刚果布拉柴维尔体育场岩土工程勘察与评价

朱文彩，陈 松

(湖北省水文地质工程地质勘察院，湖北 武汉 430050)

1 工程概况

刚果布拉柴维尔体育场项目总用地面积903 767 m2，包含60 000人体育场、10 000多人综合体育馆、水上运动中心三个主要场馆[1]。体育场支撑钢结构柱底反力6 000 kN；体育馆、游泳馆支撑钢结构柱底反力为4 000 kN。项目岩土工程勘察等级为甲级，基础形式待勘察后定[2]。

场址区位于刚果巴特克高原边缘，刚果河右岸的一坡向180°斜坡中部宽缓地带，海拔高程在315 m～345 m，地势开阔平坦，地形起伏不大，斜坡坡度5°～10°，属构造剥蚀侵蚀残丘-垄岗地貌。

场址区下部为厚度大于90 m的第三系巴德阁高地(Ba2)冲洪积砂土层。砂土层自上而下密实度逐渐增加，不存在明显的密实度界限，此类地基给岩土工程勘察和基础选型带来了一定困难。本文针对此进行简要的探讨。

2 工程勘察要求及方法

根据勘察任务书和场地条件，工程的勘察工作重点解决的问题是：

1)场址区的地层结构特征和工程地质条件。

2)地基承载力的确定和基础选型。

勘察要求：查明场区勘察深度范围内的工程地质条件、岩性特征、分布规律，提供各土层物理力学性能指标，对地基基础条件和基础选型进行分析论证。

勘察方法：在砂土场地中钻探取样一般达不到勘察要求，故勘察采用钻探、静力触探为主，槽探加探槽内洛阳铲探为辅，结合原位测试(标准贯入实验)和室内实验(颗分试验)的手段进行勘察[3]。

3 场地勘察情况

勘察布置：勘察点沿着建筑物周边和角点布置，共布置钻孔20个，静力触探孔16个，探槽及洛阳铲探16个，勘探点间距和勘察深度满足设计要求。

场地地层：场址区下部为厚度大于90 m的第三系(Ba2)细砂层，黏粒含量低，成分纯，未见明显包含物。勘察根据标贯实验锤击数(N)和双桥静力触探端阻力(qc)划分场地砂土层密实度，自上而下划分为极松散、松散、稍密、中密、密实四层(见表1)。

表1 场地地层分层深度及特征表

由表1可见，场地细砂土层自上而下密实程度逐渐增加，分界深度大致为：极松散与松散分界深度约为4.0 m，松散与稍密的分界深度约为10.0 m，稍密与中密的分界深度约为17.0 m。

4 岩土工程分析与评价

4.1 场地稳定性和适宜性

据勘探孔揭露：场区地下稳定水位埋深在35.0 m左右，可不考虑砂土液化；刚果(布)无大于6级的地震历史记载，场地范围内及相邻地段没发现对建筑物安全构成威胁的不良地质现象，场地整体稳定性好；砂土层密实度自上而下逐渐增加，场地均匀性好，场地适宜进行工程建设。

(2)硅化：是金矿化的主要蚀变类型。大致可分为三期，早期以深灰色细糖粒状、微晶集合体状及脉状出现；成矿期呈白色不规则状、细脉状出现在蚀变岩的裂隙中，伴有多金属硫化物出现，是金矿化的主要阶段；晚期硅化呈灰白色、乳白色在蚀变带内出现，形成一些石英细脉。

4.2 地基承载力与桩长估算

由于条件所限，勘察阶段未进行载荷试验，且砂土场地无法取出原状土样进行室内试验，可用于确定地基承载力和变形模量的依据仅有标贯锤击数N和双桥静力触探端阻力qc、侧阻力fs。

