花岗岩地区建筑工程浅基础设计与施工典型问题探讨.pdf

广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2023年7月第30卷 第7期JUL 2023Vol.30 No.7DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2023.07.005作者简介：张晓伦（1979-），男，博士，高级工程师，主要从事岩土工程勘察、设计工作。E-mail：0引言华南地区花岗岩广泛分布。花岗岩可塑和硬塑残积土、全风化和土状强风化岩外观都呈土状，相互之间一般逐渐过渡，没有截然可辨的边界1-3。根据建筑地基基础设计规范：广东省标准 DBJ 15-3120164和 建筑地基基础检测规范：广东省标准DBJ/T15-6020195，花岗岩残积土和风化岩根据实测标准贯入试验区分，并可根据标准贯入试验估算其地基承载力和变形参数6-7，如表1所示。由表1可知，花岗岩残积土和风化岩物理力学性质好，地基承载力高，变形模量大，是较理想的高层结构浅基础地基。事实上，花岗岩残积土和风化岩已成功地广泛作为高层结构浅基础地基，并彰显了显著的经济效益8。但是，近年来花岗岩残积土和风化岩作为浅基础时经常出现地基基础检测不合格的现象。本文以某工程浅基础检测不合格出现的问题和解决方案为例，探究其原因，总结经验教训，为类似工程设计和施工提供借鉴。1工程概况1.1项目概况某项目位于广州市黄埔区，拟建建筑地上19层，地下1层，楼高约58.5 m；上部结构形式拟采用框剪结构，基础拟采用筏板基础或桩基础，按设计初步预计单桩荷载2 400 kN，板底最大反力350 kPa。1.2场地地质条件场区为残丘坡脚平地，较平整；北侧紧贴现状山花岗岩地区建筑工程浅基础设计与施工典型问题探讨张晓伦1，潘哲敏2（1、广州珠江外资建筑设计院有限公司广州510098；2、广州市设计院集团有限公司广州510620）摘要：花岗岩残积土及其风化岩是浅基础理想的天然持力层，但近几年时常出现花岗岩地区地基承载力检测不合格的问题。结合一典型工程案例，分析得出了载荷试验不合格的主要原因是基底泡水或者基底截水措施不够，并总结了勘察、基坑支护、结构设计及施工实施4个方面的注意事项，为今后类似工程提供借鉴。此外，现行规范中载荷试验所确定的地基承载力特征值偏小，建议有条件时由结构工程师结合建筑物沉降允许值及载荷试验综合评判地基承载力特征值。关键词：花岗岩；浅基础；地基承载力；检测中图分类号：TU471.1文献标志码：A文章编号：1671-4563（2023）07-019-04Discussion on Typical Problems in Shallow Foundation Design and Construction ofDiscussion on Typical Problems in Shallow Foundation Design and Construction ofBuilding Engineering in Granite AreaBuilding Engineering in Granite AreaZHANG Xiaolun1，PAN Zhemin2（1、Guangzhou Pearl River Foreign Investment Architectuarl Designing Institute Co.，Ltd.Guangzhou 510098，China；2、Guangzhou Design Institute Group Co.，Ltd.Guangzhou 510620，China）AbstractAbstract：Granite residual soil and weathered rock are ideal natural bearing layers for shallow foundations，but in recent years，therehave been frequent issues of unqualified bearing capacity testing in granite areas.Based on a typical engineering case，this article analyzesand concludes that the main reason for the failure of the load test is due to insufficient foundation water immersion or foundation water interception measures.It also summarizes the precautions in four aspects：survey，foundation pit support，structural design，and construction implementation，providing reference for similar projects in the future.In addition，the characteristic value