国外某高孔隙比地基土工程特性研究

张晓健

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

国外某高孔隙比地基土工程特性研究

张晓健

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

国外某电厂分布有高孔隙比、高压缩性粘性土，这类粘土虽然承载力较高，但在承受建筑物荷载时会产生较大压缩变形，从而影响上部结构稳定性。本文通过对该工程地基土的岩土工程勘测研究分析，得出该高孔隙比粘土的岩土工程特性，虽其承载性能较好，但不能作为沉降敏感建筑物的天然浅基持力层。本文研究结论可以为该地区进行其它工程建设提供参考。

孔隙比；压缩性；变形；工程勘测 。

赤道几内亚首都马拉博经济条件落后，基础建设匮乏，当地建筑物很少开展岩土工程勘察工作，对区内的地基土工程特性认识也不足，工程建设多凭经验进行，因此往往存在较大的工程隐患。

本文从对该地区某发电厂工程项目的岩土工程勘测出发，揭示了该区地下覆盖层存在高孔隙比、高含水率以及高压缩性的粘性土，此类粘性土在承受荷载时，土体中的孔隙会被压缩，从而易产生较大压缩变形，不能满足某些沉降敏感建筑物的变形要求。本文通过对其物理力学性质的分析，并从地基承载力和变形两方面开展工作，得出此类土体不能作为沉降敏感建筑物的天然浅基持力层，同时为本项目提供了适宜的地基承载力建议值以及基础型式，也为今后本地区开展类似工作提供参考，积累工程经验。

1 工程概况

该工程厂址位于赤道几内亚共和国比奥科岛之西北部，马拉博Santa Isabel(圣伊莎贝尔)国际机场以北约0.7km，厂区北侧及东侧为马拉博现有一级公路，与市区相距仅3km左右，交通条件便利。本期工程新建3台燃气机组，单机容量为42MW，是满足马拉博城市供电需求的一项重要工程。

2 厂址环境及地质条件

图1 厂区典型工程地质剖面图

图1中，②－1层、④层分别为坡洪积粘土和含碎石粘土，⑤层、⑥－2层为坡残积碎石和粘土，⑨层为海相沉积粘土，⑩－1层为强风化玄武岩。其中，②－1层、④层为厂区上部主要地基土层，在现场钻探过程中取了一定数量的土样进行室内土工试验，其主要物理力学性质指标统计结果见表1。

表1 地基土物理力学指标统计值

由表1中可以看出，虽然上部两层地基土在状态上均为可塑状态，且力学指标也相对较好，但是由于其孔隙比非常大，均大于1，属于高孔隙比地基土，且压缩性也均为中等，在地基土承受上部荷载时，土中的孔隙会收到较大压缩，从而产生较大的变形。而⑤层碎石虽然地基承载力较高，但其下分布较厚的高孔隙比可压缩层(⑥－2层、⑨层)，因此在选择基础持力层时需要引起设计的足够重视。以下将从地基承载力和变形两方面对其岩土工程特性进行分析，从而为最终选择基础型式提供依据。

3 地基土岩土工程特性分析

受各种因素及历史条件制约，该区建筑物很少开展岩土工程勘测工作，当地的一般建筑物均采用天然地基。但是对于发电厂来说，主要建筑物对基础沉降十分敏感。在厂区附近有一座已建成的升压站，根据现场调查，当初未进行岩土工程勘测工作，目前局部墙体已经出现裂缝，初步分析是由于沉降不均匀所造成。本文将对该地段可能作为天然地基的②－1层和④层进行分析研究，为便于叙述，以②－1层为例进行地基承载力和变形分析。

3.1 天然地基承载力分析

如前所述，当建筑物采用一般浅基础型式，作为本区天然地基可选用的基础持力层主要为②－1层粘土和④层含碎石粘土。通过室内土工试验成果，分别采用《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2011)中的理论公式和Terzaghi(太沙基)极限承载力公式及原位测试(标准贯入试验)结果，依据相关经验，对这两层地基岩土进行地基承载力估算，最终提供较为合适的地基承载力特征值。

3.1.1 理论计算

假定基础为无限延长的条形基础，埋深分别为1.0m、2.0m、3.0m，基础宽度3.0m，并且认为地基土有一定的塑性区开展，根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2011)，可求得地基土的承载力特征值为：

式中：fv为由土的抗剪强度确定的地基土承载力特征值(kPa)；γ为基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度(kN/m3)；γm为基底以上土的加权平均重度；d为基底埋深(m)；b为基础宽度(m)；ck为土的粘聚力(kPa)；Mb、Md、Mc无量纲承载力系数，可根据内摩擦角计算或查表得出。利用表1中的数据可得其承载力系数分别为Mb=0.61，Md=3.44，Mc=6.04，将其值代入式(1)可得②－1层的地基承载力特征值为：

至此，通过对已完成项目进行位置数据网格化处理与K-Means聚类算法分析，得到影响任务定价规律的Ri(任务i与其所属区域中心点的距离)、qi(任务数量)、Qi(会员数量)、 (会员平均完成能力)四大因子，建立起定价规律影响的概念模型:

