浦口高新區粉質粘土地基承載力試驗分析

袁 峰 宗 靜

(1.江蘇科泰巖土工程有限公司，江蘇 泰州 225309； 2.南京市測繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210019)

0 引言

隨著我國經濟社會的快速發展，城市建筑不斷向高層和超高層建設。高層建筑對地基承載力要求較高，對地基的形變控制嚴格。因此，較準確的確定地基承載力非常重要。關于地基承載力確定的方法，已有學者做了卓有成效的研究，其中，吳剛[1]通過在相同地質條件下的實際工程，分別選用載荷試驗和標準貫入試驗兩種方法進行地基承載力的判別，并分析了測試數據；楊光華等[2]結合工程實例，比較了室內巖土實驗和原位試驗結果對巖石地基承載力設計取值的影響，提出在復雜地質條件下以原位試驗的結果確定地基承載力更為合理；盧玉南[3]利用數理統計理論，分析了紅粘土標準貫入試驗資料，研究了紅粘土地基承載力特征值、壓縮模量與標準貫入試驗錘擊數的數值關系，擬合出其經驗公式；肖澤忠等[4]通過試驗原理、不同深度下的土壓力差異鉆桿因素3個方面，將標準貫入試驗結果與平板載荷試驗地基承載力結果進行比較，分析了產生承載力差異的原因，討論了造成標準貫入試驗差異的因素。王學武等[5]根據回歸分析理論，通過對伊拉克哈法亞油田的地基土進行載荷試驗、標準貫入試驗及室內土工試驗，得到了基于標準貫入試驗擊數、土工試驗參數的地基承載力回歸方程。張羽等[6]通過對規范的演化過程分析，指出了錘擊數的數據分析方法及地基承載力推定表格中存在的問題，并推薦出較為合理的數據分析方法和相關的承載力推定表格。張溧安等[7]指出載荷試驗費時、耗資而不宜多做。對于一般的工程可采用回歸分析法建立靜力觸探試驗參數、標準貫入試驗參數、室內土工試驗參數與地基承載力的相關關系。宗靜等[8]以工程為例，對比了南京江寧地區極軟巖地基承載力的取值，確定軟質巖承載力特征值的合理有效的方法。

南京市浦口高新技術經濟產業開發區廣泛地分布有可～硬塑的粉質粘土。該層土作為建筑物基礎持力層較為合適，但確定其承載力較困難。本文以該地區某工程為背景，從現場標準貫入試驗和室內試驗，獲得土體物理力學性能參數，并結合現場載荷試驗，提出了該層土體的地基承載力取值建議。

1 工程背景

1.1 工程概況

擬建工程位于南京市區浦口高新技術經濟產業開發區，星火路和規劃中心路交叉口東北角，地鐵3號線星火路站北側場地內。項目占地面積約63 398 m2。規劃建設高層辦公樓及公寓，地上高度約100 m～150 m，整體地下車庫深約10 m～15 m。總建筑面積約384 166 m2，其中地上約253 583 m2，地下約130 583 m2。主要包括1幢31層辦公樓，高度約149 m，6層商業裙房、4幢20層辦公樓、公寓樓(約96.3 m)及輔助2層商業和3層整體地下車庫。地下車庫范圍為超高層辦公塔樓、高層辦公樓、公寓樓、商業樓。純地下車庫部分地上無建筑荷載作用，結構自身荷載較小，地基土體工程性質良好，考慮采用天然地基。

1.2 場地工程地質特征

場地原為住宅及廠房，已整平，地勢較高，地形相對平坦，整體呈西高東低之勢。現地面標高在27.39 m～33.13 m，最大相差約5.74 m。場地地貌單元為階地，發育有坳溝。野外勘探鑒別、現場原位測試，結合室內巖土實驗成果綜合分析，場地巖土層分布自上而下詳細描述如下：

①1雜填土。松散，混凝土地面、碎磚、碎石混少量粉質粘土填積，碎磚和碎石等填齡在5年以上，密實度、均勻性差，層厚4.8 m～8.5 m。

①2素填土。軟～可塑，粉質粘土混少量碎磚、碎石填積，填齡在10年以上，均勻性較差，層厚0.4 m～7.6 m。

②粉質粘土。可塑，局部軟塑，韌性、干強度中等，層厚0.6 m～10.3 m。

③粉質粘土。可～硬塑，韌性中等、干強度高，局部底部混少量卵礫石，層厚0.5 m～12.8 m。

⑤1強風化砂質泥巖。風化強烈，結構大部分已遭破壞，巖芯手易折斷，碎后呈砂土狀，局部夾硬巖塊，巖體極破碎，屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級，遇水易軟化，層厚0.6 m～6.5 m。

⑤2中風化砂巖。巖芯呈柱狀—長柱狀，RQD約為75%～80%，砂質結構，塊狀構造。有少量裂隙發育，主要為軟巖～較軟巖，巖體較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級，該層未鉆穿。

2 現場原位試驗

2.1 標準貫入試驗

為了較準確的確定場地內③層粉質粘土的地基承載力，對該層土體進行了標準貫入試驗。標準貫入試驗過程采用63.5 kg的穿心錘，并以760 mm的自由落距，將C099土壤標準貫入試驗器UX-20標準貫入器在孔底預打入土中150 mm，測記再打入300 mm，記錄的錘擊數。

標準貫入試驗孔154個，試驗樣本數量為434個，標準貫入試驗深度分布詳見圖1。從圖1可看出，試驗深度主要集中在4 m～12 m之間，這是因為③層粉質粘土的埋深主要分布在地下4 m～12 m的深度內。

現場標準貫入試驗數據較多，故根據GB 50021—2001巖土工程勘察規范[9]規定的巖土參數統計與分析方法，按下列公式計算了標準貫入擊數的平均值、標準差和變異系數：

