筏型基础下黏性土地层控制性勘探孔深度确定方法探讨

张云，陈焕军，刘佳

（湖北省地质局第一地质大队，湖北黄石 435100）

0 引言

在岩土工程详细勘察工作中，黏性土地层设计采用筏型基础的勘探孔深度的确定，是勘察方案制定的重要环节。对需作变形验算的地基，控制性勘探孔的深度不仅要考虑地基承载力的要求，也要考虑变形验算的要求。目前，在勘察工作中，针对控制性勘探孔深度的确定方法，较为成熟的主要有理论公式法和经验公式法。其中，理论公式法是以土力学相关理论为基础，结合实际案例总结出来的方法，主要有应力比法和沉降比法；经验公式法是基于大量工程案例总结出来的经验公式。这三种计算方法均在现行规范中有所介绍，但针对三种方法的内在联系缺少说明，本文结合三个拟采用筏型基础的工程案例，针对不同黏性土地质条件进行讨论，寻找三种方法的相互联系，为控制性勘探孔深度方法的确定提供更经济合理的依据。

1 考虑变形验算的勘探孔深度的计算方法

1.1 应力比法

根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）（2009年版）第4.1.19条规定[1]，地基变形计算深度，对中、低压缩性土而言，可取附加压力等于上覆土层有效自重压力20%的深度；对于高压缩性土层，可取附加压力等于上覆土层有效自重压力10%的深度。

1.2 经验公式法

《高层建筑岩土工程勘察标准》（JGJ/T 72—2017）第4.2.2条规定，控制性勘探点深度，对于箱型基础或筏型基础，在不具备变形深度计算条件时，可按公式（1）计算：

式中：H——考虑变形计算深度的勘探孔深度（m）；d——基础埋置深度（m）；αc——与土的压缩性有关的经验系数，根据基础下的地基主要土层按相关经验取值；β——与建筑物层数或基底压力有关的经验系数；b——基础宽度（m）。

1.3 沉降比法

根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）第5.3.5条——第5.3.7条规定[2]，地基变形计算深度zn应满足公式（2）的要求：

式中：△s′i——在计算深度范围内，第i层土的计算变形值（mm）；△s′n——由计算深度向上取厚度为Δz的土层计算变形值（mm），Δz按表1确定。

表1 Δz取值表

地基最终变形量可采用公式（3）进行计算：

式中：s——地基最终变形量 （mm）；s′——按分层总和法计算出的地基变形量 （mm）；ψs——沉降计算经验系数；p0——相应于作用在准永久组合时基础底面处的附加压力（kPa）；Esi——第i层土的压缩模量（MPa）；zi——基础底面至第i层土的距离；——基础底面计算点至第i层土底面范围内平均附加应力系数。

2 工程实例

2.1 工程案例一概况及地层资料

拟建工程位于江西省龙南市，区域地貌属渥江Ⅱ级阶地地貌，形成于冲洪积作用。拟建建筑主要为宿舍楼，采用变形设计，相邻柱基沉降差为0.002l[l为相邻柱基的中心距离（mm）]，控制平均沉降量≤200mm。拟建建筑基本概况见表2。

表2 拟建建筑基本概况表

根据前期勘察资料可知，场区未见地下水，拟建建筑物基础持力层为②层含砾粉质黏土，采用筏板基础。拟建场地地层岩性从上至下共分为4层，各土层物理力学参数详见表3。

表3 各土层物理力学参数

2.2 工程案例二概况及地层资料

拟建工程位于湖北省黄冈市，区域地貌为长江中下游冲洪积平原。拟建建筑主要为办公楼。拟建建筑基本概况见表4。

表4 拟建建筑基本概况表

根据初步勘察资料可知，场区未见地下水，拟建建筑物基础持力层为②层黏土，采用筏板基础。拟建场地地层岩性从上至下共分为5层，各土层物理力学参数详见表5。

表5 各土层物理力学参数

2.3 工程案例三概况及地层资料

拟建工程位于湖北省黄石市，区域地貌属冲洪积平原地貌。拟建建筑主要为研发楼。拟建建筑基本概况见表6。

表6 拟建建筑基本概况表

根据收集资料可知，拟建建筑物基础持力层为②层粉质黏土，采用筏板基础。拟建场地地层岩性从上至下共分为5层，地下水主要为第四系承压水，赋存于细砂及砾砂中，各土层物理力学参数详见表7。

表7 各土层物理力学参数

3 考虑变形验算的勘探孔深度计算

3.1 按应力比法计算

根据规范可知，采用应力比法计算时[4]，对中、低压缩性土可取附加压力等于上覆土层有效自重压力20%的深度确定地基变形计算深度，对高压缩性土层可取附加压力等于上覆土层有效自重压力10%的深度确定地基变形计算深度。针对上述三个案例，拟建建筑基础持力层及下卧层压缩系数α1-2在0.1～1.0MPa-1之间，既有中压缩性土，又有高压缩性土。因此，为了更好地进行对比，地基变形计算深度分别取附加压力等于上覆土层有效自重压力20%的深度，和附加压力等于上覆土层有效自重压力10%的深度进行计算。

