岩石抗压强度标准值工程勘察实践中如何根据岩石地基承载标准值确
(武汉市勘测设计研究院武汉市 ) 提要 该文探讨了工程勘察实践中如何根据岩石抗压强度标准值确定中风化软质岩石的地基承载力特征值并进 一步确定其桩端阻力特征值 。文中得到的一些结论 ,对国家现行规范某些条款是一个很好的补充 关键词软质岩石 抗压强度 地基承载力 桩端阻力 Rock Luo Kun Yang Yuwen (Wuhan ) how value soft rock based value . code ds soft rock ;pile tip 验值确定 。 #
对于微风化岩石和中等风化硬质岩 般为完整岩体,岩石地基承载力特征值 前言在一些高层建筑或单柱荷载较大的建筑工程 ,为确保桩基承载力,减少建筑物沉降 ,设计往往 要求以下伏中风化岩层为桩基持力层 。为确定中风 化岩石地基承载力和桩端阻力 通常做法是在岩土工程勘察时进行岩石单轴抗压强度试验 ,进而推求 岩石地基承载力和桩端阻力 ,然后在基础开挖时进 行岩基载荷试验或桩静载荷试验 ,验证勘察报告中 提供的岩石地基承载力和桩端阻力 。勘察报告中提 供的岩石地基承载力和桩端阻力值过小或过大 造成不必要的基础设计变更或工程浪费,岩石地基 承载力和桩端阻力的合理取值非常重要 对于强风化岩石,由于其结构大部分破坏 破碎,不同场地不同岩性在钻探中所取岩芯呈碎块 碎石状或石夹土或土夹石或坚硬土状等各式形态 且多难以取得符合要求的岩样进行室内试验。岩土 工程勘察只能根据地区经验或以往岩基载荷试验经 抗压强度试验按规范 ,桩端阻力特征值qpa 按岩石地基承载力特征 取值。但对于中风化软质岩石以 rk确定 值区间较大(规范 ,且如何进一步确定桩端阻力特征值 ,规范 中未作规定。本文 主要试图探讨工程勘察实践中 ,如何根据岩石单轴 抗压强度 ,确定中风化软质岩石的地基承载力特征 软质岩石抗压强度建筑工程勘察中岩石地基承载力特征值的确定 是以岩石单轴竖向抗压强度为基础的 ,对软质岩石 在确保施工期及使用期不致遭水浸泡时,一般采用 天然湿度的试样进行单轴竖向抗压强度试验 用天然湿度的抗压强度确定中风化软质岩石的强度指标时 ,一般进行少量的干抗压强度和饱和抗压强 度试验以确定岩石的软化性 目前建筑工程勘察的室内抗压强度试验大多采用圆柱形样品 ,试样高径比应大于 ,当高径比不等作者简介 从事岩土工程勘察及技术质量管理工作。
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收稿日期 :2008 Rc为非标准试样的抗压强度 分别为非标准试样的直径和高度。 某高层建筑工程勘察场地下伏基岩为红砂岩和 泥岩 ,均属软质岩石 ,所取中风化红砂岩和中风化泥 岩岩样分别送至甲 、乙试验室进行试验 ,甲试验室采 乙试验室采用高径比 的试样进行试验,均为天 然湿度的相同直径岩样 ,经试验室制作的样品直径 均为 2cm,试验数据统计如表 中风化红砂岩及中风化泥岩抗压强度值统计抗压强度基本值ΠMPa 标准值 rkΠMPa岩石 名称 试验 单位 中风化红砂岩15 勘察场地内相同岩性的中风化软质岩石 ,由于试样采取的高径比不同 ,抗压 强度统计结果相差很大弱风化岩抗压强度,在相同的截面尺寸下 ,试样 的高径比越大 ,岩石抗压强度统计结果越低 对于不同岩性的中风化软质岩石 ,岩石越软 ,试样的高径比 对岩石抗压强度统计结果的影响越大。