剛果布拉柴維爾體育場巖土工程勘察與評價

朱文彩，陳 松

(湖北省水文地質工程地質勘察院，湖北 武漢 430050)

1 工程概況

剛果布拉柴維爾體育場項目總用地面積903 767 m2，包含60 000人體育場、10 000多人綜合體育館、水上運動中心三個主要場館[1]。體育場支撐鋼結構柱底反力6 000 kN；體育館、游泳館支撐鋼結構柱底反力為4 000 kN。項目巖土工程勘察等級為甲級，基礎形式待勘察后定[2]。

場址區位于剛果巴特克高原邊緣，剛果河右岸的一坡向180°斜坡中部寬緩地帶，海拔高程在315 m～345 m，地勢開闊平坦，地形起伏不大，斜坡坡度5°～10°，屬構造剝蝕侵蝕殘丘-壟崗地貌。

場址區下部為厚度大于90 m的第三系巴德閣高地(Ba2)沖洪積砂土層。砂土層自上而下密實度逐漸增加，不存在明顯的密實度界限，此類地基給巖土工程勘察和基礎選型帶來了一定困難。本文針對此進行簡要的探討。

2 工程勘察要求及方法

根據勘察任務書和場地條件，工程的勘察工作重點解決的問題是：

1)場址區的地層結構特征和工程地質條件。

2)地基承載力的確定和基礎選型。

勘察要求：查明場區勘察深度范圍內的工程地質條件、巖性特征、分布規律，提供各土層物理力學性能指標，對地基基礎條件和基礎選型進行分析論證。

勘察方法：在砂土場地中鉆探取樣一般達不到勘察要求，故勘察采用鉆探、靜力觸探為主，槽探加探槽內洛陽鏟探為輔，結合原位測試(標準貫入實驗)和室內實驗(顆分試驗)的手段進行勘察[3]。

3 場地勘察情況

勘察布置：勘察點沿著建筑物周邊和角點布置，共布置鉆孔20個，靜力觸探孔16個，探槽及洛陽鏟探16個，勘探點間距和勘察深度滿足設計要求。

場地地層：場址區下部為厚度大于90 m的第三系(Ba2)細砂層，黏粒含量低，成分純，未見明顯包含物。勘察根據標貫實驗錘擊數(N)和雙橋靜力觸探端阻力(qc)劃分場地砂土層密實度，自上而下劃分為極松散、松散、稍密、中密、密實四層(見表1)。

表1 場地地層分層深度及特征表

由表1可見，場地細砂土層自上而下密實程度逐漸增加，分界深度大致為：極松散與松散分界深度約為4.0 m，松散與稍密的分界深度約為10.0 m，稍密與中密的分界深度約為17.0 m。

4 巖土工程分析與評價

4.1 場地穩定性和適宜性

據勘探孔揭露：場區地下穩定水位埋深在35.0 m左右，可不考慮砂土液化；剛果(布)無大于6級的地震歷史記載，場地范圍內及相鄰地段沒發現對建筑物安全構成威脅的不良地質現象，場地整體穩定性好；砂土層密實度自上而下逐漸增加，場地均勻性好，場地適宜進行工程建設。

(2)硅化：是金礦化的主要蝕變類型。大致可分為三期，早期以深灰色細糖粒狀、微晶集合體狀及脈狀出現；成礦期呈白色不規則狀、細脈狀出現在蝕變巖的裂隙中，伴有多金屬硫化物出現，是金礦化的主要階段；晚期硅化呈灰白色、乳白色在蝕變帶內出現，形成一些石英細脈。

4.2 地基承載力與樁長估算

由于條件所限，勘察階段未進行載荷試驗，且砂土場地無法取出原狀土樣進行室內試驗，可用于確定地基承載力和變形模量的依據僅有標貫錘擊數N和雙橋靜力觸探端阻力qc、側阻力fs。

