浦口高新区粉质粘土地基承载力试验分析

袁 峰 宗 静

(1.江苏科泰岩土工程有限公司，江苏 泰州 225309； 2.南京市测绘勘察研究院股份有限公司，江苏 南京 210019)

0 引言

随着我国经济社会的快速发展，城市建筑不断向高层和超高层建设。高层建筑对地基承载力要求较高，对地基的形变控制严格。因此，较准确的确定地基承载力非常重要。关于地基承载力确定的方法，已有学者做了卓有成效的研究，其中，吴刚[1]通过在相同地质条件下的实际工程，分别选用载荷试验和标准贯入试验两种方法进行地基承载力的判别，并分析了测试数据；杨光华等[2]结合工程实例，比较了室内岩土实验和原位试验结果对岩石地基承载力设计取值的影响，提出在复杂地质条件下以原位试验的结果确定地基承载力更为合理；卢玉南[3]利用数理统计理论，分析了红粘土标准贯入试验资料，研究了红粘土地基承载力特征值、压缩模量与标准贯入试验锤击数的数值关系，拟合出其经验公式；肖泽忠等[4]通过试验原理、不同深度下的土压力差异钻杆因素3个方面，将标准贯入试验结果与平板载荷试验地基承载力结果进行比较，分析了产生承载力差异的原因，讨论了造成标准贯入试验差异的因素。王学武等[5]根据回归分析理论，通过对伊拉克哈法亚油田的地基土进行载荷试验、标准贯入试验及室内土工试验，得到了基于标准贯入试验击数、土工试验参数的地基承载力回归方程。张羽等[6]通过对规范的演化过程分析，指出了锤击数的数据分析方法及地基承载力推定表格中存在的问题，并推荐出较为合理的数据分析方法和相关的承载力推定表格。张溧安等[7]指出载荷试验费时、耗资而不宜多做。对于一般的工程可采用回归分析法建立静力触探试验参数、标准贯入试验参数、室内土工试验参数与地基承载力的相关关系。宗静等[8]以工程为例，对比了南京江宁地区极软岩地基承载力的取值，确定软质岩承载力特征值的合理有效的方法。

南京市浦口高新技术经济产业开发区广泛地分布有可～硬塑的粉质粘土。该层土作为建筑物基础持力层较为合适，但确定其承载力较困难。本文以该地区某工程为背景，从现场标准贯入试验和室内试验，获得土体物理力学性能参数，并结合现场载荷试验，提出了该层土体的地基承载力取值建议。

1 工程背景

1.1 工程概况

拟建工程位于南京市区浦口高新技术经济产业开发区，星火路和规划中心路交叉口东北角，地铁3号线星火路站北侧场地内。项目占地面积约63 398 m2。规划建设高层办公楼及公寓，地上高度约100 m～150 m，整体地下车库深约10 m～15 m。总建筑面积约384 166 m2，其中地上约253 583 m2，地下约130 583 m2。主要包括1幢31层办公楼，高度约149 m，6层商业裙房、4幢20层办公楼、公寓楼(约96.3 m)及辅助2层商业和3层整体地下车库。地下车库范围为超高层办公塔楼、高层办公楼、公寓楼、商业楼。纯地下车库部分地上无建筑荷载作用，结构自身荷载较小，地基土体工程性质良好，考虑采用天然地基。

1.2 场地工程地质特征

场地原为住宅及厂房，已整平，地势较高，地形相对平坦，整体呈西高东低之势。现地面标高在27.39 m～33.13 m，最大相差约5.74 m。场地地貌单元为阶地，发育有坳沟。野外勘探鉴别、现场原位测试，结合室内岩土实验成果综合分析，场地岩土层分布自上而下详细描述如下：

①1杂填土。松散，混凝土地面、碎砖、碎石混少量粉质粘土填积，碎砖和碎石等填龄在5年以上，密实度、均匀性差，层厚4.8 m～8.5 m。

①2素填土。软～可塑，粉质粘土混少量碎砖、碎石填积，填龄在10年以上，均匀性较差，层厚0.4 m～7.6 m。

②粉质粘土。可塑，局部软塑，韧性、干强度中等，层厚0.6 m～10.3 m。

③粉质粘土。可～硬塑，韧性中等、干强度高，局部底部混少量卵砾石，层厚0.5 m～12.8 m。

⑤1强风化砂质泥岩。风化强烈，结构大部分已遭破坏，岩芯手易折断，碎后呈砂土状，局部夹硬岩块，岩体极破碎，属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级，遇水易软化，层厚0.6 m～6.5 m。

⑤2中风化砂岩。岩芯呈柱状—长柱状，RQD约为75%～80%，砂质结构，块状构造。有少量裂隙发育，主要为软岩～较软岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级，该层未钻穿。

2 现场原位试验

2.1 标准贯入试验

为了较准确的确定场地内③层粉质粘土的地基承载力，对该层土体进行了标准贯入试验。标准贯入试验过程采用63.5 kg的穿心锤，并以760 mm的自由落距，将C099土壤标准贯入试验器UX-20标准贯入器在孔底预打入土中150 mm，测记再打入300 mm，记录的锤击数。

标准贯入试验孔154个，试验样本数量为434个，标准贯入试验深度分布详见图1。从图1可看出，试验深度主要集中在4 m～12 m之间，这是因为③层粉质粘土的埋深主要分布在地下4 m～12 m的深度内。

