第四系地层地基承载力特征值的确定

第四系 地层地基承载力特征值的确定

陈维赞

（厦门中建东北设计院有限公司，福建厦门 361001 ）

摘要：依据国家和地区的规范标准，以工程实例为背景，介绍了在岩土工程勘察过程中采用标准贯入试验、静力触探试验、旁压试验和土工试验等多种方法来确定地基承载力特征值，并结合区域工程经验阐述岩土天然地基承载力特征值的确定过程。

关键词：岩土工程勘察，地基承载力特征值，标准贯入试验，静力触探试验，旁压试验

岩土工程勘察是根据建设工程的要求，查明、分析、评价建设场地的地质、环境特征和岩土工程条件，编制勘察文件的活动^[1]。岩土工程勘察作为工程建设必不可少的一个环节，勘察文件的准确性和真实性对工程建设能否顺利实施具有重要影响，其中的地基承载力特征值（ƒ_ak）便是供设计和施工使用的重要参数，地基承载力特征值的准确性也将影响工程造价和安全。经过几十年的实践，地基承载力可以采用载荷试验、理论公式计算和原位测试方法结合区域工程经验综合确定^[2]。本文通过广州地区的工程实例，采取常用的理论公式和原位测试方法阐述如何综合确定第四系地层的地基承载力特征值。

1. 工程概况

拟建工程位于广州市番禺区，拟建场地地势较为平坦，为海陆交互相冲积平原地貌，场地分布的土层主要为第四系全新统由人工填土（Q₄^ml），海陆交互相沉积的淤泥类土层（Q₄^mc），上更新统（Q₃₊₄^al+pl）冲积-洪积砂层、淤泥类土层和粉质粘土层以及残积土层。下部基岩主要为古近系莘庄村组（E₁x）泥质粉砂岩。

由于地层较多，本次仅选取拟建场地内以下常见地层作为代表性地层进行分析并确定地基承载力特征值：

①层粉细砂，灰色，饱和，呈稍密状，主要成份为石英。长石，含微量砾石及含少量黏性土，分选性较差，级配良好，局部夹中砂薄层。本层在拟建场地内局部分布，层顶埋深15.40～29.70m，厚度为1.00～7.20m。

②层淤泥质土，深灰色，饱和，呈流塑状，主要由黏粒、粉粒组成，土质均匀，含少量有机质，局部含较多粉细砂，具滑腻感和腥臭味。本层在拟建场地内分布较广泛，层顶埋深6.00～25.00m，厚度为1.00～8.30m。

③层粉质黏土，灰色、褐红色和褐黄色，可塑，成分为黏粒、粉粒，局部夹粉土，含少量粉细砂，切面较光滑，黏性较好，稍有光泽反应，干强度及韧性中等。本层在拟建场地内广泛分布，层顶埋深2.40～25.50m，厚度为0.40～19.00m。

④层粉质黏土，棕红色和褐红色，呈硬塑～坚硬状，成分为黏粒、粉粒，局部夹粉土，为红层基岩风化残积土，夹风化岩薄层，含强风化岩石碎屑，岩芯呈土柱状，摇振无反应，切面较光滑，干强度及韧性高。本层在拟建场地内局部范围分布，层顶埋深15.60～27.30m，厚度为0.70～10.90m。

2. 地基承载力特征值的确定方法

地基承载力特征值可由载荷试验或其它原位测试、公式计算并结合工程实践经验等方法综合确定。本次将介绍岩土工程勘察过程中常见的几种方式，其中包括标准贯入试验、静力触探试验、旁压试验和土工试验等方法，根据上述试验所得指标查找国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001(2009年版）、广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）^[3]和《工程地质手册》（第五版）计算得到相应的地基承载力特征值，分析各种方式确定的地基承载力的差异与其形成原因，分析各种方法的适用性，结合地区工程实践经验提出最终的地基承载力特征值建议值。

（1）标准贯入试验：根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）4.5.3条，砂土、残积土、粘性土的承载力特征值的经验值可根据标准贯入试验锤击数指标确定，本工程中各层土的标准贯入试验修正击数标准值N见下表；