of the foundation bearing capacity determined by the load test in the current code is too small.It is suggested that when conditions permit，the structural engineer should comprehensively evaluate the characteristic value of the foundation bearing capacity in combination with the allowable value of building settlementand the load test.Key wordsKey words：granite；shallow foundation；foundation bearing capacity；check表1花岗岩残积土和风化岩性质和岩土参数Tab.1Properties and Geotechnical Parameters ofGranite Residual Soil and Weathered Rock状态可塑硬塑全风化强风化标准贯入试验N10N1515N2040N70N70地基承载力特征值经验值fak/kPa120160180220300350500600变形模量E0/MPa2.3N2.3N3.0N3.5N浅基础对应结构层高经验值10层以下14层以下20层以下35层以下注：N为标准贯入试验的实测值。19张晓伦，等：花岗岩地区建筑工程浅基础设计与施工典型问题探讨JUL 2023 Vol.30 No.72023年7月 第30卷 第7期坡，高差约7 m。场区岩土层自上而下可分为：第四系人工填土层（杂填土（稍密中密）、素填土（稍密）、第四系冲积层（淤泥（流塑），局部分布）、燕山期花岗岩（全风化花岗岩、强风化花岗岩、碎块状中风化花岗岩、短柱状夹碎块状中风化花岗岩、微风化花岗岩）。基坑开挖土层为杂填土、素填土、淤泥、全风化花岗岩、强风化花岗岩。坑底土层为全风化花岗岩、强风化花岗岩。1.3基坑、基础设计方案根据场地地质条件和周边环境，基坑采用土钉支护方案，坡顶和坡底采用排水沟集水明排措施；主体结构基础采用1 m厚筏板，要求地基承载力特征值不小于350 kPa，结构自重抗浮。2地基基础检测基坑开挖到底，经勘察单位现场验槽合格后，进行现场检测试验，如图1所示。本场地共选取了3个基槽位置进行动力触探试验及压板试验，各基槽的圆锥动力触探（N63.5，均为重型动力触探）试验点与压板试验点的相对位置如图2所示，其中黑色圆圈为压板试验点，倒三角形为动力触探试验点，各试验点间隔约12 m。2.1动力触探试验动力触探10个检测到数据如表2所示。根据检测报告中各动力触探点检测数据，参照文献 5（实测动探击数N63.510击对应地基承载力 fak350 kPa），各点除了上部0.10.2 m深度范围内的地基承载力略小于350 kPa外，其他深度均满足设计要求。2.2载荷试验考虑到动力触探，故优先在1号点位进行载荷试验，压板边长0.7 m，面积 0.5 m2，结果如图 3所示，第一次检测结果认为地基极限承载力为525 kN，不满足设计要求。故在1号点位附近2 m的位置重新进行载荷试验，结果如图 3所示，检测结果认为按0.06B（B为压板边长）控制，地基极限承载力为525 kN，仍不满足设计要求。图1基槽揭露的地层（全风化）Fig.1The Exposed Strata ofthe Foundation Trench（Completely Weathered）图2各基槽动力触探与压板试验点相对位置关系Fig.2The Relative Position between the DynamicPenetration Test Points of Each Foundation Grooveand the Pressure Plate Test Points213表2圆锥动力触探检测结果Tab.2Cone Dynamic Penetration Test Results深度/m0.10.20.30.40.500.5 m段平均值0.60.70.80.911.11.20.61.2 m平均值1.31.41.51.61.71.81.91.31.9 m平均值4#1213131314131515181920181817.57182339565960-42.505#91010111210.413131314161719152541535559-46.606#7912131310.81214141515163317606566-63.677#81012131311.21415151718193519585862-59.331#9910111310.41313131415151614.141722354762636644.572#101111131311.61414131413131513.71172338525557-40.333#121113131212.21313121414151613.86182037555960-41.508#9913131411.61315171717183418.71596165-61.679#101012121311.41314161617172016.1436586570-57.2510#781011129.61314151617181815.862228595958-45.20图31号点载荷试验结果Fig.3Result