滨州市某软土场地岩土工程勘察实例分析

2016-11-10张辉薛浩

安徽建筑 2016年4期

关键词：压缩系数滨州市粉质

张辉，薛浩

（1.滨州市水利勘测设计研究院，山东　滨州　256600；2.滨州市诚信建设工程检测有限公司，山东　滨州　256600）

滨州市某软土场地岩土工程勘察实例分析

张辉1，薛浩2

（1.滨州市水利勘测设计研究院，山东滨州256600；2.滨州市诚信建设工程检测有限公司，山东滨州256600）

文章针对某软土场地地基土的工程地质性质，主要涉及土体的特性、物理力学性质、地震效应及液化判别等方面，对地基处理、持力层的选择等方面进行了深入分析，最后通过地基基础验收试验进行了地基基础承载力的验证，确保了岩土勘察结果的准确性。

物理力学性质；液化判别；地基基础方案

1　自然条件

1.1地理位置

滨州市位于山东省北部、黄河三角洲腹地、渤海湾西南岸，北通大海，东临东营市，南连淄博市，西南与济南市交界，西与德州市接壤，全市境遇横跨黄河两岸，地理坐标为东经117°15′27″～118°37′3″，北纬36°41′19″～38°16′14″，东西最大跨径120km，南北最大跨径175km，总面积9444.67km2。

1.2区域地质地貌

滨州市地处华北新生代沉降区东南部的济阳凹陷中，新生代的下覆基岩是古生代的沉积地层和前震旦纪变质岩系，由数条北东东向断裂分割成几个小断块，基本上无中生代地层，断块凹陷形成新生代凹陷盆地，沉积了全套巨厚的新生代地层，该地层为海相、湖相和冲积相碎屑的互层沉积，含有大量有机物，除邹平南部山区外，全市表层大部分为第四纪沉积覆盖，小清河以南处于鲁中山区北麓冲积地层厚度一般在100m～200m，小清河以北属于黄河冲积沉积，厚度多在200m～400m。滨州市地势南高北低，大致上由西南向东北倾斜，依次过渡到大海。以小清河为界，全境呈现南北两种不同类型的地貌特征。小清河以南的邹平南部长白山脉属泰沂山脉北麓的低山丘陵区，地势高峻，最高海拔为826.8m，小清河以北为黄河冲积平原，总体上地势低平，由于历史上黄河多次改道和决口泛滥，造成沉积物交错分布，加上河流冲刷、海潮内侵、自然侵蚀和人类活动的影响，形成了低台、缓坡、浅洼相间、微地貌差异明显的大平小不平的地貌特征［1］。

2　拟建工程概况

该软土场地位于滨州市长江一路南，新立河东，场区形状大致为一个锐角形状，南北长460m，东西长384m，本项目占地面积0.08km2，共9栋楼房，其中11层2栋（B9#楼、H8#楼），6层3栋（H9#楼、H10#楼、H11#楼），5层的3栋（H6#楼、H7#楼、H12#楼），3层1栋（H13#楼）结构类型全为框架结构。

3　勘察目的及方案布置

本次勘察的主要任务包括：①查明建筑场地及附近有无影响本工程稳定性的不良地质作用；②查明场地地层结构及其土的物理力学性质，提供地基承载力和变形参数；③查明场地地下水的埋藏条件，评价水和土对建筑材料的腐蚀性；④确定建筑场地类别，对场地的地震效应作出评价，提供抗震设计有关参数；⑤论证地基基础方案，推荐最优方案。

根据拟建建筑物性质和场地工程地质条件，本次勘察采用钻探、取水（土）试样、室内土工试验、标惯试验、静力触探测试、波速测试等勘察手段。依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）、《高层建筑岩土工程规范》（JGJ72-2004）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）有关规定。结合场区附近工程地质资料，本次勘察沿建筑物周边及角点不知勘探孔52个（取土孔12个，标贯孔8个，取土标贯孔7个，静力触探孔25个）。

4　勘察数据分析

4.1土层结构及物理力学性质

在勘察范围内，场地地层为第四系全新统黄河冲积层，主要由粉土、粉质粘土、粘土和粉砂组成，地表为耕土及人工填土，具体如下。

①层耕土：黄褐色，稍湿，稍密，成分为粉质粘土为主，含少量植物根系。

①-1层杂填土：杂色，稍密，稍湿，主要成分为碎砖块、混凝土块、填充少量粘性土。

①-2层素填土：黄褐色，可塑，主要成分为粘性土，含少量碎砖块。

②层粘土：黄褐色～褐色，可塑～软塑，无摇振反应，光泽反应强，干强度高，韧性高，含少量氧化物，局部夹粉土、粉粘薄层。含水率w为40.1%，容重R为17.8，孔隙比e为1.141，液限WL为46.6%，塑性指数Ip为21.3，液性指数I1为0.66，压缩系数α1-2为0.38，压缩模量Es为5.57MPa，内摩擦角为27.5°，粘聚力C为21.2kPa，标惯试验锤击数N为5。

