福建上杭地區(qū)泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化殼的工程性質(zhì)探討

傅洪金

【其 他】

福建上杭地區(qū)泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化殼的工程性質(zhì)探討

傅洪金

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福建 福州 350004)

在收集、分析上杭地區(qū)白堊系沙縣組(K2s)泥質(zhì)粉砂巖分布區(qū)有關(guān)巖土工程勘察、設(shè)計(jì)、施工資料的基礎(chǔ)上，分析、研究了泥質(zhì)粉砂巖殘積土和全風(fēng)化巖層的工程性質(zhì)，建立了泥質(zhì)粉砂巖殘積土和全風(fēng)化巖層的變形模量(E0)與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)(N)的經(jīng)驗(yàn)公式，為類似巖層分布區(qū)的工程建設(shè)提供借鑒。

泥質(zhì)粉砂巖；殘積土；全風(fēng)化巖；工程性質(zhì)；地基承載力

福建省上杭縣城及其周邊廣泛分布有白堊系沙縣組(K2s)泥質(zhì)粉砂巖，為薄層狀軟質(zhì)巖。因該巖層為軟質(zhì)巖，天然單軸抗壓強(qiáng)度＜15MPa(一般為5～10MPa)，其上部的全風(fēng)化巖層及其殘積土層的地基強(qiáng)度也較低。為此，筆者根據(jù)多年來在上杭地區(qū)的工程實(shí)踐，對該巖層上部風(fēng)化殼的工程性質(zhì)進(jìn)行分析與探討，以供同行們商榷與借鑒。

1 風(fēng)化殼的基本特征

上杭縣城一帶的白堊系沙縣組(K2s)泥質(zhì)粉砂巖，區(qū)域上位于北西向的碧田—安鄉(xiāng)斷陷帶內(nèi)，呈北西向展布，東、西兩側(cè)分別受北西向的石砌下—水西渡—李家坪斷裂帶和石門障—都康斷裂帶(亦稱梯子嶺斷裂帶)控制。該巖層分布范圍為：北至澗頭壩—肖子塘一帶，東至七峰山—水西渡一帶，西至翁興壩—梯子嶺，南至店下—章金一帶。

為了方便分析和研究，根據(jù)規(guī)范GB50021-2001 (2009版)附表A.0.3，該巖層上部風(fēng)化殼通常自上而下劃分為殘積土、全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層和中—微風(fēng)化層。其中殘積土、全風(fēng)化層為已完全風(fēng)化成土狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)化層，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)≤30擊的為殘積土，層理模糊；標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)＞30擊的為全風(fēng)化巖層，原巖層理明顯，結(jié)構(gòu)較為清晰。強(qiáng)風(fēng)化層為破碎而松軟的巖層，強(qiáng)風(fēng)化層中的小巖塊大多用手可以掰斷；因該巖層巖質(zhì)軟，下部中—微風(fēng)化層則不再細(xì)分。

本文探討的主要對象是上部已完全風(fēng)化成土狀結(jié)構(gòu)的殘積土和全風(fēng)化巖層。

2 殘積土主要物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)以往工程的勘察成果[1-4]，上杭地區(qū)泥質(zhì)粉砂巖殘積土工程特性表現(xiàn)為粘土，具有高液限和高塑性特征，各項(xiàng)主要物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)成果如下頁表所示。

從表中可看出，與福建沿?；◢弾r殘積土相比，泥質(zhì)粉砂巖殘積土各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)的離散性小，含水量w、孔隙比e 較小，而壓縮模量和抗剪強(qiáng)度也不比花崗巖殘積土小。所以，泥質(zhì)粉砂巖殘積土應(yīng)當(dāng)具有較高的地基強(qiáng)度，這一點(diǎn)已由當(dāng)?shù)毓こ虒?shí)踐所證明?？辈斐晒鸞1-2]顯示，上述工程的泥質(zhì)粉砂巖殘積土地基承載力特征值均＞200kPa。但由于該土層具有高液限和高塑性的特征，泡水易軟化，脫水則易干裂，導(dǎo)致邊坡上該土層受雨水、日曬影響，極易發(fā)生剝落破壞。

泥質(zhì)粉砂巖殘積土主要物理力學(xué)指標(biāo)

3 殘積土、全風(fēng)化巖層的地基強(qiáng)度和變形特性

根據(jù)地基土載荷試驗(yàn)成果(見圖1、圖2)[1,4]，泥質(zhì)粉砂巖殘積土、全風(fēng)化巖層的p -s 曲線前半段基本上均為近似直線，s-lgt 曲線尾部均未出現(xiàn)明顯向下彎曲，試驗(yàn)成果取比例界限荷載作為試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值fak。其中泥質(zhì)粉砂巖殘積土fak達(dá)220kPa，變形模量E0達(dá)19.0MPa，基床系數(shù)達(dá)9.7×104kN/ m3；全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖fak達(dá)365kPa，變形模量E0達(dá)51.4MPa，基床系數(shù)達(dá)13.3×104kN/m3。