（2）静力触探试验：根据《工程地质手册》（第五版）表3-4-6，粘性土的承载力特征值的经验值可根据双桥静力触探试验的锥尖阻力指标确定，本工程中各层土的双桥探头的锥尖阻力平均值q_c见下表；

（3）旁压试验：根据国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001(2009年版）10.7.5条及条文说明，根据当地经验，直接取用p_ƒ和p_ƒ-p₀作为地基土承载力，本工程中各层土的静止水平总压力平均值p₀、临塑压力平均值p_ƒ见下表；

（4）土工试验：根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）4.5.2条，沿海地区淤泥和淤泥质土承载力特征值可以根据天然含水量w确定，一般粘性土承载力特征值可以根据孔隙比e和液性指数I_L确定，本工程中各层土的物理力学指标平均值见下表；

（5）塑性状态的理论公式：根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）6.2.5条，根据土的抗剪强度指标（c、φ）确定地基承载力特征值可按下式计算，并应满足变形要求：

ƒ_a=M_bγb+M_dγ_md+M_cc_k

式中M_b、M_d、M_c为承载力系数，φ_k为基底土的内摩察角标准值；c_k为土黏聚力标准值；γ为各土层的重度平均值；γ_m为各土层的加权平均重度；b为基础底面宽度，d为基础埋置深度。本次计算b取3m，d取1.5m。

本工程中各层土的物理力学指标统计值见下表：

3. 地基承载力特征值的确定

通过分析上述多种方法确定的地基承载力特征值，①层粉细砂通过标准贯入试验成果计算地基承载力特征值的方式，依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）查表法取得的地基承载力特征值偏小，而参考《工程地质手册》（第五版）表3-3-12中的铁三院和纺织工业部设计院相关经验公式计算得到的地基承载力特征值分别为192kPa和212.8kPa，通过旁压试验确定的地基承载力偏大；

对于②层淤泥质土，采用原位测试、室内土工试验和塑性状态的理论公式确定的地基承载力特征值偏大，是区域建议值的1.39~1.57倍，平均约为1.51倍；

对于一般粘性土地层，采用原位测试和室内土工试验确定的地基承载力特征值偏大，③层粉质粘土的地基承载力特征值是区域建议值的1.39~1.52倍，平均约为1.48倍，④层粉质粘土的地基承载力特征值是区域建议值的1.34~1.78倍，平均约为1.55倍，采用塑性状态的理论公式的抗剪强度指标（c、φ）计算长期承载力时，较接近地基承载力特征值的参数建议值。

综上所述，与勘察报告最终提供的地基承载力特征值建议值相比，经过原位测试及室内试验物理力学指标计算的地基承载力普遍偏大，除了受到地层较深、杆长影响等客观因素外，还包括以下几点人为因素：

（1）钻探过程中的对岩土层的扰动，由于采取预鉆式旁压试验，对于孔壁稳定性要求较高，因此对砂层和淤泥质土层具有一定影响，适用性较差。

（2）室内土工试验参数偏大，这是因为在取样、封存、运输、开样和制样整个过程，容易导致土体水分损失，土样会有轻微压实挤密，造成室内试验参数偏大，导致计算的地基承载力偏高。

（3）出于安全等考虑，勘察报告提供的地基承载力参数建议值也偏保守。

4. 结论与建议

（1）采用标准贯入试验、静力触探和旁压等原位测试方法具有快速、方便、简单、有效等优点，在判断地基承载力上可以采取此方法。

（2）采用以上各种方法确定地基承载力中，理论公式计算确定的地基承载力特征值较接近地基承载力特征值的区域建议值。

（3）在工程建设过程中，除了上述原位测试、土工实验和理论公式计算方法外，有条件的还可采用载荷试验验证地基承载力特征值，在检验与对比中最终形成适宜本地区的经验参数。

（4）本文采用原位测试、室内试验结合地区经验综合确定地基承载力特征值，各项指标与地基承载力特征值的关联，对于刚刚进入勘察设计行业从勘察设计的工作者具有一定的参考和启发意义。

参考文献

1. 国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001(2009年版）

2. 《工程地质手册》（第五版）

3. 广东省地方标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）