③层粉质粘土：黄褐色～灰褐色，可塑，局部软塑，无摇振反应，稍具光泽反应，干强度中等，韧性中等，含少量氧化铁，局部夹粉土薄层。含水率w为26.1%，容重R为19.2，孔隙比e为0.752，液限WL为31.3%，塑性指数Ip为12.5，液性指数Il为0.57，压缩系数α1-2为0.37，压缩模量Es为5.1MPa，内摩擦角为15.4°，粘聚力C为35.3kPa，标惯试验锤击数N为6。

④层粉土：灰黄色～褐黄色，很湿，稍密～中密，摇振反应迅速，无光泽反应，干强度低，韧性低，含云母片，局部夹粉砂薄层。含水率w为23.4%，容重R为19.7，孔隙比e为0.659，液限WL为28.5%，塑性指数Ip为8.7，液性指数Il为0.41，压缩系数α1-2为0.24，压缩模量Es为6.9MPa，内摩擦角为26.2°，粘聚力C为19.8kPa，标惯试验锤击数N为11。

⑤层粉质粘土：黄褐色～黄灰色，可塑，无摇振反应，稍具光泽反应，干强度中等，韧性中等，含少量氧化铁和高岭土条纹，夹粉土薄层。含水率w为23.1%，容重R为20.0，孔隙比e为0.627，液限WL为29.5%，塑性指数Ip为11.7，液性指数Il为0.53，压缩系数α1-2为0.31，压缩模量Es为5.6MPa，内摩擦角为9.7°，粘聚力C为32.1kPa，标惯试验锤击数N为9。

⑥层粉土：灰黄色～褐黄色，很湿，中密，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低，含云母片，局部夹粉砂薄层。含水率w为21.8%，容重R为20.1，孔隙比e为0.615，液限WL为28.9%，塑性指数Ip为8.4，液性指数Il为0.25，压缩系数α1-2为0.20，压缩模量Es为 8.1MPa，内摩擦角为26.9°，粘聚力C为18.7kPa，标惯试验锤击数N为20。

⑦层粉质粘土：黄褐色，局部灰褐色，可塑，无摇振反应，稍具光泽反应，干强度中等，韧性中等，含少量铁锰氧化物及贝壳碎片。含水率w为24.8%，容重R为19.6，孔隙比e为0.701，液限WL为32.3%，塑性指数Ip为13.0，液性指数Il为0.51，压缩系数α1-2为0.29，压缩模量Es为6.10MPa，内摩擦角为13.6°，粘聚力C为28.5kPa，标惯试验锤击数N为11。

⑧层粉土：褐黄色，很湿，密实，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低，含云母片，局部夹粉砂薄层。含水率w为22.4%，容重R为19.7，孔隙比e为0.650，液限WL为28.1%，塑性指数Ip为8.9，液性指数Il为0.33，压缩系数α1-2为0.14，压缩模量Es为12.3MPa，内摩擦角为27.2°，粘聚力C为18.7kPa，标惯试验锤击数N为26。

⑨层粉质粘土：黄褐色，可塑，无摇振反应，稍具光泽反应，干强度中等，韧性中等，好少量铁锰氧化物，该层为穿透，最大揭露厚度为10.90m，最大揭露深度：40.00m。含水率w为23.3%，容重R为20.0，孔隙比e为0.643，液限WL为31.6%，塑性指数Ip为12.6，液性指数Il为0.33，压缩系数α1-2为0.24，压缩模量Es为8.3MPa，标惯试验锤击数N为12。

4.2场地地震效应评价

按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）有关规定，滨州市城区抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第三组，设计基本地质加速度值为0.10g［2］，按照GB50011-2010规范第4.3.2和4.3.4条及GB50021-2001规范第5.7.8和5.7.9条规定，对第④层和⑥层饱和粉土进行液化判别。

依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第4.3.4条规定，液化判别标准贯入锤击数临界值可按公式计算［2］，判定结果为：第④层和⑥层饱和粉土不存在液化。

依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）有关规定，采用公式 pscr=ps0αwαuαp［3］、pccr=pc0αwαuαp［3］、αw=1-0.065（dw-2）［3］、αu=1-0.065（du-2）［3］计算，判定结果为：第④层和⑥层饱和粉土不存在液化。

