兰州黄河北岸高阶地挖山场地坡洪积层工程力学性质的研究

韩海燕，樊有龙

（甘肃省城乡规划设计研究院有限公司，兰州 730000）

1 引言

本文通过对挖方最大厚度达100 m的挖方场地进行勘察，对其地基土进行了标准贯入试验、波速测试试验、浅层平板载荷试验、旁压试验，并结合室内常规土工试验对其工程力学性质进行了分析，希望为类似生产项目提供借鉴意义。

2 项目概况与工程地质条件

2.1 项目概况

某项目位于兰州市皋兰县盐池村，占地面积1.72×105m2，拟建物为30栋23～27层住宅楼，设计要求地基承载力特征值为500 kPa。

2.2 挖山后的岩土层构成

挖山整平后，场地主要地层自上而下为坡洪积层、细砂、卵石和第三系砂岩。

1）坡洪积物（Q2dl+pl）：厚度变化较大，挖方区大部分场地出露该层，北侧以卵石、细砂交互层为主，各土层呈尖灭、错断状，排列无规律，含粉土透镜体；场地南侧以粉土、粉砂交互层为主，各土层呈尖灭、错断状，排列无规律，含卵石透镜体。场地由北往南，由粗颗粒（卵石、细砂）向细颗粒（粉砂、粉土）演变过度。

该层层厚为16.0～39.6 m，层面高程为1797.51～1815.63 m。该层具体分为坡洪积（粉土）、坡洪积（粉砂）、坡洪积（细砂）、坡洪积（卵石），具体描述如下：

坡洪积（粉土）：褐黄色，土质不均匀，含少量粉砂，孔隙不发育，无光泽，干强度低，摇振反应中等，局部分布有细砂夹层，偶含砾石颗粒，稍湿，密实。

坡洪积（粉砂）：黄褐色，砂质不纯净，偶见少量粉土薄层，主要矿物成分为石英、长石等，密实。

坡洪积（细砂）：黄褐色～红褐色，砂质较均匀，偶见少量粉土薄层，主要矿物成分为石英、长石等，含黑云母碎片，密实。

坡洪积（卵石）：青灰色，磨圆度较好，呈亚圆～次圆状。成分以石英岩、花岗岩、变质砂岩等为主。粒径以2～9 cm为主，最大15 cm，偶含漂石，骨架颗料含量约占全重的65%～70%，级配一般，交错排列。卵石颗粒呈中风化，充填物以细砂及圆砾为主，密实。

2）坡洪积层以下依次为河漫滩细砂、八级阶地卵石及第三系砂岩（N）。

3 坡洪积层工程性质

3.1 土工试验

为评价场地内坡洪积粉土的物理力学性质，对采取的8件Ⅰ级土试样进行了室内土工试验分析，取样深度为1～2 m，从试验数据删除异常值后分析统计结果可知：坡洪积（粉土）的天然含水量在5.1%～7.4%，平均6.3%，总体呈稍湿状态；天然孔隙比在0.629～0.732，平均0.663，总体呈密实状态；湿陷系数δ0.2MPa在0.001～0.006，平均0.003，湿陷系数δ0.3MPa在0.001～0.007，平均0.004，湿陷系数δ0.5MPa在0.001～0.008，平均0.005，取样深度为地面下1～2 m，在0.5 MPa压力下无湿陷性。

3.2 标准贯入试验

为评价场地土的力学特性，现场对场地坡洪积物（粉土、粉砂、细砂）进行了标准贯入试验，根据GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》（以下简称《勘察规范》）第3.3.9条[1]，标准贯入数据（锤击数实测值）平均值测试指标统计结果为：坡洪积物（粉土N=28.6、粉砂N=32.9、细砂N=34.0，N为标准贯入试验锤击数）均呈密实状态；根据JGJ 340—2015《建筑地基检测技术规范》（以下简称《检测规范》）表7.4.4-2，标准贯入数据显示坡洪积物（粉土）呈密实状态[2]。