(1)

(2)

(3)

其中，φm為巖土參數的平均值；σf為巖土參數的標準差；δ為巖土參數的變異系數。

圖2為標準貫入擊數的深度分布圖，從圖2可看出，不同深度標準貫入的擊數雖有不同，且試驗結果有少部分離散數據，但從整個試驗結果看，對于③層粉質粘土測試的標準貫入擊數主要集中在12擊～14擊之間，且13擊最多，而10擊和16擊較少。經過式(1)～式(3)計算，同樣得出③層粉質粘土實測的標準貫入擊數平均值為12.9擊，標準差為1.3，變異系數為0.1，標準值為12.8擊。這表明該場地③層粉質粘土的標準貫入擊數可確定為13擊。

2.2 現場載荷試驗

工程現場于2017年7月7日～7月13日，對該場地的③層粉質粘土進行了3個點的淺層平板載荷試驗。平板載荷試驗是通過測定試驗板在慢速加載受荷狀態下的變形參數和特征，即地基受荷情況下的應力—應變曲線，采用一定的方法分析和評價地基的承載性能，目前是最可靠且應用最廣泛的方法。試驗時，利用壓重平臺反力裝置，采用油壓千斤頂加載，用與千斤頂連接的油壓表測讀油壓，根據千斤頂率定曲線換算荷載，沉降采用百分表量測。通過對荷載—沉降曲線的分析，確定地基承載力特征值。現場載荷試驗情況詳見圖3。

試驗采用慢速維持荷載法，采用方形剛性承壓板，邊長為500 mm。試驗按GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范[10]關于淺層平板載荷試驗要點的要求進行。試驗過程每級荷載達到相對穩定后加下一級荷載，直到試驗加載至設計要求的地基承載力特征值的2倍。加荷分級不少于8級，最大加載值為設計要求的地基承載力特征值的2倍。每加一級荷載，按間隔10 min，10 min，10 min，15 min，15 min，以后為每隔30 min測讀一次沉降量。每次測讀值記入試驗記錄表。當在連續2 h內，每小時的沉降量小于0.1 mm時，則認為沉降已趨穩定，加下一級荷載。淺層平板載荷試驗所采用的儀器設備詳見表1。

表1 儀器設備表

地基的基本承載力fak可按下列方法確定：當p—s曲線上有比例界限時，取該比例界限所對應的荷載值；當極限荷載小于對應比例界限的荷載值的2倍時，取極限荷載值的一半；當不能按上述兩款要求確定時，壓板面積為0.25 m2～0.5 m2，可取s/b=0.01～0.015所對應的荷載，但其值不應大于最大加載量的一半。其中載荷試驗的結果統計詳見表2。

表2 平板載荷試驗結果

從表2可看出，③層粉質黏土參加統計的試驗點不少于3點。試驗根據GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范關于淺層平板載荷試驗要點分析各試驗點的地基承載力特征值。其中S1～S3從p—s曲線得知比例界限都不明顯，因此按相對變形確定承載力。S1穩定時試驗最大加載值為180 kN，累計沉降量為19.36 mm則取s/b=0.01所對應的荷載，即s=500×0.01=5.0 mm對應的荷載55.5 kN，確定此試驗點測得的地基承載力為55.5 kN，即222 kPa；S2穩定時試驗最大加載值為180 kN，累計沉降量19.10 mm。取s/b=0.01對應的荷載為55.25 kN，確定此試驗點測得的地基承載力為55.25 kN，即221 kPa；S3穩定時試驗最大加載值為160 kN，累計沉降量為17.52 mm。取s/b=0.01對應的荷載為54.25 kN，確定此試驗點測得的地基承載力為54.25 kN，即217 kPa。

通過上述計算分析得出，各試驗點實測的承載力值的極差不超過其平均值的30%，因此可取此平均值作為③層粉質粘土的地基承載力特征值fak的數值，即220 kPa。

2.3 室內試驗

為了進一步研究③層粉質粘土的物理力學性質，進行了大量的室內實驗，其中物理與力學性質參數詳見表3。

表3 物理力學性質參數表

從表3可看出，③層粉質黏土含水量較小，液性指數較小，土體的物理狀態較好；剪切試驗和三軸試驗均表明土體的力學參數較大，因此作為建筑物地基是較好的選擇。

3 承載力特性對比分析

該場地內③層硬塑粉質粘土的物理力學參數分別是重度ρ=2.02 g/cm3；含水量ω=23.0%；孔隙比e=0.673；塑性指數IP=16.1。根據王學武研究的標準貫入試驗擬合地基承載力的公式(4)：

fak=5.726N+5.904ω+775.091ρ-1 503.573

(4)

將上述物理力學參數代入式(4)，計算得出地基承載力特征值為271.2 kPa，而現場載荷試驗確定的地基承載力為220 kPa，為按式(4)擬合計算的81.1%，表明室內土工試驗參數偏大，這是因為在土體試驗取樣、封存、開樣和制樣整個過程，容易導致土體水分損失，造成室內試驗參數偏大，因此擬合計算的地基承載力偏高。

4 結語

1)南京浦口高新技術經濟產業開發區，分布的可～硬塑的③層粉質粘土，其標準貫入擊數可確定為13擊。

2)通過現場平板載荷試驗確定的③層粉質粘土的地基承載力特征值fak的數值可取值為220 kPa。

3)通過室內試驗獲得的土體物理力學參數擬合計算的地基承載力，略高于現場載荷試驗確定的地基承載力。

4)純地下車庫部分地上無建筑荷載作用，因其結構自身荷載小，且該場地的地基承載力較高，滿足采用天然地基的要求。