综合上述两种判定，场地第④层和⑥层饱和粉土在地震烈度为7度时不会发生液化现象。

5　地基土承载力分析评价

根据土工试验、标惯测试、静力触探指标统计结果，按照规范《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）的有关规定，对场地内各层岩土评价如下。

①层耕土：稍密，工程性质较差，不经处理不应作为地基持力层。

①-1层杂填土：稍密，成分复杂，工程性质较差，不经处理不应作为地基持力层。

①-2层素填土：稍密，成分复杂，工程性质较差，不经处理不应作为地基持力层。

②层粘土：可塑～软塑，属中压缩性土，分布不均匀，工程性质一般。

③层粉质粘土：可塑，局部塑软，属中压缩性土，工程性质一般。

④层粉土：稍密～中密，属中压缩性土，工程性质一般。

⑤层粉质粘土：可塑，属中压缩性土，工程性质一般。

⑥层粉土：中密，属低压缩性土，分布均匀，工程性质良好。

⑦层粉质粘土：可塑，属中压缩性土，分布均匀，工程性质一般。

⑧层粉土：密实，属低压缩性土，分布均匀，工程性质较好。

⑨层粉质粘土：可塑，属中压缩性土，分布均匀，工程性质较好。以上地层中，第⑥粉土及以下各层均可作为桩基桩端持力层。

参照《工程地质手册》，结合滨州地区建筑经验，推荐地基土承载力特征值（fak）、压缩模量（Es1-2）如下表。

各土层地基土承载力压缩模量一览表　表1

6　地基基础方案评价

按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）规范第5.2.4条规定，拟建建筑物按筏板基础考虑其地基承载力fa按如下公式计算：fa=fak+ηbγ（b-3）+ηbγm（d-0.5）［4］得出fa=102kPa，故每个楼按照筏板基础考虑如下。

①H6#楼为4+1层，荷载约为100kPa，采用天然地基以第②层粉质粘土为地基持力层可满足荷载要求，可适当加大基础或增加基础埋深，提高地基承载力，以保证安全。

②H7#和H12#楼为4+1层，荷载约为100kPa，第②层粉质粘土能够满足荷载要求，但在第26#、27#、28#、30#、31#和32#孔处杂填土较深，经调查此范围原为水坑，坑深最深处约为4.9m。建筑物部分基础位于杂填土中，故不能直接采用天然地基，可采用复合地基方案或桩基方案。

③H13#楼为幼儿园荷载约为60kPa，勘探期间尽量35#和53#东侧为一水坑，坑深约为3.0～4.0m，51#孔位于东南侧约为3.0m，52#孔位处为水坑，故建筑物基础多位于水坑中，不能直接采用天然地基，建议采用复合地基方案或桩基方案。

④H9#～H11#楼南侧为54#～60#孔位，且位于排水沟内，沟深约2.5m，故建筑物部分基础位于排水沟内，不能直接采用天然地基。5+1层住宅楼荷载约为110kPa，天然地基强度略小于建筑物荷载，若采用天然地基可适当加大基础面积降低建筑物荷载或适当加大基础埋深，对局部基础位于水沟内科采用换填垫层法，用砂石回填，分层压实，处理至设计标高即可满足要求。

⑤B9#和H8#楼为10+1层，无地下室，基地荷载约为190kPa，天然地基明显不能满足要求，建议采用复合地基方案或桩基方案。根据场地工程地质条件，结合当地工程经验，可采用预应力空心方桩或泥浆护壁钻孔桩，选择第⑥层粉土及以下各层作为桩端持力层，桩端入持力层不小于1.5d（d为桩径）。建议本工程采用预应力空心方桩，初步桩径取d=400mm，桩长l= 20.00m，单桩竖向抗压承载力特征值为800kN。

7　地基基础静载荷试验对比验证

根据建设方的要求，本小区首先开始建设B9#和H8#楼，故在这2栋的设计中，均采用了预应力空心方桩基础形式，其中，预应力空心方桩桩径d= 400mm，桩长l=19.00m，单桩竖向抗压承载力特征值为780kN，单桩抗压静载试验如图1所示，根据《建筑桩基检测技术规范》（JGJ106-2014）中的规定，对于达到设计要求的最大加载值，桩顶沉降小于40mm，且达到相对稳定标准，则桩的竖向抗压极限值承载力宜取最大加载值［5］。从图1可以看出，沉降为5.8mm，且没有出现陡降，故取1700kN为单桩竖向抗压极限承载力，满足设计要求，接近勘察的桩型参数建议值。