贵州山区河谷复杂地基基础选型的探讨

詹京奎

贵州山区河谷复杂地基基础选型的探讨

詹京奎

（贵州省地矿局一〇四地质大队，贵州 都匀 558000）

工程地质条件对建筑地基基础选择影响较大，复杂地基的基础选型关乎建筑安全性和经济性，合理的基础形式在保证建筑安全的前提下，可极大缩减成本，经济效益明显。结合贵州都匀地区工程案例，通过多种勘察手段，查明都匀山区河谷地基的岩土层特性、地层分布特征，选择合理经济的基础形式，对该类型地基的基础选型具有较高参考价值。

山区河谷地基；复杂地基；基础选型

贵州省是中国西南地区的一个省份，位于云贵高原东部，由于水文地质作用，都匀市独有的山区河谷地基，研究都匀山区复杂河谷地基，对都匀地区工程建设很有实用价值。

1 地质背景

剑江河南北向贯穿都匀市区，并在都匀沿河发育河谷阶地地貌，山区地基阶地较为狭长，阶地两侧与山地过渡连接，两侧山地基岩地层主要为二叠系茅口组之灰岩、三叠系之泥岩及二叠系吴家坪组之泥质页岩夹硅质岩[1]三套地层，河谷阶地新近沉积分布第四系河流冲洪积层（卵石、粉质黏土等），而硅质岩夹泥岩主要分布于剑江河Ⅰ级阶地上，属于该河流的基座岩性。

2 工程概况

2.1 建筑物特征

本工程建筑设计采用框支剪力墙结构，塔楼地上2+15 F，裙楼地上2 F，通设地下室一层，地下室层高3.60 m；建筑总高度55.00 m，单柱最大轴力17 000 kN，一般10 000 kN，抗震设防类别为丙类的二级建筑。

2.2 地质条件

项目建设场地地处都匀剑江河Ⅰ级阶地上，距剑江河约600 m，属河流侵蚀堆积洪积Ⅰ级阶地地貌。场区东面的剑江河水常水位为757.00 m，场区洪水位达764.00 m左右，场地地下水水位埋深6.00～6.50 m（标高758.20～759.70 m），主要赋存在卵石层孔隙中和下伏基岩节理裂隙中，渗透系数为4.32 m/d，场地地基内无活动断裂通过，地基内岩土为泥质页岩夹薄层硅质岩，无不良地质作用。

2.3 地层岩性及分布特征

场地范围内上有覆盖土层为Q4杂填土和河流冲洪积层（粉细砂层、卵石层），地基内下伏基岩为二叠系上统吴家坪组（P2w）灰黄、褐黄色薄层状泥质页岩夹薄层状硅质岩，呈不等厚互层。该项目南北向长228.80 m，地基下卧层横向厚度分布不均匀。

2.4 地基条件及基础选择分析

本工程地下室底板以下岩土层为卵石层及强风化基岩层，无软弱下卧层，设计地上17层，单柱最大荷载约17 000 kN，对地基承载力要求较高，杂填土及粉细砂层分布连续，厚度薄，结构较松散，均匀性较差；卵石土层层面有一定的起伏，厚度较大，性质变化不大，下伏地层为强风化基岩，承载力较高，无软弱下卧层，地基均匀性较好；强风化泥质页岩夹硅质岩分布连续、稳定，厚度大（未揭穿），地基均匀性较好；卵石土层和强风化基岩层均匀性较好，力学强度相近，层面埋深不大，根据各栋所在场地内卵石层厚度、强风化基岩层厚度以及地下室底板标高，可分别选择卵石土层和强风化基岩层作基础持力层，可供选择的基础形式有筏基、独立柱基、柱下条形基础等。

