剛果布拉柴維爾體育場巖土工程勘察與評價

朱文彩，陳 松

(湖北省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，湖北 武漢 430050)

1 工程概況

剛果布拉柴維爾體育場項目總用地面積903 767 m2，包含60 000人體育場、10 000多人綜合體育館、水上運動中心三個主要場館[1]。體育場支撐鋼結(jié)構(gòu)柱底反力6 000 kN；體育館、游泳館支撐鋼結(jié)構(gòu)柱底反力為4 000 kN。項目巖土工程勘察等級為甲級，基礎(chǔ)形式待勘察后定[2]。

場址區(qū)位于剛果巴特克高原邊緣，剛果河右岸的一坡向180°斜坡中部寬緩地帶，海拔高程在315 m～345 m，地勢開闊平坦，地形起伏不大，斜坡坡度5°～10°，屬構(gòu)造剝蝕侵蝕殘丘-壟崗地貌。

場址區(qū)下部為厚度大于90 m的第三系巴德閣高地(Ba2)沖洪積砂土層。砂土層自上而下密實度逐漸增加，不存在明顯的密實度界限，此類地基給巖土工程勘察和基礎(chǔ)選型帶來了一定困難。本文針對此進(jìn)行簡要的探討。

2 工程勘察要求及方法

根據(jù)勘察任務(wù)書和場地條件，工程的勘察工作重點解決的問題是：

1)場址區(qū)的地層結(jié)構(gòu)特征和工程地質(zhì)條件。

2)地基承載力的確定和基礎(chǔ)選型。

勘察要求：查明場區(qū)勘察深度范圍內(nèi)的工程地質(zhì)條件、巖性特征、分布規(guī)律，提供各土層物理力學(xué)性能指標(biāo)，對地基基礎(chǔ)條件和基礎(chǔ)選型進(jìn)行分析論證。

勘察方法：在砂土場地中鉆探取樣一般達(dá)不到勘察要求，故勘察采用鉆探、靜力觸探為主，槽探加探槽內(nèi)洛陽鏟探為輔，結(jié)合原位測試(標(biāo)準(zhǔn)貫入實驗)和室內(nèi)實驗(顆分試驗)的手段進(jìn)行勘察[3]。

3 場地勘察情況

勘察布置：勘察點沿著建筑物周邊和角點布置，共布置鉆孔20個，靜力觸探孔16個，探槽及洛陽鏟探16個，勘探點間距和勘察深度滿足設(shè)計要求。

場地地層：場址區(qū)下部為厚度大于90 m的第三系(Ba2)細(xì)砂層，黏粒含量低，成分純，未見明顯包含物?？辈旄鶕?jù)標(biāo)貫實驗錘擊數(shù)(N)和雙橋靜力觸探端阻力(qc)劃分場地砂土層密實度，自上而下劃分為極松散、松散、稍密、中密、密實四層(見表1)。

表1 場地地層分層深度及特征表

由表1可見，場地細(xì)砂土層自上而下密實程度逐漸增加，分界深度大致為：極松散與松散分界深度約為4.0 m，松散與稍密的分界深度約為10.0 m，稍密與中密的分界深度約為17.0 m。

4 巖土工程分析與評價

4.1 場地穩(wěn)定性和適宜性

據(jù)勘探孔揭露：場區(qū)地下穩(wěn)定水位埋深在35.0 m左右，可不考慮砂土液化；剛果(布)無大于6級的地震歷史記載，場地范圍內(nèi)及相鄰地段沒發(fā)現(xiàn)對建筑物安全構(gòu)成威脅的不良地質(zhì)現(xiàn)象，場地整體穩(wěn)定性好；砂土層密實度自上而下逐漸增加，場地均勻性好，場地適宜進(jìn)行工程建設(shè)。

(2)硅化：是金礦化的主要蝕變類型。大致可分為三期，早期以深灰色細(xì)糖粒狀、微晶集合體狀及脈狀出現(xiàn)；成礦期呈白色不規(guī)則狀、細(xì)脈狀出現(xiàn)在蝕變巖的裂隙中，伴有多金屬硫化物出現(xiàn)，是金礦化的主要階段；晚期硅化呈灰白色、乳白色在蝕變帶內(nèi)出現(xiàn)，形成一些石英細(xì)脈。

4.2 地基承載力與樁長估算

由于條件所限，勘察階段未進(jìn)行載荷試驗，且砂土場地?zé)o法取出原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗，可用于確定地基承載力和變形模量的依據(jù)僅有標(biāo)貫錘擊數(shù)N和雙橋靜力觸探端阻力qc、側(cè)阻力fs。

4.2.1 天然地基承載力

根據(jù)勘察任務(wù)書，勘察工作按GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)執(zhí)行，由于國標(biāo)無具體承載力參數(shù)的條文規(guī)定，經(jīng)與總包、設(shè)計協(xié)商，在收集分析剛果(布)已有類似場地勘察成果資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》(第4版)選擇與之適配經(jīng)驗公式，估算提出天然地基承載力參數(shù)[4]。

