基于实际工程的场地黏土分析与评价

梁瑜

(中南勘察基础工程有限公司， 湖北 武汉 430081)

0 引言

工程场地的地质条件是工程安全的基础。部分学者针对场地条件，已开展了一系列岩土分析与评价，取得了一定的有用成果。涂春霖等(2021)针对粉质黏土进行了物理力学指标的相关性分析，发现根据粉质黏土液性指数IL可以估算力学指标的大小；吕超(2020)针对广西桂平航运枢纽含有机质黏土的工程地质问题，提出了改良方法，并对不同的改良方法进行了比较，目前也存在CFG桩对地基进行处理的方法(刘君和侯学周，2021)。针对黏土的力学性能及地基承载力，许多学者进行了相应的研究(肖泽忠等，2018；李露等，2021；宋国文和李大华，2021；李吴刚等，2022)。同时对黏土的物理性质及其相应地基评价也有较多研究(毕志刚等，2021；王克颖，2021；王叶娇等，2021；薛圣泽等，2021)。叶旺和朱伯绍(2006)根据大量野外调查及室内试验资料，论证了湛江组杂色黏土有异于一般黏土，其具有微弱—中等胀缩性；陈书荣(2006)通过对湛江地区灰色黏土的各种物理力学指标的分析，阐述了灰色黏土具有独特的工程性能；张先伟等(2011)对湛江黏土的物理力学指标的相关性和变异性进行统计分析，建立了重要指标之间的经验公式，得出一些结论，并指出各指标的相关性与其他地区存在明显差异，进行工程设计时不能照搬其他地区的已有计算模型；姚珩珩等(2001)认为海口地区普遍存在一层第四系下更新统灰色黏土层，此层黏土具有一定厚度和强度(常作为一般工业与民用建筑的主要持力层)。从土工试验和现场试验角度，对其工程地质特性作了初步分析。王军(2002)认为结构性的强弱可用结构屈服应力比来表征，统计分析了我国很多的软黏土的地质资料发现，一般土体的结构屈服应力比在1.1～2.5左右，但是湛江黏土达到了10。以上研究表明，黏土具有很强的地域特性，不同地区的黏土具有不同的性质，同时大部分研究是基于实验室数据进行相应的研究。然而，目前基于不同场地的研究并未对不同深度取样的黏土展开分析，同时针对本文工程背景的粉质黏土性能还尚未发现相关研究。

本文基于实际工程，对以粉质黏土为主的“武汉中央文化区K2地块首开区”项目场地进行了地质勘探，并对不同深度的粉质黏土进行了土工试验和标准贯入试验。在此基础上进行地质勘探分析及场地黏土分析与评价。

1 工程概况和工程地质条件

1.1 工程概况

武汉万达东湖置业有限公司“武汉中央文化区K2地块首开区”项目位于中北路东南侧，湖北旅游局背后空地，平面位置如图1所示。本项目首开区主要由1#住宅60F，高199.80 m；2#住宅60F，高199.80 m住宅楼；2F独立商业及周边地下3层地下室(车库)组成，拟建建筑物的结构特征如表1所示。

图1 项目平面位置示意图

1.2 工程地质条件

2 场地岩土工程分析与评价

2.1 不良地质和特殊性岩土

拟建场地范围内无全新活动断裂通过，但本次勘察钻探发现深厚层中风化泥岩基岩破碎带，岩芯明显具有构造破碎再成岩的特点，且该破碎带水平分布较广，局部起伏较大。因此，必要时建议采用施工勘察控制桩基础桩端持力层。

本文针对粉质黏土进行了7组土工试验工作(表3)，可以得出，压缩系数、压缩模型、粘聚力和内摩擦角的均值分别为0.16 MPa-1、11.2 MPa、47.7 KPa 和14.9°，其中自由膨胀率(δef)的最小值和最大值分别为26%和55%，δef的均值为36.6%<40%。其中各指标随取样深度的变化趋势如图2所示，从中可以看出，当取样深度为9 m时，压缩模量、粘聚力和内摩擦角最大，分别为16.5 MPa、67 KPa 和15.9°(图2b～d)。武汉地区的老黏土一般具有弱膨胀潜势，蜂窝状零星分布为主，并且膨胀土具有遇水软化、力学强度降低的特性。从中也可以清晰的看出(图2e)，自由膨胀率较大的土层埋置深度大，然而场地内该层土一般埋深较大，处于大气急剧影响深度范围以下，且上部建筑自重荷载较大，老黏土的膨胀性对建筑影响有限。后期建设存在基坑开挖和基础回填的情况，本文建议建筑四周设置散水，保证良好排水条件，避免积水。建筑周边各类排水设施应采取防渗处理。同时基础施工和基槽回填时应做好该层的防、排水工作。