3 基础选型的研究

3.1 主要工程问题

本工程塔楼建筑总高度为55.00 m，裙楼建筑高度为11.00 m，单柱最大轴力为17 000 kN，一般轴力为10 000 kN。场地岩土层分布较多，性质差异较大，建筑荷载较大，且存在层差，建筑沉降差异控制要求高。由于地基岩土层分布上存在差异，卵石层厚度在横向分布上存在厚薄差异，对建筑地基持力层的选择造成影响，本工程需解决的主要工程问题如下：

1）卵石层地基的均匀性问题，是否存在空间分布上力学性质的差异，为基础选型提供依据；2）卵石层下伏强风化基岩的力学性质研究，判定是否存在软弱下卧层，为基础选型提供依据；3）局部卵石层厚度薄的地段，其下伏强风化基岩与相邻卵石层的力学性质差异，为基础是否可选择两套持力层共用提供依据；4）下伏强风化基岩随深度的变化，力学性质是否可以得到有效提高，为基础选型提供依据；

工程勘察期间解决以上问题，研究各岩土层的力学性质、不同持力层的沉降差异，为基础选型提供依据，以便确保该工程沉降安全稳定。

3.2 勘察工作要点及手段

为解决存在的工程问题，通过以下勘察要点及手段进行分析。为查明卵石层与强风化泥质页岩夹硅质岩的力学性质特征，采用超重型动力触探测试、单孔声波测试、卵石地基静载荷试验等综合勘察方法。

3.2.1 确定卵石土层地基承载力及变形参数

为确定卵石土层的地基承载力，卵石土层采用超重型动力触探和静载荷试验的方法[2]，静载荷试验[3]采用挖机开挖试坑（6 m×6 m）完成。先采用超重型动力触探在平面上进行测试分析卵石的力学性质差异特征及其力学参数，再通过静载荷试验对代表点（试点1和试点2）进行测试工作，通过对比代表点的超重型动力触探测试结果与静载荷试验结果，结合场地平面上大量分布的超重型动力触探测试及数理统计分析结构，最终综合分析确定场地范围内卵石层的力学参数及力学差异特征。通过大量分布的超重型动力触探测试，结合数理统计分析结构，据超重型动力触探标准值为6.9 击，卵石层在水平分布上、垂直分布上力学性质整体性差异不大，地层均匀性较好，根据原位测试结果分析得r=22.5 kN/m3，E0=35 MPa，fak=550 kPa；按《建筑地基基础设计规范》对数据处理静载荷试验结果得ak=600 kPa，0=71.6 MPa，进一步验证卵石层的力学性质；载荷试验结果如图1所示，2个试点的载荷试验结果差异不大，从安全性角度考虑[4]卵石层力学参数为fak=550 kPa，0=36 MPa。

图1 卵石层载荷试验曲线图

3.2.2 强风化泥质页岩夹硅质岩层深部承载力较浅部是否有效提高

通过采取现场声波测试及平板载荷试验手段，分析强风化泥质页岩夹硅质岩层的浅部及深部力学参数变化特征。载荷试验采用现场开挖载荷试验井（直径1.5 m，含试点3和试点4）及试坑（6 m×6 m，含试点5和试点6），得到浅部和深部载荷试验结果分别如图2和图3所示。

依据《建筑地基基础设计规范》对结果分析处理，得到浅部及深部强风化基岩的力学参数，浅部载荷试验结果：ak=600 kPa，0=24.36 MPa；深部载荷试验结果：ak=733 kPa，0=46.64 MPa。试验结果显示场地强风化泥质页岩夹硅质岩层地基承载力随深度增加无明显骤增，声波测试显示，该层岩体破碎，浅部及深部无明显差异变化，岩体风化程度无明显减弱，钻探控制深度范围内岩芯完整程度也无明显变化，表明场地硅质岩夹泥岩层岩体在风化程度、结构构造、完整程度、地基承载力随深度增加无明显提高。从如图2和图3可知：2个试点的载荷试验结果差异不大，从工程安全性及经济性考虑确定强风化基岩层力学参数：ak=600 kPa，0=40 MPa。

