兰州中川国际机场深部粉土层工程特性研究

王 淼，刘辰麟，苏旭兴

（甘肃中建市政工程勘察设计研究院，甘肃 兰州 730000）

兰州中川国际机场三期扩建工程场地范围内地层结构较复杂，地层结构呈现为典型冲洪积堆积成因，沉积韵律交错混杂，根据设计文件，拟建兰州中川国际机场三期扩建工程综合交通中心（GTC）为地下二层结构，基底标高为-12.6m及-11m，基底主要位于第四系上更新统冲洪积粉土层中，该层岩土物理力学参数的确定，对于工程设计、施工来说是非常重要的，不仅关乎工程建设的质量安全，而且与结构设计选型、成本和工程进度密切相关。

1 工程概况及场区工程地质概述

兰州中川国际机场三期扩建工程综合交通中心（GTC）总建筑面积27×104m2，两侧车库部分共5层，地上2层，地下3层；中部换乘大厅共4层，地上2层，地下共2层，基底标高为-12.6m及-11m。综合交通中心正负零绝对标高为1941.35m，结构设计拟采用桩基+筏板基础方案。

工程场地地貌单元属秦王川冲洪积平原地貌单元，区内地势较平坦，地形平缓、开阔，起伏较小，场地地面高程一般为1932.56～1939.12m。依据岩性、颗粒组成、成因、综合原位测试等指标，将地基土划分为第四系全新统素填土，第四系全新统冲洪积黄土状粉土、砾砂、角砾，第四系上更新统冲洪积粉土、角砾，第四系中更新统冲洪积粉质粘土、角砾，新近系上新统泥岩等（见图1）。结合根据设计文件，基础将主要位于④-1第四系上更新统冲洪积粉土层中，该层土浅黄色，稍湿，中密状，以粉粒为主，具大孔隙，局部为粉细砂、砾砂薄层或透镜体，场地基本分布连续，层位较稳定，中压缩性，不具湿陷性。

图1 拟建综合交通中心工程（GTC）地质剖面示意图

2 取样与试验结果

鉴于场地表层多分布一层角砾层，针对④-1粉土层原状土采取人工开挖及洛阳铲开挖均存在较大困难，在实际的勘察实践中，由于受到诸多因素的影响，对于该类地基土普遍采用薄壁敞口取土器、厚壁取土器及岩芯管包样等方法。传统的敞口厚壁取土器（内装铁皮）、全靠地面锤击法取样，采取的土样容易受到扰动；或为了节省工期快速取样，采用岩芯管回转钻进切取样品作为原状样，这两种取样方法对土样的扰动情况不同，取样质量差异很大，质量难以保证，导致室内试验数据失真。为确保Ⅰ级原状样的采取，勘察中采用∅600mm的长螺旋麻花钻引孔，将表层角砾层挖穿后再采用机械洛阳铲探井车开挖探井（见图2），采取原状样，并进行室内物理力学性质试验，试验结果见表1。

表1 ④-1粉土物理力学性质统计表

图2 “麻花钻+洛阳铲”开挖探井

通过天然孔隙比、含水量和《岩土工程勘察规范》（DB62/T 25-3063-2012）查表确定④-1 粉土承载力特征值，压缩模量则由室内试验确定，参数详见表2。

表2 ④-1粉土的孔隙比和含水量确定的承载力特征值

3 旁压测试结果

为了获取④-1粉土层必要的岩土物理力学指标，为工程设计提供可靠的力学参数，在工程中对于该层土开展了预钻式旁压试验工作。预钻式旁压试验通过旁压器在预先打好的钻孔中对孔壁施加横向压力，使土体产生径向变形，利用仪器量测压力与变形关系，测求地基土的力学参数。

本次旁压试验所用仪器为江苏省溧阳市天目仪器厂PM-2B型预钻式旁压仪，成孔时采用XY-150型钻机进行，为防止孔壁塌孔掩埋旁压器，先用孔径127mm的钻头进行开孔，再用孔径152mm的钻头进行扩孔至目标土层时下放套管，用孔径97mm的钻头进行成孔，试验钻孔要保证成孔质量，钻孔垂直，孔壁要光滑，防止孔壁坍塌。试验孔宜比旁压器略大（一般大2～5mm），试验段孔深应比预定最终试验深度略深（一般大30～50cm），以保证旁压器测量腔在受压膨胀时有足够的空间，钻孔成孔后宜立即进行试验，以免缩孔和塌孔。本次在目标地基土层不同深度下进行了16组旁压试验，均得到较完整的旁压曲线，旁压试验结果统计见表3。

表3 ④-1粉土旁压试验成果统计表

根据《地基旁压试验技术标准》（JGJ/T69-2019），利用旁压试验按极限荷载法确定对地基承载力特征值进行了计算，通过《工程地质手册》（第五版）对压缩模量进行了计算。通过旁压试验确定的④-1 粉土层地基土承载力、压缩模量成果评价见表4。

表4 ④-1粉土旁压试验承载力、压缩模量成果评价表

由于④-1 层粉土局部夹粉细砂、砾砂薄层或透镜体，导致承载力指标有差异，该层变形破坏形式主要以蠕变为主，破坏曲线发展较缓慢，属蠕变破坏。

4 参数确定

根据勘探揭露地基土的岩性特征、埋藏条件，结合室内土工试验结果、旁压试验分析，结合场地条件与地区经验综合评价，最终确定④-1粉土层地基承载力特征值及变形指标统计及建议值见表5。

表5 ④-1粉土层岩土设计参数建议值

5 结语

（1）通过“麻花钻+洛阳铲”取样、室内土工试验及旁压试验等多种手段对工程场地内分布的粉土层进行综合分析，从而获取了准确的地基承载力、压缩模量等工程参数，充分挖掘和发挥深部地基土的承载潜力。

（2）旁压试验野外操作复杂，数据处理较繁琐，在常规工程勘察项目中应用并不多，通过兰州中川机场三期扩建工程中旁压试验的相关数据，得到深部粉土层的参数和结论，可为类似工程及地质条件中的旁压试验提供经验和参照。