中法地勘的地基承载力对比探究

仲 良 高 宇

(上海水业设计工程有限公司，上海 200082)

1 概述

地基承载力是土建工程中对岩土地质情况反映的重要参数。目前，在估算地基承载力时，主要基于以下三种方法：理论公式、承载力经验表和原位测试。理论公式的基础一般也是以室内或原位试验资料来进行计算，而作为岩土勘察工程的重要组成部分，实际上室内试验存在着许多局限和问题。室内土样的应力状态与原位应力状态不同，试验结果本身就存在一定的误差，而各个土工实验室水平参差不齐，可能无法保证试验的质量。相对于室内试验而言，原位测试技术具有更贴近实际的优势。首先，原位试验都是在现场进行，不需要进行采样，直接测定岩土力学性质，对于土体的扰动要远远小于室内试验，因此原位测试可以更真实地反映出岩土的实际参数和性质，测试结果也就更接近于实际情况，更有利于后续工程的设计和施工。目前常用的有静力触探、旁压试验、动力触探、波速试验、载荷试验等，可以参考具体的工程情况灵活应用，不同试验的搭配组合可以得出不同的工程参数。

岩土体的工程评价是复杂的，是基于大量的试验测试数据及工程应用才能较为准确地得出。我国技术规范是大量工程经验总结的成果，而工程经验是有一定的适用范围和局限性的。我国的岩土勘察报告中运用最多的原位测试是静力触探法和标准贯入试验，对实验结果进行经验公式的计算得到地基承载力。欧洲规范多是推荐性的，对工程技术人员只是参考指导作用。法国规范中强调原位测试，特别是旁压实验，能够直接用于计算地基承载力的方法仅旁压实验和静力触探实验两种。在工程实践中梅纳尔旁压实验应用广泛，建立了大量旁压极限压力、旁压模量与地基承载力，桩基极限摩阻力间的相关关系[1]。

我国岩土规范对地基承载力确定方法的规定也是此三种，但具体公式与欧洲规范有所不同，且法国规范更贴近使用原位试验的结果。

2 地基承载力的理论研究

1)我国规范中的理论计算地基承载力基本假定为地基土为弹性体，局部出现塑性区开展的最大深度为基础宽度的1/4。欧洲规范推荐采用的太沙基极限承载力计算方法基本假定地基土为刚塑体，适用于竖向及倾斜荷载，刚塑体处于极限平衡状态，最终采用的地基承载力取值通过不同的安全系数来确定[3]。

2)对于原位试验，静动力触探在我国的《岩土工程勘察规范》中已有比较详细的说明，且已逐步与国际接轨，例如10.4.1条圆锥动力触探试验的条文说明“重型重力触探是应用最广泛的一种，其规格标准与国际通用标准一致”[4]。但由于我国对于探头传感器的革新较少，仍以单桥探头和双桥探头为主，造成了国际学术交流上的困难。而且与发达国家在理论研究、应用范围等技术层面上的差距仍然很大。而法国、美国、德国、日本等多国已经创立了一套完整的旁压试验及结果应用方法，旁压试验也成为了测定岩土体力学性质的主要手段。预钻式旁压仪适用于各种地层，从软土层到致密坚硬土层，甚至在软岩地层都有着很好的应用[5]。旁压试验引进到国内的时间很早，但其应用价值并未引起广泛重视，对其理论方面投入的研究也较少,尚未建立起一个完整的试验及结果应用方法。

3)实际上由于我国基础设施及大量土建项目在海外的开展，尤其是非洲等采用欧洲规范体系的国家，我国的地勘水平需要加大发展力度去与国际接轨，才能更好的服务于世界各国的建设工程。国内有很多企业公司已经开始尝试：例如基于梅纳尔旁压试验得到的参数去进行桥梁桩基计算[6]、地基土沉降计算[7]、浅基础地基承载力计算[1]等；而我公司承接的喀麦隆雅温得市供水工程也涉及到了法国的地质勘查。下面通过对工程地质的勘察结果进行对比分析，得出适合工程使用的地质参数。

3 工程概况

喀麦隆政府决定在萨纳加河上新建一座300 000 m3/d的饮用水处理厂及管网配套工程以满足雅温得，OBALA，BATCHENGA和附近居民用水及工业用水。区内地层主要有：刚果克拉通(刚果稳定地块)的太古代基底和新太古代～新元古代基底、新元古代泛非覆盖层、泛非洲后期覆盖层及第四系地层。工程区位于新元古代泛非洲覆盖层之上，属于雅温得组地层。根据中方地勘说明各地层现分述如下：