图2 浅部载荷试验曲线

图3 深部载荷试验曲线

3.3 基础选型分析

通过两组载荷试验结果分析，强风化基岩浅部地基承载力ak=600 kPa，0=24.36 MPa，深部地基承载力ak= 733 kPa，0=46.64 MPa。两者地基承载力相差133 kPa，地基承载力随深度增加无明显骤增，仅变形模量由于沉积应力环境不同，有较明显的增强[5]。同时浅部强风化泥质页岩夹硅质岩层承载力特征值ak=600 kPa，0=24.36 MPa属非卵石土层的软弱下卧层。结合工程实际综合考虑确定强风化基岩层力学参数：ak=600 kPa，0=40 MPa。

据超重型动力触探测试及浅层平板载荷试验结果确定卵石层ak=550 kPa，0=36 MPa，且地基均匀性较好。卵石层与浅部强风化基岩地基承载力一致，且变形模量差异不大。

据上述地基条件分析及测试结果，结合拟建工程结构、荷载特征，场地环境地质条件及水文地质条件分析。

1）对于卵石层分布厚度较大的区域：卵石层无下卧软弱下卧层，可作为拟建工程的地基持力层，且下伏强风化泥质页岩夹硅质岩层地基承载力与卵石层差异不大，选用卵石层作为地基持力层的浅基础，埋深浅，施工难度小，工期短，经济效益好。

2）对于卵石层缺失或厚度薄的区域：该区域卵石层无法作为地基持力层，可选强风化泥质页岩夹硅质岩层做持力层。该地层浅部与深部地基承载力无明显提高，所以选用浅部强风化泥质页岩夹硅质岩层作为地基持力层，基础形式选用浅基础。

据上述分析，地基基础方案及持力层选择建议主楼基础选用强风化基岩层，裙楼选用卵石土层作持力层，采用两套地基共用持力层，基础形式采用柱下独立基础。

拟建建筑采用两套地层作为地基持力层，通过原位测试及载荷试验结果，卵石层E0=36 MPa，fak=550 kPa；强风化基岩层E0=40 MPa，fak=600 kPa；两套持力层参数差异不大，且主楼未跨越两套持力层，沉降稳定，在主楼及裙楼之间设置后浇带，在主体完成，沉降稳定后进行浇筑即可，确保建筑整体性的沉降稳定安全。据工程竣工沉降观测记录建筑总沉降量为4～12 mm，满足设计规范要求。

4 结语

该案例通过查明卵石层、强风化泥质页岩夹硅质岩层分布厚度、标高及力学参数的差异，因地制宜，分别采用卵石土及强风化泥质页岩夹硅质岩共同作为持力层，根据不同楼层高度，选择不同的基础形式，满足设计要求，既省工期，又节约成本。卵石层及强风化泥质页岩夹硅质岩层广泛分布在都匀剑江河Ⅰ级阶地两侧，具有较强的代表性，为都匀地区类似工程提供较好的借鉴意义，具有良好的推广价值。

[1]李凤杰,刘殿鹤,刘琪.四川宣汉地区吴家坪组硅质岩地球化学特征及其成因探讨[J].天然气地球科学,2010,21(1): 62-67.

[2]张之前,朱小华.原位测试在南漳·碧桂园地基基础检测中的应用[J].资源环境与工程,2020,34(3):445-447.

[3]高海博,张亚琳.平板载荷试验在卵石地区的应用[J].科技与创新,2020(15):149-150.

[4]樊辉然.工程实践中确定地基承载力特征值的方法及结果对比分析[J].西部探矿工程,2020,32(8):32-35.

[5]詹京奎.都匀地区强风化硅质岩夹泥岩纵向工程地质特征探讨[J].有色金属文摘,2016,31(1):120,122.

TU475+.4

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1673-2219（2021）05-0043-03

2021-02-26

詹京奎（1989－），男，福建宁德人，硕士，工程师，研究方向为岩土工程技术应用。

（责任编校：宫彦军）