圖1 泥質(zhì)粉砂巖殘積土載荷試驗(yàn)曲線

圖2 全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖載荷試驗(yàn)曲線

因載荷試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)偏少，尚無法建立地基承載力特征值與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)的關(guān)系。據(jù)載荷試驗(yàn)點(diǎn)的變形模量E0和該試驗(yàn)點(diǎn)下3倍載荷板寬度的深度范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)N (N為實(shí)測標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)，未經(jīng)桿長修正)的關(guān)系，對E0-N進(jìn)行線性擬合處理(見圖3)，獲得E0-N關(guān)系式為：E0＝1.23N?？紤]試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)偏少，建議取E0＝1.2N。

圖3 E0-N 擬合直線圖

4 工程實(shí)例

“上杭登凱財(cái)富”工程[1]由2棟地上20層、地下1層的主樓和1棟地上6層的多層建筑組成，框架結(jié)構(gòu)?；滋幠噘|(zhì)粉砂巖殘積土基本裸露，但因臨近無高層建筑采用淺基礎(chǔ)的先例，該工程原計(jì)劃采用樁基礎(chǔ)，以中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為樁端持力層。經(jīng)載荷試驗(yàn)進(jìn)行地基土承載力和變形特征復(fù)核后，高層建筑采用片筏基礎(chǔ)，多層建筑采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，均以泥質(zhì)粉砂巖殘積土為地基持力層，現(xiàn)已建成使用，最終沉降量小于15.0mm。地基基礎(chǔ)方案改變后，工程造價(jià)減少約280萬元左右。

“上杭縣交警大樓”工程[3]為一地上19層、地下1層的高層建筑，框架結(jié)構(gòu)，最大單柱荷載達(dá)6500kN。基底處均為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，但當(dāng)時(shí)上杭地區(qū)沒有高層建筑采用以全、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為地基持力層的淺基方案的先例，故該工程原計(jì)劃采用樁基礎(chǔ)，以中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為樁端持力層。后經(jīng)過勘察、設(shè)計(jì)、建設(shè)單位多次探討后，采用片筏基礎(chǔ)，以全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為地基持力層，現(xiàn)已建成使用近5年，最終沉降量8.5～11.0mm。地基基礎(chǔ)方案變更后，工程造價(jià)減少約120萬元左右。

“上杭登凱豪廷”工程[4]為4棟地上20～21層、地下3層的高層建筑群，框剪結(jié)構(gòu)，原計(jì)劃采用樁基礎(chǔ)、以中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為樁端持力層。經(jīng)載荷試驗(yàn)進(jìn)行地基土承載力和變形特征復(fù)核后，采用片筏基礎(chǔ)，以全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為地基持力層，現(xiàn)已建成使用近4年，最終沉降量9.0～13.0mm。地基基礎(chǔ)方案改變后，工程造價(jià)減少約330萬元左右。

5 結(jié)論與建議

(1) 由于泥質(zhì)粉砂巖顆粒較細(xì)，泥質(zhì)粉砂巖殘積土和全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖在外觀上均表現(xiàn)為粘土，但全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖原巖層理較為清晰。

(2) 泥質(zhì)粉砂巖殘積土和全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖具有較高的地基強(qiáng)度，可以作為地基持力層。

(3) 由于泥質(zhì)粉砂巖殘積土、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖表現(xiàn)為高液限、高塑性的粘土，具有泡水易軟化、脫水則易干裂的特征，導(dǎo)致邊坡上該土層受雨水、日曬影響，極易發(fā)生剝落破壞。

(4) 根據(jù)載荷試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果，泥質(zhì)粉砂巖殘積土、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的變形模量與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)呈近似直線關(guān)系，可取E0＝1.2N。

(5) 本文總結(jié)了上杭地區(qū)泥質(zhì)粉砂巖殘積土和全風(fēng)化巖層的工程性質(zhì)特征，可應(yīng)用于其他地區(qū)類似巖層(如粘土巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等)殘積土和全風(fēng)化巖層的巖土工程性質(zhì)研究與工程建設(shè)。

[1]核工業(yè)華南工程勘察院.上杭登凱財(cái)富巖土工程勘察報(bào)告[R].2010.

[2]核工業(yè)華南工程勘察院.上杭紫金學(xué)院巖土工程勘察報(bào)告[R].2009.

[3]核工業(yè)華南工程勘察院.上杭縣交警綜合樓巖土工程勘察報(bào)告[R].2006年.

[4]核工業(yè)華南工程勘察院.上杭登凱豪廷巖土工程勘察報(bào)告[R].2006年.

[5]中華人民共和國建設(shè)部.GB50021-2001巖土工程勘察規(guī)范(2009版)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[6]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[7]福建省建設(shè)廳.DBJ13-84-2006巖土工程勘察規(guī)范[S].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

[8]福建省建設(shè)廳.DBJ13-07-2006建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

Engineering Characteristics of Weathered Crust of Argillaceous Siltstone in Shanghang Region, Fujian Province

FU Hong-jin
(Fujian Communications Planning and Design Institute, Fuzhou 350004, China)

The materials on geotechnical engineering investigation, design and construction of argillaceous siltstone area in Sha county group of Cretaceous age at Shanghang region, were collected and analyzed. The engineering characteristics of residual soil and fully weathered rock of argillaceous siltstone were studied. Then, the empirical equations between deformation modulus (E0) and standard penetration test number (N) were presented. The study results serve as a reference for engineering construction of similar rock distribution area.

argillaceous siltstone; residual soil; fully weathered rock; engineering characteristics; bearing capacity of foundation soil

TU470；P588.212

A

1007-9386(2014)06-0051-02

2014-11-14