3.1.2 太沙基极限承载力公式

Terzaghi于1943年提出粘性土的极限承载力满足如下关系式：

式中：Nc，Nd，Nb为承载力系数，可查表得出。

对于松软土质，地基破坏是局部剪切破坏，沉降较大，其极限荷载较小。太沙基建议采用较少的φ′，C′值代入公式计算极限荷载，即得：

根据②－1层参数同样可得承载力系数为Nc=10.98，Nd=3.94，Nb=2.65。将其代入式(2)可得地基土的极限承载力分别为：

3.1.3 标准贯入试验确定地基承载力

国内外经过研究得出了标准贯入试验击数与粘性土地基承载力之间的关系。Terzaghi认为对于条形基础，粘性土地基承载力特征值与标准贯入试验击数之间存在如下关系：fk=12N，(式中N为标准贯入试验击数)

根据现场该土层标准贯入试验击数统计值为13击，计算可得②－1层地基土的承载力特征值为：fk=12×13=156kPa。

综合以上分析，并考虑各种影响及安全因素，结合本地区相关工程经验，最终勘测报告提供②－1层地基土的承载力特征值建议值为130kPa。

3.2 天然地基变形分析

假定条形基础位于②－1层内，基础埋深d＝3.0m，基础长宽比l/b＝5，②－1层平均厚度为5.0m。由于场区普遍存在中密～密实碎石层(图1中的⑤层)，该层压缩变形小，压缩模量大，根据规范可将该层深度视作压缩变形计算深度，本次勘探结果表明该深度约为10.0m。

根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2011)中5.3.5可知，地基土的最终变形量可按下式计算：

式中：s为地基最终变形量(mm)；ψs为沉降计算经验系数；n为计算深度内划分的土层数；P0为基础底面附加压力(kPa)；Esi为基础底面以下第i层土的压缩模量(MPa)；zi，zi－1为基础底面至第i层土、第i－1层土底面的距离m；i，i－1为平均附加应力系数，可按规范查表求得。

为方便计算，本次假定基础底面附加压力为100kPa，土层数n=2 (②－1层及④层)，查表得基础中心点下2.0m和7.0m(压缩层底部距基础底面距离)处地基土的平均附加应力系数分别为α1=0.896，α2=0.552，分别将Es1=5.8MPa，Es2=5.5MPa代入公式(3)，取经验系数ψs=1.12，可得地基土的最终沉降量s=77mm。

由此可以看出，该层在承受上部荷载时，产生的沉降量较大，当基底压力仅为100kPa时，沉降量已达近80mm。

4 基础型式推荐

由上述计算可知，对于②－1层，虽然其地基承载力特征值较高，满足一般情况下建筑物地基承载力的要求，但由于其具有高孔隙比、中等偏高压缩性等性质，在承受上部荷载时，土体产生的压缩变形也较大，而上述的计算结果也验证了这一结论，对于发电厂这一类对沉降敏感的建筑物来说，无疑不能满足要求。因此岩土工程勘测报告中最终提出了“对于荷载较大或变形要求较高的建筑物，不能采用②－1层及④层作为天然地基持力层”的结论，从而对主要建筑物以及对沉降敏感的附属建筑物，最终都推荐采用了桩基础。

该工程项目已于2011年竣工，到目前为止已安全运行两年，尚未出现因地基土原因而造成的不利影响。而该电厂附近的一个升压站，因工程建设中没有做详细岩土工程勘测，建筑物墙体已出现裂缝，说明本文的研究结论正确，地基基础型式推荐合理。

5 结论

本地区以往工程建设时建筑物很少开展岩土工程勘察工作，对区内地基土的工程特性认识不足。本文通过对该地区某发电厂工程的岩土工程勘察，得出如下结论：

(1) 该区存在高孔隙比、高含水率以及中等偏高压缩性地基土，此类土体在承受上部荷载时，孔隙会被压缩，土中所含水体会被排出，产生较大变形；

(2) 通过多种计算方法，得出本区典型地层较为合理的地基承载力特征值，且当以②－1层作为天然浅基础持力层时，发电厂建筑物的基础沉降量较大，不能满足建筑物对变形的要求；

(3) 综合以上计算结果以及工程经验，推荐发电厂主要建筑物以及沉降敏感的附属建筑物基础型式采用桩基。从竣工后的效果以及和当地已有建筑物对比，结论较为合理；

(4) 本次勘察的成果可以为该地区今后开展类似工作提供参考。

[1]GB50007－2011，建筑地基基础设计规范[S]．

[2]高大钊．土力学与基础工程[M]．北京：中国建筑工业出版社，1998．

[3]编写组．工程地质手册(第四版)[K]．北京：中国建筑工业出版社，2007．

Research on Civil Engineering Characteristic of High Hole Ratio Foundation in Overseas

ZHANG Xiao-jian
(Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

The clay with high void ratio is founded in the site, although its bearing capacity is good, the deformation under the building load is still large because of its high void ratio. In this paper, characteristics of such kind of clay are studied through the geotechnical investigation. The result shows that this type of clay may cause large deformation, it can not be regarded as the bearing stratum to the building which is sensible to the settlement. The conclusion in this paper can be used for references to other engineering.

void ratio; compressibility; deformation; geotechnical investigation.

P642

B

1671-9913(2014)03-0019-04

10.13500/j.cnki.11-4908/tk.2014.03.004

2013-04-18

张晓健(1979- )，男，江苏丹阳人，高级工程师，主要从事岩土工程勘测设计工作。