of Load Test at Point 1第一次第二次0.0100.010.09.4312.48P/kPas/mm0.0200.0 300.030.015.27400.040.022.15500.0 600.020.0700.050.060.032.6250.8936.620.0 100.010.09.4312.48P/kPas/mm0.0200.0 300.030.015.27400.040.022.15500.0600.020.0800.050.090.053.0476.31700.060.070.080.020广东土木与建筑JUL 2023 Vol.30 No.72023年7月 第30卷 第7期3地质情况复核针对载荷试验不合格的情况，重新进行取样及原位测试，在场地内均匀选取了11个原位测试点（圆锥动力触探和标准贯入试验），并在场地中补充一个钻孔取样进行土工试验。3.1土工试验结果根据补充钻孔的结果显示，底板底地基土含水量较低，物理参数性能较好，现场岩芯鉴别和标准贯入试验结果均可判定为全风化岩，结果详见表3所示。3.2补充勘察阶段动力触探和标贯贯入试验结果对比分析根据场地内动力触探试验结果，地基土面上0.50.8 m承载力不满足设计要求，其下土层强度均可满足设计要求。标准贯入试验结果趋势与动力触探结果一致；但基坑开挖到底后进行标贯试验，因为上覆土卸载的原因，与从原地面进行标砖贯入试验的结果有一定差别。4载荷试验不合格原因分析经分析，在动力触探检测试验完成后，因下雨，场地没有组织排水，地基土遭雨水浸泡，天晴后立即开始载荷试验，导致载荷试验检测不合格9-10。5现场处理措施及主体结构监测结果5.1现场处理措施考虑工程工期和造价因素，经各方充分讨论后，形成如下处理意见：基坑底以下5080 cm的经浸泡土层挖除，检测试验完成后采用素混凝土回填；基坑坡脚排水沟挖深至底板底以下0.8 m；主体结构底板范围设置纵横向排水沟0.6 m0.6 m，间距20 m，就近排入结构集水井或基坑坡脚集水井内；基坑底用彩条布封盖，待天气好时晾晒3 d，再做载荷试验。5.2载荷试验结果现场各类处理措施完成后，再在原选定的三点位置进行载荷试验，试验结果满足检测和设计要求。结果如表4所示。5.3主体结构封顶后沉降监测结果底板浇筑后开始进行监测工作，在结构四周共布置了6个监测点。主体结构已于2022年8月封顶。根据监测数据显示，主体结构封顶后的2个月内，沉降速率 0.03 0.12 mm/d，沉降量 1.465.27 mm，累计沉降量为17.9833.12 mm；主体结构沉降量和沉降速率均满足设计要求。6载荷试验承载力取值方法讨论对比文献 4、文献 5 和 建筑地基基础设计规范：GB 50007201111，载荷试验承载力取值方法略有不同，特别是根据沉降与载荷板边长比值确定承载力时，差异较明显，对比结果如表5所示。从表5中可以看出，载荷试验确定承载力的总体思路是，先对比比例界限、极限荷载的一半、最大荷载的一半，然后考虑s/b一定比值对应的荷载。对于s/b的比值，各规范要求也有差异。根据文献 11 要求高层建筑、高耸结构基础的沉降量不小于200 mm。而工程中常用的载荷板尺寸为0.25 m20.50 m2，0.50 m2载荷板的边长约 700 mm；对于文献 11 和文献 5，取s/b=0.01对应的荷载作为承载力，也即载荷试验沉降7 mm对应的荷载作为承载力特征值，相对偏小，没有充分发挥地基土承载能力。当然，载荷板试验因为尺寸效应12，不能完全模拟地基基础在主体结构荷载作用下的受力情况；如有条件，可进行大尺寸载荷板试验，同时建议由结构工程师根据地质资料和结构自身设计特征13，综合确定比例值，至少可在现有规范范围内取大值。7结论与展望花岗岩残积土和风化岩物理力学性质好，地基承载力高，变形模量大，是较理想的浅基础持力层，近几年花岗岩地区地基承载力检测不合格的主要原因是基坑开挖到底后，基底泡水或者基底截水措施不够。今后类似工程应从如下几个方面加强重视：勘察方面：场地勘察应重视原始地形地表3补充勘察阶段各土层的物理力学指标Tab.3Physical and Mechanical Indicators for Each SoilLayer during Supplementary Survey Stage取样深度/m0.801.003.503.705.205.40含水量/%15.520.611.5液限WL/%21.232.726.4液性指数IL0.3200压缩系数av1-2/MPa0.300.330.27标贯击数/击-3847备注填土标贯点在取样点以下表4处理完成后载荷试验结果一览Tab.4List of Load Test Results after Processing检测点号123压板面积/m20.50.50.5fak/kPa350350350极限承载力/kPa700700700最大沉降量/mm15.5624.1024.19残余沉降量/mm5.058.694.73承载力特征值对应的沉降量/mm8.5412.2612.9921张晓伦，等：花岗岩地区建筑工程浅基础设计与施工典型问题探讨JUL 2023 Vol.30 No.72023年7月 第30卷 第7期貌，特别是丘陵区坡地建筑，坡脚与坡腰场地的地质条件和水文地质条件差异较大；另外，勘察应有针对性地加强结构底板底地层的取样和标准贯入试验，为结构设计提供更为准确的地质参数。