4.2.1 天然地基承載力

根據勘察任務書，勘察工作按GB 50021—2001巖土工程勘察規范(2009年版)執行，由于國標無具體承載力參數的條文規定，經與總包、設計協商，在收集分析剛果(布)已有類似場地勘察成果資料的基礎上，根據《工程地質手冊》(第4版)選擇與之適配經驗公式，估算提出天然地基承載力參數[4]。

1)依據靜力觸探成果可確定地基承載力基本值fo和壓縮模量Es，計算公式為[5]：

fo=20Ps+59.5；

Es=3.72Ps+1.26；

Ps=1.1qc。

其中，fo為地基承載力基本值，kPa；Es為砂土壓縮模量，MPa；Ps為單橋靜力觸探比貫入阻力，Ps,qc單位：MPa。

砂土內摩擦角根據表2內插確定。

表2 砂土內摩擦角φ取值表

通過計算和內插查表，結果見表3。

2)依據標準貫成果確定地基承載力標準值fk和內摩擦角φ時，計算公式為：

fk=105+10N。

其中，fk為地基承載力標準值，kPa；φ為砂土內摩擦角，(°)；N為標貫試驗錘擊數，擊。

計算結果見表3。

3)天然地基承載力綜合取值。

根據前述計算結果，參照臨近建筑場地已有工程成果資料，勘察場區地基巖土體天然地基承載力參數建議值如表3所示。

表3 場地天然地基承載力綜合取值表

4.2.2 樁長估算

場地進行了雙橋靜力觸探實驗，依據JGJ 94—2018建筑樁基技術規范，樁基端阻力、側阻力可采用雙橋靜力觸探端阻力、側阻力測試值，折減系數按照規范執行即可。

在不考慮負摩阻力的工況下，初步估算混凝土預制樁的樁長：樁型為φ1.2 m的鉆孔灌注樁時，體育場支撐柱樁長32.2 m，體育館、游泳館支撐柱樁長27.3 m。

4.3 基礎選型

依據勘察成果，建筑場地為無黏性、高滲透性的深厚細砂場地，砂土層密實度自上而下逐漸增加，到9.0 m～10.5 m深度才達到稍密狀態。

表層砂土層承載力低、壓縮性大、自穩高度低，若各場館直接采用淺基礎，一方面是基礎開挖深度過大不安全，另一方面是易產生不均勻沉降，故不宜直接采用天然地基；若直接采用樁基礎，根據前述估算，為樁長27 m～32 m的摩擦樁，在遠高于地下水位的砂土場成樁不僅困難，還可能由于后期的條件變化產生負摩阻力而影響穩定性，且經濟性差。

根據本工程的特點，建議場區采用強夯處理淺部松散砂土后，根據支撐鋼結構柱底反力的不同采用不同的基礎形式：

1)體育場支撐鋼結構柱底反力為6 000 kN，采用以強夯處理后的①1層、①2層提供側摩阻力，以③層作為樁端持力層的樁基礎；2)體育館、游泳館支撐鋼結構柱底反力為4 000 kN，采用以強夯厚度硬殼層為持力層的淺基礎。

成樁施工時，由于砂土層滲透性大，傳統的施工工藝可能由于混凝土水易于滲漏喪失，宜對施工工藝進行一定程度的改變，如：成孔后先下放鋼筋籠，后灌注混凝土成樁，加強成樁后的混凝土養護等[6]。

5 結論與建議

1)剛果布拉柴維爾體育場項目場地地基巖土體由松散～密實細砂構成，具有自上而下逐漸密實的特點。2)巖土勘察采用多種手段，鉆孔數量及深度滿足規范要求，勘察工作的各道工序嚴格按技術要求施工，原位測試和室內試驗成果可靠，所取參數可供設計使用。3)巖土工程勘察根據擬建建筑場區原位測試及實驗成果，參照剛果(布)布拉柴維爾市區類似建筑場地已有工程成果資料，提出建筑場區不宜直接采用天然地基和樁基礎，應進行地基處理。4)根據工程的特點，建議場區采用強夯處理淺部松散砂土后，根據柱底反力的不同分別采用淺基礎或淺基礎與深基礎結合的基礎形式。