劉亞蘭

（安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院, 安徽蚌埠 233000）

對(duì)于巖土工程勘察來(lái)說(shuō), 土工試驗(yàn)資料必不可少, 因?yàn)橥僚c一般的建筑材料不同, 其具有特殊的復(fù)雜的物理性質(zhì), 這種特殊的物理性質(zhì)決定了它本身的特殊復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì), 不同地區(qū)的土又有不同的變化, 諸如土的干密度、孔隙比、孔隙度、飽和度、液限與塑限、壓縮模量等。土的這些特殊的性質(zhì)決定了土工試驗(yàn)的必要性, 在巖土勘察工程中, 通過(guò)對(duì)土工試驗(yàn)資料的合理運(yùn)用, 能夠避免工作中許多問(wèn)題的出現(xiàn), 同時(shí)促進(jìn)勘察工作的順利進(jìn)行。

所謂的土工試驗(yàn)就是對(duì)巖土的一個(gè)測(cè)試, 經(jīng)過(guò)一定的研究分析, 進(jìn)而檢測(cè)出巖土的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)的各個(gè)性能的綜合情況[8]。土工試驗(yàn)作為巖土工程勘察的一個(gè)重要組成部分, 并通過(guò)對(duì)施工場(chǎng)地原始工程地質(zhì)條件和水文條件的論述, 提供各地基土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值, 其中最重要的是依據(jù)土工試驗(yàn)、標(biāo)貫試驗(yàn)以及靜動(dòng)探試驗(yàn)等資料。本文結(jié)合建筑實(shí)例來(lái)說(shuō)明土工試驗(yàn)資料在巖土工程勘察中的應(yīng)用。

1 某建筑概況及其場(chǎng)地巖土工程條件[1]

所選建筑由21棟1～16層住宅樓及地下室組成, 擬采用天然地基, 獨(dú)立基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ), 框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)。依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）（2009年版）第3.1節(jié)的規(guī)定, 綜合確定巖土工程勘察等級(jí)為乙級(jí)。依據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-2008）建筑物抗震設(shè)防分類為丙類。

根據(jù)勘察要求, 采用了多種方法：鉆探并取原狀土試樣、原位測(cè)試、靜力觸探、土工試驗(yàn)等, 并進(jìn)行綜合研究。

主要投入設(shè)備有：HXY-1型工程鉆機(jī)八臺(tái)（套）, DYLC履帶式靜力觸探二臺(tái)（套）, 數(shù)字圖形處理微機(jī)一臺(tái), 土工試驗(yàn)采用專業(yè)儀器、設(shè)備。

依據(jù)鉆探、原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)資料, 將場(chǎng)地內(nèi)地基土巖性自上而下共劃分為5個(gè)工程地質(zhì)層:第①耕表土、素填土層（Q4ml）：灰黃色, 松軟狀, 主要以粉土為主, 含有植物根莖。第②粉土層（Q4al+pl）：灰黃色—灰色, 稍密狀, 濕, 局部夾軟塑狀粘性土, ③粘土層（Q4al+pl）：青灰色, 軟塑狀—可塑狀, 含有淤泥質(zhì)土, 局部夾有薄層粉土, 下部夾有薄層粉砂。第④粉砂層（Q4al+pl）：青灰色—灰黃色, 稍密狀—中密狀, 飽和, 局部夾有粘性土和粉土、細(xì)砂。第⑤中細(xì)砂層（Q3al+pl）：青灰色—灰黃色, 中密狀—密實(shí)狀, 分選性較好, 級(jí)配良好, 次棱角狀, 主要礦物為長(zhǎng)石、石英、云母, 局部夾有礫石和粘性土[6]。

根據(jù)鉆探揭露, 對(duì)工程有影響的主要存在2個(gè)地下含水層組, 如下：

第一含水層組：地下水類型屬于孔隙潛水, 主要分布于第①耕表土、素填土和第②粉土層中, 其水量受地表水控制, 以地表水的垂直滲透補(bǔ)給為主?？辈炱陂g地下水的初見(jiàn)水位與穩(wěn)定水位埋深基本一致, 在2.20～3.00m, 對(duì)應(yīng)標(biāo)高為15.02～18.90m。

第二含水層組：地下水類型屬承壓水, 主要分布于第④粉砂層和第⑤中細(xì)砂, 以地下水的側(cè)向流動(dòng)補(bǔ)給為主?？辈炱陂g, 初見(jiàn)水頭埋深為8.30～21.60m, 穩(wěn)定水頭埋深為6.80～20.10m, 對(duì)應(yīng)標(biāo)高為-2.82～10.00m, 承壓水頭高度約1.50m（相對(duì)于④粉砂層頂板）。

2 場(chǎng)地地震效應(yīng)評(píng)價(jià)[4-5]

根據(jù)勘察資料并結(jié)合區(qū)域資料, 確定場(chǎng)地覆蓋層厚度d大于50.0m, 由《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（2016年版）表4.1.6查得, 建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類, 場(chǎng)地土類型屬中軟場(chǎng)地土。

