蘭州中川國(guó)際機(jī)場(chǎng)深部粉土層工程特性研究

王 淼，劉辰麟，蘇旭興

（甘肅中建市政工程勘察設(shè)計(jì)研究院，甘肅 蘭州 730000）

蘭州中川國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程場(chǎng)地范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，地層結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為典型沖洪積堆積成因，沉積韻律交錯(cuò)混雜，根據(jù)設(shè)計(jì)文件，擬建蘭州中川國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程綜合交通中心（GTC）為地下二層結(jié)構(gòu)，基底標(biāo)高為-12.6m及-11m，基底主要位于第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉土層中，該層巖土物理力學(xué)參數(shù)的確定，對(duì)于工程設(shè)計(jì)、施工來(lái)說(shuō)是非常重要的，不僅關(guān)乎工程建設(shè)的質(zhì)量安全，而且與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型、成本和工程進(jìn)度密切相關(guān)。

1 工程概況及場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)概述

蘭州中川國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程綜合交通中心（GTC）總建筑面積27×104m2，兩側(cè)車(chē)庫(kù)部分共5層，地上2層，地下3層；中部換乘大廳共4層，地上2層，地下共2層，基底標(biāo)高為-12.6m及-11m。綜合交通中心正負(fù)零絕對(duì)標(biāo)高為1941.35m，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擬采用樁基+筏板基礎(chǔ)方案。

工程場(chǎng)地地貌單元屬秦王川沖洪積平原地貌單元，區(qū)內(nèi)地勢(shì)較平坦，地形平緩、開(kāi)闊，起伏較小，場(chǎng)地地面高程一般為1932.56～1939.12m。依據(jù)巖性、顆粒組成、成因、綜合原位測(cè)試等指標(biāo)，將地基土劃分為第四系全新統(tǒng)素填土，第四系全新統(tǒng)沖洪積黃土狀粉土、礫砂、角礫，第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉土、角礫，第四系中更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土、角礫，新近系上新統(tǒng)泥巖等（見(jiàn)圖1）。結(jié)合根據(jù)設(shè)計(jì)文件，基礎(chǔ)將主要位于④-1第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉土層中，該層土淺黃色，稍濕，中密狀，以粉粒為主，具大孔隙，局部為粉細(xì)砂、礫砂薄層或透鏡體，場(chǎng)地基本分布連續(xù)，層位較穩(wěn)定，中壓縮性，不具濕陷性。

圖1 擬建綜合交通中心工程（GTC）地質(zhì)剖面示意圖

2 取樣與試驗(yàn)結(jié)果

鑒于場(chǎng)地表層多分布一層角礫層，針對(duì)④-1粉土層原狀土采取人工開(kāi)挖及洛陽(yáng)鏟開(kāi)挖均存在較大困難，在實(shí)際的勘察實(shí)踐中，由于受到諸多因素的影響，對(duì)于該類(lèi)地基土普遍采用薄壁敞口取土器、厚壁取土器及巖芯管包樣等方法。傳統(tǒng)的敞口厚壁取土器（內(nèi)裝鐵皮）、全靠地面錘擊法取樣，采取的土樣容易受到擾動(dòng)；或?yàn)榱斯?jié)省工期快速取樣，采用巖芯管回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)切取樣品作為原狀樣，這兩種取樣方法對(duì)土樣的擾動(dòng)情況不同，取樣質(zhì)量差異很大，質(zhì)量難以保證，導(dǎo)致室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)失真。為確保Ⅰ級(jí)原狀樣的采取，勘察中采用?600mm的長(zhǎng)螺旋麻花鉆引孔，將表層角礫層挖穿后再采用機(jī)械洛陽(yáng)鏟探井車(chē)開(kāi)挖探井（見(jiàn)圖2），采取原狀樣，并進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 ④-1粉土物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

圖2 “麻花鉆+洛陽(yáng)鏟”開(kāi)挖探井

通過(guò)天然孔隙比、含水量和《巖土工程勘察規(guī)范》（DB62/T 25-3063-2012）查表確定④-1 粉土承載力特征值，壓縮模量則由室內(nèi)試驗(yàn)確定，參數(shù)詳見(jiàn)表2。