刚果克拉通(刚果稳定地块)：

太古代基底：岩性为变粒片麻岩系统、片状角岩、紫苏花岗闪长岩、纹长二长岩。太古代侵入岩：岩性为残斑状黑云母—角闪石黑云母花岗闪长岩、核状细粒紫苏黑云母花岗闪长岩。新太古代～新元古代基底：岩性为铁英～石英片麻岩系统——片状角岩、变余糜棱岩、铁英岩等。

新元古代泛非洲覆盖层：

雅温得地层：岩性为(双云母、重熔混合)片麻岩、(含双云母、石榴石、蓝晶石、十字石)云母片岩、石英质片岩或白云母—绿泥石片岩(膜片鉴定为云母长英质变晶糜棱岩)。

泛非洲后期覆盖层：

白垩系～上第三系火山堆积地层，主要为砾石及角砾熔岩。第四系地层：河相沉积、残坡积沉积以及海滨沉积[8]。

4 地质勘察方法对比

我国地勘采用了常规物理力学性质试验、颗粒分析试验、岩石单轴抗压强度试验、标准贯入试验、动力触探试验、直接剪切试验岩土参数如表1所示(仅列出部分参数)。

表1 中方岩土设计参数建议值表

其参数已经可以满足国内设计要求，而法国监理对国内的地质勘察不能完全采纳，提出需再进行按法国地勘要求的勘察。故将施工图勘察再次委托给喀麦隆国家实验室INFRA-SOL完成。

喀麦隆国家实验室在法国标准的基础上进行了重型动力触探仪钻探，旁压钻探，人工探井，分类试验。中法钻探孔见图1 ，首先从钻孔的点上来看：图1中SPDL为法标勘察的孔点，钻孔数量相对于国内勘测钻孔少很多，主要是由于法勘用来辅助法国监理用于审核图纸用，故测孔较少。SPDL5,SPDL8,SPDL9,SPDL11均为重型动力触探，SPDL2采用的是旁压钻探。由动力触探得到的土壤的允许应力见表2，表2给出了每个钻探根据其深度得出的土壤允许应力σadm(单位：巴)，1巴相当于100 kPa。类似于国内的地基承载力。

表2 法方房屋基础允许应力(σadm)

旁压试验结果显示研究区域的下层土主要由坚硬、密实、超固结黏土和红土硬壳组成，试验结果如表3所示。

5 中法承载力对比

中勘3208号测孔与法勘的SPDL11测孔基本位于同一点，中勘3207号测孔与法勘的SPDL8测孔基本位于同一点。故对此地基承载力进行详细分析，按每隔2 m深度取承载力分析。中勘地层剖面见图2。

表3 法方规范下旁压试验结果

中国规范需对承载力进行修正，按地基基础设计规范，修正，基础宽度b取3，γm取18 kN/m3，ηd取1.2～1.5；法勘采用允许应力评价承载力，单位均换算为kPa。中法地基承载力对比见表4。

表4 中法地基承载力对比

6 结论与展望

工程中中勘地基承载力随地层加深而逐渐增大，而法勘提出的承载力是存在局部减小的情况，即埋深越深并不能提供更大的允许应力，也就是说明中勘可能对下部的地层存在判断有误的情况。总的来看中勘的承载力是比法勘更保守一些，也与文献中的计算结果类似，承载力计算值基本接近但我国规范计算值偏低[3]。实际上法勘的计算结果并不能完全应用于中国的上部结构设计，故在此承载力的对比仅是作为一个两种规范间的参考。

考虑出现差异的原因：中国规范采用的是深度的修正计算来推测实际地层的承载力，属于偏理论解，且根据地层不同采用的承载力特征值直接代表了整层的土层；法勘采用实际所在位置的实测值，并对土层的各个深度均进行了承载力推测，与中国规范的土层分层再计算有所区别，从而带来了一定偏差；另外两方的试验方式的区别也是承载力结果差异的原因。

伴随着一带一路政策的开展，中国有更多的企业走向国际，中国的地质勘查水平需要越加国际化和通用化，故需要更加注重地质原位试验，多学习西方先进技术，并多加运用到国内国际项目中，成为自身技术发展的手段。