貴州山區河谷復雜地基基礎選型的探討

詹京奎

貴州山區河谷復雜地基基礎選型的探討

詹京奎

（貴州省地礦局一〇四地質大隊，貴州 都勻 558000）

工程地質條件對建筑地基基礎選擇影響較大，復雜地基的基礎選型關乎建筑安全性和經濟性，合理的基礎形式在保證建筑安全的前提下，可極大縮減成本，經濟效益明顯。結合貴州都勻地區工程案例，通過多種勘察手段，查明都勻山區河谷地基的巖土層特性、地層分布特征，選擇合理經濟的基礎形式，對該類型地基的基礎選型具有較高參考價值。

山區河谷地基；復雜地基；基礎選型

貴州省是中國西南地區的一個省份，位于云貴高原東部，由于水文地質作用，都勻市獨有的山區河谷地基，研究都勻山區復雜河谷地基，對都勻地區工程建設很有實用價值。

1 地質背景

劍江河南北向貫穿都勻市區，并在都勻沿河發育河谷階地地貌，山區地基階地較為狹長，階地兩側與山地過渡連接，兩側山地基巖地層主要為二疊系茅口組之灰巖、三疊系之泥巖及二疊系吳家坪組之泥質頁巖夾硅質巖[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、粉質黏土等），而硅質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

本工程建筑設計采用框支剪力墻結構，塔樓地上2+15 F，裙樓地上2 F，通設地下室一層，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，抗震設防類別為丙類的二級建筑。

2.2 地質條件

項目建設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。場區東面的劍江河水常水位為757.00 m，場區洪水位達764.00 m左右，場地地下水水位埋深6.00～6.50 m（標高758.20～759.70 m），主要賦存在卵石層孔隙中和下伏基巖節理裂隙中，滲透系數為4.32 m/d，場地地基內無活動斷裂通過，地基內巖土為泥質頁巖夾薄層硅質巖，無不良地質作用。

2.3 地層巖性及分布特征

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

2.4 地基條件及基礎選擇分析

本工程地下室底板以下巖土層為卵石層及強風化基巖層，無軟弱下臥層，設計地上17層，單柱最大荷載約17 000 kN，對地基承載力要求較高，雜填土及粉細砂層分布連續，厚度薄，結構較松散，均勻性較差；卵石土層層面有一定的起伏，厚度較大，性質變化不大，下伏地層為強風化基巖，承載力較高，無軟弱下臥層，地基均勻性較好；強風化泥質頁巖夾硅質巖分布連續、穩定，厚度大（未揭穿），地基均勻性較好；卵石土層和強風化基巖層均勻性較好，力學強度相近，層面埋深不大，根據各棟所在場地內卵石層厚度、強風化基巖層厚度以及地下室底板標高，可分別選擇卵石土層和強風化基巖層作基礎持力層，可供選擇的基礎形式有筏基、獨立柱基、柱下條形基礎等。

3 基礎選型的研究

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性質的差異，為基礎選型提供依據；2）卵石層下伏強風化基巖的力學性質研究，判定是否存在軟弱下臥層，為基礎選型提供依據；3）局部卵石層厚度薄的地段，其下伏強風化基巖與相鄰卵石層的力學性質差異，為基礎是否可選擇兩套持力層共用提供依據；4）下伏強風化基巖隨深度的變化，力學性質是否可以得到有效提高，為基礎選型提供依據；

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

3.2 勘察工作要點及手段

為解決存在的工程問題，通過以下勘察要點及手段進行分析。為查明卵石層與強風化泥質頁巖夾硅質巖的力學性質特征，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

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的方法[2]，靜載荷試驗[3]采用挖機開挖試坑（6 m×6 m）完成。先采用超重型動力觸探在平面上進行測試分析卵石的力學性質差異特征及其力學參數，再通過靜載荷試驗對代表點（試點1和試點2）進行測試工作，通過對比代表點的超重型動力觸探測試結果與靜載荷試驗結果，結合場地平面上大量分布的超重型動力觸探測試及數理統計分析結構，最終綜合分析確定場地范圍內卵石層的力學參數及力學差異特征。通過大量分布的超重型動力觸探測試，結合數理統計分析結構，據超重型動力觸探標準值為6.9 擊，卵石層在水平分布上、垂直分布上力學性質整體性差異不大，地層均勻性較好，根據原位測試結果分析得r=22.5 kN/m3，E0=35 MPa，fak=550 kPa；按《建筑地基基礎設計規范》對數據處理靜載荷試驗結果得ak=600 kPa，0=71.6 MPa，進一步驗證卵石層的力學性質；載荷試驗結果如圖1所示，2個試點的載荷試驗結果差異不大，從安全性角度考慮[4]卵石層力學參數為fak=550 kPa，0=36 MPa。