4.2.1 天然地基承载力

根据勘察任务书，勘察工作按GB 50021—2001岩土工程勘察规范(2009年版)执行，由于国标无具体承载力参数的条文规定，经与总包、设计协商，在收集分析刚果(布)已有类似场地勘察成果资料的基础上，根据《工程地质手册》(第4版)选择与之适配经验公式，估算提出天然地基承载力参数[4]。

1)依据静力触探成果可确定地基承载力基本值fo和压缩模量Es，计算公式为[5]：

fo=20Ps+59.5；

Es=3.72Ps+1.26；

Ps=1.1qc。

其中，fo为地基承载力基本值，kPa；Es为砂土压缩模量，MPa；Ps为单桥静力触探比贯入阻力，Ps,qc单位：MPa。

砂土内摩擦角根据表2内插确定。

表2 砂土内摩擦角φ取值表

通过计算和内插查表，结果见表3。

2)依据标准贯成果确定地基承载力标准值fk和内摩擦角φ时，计算公式为：

fk=105+10N。

其中，fk为地基承载力标准值，kPa；φ为砂土内摩擦角，(°)；N为标贯试验锤击数，击。

计算结果见表3。

3)天然地基承载力综合取值。

根据前述计算结果，参照临近建筑场地已有工程成果资料，勘察场区地基岩土体天然地基承载力参数建议值如表3所示。

表3 场地天然地基承载力综合取值表

4.2.2 桩长估算

场地进行了双桥静力触探实验，依据JGJ 94—2018建筑桩基技术规范，桩基端阻力、侧阻力可采用双桥静力触探端阻力、侧阻力测试值，折减系数按照规范执行即可。

在不考虑负摩阻力的工况下，初步估算混凝土预制桩的桩长：桩型为φ1.2 m的钻孔灌注桩时，体育场支撑柱桩长32.2 m，体育馆、游泳馆支撑柱桩长27.3 m。

4.3 基础选型

依据勘察成果，建筑场地为无黏性、高渗透性的深厚细砂场地，砂土层密实度自上而下逐渐增加，到9.0 m～10.5 m深度才达到稍密状态。

表层砂土层承载力低、压缩性大、自稳高度低，若各场馆直接采用浅基础，一方面是基础开挖深度过大不安全，另一方面是易产生不均匀沉降，故不宜直接采用天然地基；若直接采用桩基础，根据前述估算，为桩长27 m～32 m的摩擦桩，在远高于地下水位的砂土场成桩不仅困难，还可能由于后期的条件变化产生负摩阻力而影响稳定性，且经济性差。

根据本工程的特点，建议场区采用强夯处理浅部松散砂土后，根据支撑钢结构柱底反力的不同采用不同的基础形式：

1)体育场支撑钢结构柱底反力为6 000 kN，采用以强夯处理后的①1层、①2层提供侧摩阻力，以③层作为桩端持力层的桩基础；2)体育馆、游泳馆支撑钢结构柱底反力为4 000 kN，采用以强夯厚度硬壳层为持力层的浅基础。

成桩施工时，由于砂土层渗透性大，传统的施工工艺可能由于混凝土水易于渗漏丧失，宜对施工工艺进行一定程度的改变，如：成孔后先下放钢筋笼，后灌注混凝土成桩，加强成桩后的混凝土养护等[6]。

5 结论与建议

1)刚果布拉柴维尔体育场项目场地地基岩土体由松散～密实细砂构成，具有自上而下逐渐密实的特点。2)岩土勘察采用多种手段，钻孔数量及深度满足规范要求，勘察工作的各道工序严格按技术要求施工，原位测试和室内试验成果可靠，所取参数可供设计使用。3)岩土工程勘察根据拟建建筑场区原位测试及实验成果，参照刚果(布)布拉柴维尔市区类似建筑场地已有工程成果资料，提出建筑场区不宜直接采用天然地基和桩基础，应进行地基处理。4)根据工程的特点，建议场区采用强夯处理浅部松散砂土后，根据柱底反力的不同分别采用浅基础或浅基础与深基础结合的基础形式。