福建上杭地区泥质粉砂岩风化壳的工程性质探讨

傅洪金

【其 他】

福建上杭地区泥质粉砂岩风化壳的工程性质探讨

傅洪金

(福建省交通规划设计院，福建 福州 350004)

在收集、分析上杭地区白垩系沙县组(K2s)泥质粉砂岩分布区有关岩土工程勘察、设计、施工资料的基础上，分析、研究了泥质粉砂岩残积土和全风化岩层的工程性质，建立了泥质粉砂岩残积土和全风化岩层的变形模量(E0)与标准贯入试验击数(N)的经验公式，为类似岩层分布区的工程建设提供借鉴。

泥质粉砂岩；残积土；全风化岩；工程性质；地基承载力

福建省上杭县城及其周边广泛分布有白垩系沙县组(K2s)泥质粉砂岩，为薄层状软质岩。因该岩层为软质岩，天然单轴抗压强度＜15MPa(一般为5～10MPa)，其上部的全风化岩层及其残积土层的地基强度也较低。为此，笔者根据多年来在上杭地区的工程实践，对该岩层上部风化壳的工程性质进行分析与探讨，以供同行们商榷与借鉴。

1 风化壳的基本特征

上杭县城一带的白垩系沙县组(K2s)泥质粉砂岩，区域上位于北西向的碧田—安乡断陷带内，呈北西向展布，东、西两侧分别受北西向的石砌下—水西渡—李家坪断裂带和石门障—都康断裂带(亦称梯子岭断裂带)控制。该岩层分布范围为：北至涧头坝—肖子塘一带，东至七峰山—水西渡一带，西至翁兴坝—梯子岭，南至店下—章金一带。

为了方便分析和研究，根据规范GB50021-2001 (2009版)附表A.0.3，该岩层上部风化壳通常自上而下划分为残积土、全风化层、强风化层和中—微风化层。其中残积土、全风化层为已完全风化成土状结构的风化层，标准贯入击数≤30击的为残积土，层理模糊；标准贯入击数＞30击的为全风化岩层，原岩层理明显，结构较为清晰。强风化层为破碎而松软的岩层，强风化层中的小岩块大多用手可以掰断；因该岩层岩质软，下部中—微风化层则不再细分。

本文探讨的主要对象是上部已完全风化成土状结构的残积土和全风化岩层。

2 残积土主要物理力学指标

根据以往工程的勘察成果[1-4]，上杭地区泥质粉砂岩残积土工程特性表现为粘土，具有高液限和高塑性特征，各项主要物理力学指标统计成果如下页表所示。

从表中可看出，与福建沿海花岗岩残积土相比，泥质粉砂岩残积土各项物理力学指标的离散性小，含水量w、孔隙比e 较小，而压缩模量和抗剪强度也不比花岗岩残积土小。所以，泥质粉砂岩残积土应当具有较高的地基强度，这一点已由当地工程实践所证明。勘察成果[1-2]显示，上述工程的泥质粉砂岩残积土地基承载力特征值均＞200kPa。但由于该土层具有高液限和高塑性的特征，泡水易软化，脱水则易干裂，导致边坡上该土层受雨水、日晒影响，极易发生剥落破坏。

泥质粉砂岩残积土主要物理力学指标

3 残积土、全风化岩层的地基强度和变形特性

根据地基土载荷试验成果(见图1、图2)[1,4]，泥质粉砂岩残积土、全风化岩层的p -s 曲线前半段基本上均为近似直线，s-lgt 曲线尾部均未出现明显向下弯曲，试验成果取比例界限荷载作为试验点的地基承载力特征值fak。其中泥质粉砂岩残积土fak达220kPa，变形模量E0达19.0MPa，基床系数达9.7×104kN/ m3；全风化泥质粉砂岩fak达365kPa，变形模量E0达51.4MPa，基床系数达13.3×104kN/m3。

图1 泥质粉砂岩残积土载荷试验曲线

图2 全风化泥质粉砂岩载荷试验曲线

因载荷试验点数偏少，尚无法建立地基承载力特征值与标准贯入试验击数的关系。据载荷试验点的变形模量E0和该试验点下3倍载荷板宽度的深度范围内标准贯入试验击数N (N为实测标准贯入试验击数，未经杆长修正)的关系，对E0-N进行线性拟合处理(见图3)，获得E0-N关系式为：E0＝1.23N。考虑试验点数偏少，建议取E0＝1.2N。