表1 项目拟建建筑的结构特征统计表

表2 岩土层的分布状况统计表

图2 各指标随取样深度的变化趋势a—压缩模量随取样深度的变化规律；b—压缩系数随取样深度的变化规律；c—内摩擦角随取样深度的变化规律；d—粘聚力随取样深度的变化规律；e—自由膨胀率随取样深度的变化规律

表3 粉质黏土土工试验结果统计表

2.2 场地的稳定性及建筑适宜性评价

根据《城乡规划工程地质勘察规范CJJ 57—2012》(中华人民共和国住房和城乡建设部，2013)从有无活动断裂、抗震地段划分、不良地质作用的发育程度三个方面进行判别。拟建场地内没有出现类似断层构造，也没有出现新构造的运动痕迹和主要的连续地层；根据区域地质构造资料，武汉地区现代构造运动呈现缓慢下降的性质，新构造运动升降幅度不大，处于一个地质构造运动相对稳定的地带。因此，场地整体可视为基本稳定场地。

根据《城乡规划工程地质勘察规范CJJ 57—2012》(中华人民共和国住房和城乡建设部，2013)，场地整体为基本稳定场地，地形具有一定起伏，岩土种类较多，地下水对工程影响较小。因此，场地的整体适宜性定性分级为较适宜。鉴于基岩破碎带发育，且局部起伏较大，本文建议必要时采用施工勘察控制桩基础的桩端持力层。

2.3 地基土(岩)工程特性分析与评价

根据《建筑地基基础技术规范DB42/242—2003》(湖北省建设厅和湖北省质量技术监督局，2003)和试验研究，本文给出了土层承载力特征值fak值以及压缩模量Es(1-2)值的建议取值，如表4所示，其中图3给出了更直观的表示。

根据地质勘探结果，对所研究场地的地质条件进行地基土(岩)层特征分析，其结果如下：

(1)杂填土(Qml)：场地内填土基本分布于基础底面以上，工程建设过程中将挖除外运，故在此不再赘述。

表4 压缩模量和地基土承载力的建议值统计表

图3 不同试验值与建议值的三维关系图a—地基土承载力；b—压缩模量

(7)强风化泥岩(S2f)：该层属极破碎岩体，为极软岩。场地内广泛分布，埋深较大，该层力学性质较好，属于稳定地基，可以作为建筑物的桩基础持力层，但应注意其可压缩性对基础沉降的影响。

(8)中风化泥岩(S2f)：该层场地内广泛分布，厚度大，承载力高，视为不可压缩，属于稳定地基，可以作为建筑物的桩基础持力层。

(9)中风化泥岩破碎带(S2f)：该层碎块状或碎片土为主，手捏易碎，局部短柱状，夹中风化碎块等，属极破碎岩体，极软岩。具低压缩性，场地内分布不均，该层力学性质较好，属于稳定地基，可以作为建筑物的桩基础持力层，但应注意其可压缩性对基础沉降的影响。

(10)中风化粉砂岩(S2f)：青灰色—灰白色，岩芯中夹方解石脉，强度高于泥岩，离散分布于泥岩层中。视为不可压缩，属于稳定地基，可以作为建筑物的桩基础持力层。

3 结论

(1)自由膨胀率较大的土层埋置深度大，然而场地内该层土一般埋深较大，处于大气急剧影响深度范围以下，且上部建筑自重荷载较大，老黏土的膨胀性对建筑影响有限。后期建设存在基坑开挖和基础回填的情况，建筑四周应保证良好排水条件，避免积水，同时建筑周边各类排水设施应采取防渗处理。

(2)结合规范和试验数据，针对不同深度土层给出了土层承载力特征值fak值以及压缩模量Es1-2值的建议取值。

(3)根据地质勘探结果，对所研究场地的地质条件进行地基土(岩)层特征分析，并根据土层成分、均匀性、分布范围及压缩性等性质，定性分析了不同土层的力学性能，可为实际工程提供借鉴意义。