现场标准贯入试验数据较多，故根据GB 50021—2001岩土工程勘察规范[9]规定的岩土参数统计与分析方法，按下列公式计算了标准贯入击数的平均值、标准差和变异系数：

(1)

(2)

(3)

其中，φm为岩土参数的平均值；σf为岩土参数的标准差；δ为岩土参数的变异系数。

图2为标准贯入击数的深度分布图，从图2可看出，不同深度标准贯入的击数虽有不同，且试验结果有少部分离散数据，但从整个试验结果看，对于③层粉质粘土测试的标准贯入击数主要集中在12击～14击之间，且13击最多，而10击和16击较少。经过式(1)～式(3)计算，同样得出③层粉质粘土实测的标准贯入击数平均值为12.9击，标准差为1.3，变异系数为0.1，标准值为12.8击。这表明该场地③层粉质粘土的标准贯入击数可确定为13击。

2.2 现场载荷试验

工程现场于2017年7月7日～7月13日，对该场地的③层粉质粘土进行了3个点的浅层平板载荷试验。平板载荷试验是通过测定试验板在慢速加载受荷状态下的变形参数和特征，即地基受荷情况下的应力—应变曲线，采用一定的方法分析和评价地基的承载性能，目前是最可靠且应用最广泛的方法。试验时，利用压重平台反力装置，采用油压千斤顶加载，用与千斤顶连接的油压表测读油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载，沉降采用百分表量测。通过对荷载—沉降曲线的分析，确定地基承载力特征值。现场载荷试验情况详见图3。

试验采用慢速维持荷载法，采用方形刚性承压板，边长为500 mm。试验按GB 50007—2011建筑地基基础设计规范[10]关于浅层平板载荷试验要点的要求进行。试验过程每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直到试验加载至设计要求的地基承载力特征值的2倍。加荷分级不少于8级，最大加载值为设计要求的地基承载力特征值的2倍。每加一级荷载，按间隔10 min，10 min，10 min，15 min，15 min，以后为每隔30 min测读一次沉降量。每次测读值记入试验记录表。当在连续2 h内，每小时的沉降量小于0.1 mm时，则认为沉降已趋稳定，加下一级荷载。浅层平板载荷试验所采用的仪器设备详见表1。

表1 仪器设备表

地基的基本承载力fak可按下列方法确定：当p—s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；当不能按上述两款要求确定时，压板面积为0.25 m2～0.5 m2，可取s/b=0.01～0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。其中载荷试验的结果统计详见表2。

表2 平板载荷试验结果

从表2可看出，③层粉质黏土参加统计的试验点不少于3点。试验根据GB 50007—2011建筑地基基础设计规范关于浅层平板载荷试验要点分析各试验点的地基承载力特征值。其中S1～S3从p—s曲线得知比例界限都不明显，因此按相对变形确定承载力。S1稳定时试验最大加载值为180 kN，累计沉降量为19.36 mm则取s/b=0.01所对应的荷载，即s=500×0.01=5.0 mm对应的荷载55.5 kN，确定此试验点测得的地基承载力为55.5 kN，即222 kPa；S2稳定时试验最大加载值为180 kN，累计沉降量19.10 mm。取s/b=0.01对应的荷载为55.25 kN，确定此试验点测得的地基承载力为55.25 kN，即221 kPa；S3稳定时试验最大加载值为160 kN，累计沉降量为17.52 mm。取s/b=0.01对应的荷载为54.25 kN，确定此试验点测得的地基承载力为54.25 kN，即217 kPa。

通过上述计算分析得出，各试验点实测的承载力值的极差不超过其平均值的30%，因此可取此平均值作为③层粉质粘土的地基承载力特征值fak的数值，即220 kPa。

2.3 室内试验

为了进一步研究③层粉质粘土的物理力学性质，进行了大量的室内实验，其中物理与力学性质参数详见表3。

表3 物理力学性质参数表

从表3可看出，③层粉质黏土含水量较小，液性指数较小，土体的物理状态较好；剪切试验和三轴试验均表明土体的力学参数较大，因此作为建筑物地基是较好的选择。

3 承载力特性对比分析

该场地内③层硬塑粉质粘土的物理力学参数分别是重度ρ=2.02 g/cm3；含水量ω=23.0%；孔隙比e=0.673；塑性指数IP=16.1。根据王学武研究的标准贯入试验拟合地基承载力的公式(4)：

fak=5.726N+5.904ω+775.091ρ-1 503.573

(4)

将上述物理力学参数代入式(4)，计算得出地基承载力特征值为271.2 kPa，而现场载荷试验确定的地基承载力为220 kPa，为按式(4)拟合计算的81.1%，表明室内土工试验参数偏大，这是因为在土体试验取样、封存、开样和制样整个过程，容易导致土体水分损失，造成室内试验参数偏大，因此拟合计算的地基承载力偏高。

4 结语

1)南京浦口高新技术经济产业开发区，分布的可～硬塑的③层粉质粘土，其标准贯入击数可确定为13击。

2)通过现场平板载荷试验确定的③层粉质粘土的地基承载力特征值fak的数值可取值为220 kPa。

3)通过室内试验获得的土体物理力学参数拟合计算的地基承载力，略高于现场载荷试验确定的地基承载力。

4)纯地下车库部分地上无建筑荷载作用，因其结构自身荷载小，且该场地的地基承载力较高，满足采用天然地基的要求。