表2 ④-1粉土的孔隙比和含水量確定的承載力特征值

3 旁壓測(cè)試結(jié)果

為了獲取④-1粉土層必要的巖土物理力學(xué)指標(biāo)，為工程設(shè)計(jì)提供可靠的力學(xué)參數(shù)，在工程中對(duì)于該層土開(kāi)展了預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)工作。預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)通過(guò)旁壓器在預(yù)先打好的鉆孔中對(duì)孔壁施加橫向壓力，使土體產(chǎn)生徑向變形，利用儀器量測(cè)壓力與變形關(guān)系，測(cè)求地基土的力學(xué)參數(shù)。

本次旁壓試驗(yàn)所用儀器為江蘇省溧陽(yáng)市天目?jī)x器廠PM-2B型預(yù)鉆式旁壓儀，成孔時(shí)采用XY-150型鉆機(jī)進(jìn)行，為防止孔壁塌孔掩埋旁壓器，先用孔徑127mm的鉆頭進(jìn)行開(kāi)孔，再用孔徑152mm的鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔至目標(biāo)土層時(shí)下放套管，用孔徑97mm的鉆頭進(jìn)行成孔，試驗(yàn)鉆孔要保證成孔質(zhì)量，鉆孔垂直，孔壁要光滑，防止孔壁坍塌。試驗(yàn)孔宜比旁壓器略大（一般大2～5mm），試驗(yàn)段孔深應(yīng)比預(yù)定最終試驗(yàn)深度略深（一般大30～50cm），以保證旁壓器測(cè)量腔在受壓膨脹時(shí)有足夠的空間，鉆孔成孔后宜立即進(jìn)行試驗(yàn)，以免縮孔和塌孔。本次在目標(biāo)地基土層不同深度下進(jìn)行了16組旁壓試驗(yàn)，均得到較完整的旁壓曲線，旁壓試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 ④-1粉土旁壓試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)《地基旁壓試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T69-2019），利用旁壓試驗(yàn)按極限荷載法確定對(duì)地基承載力特征值進(jìn)行了計(jì)算，通過(guò)《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第五版）對(duì)壓縮模量進(jìn)行了計(jì)算。通過(guò)旁壓試驗(yàn)確定的④-1 粉土層地基土承載力、壓縮模量成果評(píng)價(jià)見(jiàn)表4。

表4 ④-1粉土旁壓試驗(yàn)承載力、壓縮模量成果評(píng)價(jià)表

由于④-1 層粉土局部夾粉細(xì)砂、礫砂薄層或透鏡體，導(dǎo)致承載力指標(biāo)有差異，該層變形破壞形式主要以蠕變?yōu)橹鳎茐那€發(fā)展較緩慢，屬蠕變破壞。

4 參數(shù)確定

根據(jù)勘探揭露地基土的巖性特征、埋藏條件，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果、旁壓試驗(yàn)分析，結(jié)合場(chǎng)地條件與地區(qū)經(jīng)驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)，最終確定④-1粉土層地基承載力特征值及變形指標(biāo)統(tǒng)計(jì)及建議值見(jiàn)表5。

表5 ④-1粉土層巖土設(shè)計(jì)參數(shù)建議值

5 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)“麻花鉆+洛陽(yáng)鏟”取樣、室內(nèi)土工試驗(yàn)及旁壓試驗(yàn)等多種手段對(duì)工程場(chǎng)地內(nèi)分布的粉土層進(jìn)行綜合分析，從而獲取了準(zhǔn)確的地基承載力、壓縮模量等工程參數(shù)，充分挖掘和發(fā)揮深部地基土的承載潛力。

（2）旁壓試驗(yàn)野外操作復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理較繁瑣，在常規(guī)工程勘察項(xiàng)目中應(yīng)用并不多，通過(guò)蘭州中川機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程中旁壓試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，得到深部粉土層的參數(shù)和結(jié)論，可為類(lèi)似工程及地質(zhì)條件中的旁壓試驗(yàn)提供經(jīng)驗(yàn)和參照。