1)依據(jù)靜力觸探成果可確定地基承載力基本值fo和壓縮模量Es，計算公式為[5]：

fo=20Ps+59.5；

Es=3.72Ps+1.26；

Ps=1.1qc。

其中，fo為地基承載力基本值，kPa；Es為砂土壓縮模量，MPa；Ps為單橋靜力觸探比貫入阻力，Ps,qc單位：MPa。

砂土內(nèi)摩擦角根據(jù)表2內(nèi)插確定。

表2 砂土內(nèi)摩擦角φ取值表

通過計算和內(nèi)插查表，結(jié)果見表3。

2)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫成果確定地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk和內(nèi)摩擦角φ時，計算公式為：

fk=105+10N。

其中，fk為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；φ為砂土內(nèi)摩擦角，(°)；N為標(biāo)貫試驗錘擊數(shù)，擊。

計算結(jié)果見表3。

3)天然地基承載力綜合取值。

根據(jù)前述計算結(jié)果，參照臨近建筑場地已有工程成果資料，勘察場區(qū)地基巖土體天然地基承載力參數(shù)建議值如表3所示。

表3 場地天然地基承載力綜合取值表

4.2.2 樁長估算

場地進(jìn)行了雙橋靜力觸探實驗，依據(jù)JGJ 94—2018建筑樁基技術(shù)規(guī)范，樁基端阻力、側(cè)阻力可采用雙橋靜力觸探端阻力、側(cè)阻力測試值，折減系數(shù)按照規(guī)范執(zhí)行即可。

在不考慮負(fù)摩阻力的工況下，初步估算混凝土預(yù)制樁的樁長：樁型為φ1.2 m的鉆孔灌注樁時，體育場支撐柱樁長32.2 m，體育館、游泳館支撐柱樁長27.3 m。

4.3 基礎(chǔ)選型

依據(jù)勘察成果，建筑場地為無黏性、高滲透性的深厚細(xì)砂場地，砂土層密實度自上而下逐漸增加，到9.0 m～10.5 m深度才達(dá)到稍密狀態(tài)。

表層砂土層承載力低、壓縮性大、自穩(wěn)高度低，若各場館直接采用淺基礎(chǔ)，一方面是基礎(chǔ)開挖深度過大不安全，另一方面是易產(chǎn)生不均勻沉降，故不宜直接采用天然地基；若直接采用樁基礎(chǔ)，根據(jù)前述估算，為樁長27 m～32 m的摩擦樁，在遠(yuǎn)高于地下水位的砂土場成樁不僅困難，還可能由于后期的條件變化產(chǎn)生負(fù)摩阻力而影響穩(wěn)定性，且經(jīng)濟(jì)性差。

根據(jù)本工程的特點，建議場區(qū)采用強(qiáng)夯處理淺部松散砂土后，根據(jù)支撐鋼結(jié)構(gòu)柱底反力的不同采用不同的基礎(chǔ)形式：

1)體育場支撐鋼結(jié)構(gòu)柱底反力為6 000 kN，采用以強(qiáng)夯處理后的①1層、①2層提供側(cè)摩阻力，以③層作為樁端持力層的樁基礎(chǔ)；2)體育館、游泳館支撐鋼結(jié)構(gòu)柱底反力為4 000 kN，采用以強(qiáng)夯厚度硬殼層為持力層的淺基礎(chǔ)。

成樁施工時，由于砂土層滲透性大，傳統(tǒng)的施工工藝可能由于混凝土水易于滲漏喪失，宜對施工工藝進(jìn)行一定程度的改變，如：成孔后先下放鋼筋籠，后灌注混凝土成樁，加強(qiáng)成樁后的混凝土養(yǎng)護(hù)等[6]。

5 結(jié)論與建議

1)剛果布拉柴維爾體育場項目場地地基巖土體由松散～密實細(xì)砂構(gòu)成，具有自上而下逐漸密實的特點。2)巖土勘察采用多種手段，鉆孔數(shù)量及深度滿足規(guī)范要求，勘察工作的各道工序嚴(yán)格按技術(shù)要求施工，原位測試和室內(nèi)試驗成果可靠，所取參數(shù)可供設(shè)計使用。3)巖土工程勘察根據(jù)擬建建筑場區(qū)原位測試及實驗成果，參照剛果(布)布拉柴維爾市區(qū)類似建筑場地已有工程成果資料，提出建筑場區(qū)不宜直接采用天然地基和樁基礎(chǔ)，應(yīng)進(jìn)行地基處理。4)根據(jù)工程的特點，建議場區(qū)采用強(qiáng)夯處理淺部松散砂土后，根據(jù)柱底反力的不同分別采用淺基礎(chǔ)或淺基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)結(jié)合的基礎(chǔ)形式。