依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（2016年版）及《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015), 該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度, 設(shè)計(jì)地震分組為第一組,設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)峰值加速度值為0.10g, 特征周期為0.45s。綜合分析擬建場(chǎng)地屬對(duì)建筑抗震不利地段。

采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)計(jì)算液化判別標(biāo)貫入錘擊數(shù)臨界值（Ncr）及液化指數(shù)（ILE）：

液化指數(shù)計(jì)算公式：

經(jīng)計(jì)算：綜合判定場(chǎng)地第②粉土層為輕微液化土層, 第④粉砂層無(wú)液化。

第⑤工程地質(zhì)層中細(xì)砂層地質(zhì)年代屬第四紀(jì)晚更新世（Q3）, 依《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（2016年版）4.3.3條, 7度時(shí)可判為不液化。

3 地基基礎(chǔ)評(píng)價(jià)[2]

根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件及擬建物特征, 建議18#、19#、20#、21#采用天然地基、獨(dú)立基礎(chǔ), 以第②粉土層作為基礎(chǔ)持力層, 應(yīng)進(jìn)行軟弱下臥層的驗(yàn)算。建議1#～17#采用樁基礎(chǔ), 以第④粉砂或第⑤中細(xì)砂層作為樁端持力層。

本場(chǎng)地通過(guò)采用土工試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、原位測(cè)試、波速測(cè)試等多種方法, 并結(jié)合野外勘探和本地區(qū)以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn), 地基土承載力特征值（fak）壓縮模量（Es0.1-0.2）建議值見(jiàn)表1。

表1 地基土承載力特征值（fak）及壓縮模量（Es0.1-0.2）建議值

地基土分析與評(píng)價(jià)：

①耕表土、素填土層：疏松, 欠壓密, 不宜作為建筑物地基持力層。

②粉土層：厚度大, 工程性質(zhì)稍差, 高壓縮性, 該層為輕微液化層, 對(duì)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理后可作為一般性建筑基礎(chǔ)持力層。

③粘土層：工程性質(zhì)一般, 高壓縮性, 可作為一般性建筑基礎(chǔ)下臥層, 由于該層為高壓縮性, 敬請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)部門(mén)對(duì)該層進(jìn)行軟弱下臥層驗(yàn)算, 若滿足設(shè)計(jì)要求方可使用。

④粉砂層：工程性質(zhì)一般, 中等壓縮性, 可作為高層建筑樁基礎(chǔ)持力層。

⑤中細(xì)砂層：工程性質(zhì)一般, 中等壓縮性, 可作為高層建筑樁基礎(chǔ)良好持力層和下臥層。

4 樁基礎(chǔ)評(píng)價(jià)[7]

建議擬建1#～17#高層建筑采用樁基礎(chǔ)。

樁基類型可選用混凝土預(yù)應(yīng)力管樁, 建議選用第④層粉砂層或第⑤層中細(xì)砂層作為基礎(chǔ)樁端持力層, 樁端進(jìn)入持力層不小于2.00d為宜, 最終持力層選擇及樁型由設(shè)計(jì)部門(mén)計(jì)算后確定。

本工程巖土層依次為耕表土、素填土、粉土、粘土、粉砂、中細(xì)砂。地下水對(duì)樁基礎(chǔ)施工的影響主要有以下內(nèi)容如下：

按滲透系數(shù)不同, 分透水層與隔水層, 當(dāng)樁穿透透水層如粉砂等砂土土類時(shí), 受影響程度主要與水動(dòng)力條件有關(guān), 若樁基礎(chǔ)施工屬于汛期, 降雨量大, 水動(dòng)力強(qiáng), 會(huì)降低樁對(duì)砂土類地層的樁側(cè)摩阻力；粘土及粉土類地層會(huì)受到軟化, 降低地基承載力, 同時(shí)也會(huì)降低樁對(duì)該類地層的樁側(cè)摩阻力。

5 基坑工程評(píng)價(jià)[7]

5.1 基坑開(kāi)挖與支護(hù)

地下室開(kāi)挖深度暫按自然地面下5.00m考慮?；影踩燃?jí)為二級(jí)。

根據(jù)《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》、《安徽省危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定實(shí)施細(xì)則》的規(guī)定, 編制設(shè)計(jì)基坑支護(hù)專項(xiàng)方案, 經(jīng)相關(guān)責(zé)任人審核通過(guò)后實(shí)施, 若開(kāi)挖深度大于5.00m應(yīng)進(jìn)行專家論證。

在5.00m開(kāi)挖深度內(nèi), 組成基坑邊坡的地層主要為第①工程地質(zhì)層耕表土、第②工程地質(zhì)層粉土和第③工程地質(zhì)層粘土。由于基坑開(kāi)挖內(nèi)為松散軟弱的地層。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和施工條件等綜合因素考慮, 建議采用放坡, 臨時(shí)放坡坡度1∶（1.00～1.25）（需經(jīng)基坑專項(xiàng)支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算后確定）。