针对案例一，采用试算的方法进行计算，详见表8。

表8 应力比法计算表

根据表8的计算结果可知，在基础中心点下深度z=14m处，应力比为22%＞20%；z=16m处，应力比为17%＜20%。在基础中心点下深度z=20m处，应力比为11%＞10%；z=22m处，应力比为9%＜10%。

因此，当按照20%控制时，采用应力比法计算的控制性勘探孔深度H11=zn+d=16.0+1.0=17.0m；当按照10%控制时，H′11=22.0+1.0=23.0m。

同理，当按照20%控制时，针对案例二计算的控制性勘探孔深度H21=14.0m，针对案例三计算的控制性勘探孔深度H31=14.0m。当按照10%控制时，针对案例二计算的控制性勘探孔深度H′21=18.0m，针对案例三计算的控制性勘探孔深度H′31=20.0m。

3.2 按经验公式法计算

针对案例一，当拟建建筑采用经验公式（1）计算时，根据地层情况，可取αc=1.5，β=1.0，由此可计算得出：

因此，采用经验公式法计算的控制性勘探孔深度H12=19.0m。

同理，针对案例二计算的控制性勘探孔深度H22=14.0m，针对案例三计算的控制性勘探孔深度H32=17.0m。

3.3 按沉降比法计算

采用沉降比法计算，同样假定不同计算深度，按照公式（3）计算基础底面中点位置的地基变形量[3]，计算过程详见表9。表中，△s′i为第i层地基变形量计算值（未乘沉降计算经验系数）。

表9 沉降计算表

因为b=12m＞8m，取Δz=1m，根据公式（2）进行验算可知[5]：

当计算深度取zn=22.0m时，

当计算深度取zn=23.0m时，

因此，采用沉降比法计算的控制性勘探孔深度H13=zn+d=23.0+1.0=24.0m。

同理，针对案例二计算的控制性勘探孔深度H23=20.0m，针对案例三计算的控制性勘探孔深度H33=24.0m。

4 计算结果的讨论

4.1 各计算结果统计

统计上述三个案例的计算结果，并进行统计、分析，可得到表10、表11及图1。

图1 计算结果分析图

表10 计算结果统计表

表11 计算结果分析表

4.2 各计算结果分析

通过对比计算结果可知，应力比法Hi1（按20%应力比控制）≤经验公式法Hi2＜应力比法H′i1（按10%应力比控制）＜沉降比法Hi3。

低压缩性土与中等压缩性土的沉降比法与其它计算方法的比值，相对于高压缩性土同类型比值要小。其中，各类土的沉降比法与经验公式法的比值在1.4左右。

应力比法是通过附加应力与土层的有效自重应力的比值来确定地基变形计算深度，其考虑了基础的长宽与埋置深度、基础底面的附加应力以及土层的有效自重应力的影响，但未考虑各土层压缩性的影响。采用此方法计算时，需要收集上部荷载大小、各土层有效重度、地基承载力，以及估算基础长度与宽度方可进行计算。用于估算时，相关计算参数均可采用经验值[6]。

经验公式法是建立在大量的实测资料上形成的公式，其综合考虑了基础的埋置深度与宽度、基底压力、土层压缩性等指标的影响[7]。采用此方法计算时，所需参数主要是建筑物层数、基础埋深、基础宽度等基本信息以及基本地层资料，该方法所需参数均可在勘察前收集，可很好地用于勘察方案的制定。

沉降比法是通过计算地基变形量来确定变形计算深度，其综合考虑了基础的长宽与埋置深度、基础底面的附加应力、地基土的物理力学指标等诸多因素的影响，该方法的计算结果较为准确。采用此方法计算时，需要收集上部荷载大小、各土层有效重度、地基承载力，估算基础长宽，并通过土工试验获取地基土的物理力学指标方可进行计算。该方法计算精度较高，可在进行了部分野外勘察工作后，根据采集的相关数据更精确地确定变形计算深度，并及时调整控制性勘探孔深度，以满足设计验算的要求[8]。

对比上述几种计算方法可知，应力比法（按10%应力比控制）计算结果与沉降比法计算结果最为相近，经验公式法计算结果乘以1.4的系数与沉降比法计算结果也很相近[9]。因此，针对黏性土地区，设计采用筏型基础的勘察项目在勘察方案的制定与初步实施时，建议采用应力比法（按10%应力比控制）或1.4倍的经验公式法来确定控制性勘探孔的设计孔深[10]。

5 结语

在进行岩土工程勘察工作时，为了考虑设计时的变形验算，控制性勘探孔深度可以通过应力比法、经验公式法以及沉降比法等多种方法确认，以满足变形计算要求。本文通过工程实例，分别对以上三种计算方法进行了阐述，通过分析对比可知，在筏型基础下黏性土地层的勘察工作中，考虑变形验算的控制性勘探孔深度，应根据勘察阶段的不同，结合收集到的资料和采集到的数据做好动态优化调整，而非采用固化思维严格按照勘察方案执行。可在前期的勘察方案制定中，采用应力比法和经验公式法估算控制性勘探孔的深度，在勘察外业施工时，优先施工非控制性勘探孔，并及时采集样品进行土工试验，通过获取的相关数据，采用沉降比法计算，并及时优化调整控制性勘探孔的深度，这样既能满足设计要求，又能够做到经济合理。