3.3 波速测试试验

根据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》表4.1.3，通过波速测试试验，场地坡洪积（粉土、粉砂、细砂、卵石）地层剪切波速结果为：坡洪积粉土地层剪切波速为282～572 m/s，平均394 m/s，为中硬土；坡洪积细砂地层剪切波速为347～535 m/s，平均437 m/s，为中硬土；坡洪积粉砂地层剪切波速为318～553 m/s，平均456 m/s，为中硬土；坡洪积卵石地层剪切波速为422～635 m/s，平均586 m/s，为坚硬土[3]。

3.4 浅层平板载荷试验

为确定场地坡洪积层的工程特性，并确定其承载力及变形模量，对场地坡洪积物中粉土、粉砂及卵石层中不同部位进行了载荷试验。载荷试验采用压重平台作反力，FQ-65t液压千斤顶（自带加压泵）分级加压，百分表（量程30 mm，精度0.01 mm）测读沉降，承压板直径800 mm（圆形钢板，厚50 mm），最大加载量为1000 kPa。各地层承载力特征值、变形模量等测试结果统计见表1。

表1 浅层平板载荷试验指标统计表

根据1#～9#试验点p-s（荷载-沉降）曲线，其曲线呈缓变形，无明显的比例界限，且加荷至最大试验荷载时未达到《检测规范》第4.3.5条的终止加载条件且加载至特征值时s/d＜0.01（s为基础沉降量/载荷试验沉降量，mm；d为承压板直径或边长，m），故依照《检测规范》第4.4.3条规定，11#～9#试验点地基承载力特征值取最大试验荷载的1/2，即500 kPa。根据《勘察规范》第10.2.5条计算各地层的变形模量见表1。

3.5 旁压试验

为确定场地坡洪积地层的工程特性，并确定其承载力，在场地不同地层的不同深度处进行了旁压试验，旁压试验指标统计见表2。

表2 旁压试验指标统计

根据《工程地质手册》第五版计算公式，地基承载力标准值qk=pf-p0（pf为临塑压力值；p0为初始压力值[4]）。

3.6 坡洪积层工程性质分析与综合评价

该工程场地地貌单元划分属黄河北岸高级阶地及黄土梁峁沟壑区中低山复合地貌，场地整体基本处于梁峁区域，最大开挖厚度超100 m，开挖后工程场地坡洪积层出露，坡洪积层在高压状态下经过漫长地质历史得到了很好改善，呈超固结状态，各项工程力学性质指标均优于一般岩土工程力学性质指标。

根据室内常规土工试验、标准贯入试验、波速测试试验、浅层平板载荷试验和旁压试验结果，综合场地地质条件，分析本场地坡洪积（粉土、粉砂、细砂、卵石）工程力学特性。分析表明：

1）坡洪积粉土天然孔隙比平均值为0.663，总体呈密实状态，在0.5 MPa压力下湿陷系数均小于0.015；

2）场地土类型为中硬～坚硬土；

3）场地坡洪积层的地基承载力特征值不小于500 kPa，变形模量不小于70 MPa，各项物理力学性质良好；

4）坡洪积层以粉土、粉砂、细砂及卵石交互层出现，其各土层变形模量差异性不大，且均较高，可按均匀地基考虑。

地基基础建议：以坡洪积层作为天然地基，采用筏形基础（山体边缘建筑物考虑其稳定性，可采用桩基础）。

4 结语

1）工程勘察中采用钻探、原位测试及室内试验多种手段分析了场地坡洪积层的工程性质，不同勘察方法相互验证，合理提供地基承载力和变形模量等地基基础设计参数，充分挖掘地基潜力，对类似工程场地的开发利用具有重要参考意义。

2）开挖后岩土的物理力学性质与挖方场地的开挖深度及岩土类别有很大的关系，限于本次研究的局限性，未能对不同开挖深度及其他岩土类别的工程力学性质进行研究及深入分析，将在后续的研究中继续探讨。