圖1 卵石層載荷試驗曲線圖

3.2.2 強風化泥質頁巖夾硅質巖層深部承載力較淺部是否有效提高

通過采取現場聲波測試及平板載荷試驗手段，分析強風化泥質頁巖夾硅質巖層的淺部及深部力學參數變化特征。載荷試驗采用現場開挖載荷試驗井（直徑1.5 m，含試點3和試點4）及試坑（6 m×6 m，含試點5和試點6），得到淺部和深部載荷試驗結果分別如圖2和圖3所示。

依據《建筑地基基礎設計規范》對結果分析處理，得到淺部及深部強風化基巖的力學參數，淺部載荷試驗結果：ak=600 kPa，0=24.36 MPa；深部載荷試驗結果：ak=733 kPa，0=46.64 MPa。試驗結果顯示場地強風化泥質頁巖夾硅質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，巖體風化程度無明顯減弱，鉆探控制深度范圍內巖芯完整程度也無明顯變化，表明場地硅質巖夾泥巖層巖體在風化程度、結構構造、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個試點的載荷試驗結果差異不大，從工程安全性及經濟性考慮確定強風化基巖層力學參數：ak=600 kPa，0=40 MPa。

圖2 淺部載荷試驗曲線

圖3 深部載荷試驗曲線

3.3 基礎選型分析

通過兩組載荷試驗結果分析，強風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力環境不同，有較明顯的增強[5]。同時淺部強風化泥質頁巖夾硅質巖層承載力特征值ak=600 kPa，0=24.36 MPa屬非卵石土層的軟弱下臥層。結合工程實際綜合考慮確定強風化基巖層力學參數：ak=600 kPa，0=40 MPa。

據超重型動力觸探測試及淺層平板載荷試驗結果確定卵石層ak=550 kPa，0=36 MPa，且地基均勻性較好。卵石層與淺部強風化基巖地基承載力一致，且變形模量差異不大。

據上述地基條件分析及測試結果，結合擬建工程結構、荷載特征，場地環境地質條件及水文地質條件分析。

1）對于卵石層分布厚度較大的區域：卵石層無下臥軟弱下臥層，可作為擬建工程的地基持力層，且下伏強風化泥質頁巖夾硅質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，埋深淺，施工難度小，工期短，經濟效益好。

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

據上述分析，地基基礎方案及持力層選擇建議主樓基礎選用強風化基巖層，裙樓選用卵石土層作持力層，采用兩套地基共用持力層，基礎形式采用柱下獨立基礎。

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結果，卵石層E0=36 MPa，fak=550 kPa；強風化基巖層E0=40 MPa，fak=600 kPa；兩套持力層參數差異不大，且主樓未跨越兩套持力層，沉降穩定，在主樓及裙樓之間設置后澆帶，在主體完成，沉降穩定后進行澆筑即可，確保建筑整體性的沉降穩定安全。據工程竣工沉降觀測記錄建筑總沉降量為4～12 mm，滿足設計規范要求。

4 結語

該案例通過查明卵石層、強風化泥質頁巖夾硅質巖層分布厚度、標高及力學參數的差異，因地制宜，分別采用卵石土及強風化泥質頁巖夾硅質巖共同作為持力層，根據不同樓層高度，選擇不同的基礎形式，滿足設計要求，既省工期，又節約成本。卵石層及強風化泥質頁巖夾硅質巖層廣泛分布在都勻劍江河Ⅰ級階地兩側，具有較強的代表性，為都勻地區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.四川宣漢地區吳家坪組硅質巖地球化學特征及其成因探討[J].天然氣地球科學,2010,21(1): 62-67.

[2]張之前,朱小華.原位測試在南漳·碧桂園地基基礎檢測中的應用[J].資源環境與工程,2020,34(3):445-447.

[3]高海博,張亞琳.平板載荷試驗在卵石地區的應用[J].科技與創新,2020(15):149-150.

[4]樊輝然.工程實踐中確定地基承載力特征值的方法及結果對比分析[J].西部探礦工程,2020,32(8):32-35.

[5]詹京奎.都勻地區強風化硅質巖夾泥巖縱向工程地質特征探討[J].有色金屬文摘,2016,31(1):120,122.

TU475+.4

A

1673-2219（2021）05-0043-03

2021-02-26

詹京奎（1989－），男，福建寧德人，碩士，工程師，研究方向為巖土工程技術應用。

（責任編校：宮彥軍）