如果试样的 高径比过大 ,试样内应力传递路径较长 ,易沿软弱结 构面开裂或因试样内不均匀受力产生弯矩而破坏 内应力传递路径短弱风化岩抗压强度,将使抗压强度结果偏大 对于中风化软质岩石,试样的直径应大一些 ,以统一试验标准,便于与现 场岩基载荷试验 、桩静载荷试验资料对比分析 抗压强度指标统计结果确定的岩石地基承载力特征值及进一步确定的岩石桩端阻力特征值更趋向于合 相关因素折减系数 基础上的递减值 岩体较完整 岩体较破碎 理面近于水平层理面近于垂直 结晶联结 胶结 联结 粘土类矿物含量 粘土类矿物含量25 非软化岩石软化岩石 10岩体完整性 00层理面产状 02结构联结 粘土类矿物 00软化性 的相关因素着重考虑岩石的完整程度 其他相关因素虽然本身是影响岩石地基承载力的主要因素 ,但主要通过影响 岩石完整程度、岩石抗压强度和岩石稳定性进而影 响岩石地基承载力的确定 ,故在确定折减系数 例如上述工程勘察场地的中风化红砂岩抗压强度标准值 3MPa,岩体较完整 层面产状几近水平 ,胶结联结 ,粘土类矿物含量小于 25 中风化软质岩石地基承载力及桩端阻力的确定 311 中风化软质岩石地基承载力特征值 按规范 rk度标准值 ,反应岩体完整程度和结构面等情况的折减系数 如果岩体中结构面不发育 ,呈整体或完整结构 ,则岩体的强度大致与岩块的强度接近,岩石地基 承载力特征值 一般较完整或较破碎,其承载力特征值由岩石抗压强 度和结构面强度共同控制 ,我们在长期工程勘察实践 中总结出 ,在完整岩石折减系数 而同一场地的中风化泥岩 14较完整 ,层面产状几近直立 ,胶结联结 ,主要为粘土 类矿物 ,软化岩石 可以看出,中风化红砂岩和中风化 曲线对应的比例界限P0 分别为 泥岩 P0对应的沉降值很小。 #
根据规范 曲线对应的最大荷载Pmax 都没有 达到极限荷载。 规范 10条款关于岩石地基承载力的 确定要求 ,需取对应 曲线上起始直线段的终点荷载 P0 比例界限)与极限荷载除以安全系数 (由于 Pmax 没有达到极限荷载 P0比较后 中风化红砂岩和中风化泥岩的地基承载力特征值 应为 、 中风化软质岩石桩端阻力特征值 在根据岩石抗压强度标准值确定了岩石地基承 载力特征值 的基础上,需用岩基静载荷试验检测 资料进行对比分析 ,以进一步确定中风化软质岩石 的桩端阻力特征值 qpa 上述高层建筑工程勘察场地下伏基岩为红砂岩和泥岩 ,设计以中风化红砂岩和中风化泥岩共同为 ,就桩端持力层进行了若干岩基静载荷试验 。试验过程中采用刚性承压板 Φ300mm 分级加载 每级历时30min 最大荷载为设计桩端阻力的 ,达到最大荷载后,分级 逐渐卸载 ,每级历时 60min ,直到零 。本场地中风化 红砂岩 、中风化泥岩的设计桩端阻力特征值 qpa 初步 建议为 、 ,该值须在岩基载荷试验等 中进一步确认、验证 中风化红砂岩和中风化泥岩的典型岩基载荷试与按抗压强度标准值 确定的岩石地基承载力特rk 10条款规定了岩石地基承载力 特征值如何取值 ,但对岩石埋藏有一定深度需采用 嵌岩桩时岩石桩端阻力 的确定未作规定。 #
对于pa 微风化岩石及中风化硬质岩 ,因加载过程中沉降极 ,岩石的破坏形式接近脆性破坏,桩端阻力特征值 qpa 按岩石地基承载力特征值 取值是合理的,但对 于中风化软质岩石 ,其力学性质不同于微风化岩石 和中风化硬质岩 ,当荷载逐渐增大时很容易发生塑 性变形 ,进入塑性阶段后不是临近破坏而是进入强 度调整的过程 ,如图 P0之后的一至二级 加载 ,沉降并没有明显递增 ,显然中风化红砂岩和中 风化泥岩的桩端阻力特征值 qpa 若按岩石地基承载 力特征值 我们认为将岩基静载荷试验极限荷载 Pmax 除以 的所得值作为岩石桩端阻力特征值qpa 