图3 E0-N 拟合直线图

4 工程实例

“上杭登凯财富”工程[1]由2栋地上20层、地下1层的主楼和1栋地上6层的多层建筑组成，框架结构。基底处泥质粉砂岩残积土基本裸露，但因临近无高层建筑采用浅基础的先例，该工程原计划采用桩基础，以中风化泥质粉砂岩为桩端持力层。经载荷试验进行地基土承载力和变形特征复核后，高层建筑采用片筏基础，多层建筑采用柱下独立基础，均以泥质粉砂岩残积土为地基持力层，现已建成使用，最终沉降量小于15.0mm。地基基础方案改变后，工程造价减少约280万元左右。

“上杭县交警大楼”工程[3]为一地上19层、地下1层的高层建筑，框架结构，最大单柱荷载达6500kN。基底处均为全风化泥质粉砂岩，但当时上杭地区没有高层建筑采用以全、强风化泥质粉砂岩为地基持力层的浅基方案的先例，故该工程原计划采用桩基础，以中风化泥质粉砂岩为桩端持力层。后经过勘察、设计、建设单位多次探讨后，采用片筏基础，以全风化泥质粉砂岩为地基持力层，现已建成使用近5年，最终沉降量8.5～11.0mm。地基基础方案变更后，工程造价减少约120万元左右。

“上杭登凯豪廷”工程[4]为4栋地上20～21层、地下3层的高层建筑群，框剪结构，原计划采用桩基础、以中风化泥质粉砂岩为桩端持力层。经载荷试验进行地基土承载力和变形特征复核后，采用片筏基础，以全风化泥质粉砂岩为地基持力层，现已建成使用近4年，最终沉降量9.0～13.0mm。地基基础方案改变后，工程造价减少约330万元左右。

5 结论与建议

(1) 由于泥质粉砂岩颗粒较细，泥质粉砂岩残积土和全风化泥质粉砂岩在外观上均表现为粘土，但全风化泥质粉砂岩原岩层理较为清晰。

(2) 泥质粉砂岩残积土和全风化泥质粉砂岩具有较高的地基强度，可以作为地基持力层。

(3) 由于泥质粉砂岩残积土、全风化泥质粉砂岩表现为高液限、高塑性的粘土，具有泡水易软化、脱水则易干裂的特征，导致边坡上该土层受雨水、日晒影响，极易发生剥落破坏。

(4) 根据载荷试验和标准贯入试验成果，泥质粉砂岩残积土、全风化泥质粉砂岩的变形模量与标准贯入试验击数呈近似直线关系，可取E0＝1.2N。

(5) 本文总结了上杭地区泥质粉砂岩残积土和全风化岩层的工程性质特征，可应用于其他地区类似岩层(如粘土岩、粉砂岩、泥质粉砂岩等)残积土和全风化岩层的岩土工程性质研究与工程建设。

[1]核工业华南工程勘察院.上杭登凯财富岩土工程勘察报告[R].2010.

[2]核工业华南工程勘察院.上杭紫金学院岩土工程勘察报告[R].2009.

[3]核工业华南工程勘察院.上杭县交警综合楼岩土工程勘察报告[R].2006年.

[4]核工业华南工程勘察院.上杭登凯豪廷岩土工程勘察报告[R].2006年.

[5]中华人民共和国建设部.GB50021-2001岩土工程勘察规范(2009版)[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[6]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[7]福建省建设厅.DBJ13-84-2006岩土工程勘察规范[S].福州：福建科学技术出版社，2006.

[8]福建省建设厅.DBJ13-07-2006建筑地基基础技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

Engineering Characteristics of Weathered Crust of Argillaceous Siltstone in Shanghang Region, Fujian Province

FU Hong-jin
(Fujian Communications Planning and Design Institute, Fuzhou 350004, China)

The materials on geotechnical engineering investigation, design and construction of argillaceous siltstone area in Sha county group of Cretaceous age at Shanghang region, were collected and analyzed. The engineering characteristics of residual soil and fully weathered rock of argillaceous siltstone were studied. Then, the empirical equations between deformation modulus (E0) and standard penetration test number (N) were presented. The study results serve as a reference for engineering construction of similar rock distribution area.

argillaceous siltstone; residual soil; fully weathered rock; engineering characteristics; bearing capacity of foundation soil

TU470；P588.212

A

1007-9386(2014)06-0051-02

2014-11-14