本場(chǎng)地基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)建議值如表2所示。

表2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)建議值（不固結(jié)不排水剪UU）

在基坑開(kāi)挖、支護(hù)及基坑降水期間, 應(yīng)對(duì)基坑和鄰近建（構(gòu)）筑物、鄰近道路、管網(wǎng)等進(jìn)行沉降、變形等監(jiān)測(cè), 預(yù)防因基坑開(kāi)挖及使用期間對(duì)周邊環(huán)境造成的不利影響。

5.2 基坑降排水

基坑開(kāi)挖施工期間主要有影響含水層為第①耕表土、素填土層地表水入滲和第②粉土層中, 因此在基礎(chǔ)施工中應(yīng)加強(qiáng)降排水工作, 排水方法可采用輕型井點(diǎn)降水進(jìn)行。施工中, 地下水位應(yīng)保持在基坑底面以下不小于0.50m。

地基施工時(shí)應(yīng)注意截排水工作：

（1）用機(jī)械開(kāi)挖作業(yè)面時(shí), 應(yīng)輔以人工配合修整坡面, 盡量減少邊坡超挖和擾動(dòng)邊坡土體。

（2）地基外圍應(yīng)設(shè)置截水溝, 以防止地表水流入基坑內(nèi)。

（3）基坑周邊嚴(yán)禁超堆荷載。

除上述幾條外, 應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)基坑施工的規(guī)范、規(guī)程中的其它條款進(jìn)行作業(yè)。

5.3 抗浮和抗浮措施

（1）本工程設(shè)有較大面積1層地下室, 建議考慮基坑抗浮問(wèn)題。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及擬建建筑物性質(zhì)等, 建議抗浮設(shè)防水位按室外地坪下1.00m考慮。

如經(jīng)驗(yàn)算不能滿足抗浮設(shè)計(jì)要求時(shí), 應(yīng)采取必要的抗浮措施, 建議采用增加結(jié)構(gòu)自重、地下室上部覆土等工程技術(shù)措施或采用抗浮樁, 抗浮樁的設(shè)計(jì)應(yīng)充分保證滿足建筑抗浮設(shè)計(jì)的要求, 確保建筑物的安全和正常使用。

（2）抗浮樁設(shè)計(jì)參數(shù)值如表3所示。

抗浮樁設(shè)計(jì)時(shí), 樁的抗壓極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik可參照表3, 樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik進(jìn)行設(shè)計(jì), 但使用時(shí)應(yīng)將qsik乘以抗拔系數(shù)予以折減。

（3）場(chǎng)地內(nèi)上部土層的滲透系數(shù)建議如表4所示。

5.4 地基變形特征

18#、19#、20#、21#地下室以第②工程地質(zhì)層粉土為地基持力層, 該層地基土較均勻, 當(dāng)建筑物荷載較均勻時(shí), 預(yù)測(cè)地基變形均勻。

1#～17#高層建筑以第④工程地質(zhì)層粉砂或第⑤層中細(xì)砂為樁基礎(chǔ)持力層, 上述兩層地基土較均勻, 當(dāng)建筑物荷載較均勻時(shí), 預(yù)測(cè)地基變形均勻。

6 特殊性巖土分析與評(píng)價(jià)

素填土：根據(jù)本次勘察, 擬建區(qū)①層素填土為新近回填土和第③粘土層（軟土）, 土質(zhì)均勻性較差, 密實(shí)性差, 工程特性較差, 不宜使用。

7 結(jié)束語(yǔ)

表4 場(chǎng)地內(nèi)上部土層的滲透系數(shù)

從本文案例中可以做到土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于巖土工程勘察的影響意義重大, 例如：不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)就是對(duì)細(xì)粒土質(zhì)的抗剪強(qiáng)度提供最小值, 為基坑的開(kāi)挖以及具體的支護(hù)工作提供準(zhǔn)確詳細(xì)的參數(shù)設(shè)計(jì)；滲透試驗(yàn)為基坑的所降的水量提供科學(xué)依據(jù)等等。土工試驗(yàn)的主要就是物理試驗(yàn)和力學(xué)試驗(yàn), 實(shí)驗(yàn)環(huán)境是否合格、儀器設(shè)備是否符合標(biāo)準(zhǔn)、人員操作是否規(guī)范等相關(guān)因素都會(huì)對(duì)土工試驗(yàn)結(jié)果造成很大的影響, 所以在巖土工程勘察中不應(yīng)該生搬硬套試驗(yàn)數(shù)據(jù), 還應(yīng)結(jié)合地質(zhì)工作者野外勘探數(shù)據(jù)、地區(qū)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及前輩們留下的寶貴地質(zhì)材料。

從巖土工程勘察的必要性出發(fā), 土工試驗(yàn)必須不斷深入拓展、與時(shí)俱進(jìn), 針對(duì)土的各種性質(zhì)不斷進(jìn)行新的探索與創(chuàng)新, 為巖土工程勘察提供更多的輔助與使用資料。