基于實際工程的場地黏土分析與評價

梁瑜

(中南勘察基礎工程有限公司， 湖北 武漢 430081)

0 引言

工程場地的地質條件是工程安全的基礎。部分學者針對場地條件，已開展了一系列巖土分析與評價，取得了一定的有用成果。涂春霖等(2021)針對粉質黏土進行了物理力學指標的相關性分析，發現根據粉質黏土液性指數IL可以估算力學指標的大小；呂超(2020)針對廣西桂平航運樞紐含有機質黏土的工程地質問題，提出了改良方法，并對不同的改良方法進行了比較，目前也存在CFG樁對地基進行處理的方法(劉君和侯學周，2021)。針對黏土的力學性能及地基承載力，許多學者進行了相應的研究(肖澤忠等，2018；李露等，2021；宋國文和李大華，2021；李吳剛等，2022)。同時對黏土的物理性質及其相應地基評價也有較多研究(畢志剛等，2021；王克穎，2021；王葉嬌等，2021；薛圣澤等，2021)。葉旺和朱伯紹(2006)根據大量野外調查及室內試驗資料，論證了湛江組雜色黏土有異于一般黏土，其具有微弱—中等脹縮性；陳書榮(2006)通過對湛江地區灰色黏土的各種物理力學指標的分析，闡述了灰色黏土具有獨特的工程性能；張先偉等(2011)對湛江黏土的物理力學指標的相關性和變異性進行統計分析，建立了重要指標之間的經驗公式，得出一些結論，并指出各指標的相關性與其他地區存在明顯差異，進行工程設計時不能照搬其他地區的已有計算模型；姚珩珩等(2001)認為海口地區普遍存在一層第四系下更新統灰色黏土層，此層黏土具有一定厚度和強度(常作為一般工業與民用建筑的主要持力層)。從土工試驗和現場試驗角度，對其工程地質特性作了初步分析。王軍(2002)認為結構性的強弱可用結構屈服應力比來表征，統計分析了我國很多的軟黏土的地質資料發現，一般土體的結構屈服應力比在1.1～2.5左右，但是湛江黏土達到了10。以上研究表明，黏土具有很強的地域特性，不同地區的黏土具有不同的性質，同時大部分研究是基于實驗室數據進行相應的研究。然而，目前基于不同場地的研究并未對不同深度取樣的黏土展開分析，同時針對本文工程背景的粉質黏土性能還尚未發現相關研究。

本文基于實際工程，對以粉質黏土為主的“武漢中央文化區K2地塊首開區”項目場地進行了地質勘探，并對不同深度的粉質黏土進行了土工試驗和標準貫入試驗。在此基礎上進行地質勘探分析及場地黏土分析與評價。

1 工程概況和工程地質條件

1.1 工程概況

武漢萬達東湖置業有限公司“武漢中央文化區K2地塊首開區”項目位于中北路東南側，湖北旅游局背后空地，平面位置如圖1所示。本項目首開區主要由1#住宅60F，高199.80 m；2#住宅60F，高199.80 m住宅樓；2F獨立商業及周邊地下3層地下室(車庫)組成，擬建建筑物的結構特征如表1所示。

圖1 項目平面位置示意圖

1.2 工程地質條件

2 場地巖土工程分析與評價

2.1 不良地質和特殊性巖土

擬建場地范圍內無全新活動斷裂通過，但本次勘察鉆探發現深厚層中風化泥巖基巖破碎帶，巖芯明顯具有構造破碎再成巖的特點，且該破碎帶水平分布較廣，局部起伏較大。因此，必要時建議采用施工勘察控制樁基礎樁端持力層。

本文針對粉質黏土進行了7組土工試驗工作(表3)，可以得出，壓縮系數、壓縮模型、粘聚力和內摩擦角的均值分別為0.16 MPa-1、11.2 MPa、47.7 KPa 和14.9°，其中自由膨脹率(δef)的最小值和最大值分別為26%和55%，δef的均值為36.6%<40%。其中各指標隨取樣深度的變化趨勢如圖2所示，從中可以看出，當取樣深度為9 m時，壓縮模量、粘聚力和內摩擦角最大，分別為16.5 MPa、67 KPa 和15.9°(圖2b～d)。武漢地區的老黏土一般具有弱膨脹潛勢，蜂窩狀零星分布為主，并且膨脹土具有遇水軟化、力學強度降低的特性。從中也可以清晰的看出(圖2e)，自由膨脹率較大的土層埋置深度大，然而場地內該層土一般埋深較大，處于大氣急劇影響深度范圍以下，且上部建筑自重荷載較大，老黏土的膨脹性對建筑影響有限。后期建設存在基坑開挖和基礎回填的情況，本文建議建筑四周設置散水，保證良好排水條件，避免積水。建筑周邊各類排水設施應采取防滲處理。同時基礎施工和基槽回填時應做好該層的防、排水工作。

