基礎底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度(kN/m3)；γm為基底以上土的加權平均重度；d為基底埋深(m)；b為基礎寬度(m)；ck為土的粘聚力(kPa)；Mb、Md、Mc無量綱承載力系數，可根據內摩擦角計算或查表得出。利用表1中的數據可得其承載力系數分別為Mb=0.61，Md=3.44，Mc=6.04，將其值代入式(1)可得②－1層的地基承載力特征值為：

至此，通過對已完成項目進行位置數據網格化處理與K-Means聚類算法分析，得到影響任務定價規律的Ri(任務i與其所屬區域中心點的距離)、qi(任務數量)、Qi(會員數量)、 (會員平均完成能力)四大因子，建立起定價規律影響的概念模型:

3.1.2 太沙基極限承載力公式

Terzaghi于1943年提出粘性土的極限承載力滿足如下關系式：

式中：Nc，Nd，Nb為承載力系數，可查表得出。

對于松軟土質，地基破壞是局部剪切破壞，沉降較大，其極限荷載較小。太沙基建議采用較少的φ′，C′值代入公式計算極限荷載，即得：

根據②－1層參數同樣可得承載力系數為Nc=10.98，Nd=3.94，Nb=2.65。將其代入式(2)可得地基土的極限承載力分別為：

3.1.3 標準貫入試驗確定地基承載力

國內外經過研究得出了標準貫入試驗擊數與粘性土地基承載力之間的關系。Terzaghi認為對于條形基礎，粘性土地基承載力特征值與標準貫入試驗擊數之間存在如下關系：fk=12N，(式中N為標準貫入試驗擊數)

根據現場該土層標準貫入試驗擊數統計值為13擊，計算可得②－1層地基土的承載力特征值為：fk=12×13=156kPa。

綜合以上分析，并考慮各種影響及安全因素，結合本地區相關工程經驗，最終勘測報告提供②－1層地基土的承載力特征值建議值為130kPa。

3.2 天然地基變形分析

假定條形基礎位于②－1層內，基礎埋深d＝3.0m，基礎長寬比l/b＝5，②－1層平均厚度為5.0m。由于場區普遍存在中密～密實碎石層(圖1中的⑤層)，該層壓縮變形小，壓縮模量大，根據規范可將該層深度視作壓縮變形計算深度，本次勘探結果表明該深度約為10.0m。

根據《建筑地基基礎設計規范》(GB50007－2011)中5.3.5可知，地基土的最終變形量可按下式計算：

式中：s為地基最終變形量(mm)；ψs為沉降計算經驗系數；n為計算深度內劃分的土層數；P0為基礎底面附加壓力(kPa)；Esi為基礎底面以下第i層土的壓縮模量(MPa)；zi，zi－1為基礎底面至第i層土、第i－1層土底面的距離m；i，i－1為平均附加應力系數，可按規范查表求得。

為方便計算，本次假定基礎底面附加壓力為100kPa，土層數n=2 (②－1層及④層)，查表得基礎中心點下2.0m和7.0m(壓縮層底部距基礎底面距離)處地基土的平均附加應力系數分別為α1=0.896，α2=0.552，分別將Es1=5.8MPa，Es2=5.5MPa代入公式(3)，取經驗系數ψs=1.12，可得地基土的最終沉降量s=77mm。

由此可以看出，該層在承受上部荷載時，產生的沉降量較大，當基底壓力僅為100kPa時，沉降量已達近80mm。

4 基礎型式推薦

由上述計算可知，對于②－1層，雖然其地基承載力特征值較高，滿足一般情況下建筑物地基承載力的要求，但由于其具有高孔隙比、中等偏高壓縮性等性質，在承受上部荷載時，土體產生的壓縮變形也較大，而上述的計算結果也驗證了這一結論，對于發電廠這一類對沉降敏感的建筑物來說，無疑不能滿足要求。因此巖土工程勘測報告中最終提出了“對于荷載較大或變形要求較高的建筑物，不能采用②－1層及④層作為天然地基持力層”的結論，從而對主要建筑物以及對沉降敏感的附屬建筑物，最終都推薦采用了樁基礎。

該工程項目已于2011年竣工，到目前為止已安全運行兩年，尚未出現因地基土原因而造成的不利影響。而該電廠附近的一個升壓站，因工程建設中沒有做詳細巖土工程勘測，建筑物墻體已出現裂縫，說明本文的研究結論正確，地基基礎型式推薦合理。

5 結論

本地區以往工程建設時建筑物很少開展巖土工程勘察工作，對區內地基土的工程特性認識不足。本文通過對該地區某發電廠工程的巖土工程勘察，得出如下結論：

(1) 該區存在高孔隙比、高含水率以及中等偏高壓縮性地基土，此類土體在承受上部荷載時，孔隙會被壓縮，土中所含水體會被排出，產生較大變形；

(2) 通過多種計算方法，得出本區典型地層較為合理的地基承載力特征值，且當以②－1層作為天然淺基礎持力層時，發電廠建筑物的基礎沉降量較大，不能滿足建筑物對變形的要求；

(3) 綜合以上計算結果以及工程經驗，推薦發電廠主要建筑物以及沉降敏感的附屬建筑物基礎型式采用樁基。從竣工后的效果以及和當地已有建筑物對比，結論較為合理；

(4) 本次勘察的成果可以為該地區今后開展類似工作提供參考。

[1]GB50007－2011，建筑地基基礎設計規范[S]．

[2]高大釗．土力學與基礎工程[M]．北京：中國建筑工業出版社，1998．

[3]編寫組．工程地質手冊(第四版)[K]．北京：中國建筑工業出版社，2007．

Research on Civil Engineering Characteristic of High Hole Ratio Foundation in Overseas

ZHANG Xiao-jian
(Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

The clay with high void ratio is founded in the site, although its bearing capacity is good, the deformation under the building load is still large because of its high void ratio. In this paper, characteristics of such kind of clay are studied through the geotechnical investigation. The result shows that this type of clay may cause large deformation, it can not be regarded as the bearing stratum to the building which is sensible to the settlement. The conclusion in this paper can be used for references to other engineering.

void ratio; compressibility; deformation; geotechnical investigation.

P642

B

1671-9913(2014)03-0019-04

10.13500/j.cnki.11-4908/tk.2014.03.004

2013-04-18

張曉健(1979- )，男，江蘇丹陽人，高級工程師，主要從事巖土工程勘測設計工作。