是合理的 这在以中风化软质岩石为桩端持力层的桩基静载荷试验结果中也证明是安全的 上述工程勘察场地中风化红砂岩和中风化泥岩的岩基静载荷试验结果分析如表 该工程勘察场地就以中风化红砂岩和中风化泥岩为桩端持力层的人工挖孔桩进行了桩基静载荷试 极限承载力Qu (对应沉降 26 13mm,残余沉降 15 75mm),基桩承载 力特征值 Ra (对应沉降 曲线(38 曲线(290 18电站坝区局部地下水与岩石之间的作用 并运用Excel 规划求解功能进行求解 ,从而避免了繁琐的笔 算过程 ,为正确评价白鹤滩水电站复杂水文地质问 题提供了依据 。
但是 岩作用规划模型方法是由单纯形法求解 ,岩石中的矿物种类繁多 ,如果都把 它们列入方程的话 ,往往欠定而无唯一解 如果选择太少则又不能反映含水介质的真实组成 ,因此选择 适当的反应方程显的尤为重要 地球化学.北京 :地质出版社 ,2003 水文地球化学基础.北京 —岩作用模型及其在水—玄武岩反应中的 应用. 南京大学学报 ,1994 Excel求解水质分析的问题. 工程地质 计算机应用 ,1999 江苏六合、盱眙玄武岩地区含偏硅 酸矿泉水形成的水文地球化学机理. 水文地质工程地质 1992,19 :39～41郑西来. 模拟水 岩作用的新方法.西安地质学院学报 1990,12 最优化方法.重庆 :重庆大学出版社 ,2002 现代化学基础.北京 高等教育出版社 ,2001. 170～171 Excel规划求解在决策分析中的 应用. 吉林大学学报 ,2006 ,27 (上接第14 岩基静载荷试验结果分析按抗压强度 确定 aΠkPa岩基静载荷试验 比例界限 P0ΠkPa 岩基静载荷试验 极限荷载 PmaxΠkPa 对应沉降 Πmm 桩端阻力特征值 取值 qpa PmaxΠ3软质岩石 qpaΠP0 qpaΠf 中风化红砂岩中风化泥岩 1 1350 4950 5400 19. 19 1800 扩大头直径 ,极限承载力 Qu 应沉降23 残余沉降15 基桩承载力特征值 Ra (对应沉降 由于桩长较短,桩孔采用红砖护壁 ,以中风化岩 层为持力层不考虑桩端尺寸效应 合确定的岩石地基承载力特征值的基础上提高30 %～50 %使用 中风化软质岩石的抗压强度试验当采用圆柱形 样品时试样高径比宜略大于 于将按岩石抗压强度标准值确定的岩石地基承载力特征值及进一步确定的岩石桩端阻力特征值与现场 岩基载荷试验 、桩静载荷试验资料对比分析 ,积累经 我们收集了大量岩基静载荷试验和嵌岩桩静载 荷试验的数据 ,但是都没有进入完全破坏阶段 ,极限 承载力无法确定 。 #
实际上只要加载到最大荷载后再 继续分级加载 ,估计 级荷载以内就可以确定极限承载力了 。这样一方面可以充分评估桩的安全储 ,另一方面有可能适当提高桩的承载力,基础设计 可以较经济一些 各桩端阻力特征值qpa 的桩端阻力特征值qp 分别为大于 、大于 。这说明上述桩端阻力特征值 qpa 的取值是 合理 、安全的 结论软质岩石地基承载力受岩石的矿物成分 、结构 、风化等多种因素的影响,以岩石抗压强度 标准值确定中风化软质岩石地基承载力特征值的折 减系数可根据岩石的完整性 、粘土类矿物含量 、结构 联结 、层面产状 、岩石软化性等情况综合确定 中风化软质岩石桩端阻力特征值可在根据岩石抗压强度指标及岩石完整程度 、层面产状等情况综 参考文献 2002建筑地基基础设计规范 中国建筑工业出版社,2007 #
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