花崗巖風化帶埋深特征在建筑基礎設計中的應用

吳發根，吳 宇

(廣東科藝新泰建設工程有限公司，523112,廣東,東莞)

花崗巖風化帶埋深特征在建筑基礎設計中的應用

吳發根，吳 宇

(廣東科藝新泰建設工程有限公司，523112,廣東,東莞)

對某工程實例樁基礎計算分析，結合花崗巖風化帶埋深標高等值線圖，為擬建建筑基礎設計提供參考。

花崗巖風化帶；埋深特征；標高等值線；建筑基礎

0 引言

沿海地區常揭露有大面積的花崗質巖石。花崗巖本身屬堅硬巖石，工程力學性質良好，但在氣候、地形、地貌、生物等風化作用影響下形成的花崗巖風化帶其物理、力學性質差異很大。花崗巖風化帶不僅風化程度差異較大、各地風化層厚度不一、工程地質性質特殊，且具有工程地質及環境災害頻發等特點。巨厚的風化帶給工程設計和施工帶來了復雜的影響。

工程上對花崗巖風化帶地基承載力的認識逐漸提高，同時通過各種原位測試方法來對其進行修正，如在進行工程地質勘查時常會做一些點荷載試驗[1]、聲波試驗[2]、標貫試驗[3]等。在已知地基承載力的基礎上，本文通過計算嵌巖樁和摩擦樁容許承載力值，并結合花崗巖風化帶埋深特征，為擬建筑基礎設計提供參考。

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。根據上部軟弱土層厚度及強風化面埋深情況將擬建場地劃分為A、B兩區，建筑大致平面如圖1所示。

2 工程地質條件

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

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驗值fak=70 kPa；

②耕表土層(Qpd)：主要為粉質粘土。厚0.30～0.80 m，平均0.48 m，層底標高:16.20～20.40 m。地基承載力特征值的經驗值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，層底標高-7.00～20.50 m。地基承載力特征值建議fak=230 kPa；

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

⑥-2強風化花崗巖：巖石巖體極破碎。厚1.00～18.20 m，平均6.65 m，層底標高-25.20～13.70 m。地基承載力特征值建議fak=600 kPa；

⑥-3中風化花崗巖：巖石裂隙較發育，上部巖體破碎。厚0.40～7.00 m，平均2.42 m，層頂標高-25.20～13.70 m。地基承載力特征值建議fak=2 000 kPa，巖石單軸抗壓強標準值25 MPa；

⑥-4微風化花崗巖：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，巖石單軸抗壓強標準值35 MPa。

3 花崗巖風化帶埋深標高等值線圖

根據地質資料，描繪出場地各花崗巖風化帶頂面標高等值線圖,如圖2～圖4。

4 建筑基礎設計

4.1建筑基礎方案分析

根據花崗巖各風化帶埋深特征，結合建筑實際情況，基礎可考慮如下2種方案。

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

圖2 強風化巖層頂面標高等值線圖

圖3 中風化巖層頂面標高等值線圖

圖4 微風化巖層頂面標高等值線圖

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

4.2樁基礎承載力容許值計算

1)支承在基巖上或嵌入基巖內的鉆(挖)孔樁的單樁軸向受壓容許承載力[Ra]計算，根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》JTG D63-2007公式5.3.4：

式中：C1為端阻發揮系數，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度標準值，黏土質巖取天然濕度單軸抗壓強度標準值，當frk小于2 MPa時按摩擦樁計算(frki為第i層的frk值)；C2i為根據清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的第i層巖層的側阻發揮系數，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，不包括強風化和全風化層；m為巖層的層數，不包括強風化和全風化層；ξs為覆蓋層土的側阻力發揮系數，根據樁端frk確定；當2 MPa≤frk<15 MPa時，ξs=0.8；當15 MPa≤frk<30 MPa時，ξs=0.5；當frk>30 MPa時，ξs=0.2；li為各土層的厚度；qik為樁側第i層土的側阻力標準值，按表5.3.3-1采用；n為土層的層數，強風化和全風化巖層按土層考慮。

2)摩擦樁單樁軸向受壓容許承載力[Ra]計算，根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》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對應的各土層與樁側的摩阻力標準值，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，按表3.3.4選用；γ2為樁端以上各土層的加權平均重度；λ為修正系數，按表5.3.3-2選用；mo為清底系數，按表5.3.3-3選用。

4.3樁基礎選型

嵌巖樁按樁徑1.0 m和1.2 m估算嵌巖深度h(樁端入強風化1 m、入微風化0.5 m)及單樁容許承載力[Ra]，計算結果如下。

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

摩擦樁以鉆孔ZK15和ZK16為例，假設承臺埋深3 m，樁長30 m(強風化層頂標高約-10.0 m)，持力層為強風化巖，估算單樁容許承載力[Ra]，計算結果如下。

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

通過花崗巖風化帶埋深特征圖及以上計算結果對比可知，以中風化或微風化作持力層的端承樁單樁容許承載力值要達到以強風化作持力層的摩擦樁單樁容許承載力值，其樁長達35～45 m，經濟上不實際。因而本建筑高層基礎可采用以強風化作持力層的樁徑1.2 m的摩擦灌注樁。

5 結論

本文通過對建筑樁基礎承載力的理論計算，并結合花崗巖各風化帶埋深標高等值線圖，為擬建建筑物選擇經濟、適宜、安全的基礎方案建議，可為類似工程的設計提供參考意義。

鑒于此，日后應加強完善區域花崗巖各風化帶的資料并形成系統的埋深特征等值線圖，實現風化帶區域和剖面上數據指標的可查詢、分析和統計性，從而更好的為城市工程建設和城市地質防災減災服務。

[1] 焦守林,蔣麗麗.用點荷載強度試驗測定巖石抗壓強度[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律[J].東北大學學報(自然科學版),2006,27(9):1030-1032.

[3]藍瓊,吳飛,蒙勝武.重型動力觸探試驗在廣東花崗巖地區的應用[J].人民珠江,2002(4):19-20.

[4]中交公路規劃設計院有限公司.JTG D63-2007公路橋涵地基與基礎設計規范[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

吳發根(1987-)，男，碩士，工程師，主要從事基坑工程支護研究與實踐。

1001-3679(2014)03-0349-04

TU93

A