表1 項目擬建建筑的結構特征統計表

表2 巖土層的分布狀況統計表

圖2 各指標隨取樣深度的變化趨勢a—壓縮模量隨取樣深度的變化規律；b—壓縮系數隨取樣深度的變化規律；c—內摩擦角隨取樣深度的變化規律；d—粘聚力隨取樣深度的變化規律；e—自由膨脹率隨取樣深度的變化規律

表3 粉質黏土土工試驗結果統計表

2.2 場地的穩定性及建筑適宜性評價

根據《城鄉規劃工程地質勘察規范CJJ 57—2012》(中華人民共和國住房和城鄉建設部，2013)從有無活動斷裂、抗震地段劃分、不良地質作用的發育程度三個方面進行判別。擬建場地內沒有出現類似斷層構造，也沒有出現新構造的運動痕跡和主要的連續地層；根據區域地質構造資料，武漢地區現代構造運動呈現緩慢下降的性質，新構造運動升降幅度不大，處于一個地質構造運動相對穩定的地帶。因此，場地整體可視為基本穩定場地。

根據《城鄉規劃工程地質勘察規范CJJ 57—2012》(中華人民共和國住房和城鄉建設部，2013)，場地整體為基本穩定場地，地形具有一定起伏，巖土種類較多，地下水對工程影響較小。因此，場地的整體適宜性定性分級為較適宜。鑒于基巖破碎帶發育，且局部起伏較大，本文建議必要時采用施工勘察控制樁基礎的樁端持力層。

2.3 地基土(巖)工程特性分析與評價

根據《建筑地基基礎技術規范DB42/242—2003》(湖北省建設廳和湖北省質量技術監督局，2003)和試驗研究，本文給出了土層承載力特征值fak值以及壓縮模量Es(1-2)值的建議取值，如表4所示，其中圖3給出了更直觀的表示。

根據地質勘探結果，對所研究場地的地質條件進行地基土(巖)層特征分析，其結果如下：

(1)雜填土(Qml)：場地內填土基本分布于基礎底面以上，工程建設過程中將挖除外運，故在此不再贅述。

表4 壓縮模量和地基土承載力的建議值統計表

圖3 不同試驗值與建議值的三維關系圖a—地基土承載力；b—壓縮模量

(7)強風化泥巖(S2f)：該層屬極破碎巖體，為極軟巖。場地內廣泛分布，埋深較大，該層力學性質較好，屬于穩定地基，可以作為建筑物的樁基礎持力層，但應注意其可壓縮性對基礎沉降的影響。

(8)中風化泥巖(S2f)：該層場地內廣泛分布，厚度大，承載力高，視為不可壓縮，屬于穩定地基，可以作為建筑物的樁基礎持力層。

(9)中風化泥巖破碎帶(S2f)：該層碎塊狀或碎片土為主，手捏易碎，局部短柱狀，夾中風化碎塊等，屬極破碎巖體，極軟巖。具低壓縮性，場地內分布不均，該層力學性質較好，屬于穩定地基，可以作為建筑物的樁基礎持力層，但應注意其可壓縮性對基礎沉降的影響。

(10)中風化粉砂巖(S2f)：青灰色—灰白色，巖芯中夾方解石脈，強度高于泥巖，離散分布于泥巖層中。視為不可壓縮，屬于穩定地基，可以作為建筑物的樁基礎持力層。

3 結論

(1)自由膨脹率較大的土層埋置深度大，然而場地內該層土一般埋深較大，處于大氣急劇影響深度范圍以下，且上部建筑自重荷載較大，老黏土的膨脹性對建筑影響有限。后期建設存在基坑開挖和基礎回填的情況，建筑四周應保證良好排水條件，避免積水，同時建筑周邊各類排水設施應采取防滲處理。

(2)結合規范和試驗數據，針對不同深度土層給出了土層承載力特征值fak值以及壓縮模量Es1-2值的建議取值。

(3)根據地質勘探結果，對所研究場地的地質條件進行地基土(巖)層特征分析，并根據土層成分、均勻性、分布范圍及壓縮性等性質，定性分析了不同土層的力學性能，可為實際工程提供借鑒意義。