蘭州黃河北岸高階地挖山場地坡洪積層工程力學性質的研究

韓海燕，樊有龍

（甘肅省城鄉規劃設計研究院有限公司，蘭州 730000）

1 引言

本文通過對挖方最大厚度達100 m的挖方場地進行勘察，對其地基土進行了標準貫入試驗、波速測試試驗、淺層平板載荷試驗、旁壓試驗，并結合室內常規土工試驗對其工程力學性質進行了分析，希望為類似生產項目提供借鑒意義。

2 項目概況與工程地質條件

2.1 項目概況

某項目位于蘭州市皋蘭縣鹽池村，占地面積1.72×105m2，擬建物為30棟23～27層住宅樓，設計要求地基承載力特征值為500 kPa。

2.2 挖山后的巖土層構成

挖山整平后，場地主要地層自上而下為坡洪積層、細砂、卵石和第三系砂巖。

1）坡洪積物（Q2dl+pl）：厚度變化較大，挖方區大部分場地出露該層，北側以卵石、細砂交互層為主，各土層呈尖滅、錯斷狀，排列無規律，含粉土透鏡體；場地南側以粉土、粉砂交互層為主，各土層呈尖滅、錯斷狀，排列無規律，含卵石透鏡體。場地由北往南，由粗顆粒（卵石、細砂）向細顆粒（粉砂、粉土）演變過度。

該層層厚為16.0～39.6 m，層面高程為1797.51～1815.63 m。該層具體分為坡洪積（粉土）、坡洪積（粉砂）、坡洪積（細砂）、坡洪積（卵石），具體描述如下：

坡洪積（粉土）：褐黃色，土質不均勻，含少量粉砂，孔隙不發育，無光澤，干強度低，搖振反應中等，局部分布有細砂夾層，偶含礫石顆粒，稍濕，密實。

坡洪積（粉砂）：黃褐色，砂質不純凈，偶見少量粉土薄層，主要礦物成分為石英、長石等，密實。

坡洪積（細砂）：黃褐色～紅褐色，砂質較均勻，偶見少量粉土薄層，主要礦物成分為石英、長石等，含黑云母碎片，密實。

坡洪積（卵石）：青灰色，磨圓度較好，呈亞圓～次圓狀。成分以石英巖、花崗巖、變質砂巖等為主。粒徑以2～9 cm為主，最大15 cm，偶含漂石，骨架顆料含量約占全重的65%～70%，級配一般，交錯排列。卵石顆粒呈中風化，充填物以細砂及圓礫為主，密實。

2）坡洪積層以下依次為河漫灘細砂、八級階地卵石及第三系砂巖（N）。

3 坡洪積層工程性質

3.1 土工試驗

為評價場地內坡洪積粉土的物理力學性質，對采取的8件Ⅰ級土試樣進行了室內土工試驗分析，取樣深度為1～2 m，從試驗數據刪除異常值后分析統計結果可知：坡洪積（粉土）的天然含水量在5.1%～7.4%，平均6.3%，總體呈稍濕狀態；天然孔隙比在0.629～0.732，平均0.663，總體呈密實狀態；濕陷系數δ0.2MPa在0.001～0.006，平均0.003，濕陷系數δ0.3MPa在0.001～0.007，平均0.004，濕陷系數δ0.5MPa在0.001～0.008，平均0.005，取樣深度為地面下1～2 m，在0.5 MPa壓力下無濕陷性。

3.2 標準貫入試驗

為評價場地土的力學特性，現場對場地坡洪積物（粉土、粉砂、細砂）進行了標準貫入試驗，根據GB 50021—2001《巖土工程勘察規范》（以下簡稱《勘察規范》）第3.3.9條[1]，標準貫入數據（錘擊數實測值）平均值測試指標統計結果為：坡洪積物（粉土N=28.6、粉砂N=32.9、細砂N=34.0，N為標準貫入試驗錘擊數）均呈密實狀態；根據JGJ 340—2015《建筑地基檢測技術規范》（以下簡稱《檢測規范》）表7.4.4-2，標準貫入數據顯示坡洪積物（粉土）呈密實狀態[2]。