基坑支护方面：应与现场排水措施结合，并考虑非常规排水沟深度导致的基坑深度加深；同时应根据地形地貌、地质条件和施工工期等因素综合考虑止水的可行性及其降（截排）水方案；结构设计方面：结构设计应对勘察、岩土设计、现场施工等各方面提出要求，对现场截排水、土方开挖要求专项技术交底对于开挖后地基效果不理想时，可考虑继续组织排水、地基换填等方案，同时应加强结构底板和主体结构的整体刚度。施工实施阶段：现场应有计划、有组织地进行排水施工组织；地基土最后一层土方应预留300500 mm采取人工开挖；根据天气确定最后土方的工期，及时验槽、及时检测并封底。文献 4、文献 5 及文献 11 中所选取承载力特征值对应的沉降量偏小，没有充分发挥地基土的承载能力；建议有条件时由结构工程师综合确定地基承载力特征值。参考文献1 彭功勋，李承海，赵旭光.花岗岩风化土静力触探测试（CPT）研究 J.广东土木与建筑，2018，25（9）：19-20+58.2周小文，罗兴财.全风化花岗岩与花岗岩残积土的判别及物理力学性质对比 J.长江科学院院报，2022，39（4）：1-7.3 吴能森.结构性花岗岩残积土的特性及工程问题研究D.南京：南京林业大学，2005.4 建筑地基基础设计规范：广东省标准DBJ 15-312016 S.北京：中国建筑工业出版社，2016.5 建筑地基基础检测规范：广东省标准DBJ/T 15-602019S.北京：中国建筑工业出版社，2019.6 黄义柱.花岗岩残积土地基承载力取值的应用分析 J.广东建材，2021，37（12）：54-55.7温勇，杨光华，汤连生，等.广州地区花岗岩残积土力学特性试验及参数研究 J.岩土力学，2016，37（S2）：209-215.8尹红，张旷成，吕永清.深圳市某32层高层建筑采用天然地基的探讨 J.岩土工程技术，2002（5）：302-306.9 朱丽霞，袁望新.含水率对花岗岩残积土强度影响研究J.山西建筑，2022，48（17）：109-111+156.10 方宁，周峰，宋著，等.含水率对花岗岩残积土承载力影响的试验研究 J.南京工业大学学报（自然科学版），2020，42（2）：231-236.11 建筑地基基础设计规范：GB 500072011 S.北京：中国建筑工业出版社，2011.12 张玉成，杨光华，胡海英，等.载荷试验尺寸效应及地基承载力确定方法探讨 J.岩土力学，2016，37（S2）：263-272.13 杨光华.关于压板载荷试验确定地基承载力问题的讨论J/OL.岩土工程学报：1-3 2023-02-21.表5各规范承载力取值方法对比Tab.5Comparison of Bearing Capacity Values in Various Norms规程规范名称国家标准建筑地基基础设计规范：GB 500072011建筑地基基础设计规范：广东省标准DBJ 15-312016建筑地基基础检测规范：广东省标准DBJ/T 15-602019载荷板试验承载力取值方法当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；当不能按上述二款要求确定时，当压板面积为0.250.50 m2，可取s/b=0.010.015所对应的荷载值，但其值不应大于最大加载量的一半；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；当极限荷载能确定，且该值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；不能按上述两款确定时，如压板面积为0.250.50 m2，可取s/b=0.0150.02所对应的荷载值（低压缩性土取低值，高压缩性土取高值），但其值不应大于最大加载量的一半；出现该规范附录A.0.5条第5款情况时，且p-s曲线无法确定比例界限，承载力又没达到极限时，取最大试验荷载的一半所对应的荷载值。当能确定比例界限，极限荷载大于对应比例界限的2倍时，取该比例界限；极限荷载小于对应比例界限的2倍时，取极限荷载的50%；当不能确定比例界限时，应按地基土性质和对应的地基变形（s/b比值）取值（详规范表8.4.3），但不应大于极限荷载的1/2；对不需要做变形验算的地基基础，当不能确定比例界限时，也可取极限荷载的50%。承载力特征值对应的s/b值s/b=0.010.015所对应的荷载值。s/b=0.0150.02所对应的荷载值（低压缩性土取低值，高压缩性土取高值）。高压缩性土，s/b=0.015；中压缩性土，s/b=0.012；低压缩性土，s/b=0.01；全、强风化岩，破碎或极破碎岩石地基，s/b=0.01。22