花岗岩风化带埋深特征在建筑基础设计中的应用

吴发根，吴 宇

(广东科艺新泰建设工程有限公司，523112,广东,东莞)

花岗岩风化带埋深特征在建筑基础设计中的应用

吴发根，吴 宇

(广东科艺新泰建设工程有限公司，523112,广东,东莞)

对某工程实例桩基础计算分析，结合花岗岩风化带埋深标高等值线图，为拟建建筑基础设计提供参考。

花岗岩风化带；埋深特征；标高等值线；建筑基础

0 引言

沿海地区常揭露有大面积的花岗质岩石。花岗岩本身属坚硬岩石，工程力学性质良好，但在气候、地形、地貌、生物等风化作用影响下形成的花岗岩风化带其物理、力学性质差异很大。花岗岩风化带不仅风化程度差异较大、各地风化层厚度不一、工程地质性质特殊，且具有工程地质及环境灾害频发等特点。巨厚的风化带给工程设计和施工带来了复杂的影响。

工程上对花岗岩风化带地基承载力的认识逐渐提高，同时通过各种原位测试方法来对其进行修正，如在进行工程地质勘查时常会做一些点荷载试验[1]、声波试验[2]、标贯试验[3]等。在已知地基承载力的基础上，本文通过计算嵌岩桩和摩擦桩容许承载力值，并结合花岗岩风化带埋深特征，为拟建筑基础设计提供参考。

1 工程概况

某工程拟建建筑物包括5栋17～25层高层建筑物、1栋4层幼儿园，规划总用地面积32 521 m2，总建筑面积98 470 m2，首层建筑占地面积10 560 m2，最大高度为74.4 m。根据上部软弱土层厚度及强风化面埋深情况将拟建场地划分为A、B两区，建筑大致平面如图1所示。

2 工程地质条件

场地钻孔高程为20.6～23.1 m，基岩土按地质成因类型和岩土层性质自上而下分为如下。

图1 建筑大致平面图

①填土层(Qml)：主要为粘性土。厚0.40～5.00 m，平均2.17 m。地基承载力特征值的经验值fak=70 kPa；

②耕表土层(Qpd)：主要为粉质粘土。厚0.30～0.80 m，平均0.48 m，层底标高:16.20～20.40 m。地基承载力特征值的经验值fak=100 kPa；

③冲-洪积层(Qal+pl)：厚1.10～3.10 m，平均1.77 m，层底标高:14.60～17.50 m。地基承载力特征值建议fak=130 kPa；

④坡积层(Qdl)：厚0.70～7.30 m，平均3.23 m，层底标高:12.20～19.50 m。地基承载力特征值建议fak=200 kPa；

⑤残积层(Qel)：系花岗岩风化残积而成，以粉粘粒为主。厚0.90～25.90 m，平均13.33 m，层底标高-7.00～20.50 m。地基承载力特征值建议fak=230 kPa；

⑥-1全风化花岗岩：厚1.70～13.80 m，平均5.24 m，层底标高-16.40～18.60 m。地基承载力特征值建议fak=300 kPa；

⑥-2强风化花岗岩：岩石岩体极破碎。厚1.00～18.20 m，平均6.65 m，层底标高-25.20～13.70 m。地基承载力特征值建议fak=600 kPa；

⑥-3中风化花岗岩：岩石裂隙较发育，上部岩体破碎。厚0.40～7.00 m，平均2.42 m，层顶标高-25.20～13.70 m。地基承载力特征值建议fak=2 000 kPa，岩石单轴抗压强标准值25 MPa；

⑥-4微风化花岗岩：岩体较完整。厚0.60～4.10 m，平均1.72 m，层顶埋深11.60～48.00 m。地基承载力特征值建议fak=4 000 kPa，岩石单轴抗压强标准值35 MPa。

3 花岗岩风化带埋深标高等值线图

根据地质资料，描绘出场地各花岗岩风化带顶面标高等值线图,如图2～图4。

4 建筑基础设计

4.1建筑基础方案分析

根据花岗岩各风化带埋深特征，结合建筑实际情况，基础可考虑如下2种方案。

方案1:4层低层建筑可采用天然地基基础。以土质较好的硬塑状粉质粘土、残积土或浅层基岩作基础持力层，部分软弱土(填土、耕表土等)较厚地段应挖除或换填，并进行必要的基坑(槽)支护。