3.3 波速測試試驗

根據GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》表4.1.3，通過波速測試試驗，場地坡洪積（粉土、粉砂、細砂、卵石）地層剪切波速結果為：坡洪積粉土地層剪切波速為282～572 m/s，平均394 m/s，為中硬土；坡洪積細砂地層剪切波速為347～535 m/s，平均437 m/s，為中硬土；坡洪積粉砂地層剪切波速為318～553 m/s，平均456 m/s，為中硬土；坡洪積卵石地層剪切波速為422～635 m/s，平均586 m/s，為堅硬土[3]。

3.4 淺層平板載荷試驗

為確定場地坡洪積層的工程特性，并確定其承載力及變形模量，對場地坡洪積物中粉土、粉砂及卵石層中不同部位進行了載荷試驗。載荷試驗采用壓重平臺作反力，FQ-65t液壓千斤頂（自帶加壓泵）分級加壓，百分表（量程30 mm，精度0.01 mm）測讀沉降，承壓板直徑800 mm（圓形鋼板，厚50 mm），最大加載量為1000 kPa。各地層承載力特征值、變形模量等測試結果統計見表1。

表1 淺層平板載荷試驗指標統計表

根據1#～9#試驗點p-s（荷載-沉降）曲線，其曲線呈緩變形，無明顯的比例界限，且加荷至最大試驗荷載時未達到《檢測規范》第4.3.5條的終止加載條件且加載至特征值時s/d＜0.01（s為基礎沉降量/載荷試驗沉降量，mm；d為承壓板直徑或邊長，m），故依照《檢測規范》第4.4.3條規定，11#～9#試驗點地基承載力特征值取最大試驗荷載的1/2，即500 kPa。根據《勘察規范》第10.2.5條計算各地層的變形模量見表1。

3.5 旁壓試驗

為確定場地坡洪積地層的工程特性，并確定其承載力，在場地不同地層的不同深度處進行了旁壓試驗，旁壓試驗指標統計見表2。

表2 旁壓試驗指標統計

根據《工程地質手冊》第五版計算公式，地基承載力標準值qk=pf-p0（pf為臨塑壓力值；p0為初始壓力值[4]）。

3.6 坡洪積層工程性質分析與綜合評價

該工程場地地貌單元劃分屬黃河北岸高級階地及黃土梁峁溝壑區中低山復合地貌，場地整體基本處于梁峁區域，最大開挖厚度超100 m，開挖后工程場地坡洪積層出露，坡洪積層在高壓狀態下經過漫長地質歷史得到了很好改善，呈超固結狀態，各項工程力學性質指標均優于一般巖土工程力學性質指標。

根據室內常規土工試驗、標準貫入試驗、波速測試試驗、淺層平板載荷試驗和旁壓試驗結果，綜合場地地質條件，分析本場地坡洪積（粉土、粉砂、細砂、卵石）工程力學特性。分析表明：

1）坡洪積粉土天然孔隙比平均值為0.663，總體呈密實狀態，在0.5 MPa壓力下濕陷系數均小于0.015；

2）場地土類型為中硬～堅硬土；

3）場地坡洪積層的地基承載力特征值不小于500 kPa，變形模量不小于70 MPa，各項物理力學性質良好；

4）坡洪積層以粉土、粉砂、細砂及卵石交互層出現，其各土層變形模量差異性不大，且均較高，可按均勻地基考慮。

地基基礎建議：以坡洪積層作為天然地基，采用筏形基礎（山體邊緣建筑物考慮其穩定性，可采用樁基礎）。

4 結語

1）工程勘察中采用鉆探、原位測試及室內試驗多種手段分析了場地坡洪積層的工程性質，不同勘察方法相互驗證，合理提供地基承載力和變形模量等地基基礎設計參數，充分挖掘地基潛力，對類似工程場地的開發利用具有重要參考意義。

2）開挖后巖土的物理力學性質與挖方場地的開挖深度及巖土類別有很大的關系，限于本次研究的局限性，未能對不同開挖深度及其他巖土類別的工程力學性質進行研究及深入分析，將在后續的研究中繼續探討。