图2 强风化岩层顶面标高等值线图

图3 中风化岩层顶面标高等值线图

图4 微风化岩层顶面标高等值线图

方案2：当天然基础不能满足高层建筑载荷要求，A区采用以强风化岩层作为持力层的管桩基础，B区采用以中风化和微风化层中一层或共同作为持力层的钻(挖)孔灌注桩基础。

4.2桩基础承载力容许值计算

1)支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖)孔桩的单桩轴向受压容许承载力[Ra]计算，根据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007公式5.3.4：

式中：C1为端阻发挥系数，按表5.3.4采用；Ap为桩端截面积；frk为桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值，黏土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，当frk小于2 MPa时按摩擦桩计算(frki为第i层的frk值)；C2i为根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，按表5.3.4采用；u为各土层或岩层部分的桩身周长；hi为桩嵌入各岩层部分的厚度，不包括强风化和全风化层；m为岩层的层数，不包括强风化和全风化层；ξs为覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端frk确定；当2 MPa≤frk<15 MPa时，ξs=0.8；当15 MPa≤frk<30 MPa时，ξs=0.5；当frk>30 MPa时，ξs=0.2；li为各土层的厚度；qik为桩侧第i层土的侧阻力标准值，按表5.3.3-1采用；n为土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考虑。

2)摩擦桩单桩轴向受压容许承载力[Ra]计算，根据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007公式5.3.3-1和5.3.3-2：

qr=moλ[(fao)+k2γ2(h-3)]。

式中：li为承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度；qik为与li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值，按表5.3.3-1采用；qr为桩端处土的承载力容许值；[fao]为桩端处的承载力基本容许值，按规范3.3.3条确定；h为桩端的埋置深度；k2为容许承载力随深度的修正系数，按表3.3.4选用；γ2为桩端以上各土层的加权平均重度；λ为修正系数，按表5.3.3-2选用；mo为清底系数，按表5.3.3-3选用。

4.3桩基础选型

嵌岩桩按桩径1.0 m和1.2 m估算嵌岩深度h(桩端入强风化1 m、入微风化0.5 m)及单桩容许承载力[Ra]，计算结果如下。

持力层frkC1C2iΦhRa中风化2．5×1040．240．0181．01．071421．21．09698微风化3．5×1040．360．0301．01．5124031．21．517344

摩擦桩以钻孔ZK15和ZK16为例，假设承台埋深3 m，桩长30 m(强风化层顶标高约-10.0 m)，持力层为强风化岩，估算单桩容许承载力[Ra]，计算结果如下。

孔位ΦLλmok2RaZK151．2300．660．71．57239ZK161．2300．660．71．57273

通过花岗岩风化带埋深特征图及以上计算结果对比可知，以中风化或微风化作持力层的端承桩单桩容许承载力值要达到以强风化作持力层的摩擦桩单桩容许承载力值，其桩长达35～45 m，经济上不实际。因而本建筑高层基础可采用以强风化作持力层的桩径1.2 m的摩擦灌注桩。

5 结论

本文通过对建筑桩基础承载力的理论计算，并结合花岗岩各风化带埋深标高等值线图，为拟建建筑物选择经济、适宜、安全的基础方案建议，可为类似工程的设计提供参考意义。

鉴于此，日后应加强完善区域花岗岩各风化带的资料并形成系统的埋深特征等值线图，实现风化带区域和剖面上数据指标的可查询、分析和统计性，从而更好的为城市工程建设和城市地质防灾减灾服务。

[1] 焦守林,蒋丽丽.用点荷载强度试验测定岩石抗压强度[J].山东煤炭科技,2011(2):91-92.

[2]李元辉,赵兴东,赵有国,等.不同条件下花岗岩中声波传播速度的规律[J].东北大学学报(自然科学版),2006,27(9):1030-1032.

[3]蓝琼,吴飞,蒙胜武.重型动力触探试验在广东花岗岩地区的应用[J].人民珠江,2002(4):19-20.

[4]中交公路规划设计院有限公司.JTG D63-2007公路桥涵地基与基础设计规范[S]//北京:人民交通出版社,2007.

ApplicationsofGraniticRocksWeatheredwithDepthCharacteristicsinBuildingFoundationDesign

WU Fagen,WU Yu

(Guangdong Keyi-Xintai Construction Engineering Co.,Ltd.,523112,Dongguan,Guangdong,PRC)

By analyzing the calculation and analysis of pile foundation in a project,combined with the depth of granitic rocks weathering belt elevation contour,to provides reference for the design of the proposed building foundation.

granitic rocks weathering belt;depth of character;elevation contour;building foundation

2014-04-07;

2014-05-09

吴发根(1987-)，男，硕士，工程师，主要从事基坑工程支护研究与实践。

1001-3679(2014)03-0349-04

TU93

A