軟巖地基承載力判定方法與應(yīng)用

唐 波（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局402隊，湖南長沙410004）

軟巖地基承載力判定方法與應(yīng)用

唐 波（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局402隊，湖南長沙410004）

本文以遠大小天城（100層，高360m）超高層勘察項目為例，通過巖石單軸抗壓試驗、旁壓試驗、現(xiàn)場載荷試驗等方法綜合判定地基承載力，取值合理，有效節(jié)約了工程成本。對同類地質(zhì)條件地基承載力判定具有一定的參考價值。

地基承載力；軟巖；泥質(zhì)粉砂巖；超高層

1 引言

巖土工程勘察、設(shè)計中，地基承載力通常以室內(nèi)巖石飽和單軸抗壓強度進行一定量的折減，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗綜合確定。目前，工程設(shè)計中普遍按規(guī)范中“無經(jīng)驗時”的折減系數(shù)取值，取值偏小，且對于軟巖而言，室內(nèi)試驗結(jié)果影響因素較多，往往會難以反應(yīng)其客觀強度，從而造成取值保守，使建筑物基礎(chǔ)設(shè)計方案復(fù)雜化，工程成本大幅度提高，造成浪費。因此，軟巖的巖體的承載能力是確定建筑物基礎(chǔ)的型式和優(yōu)化設(shè)計的重要依據(jù)。

擬建小天城項目主樓地上100層，地下2層，建筑物高度360m，高層鋼框架結(jié)構(gòu)，擬采用基礎(chǔ)形式為筏板或樁筏基礎(chǔ)，最大柱（墻）底內(nèi)力31156kN。

2 地質(zhì)概況

場地位于長沙市長沙縣星沙鎮(zhèn)遠大城內(nèi)，北側(cè)臨遠大三路。屬構(gòu)造剝蝕低丘陵地貌，下伏白堊系戴家坪組（K2d）泥質(zhì)粉砂巖，巖層產(chǎn)狀275°∠15°。揭露的巖土層如下：

①雜填土：雜色，稍濕，松散，層厚0.50～2.40m；

②粘土：褐紅色，稍濕，硬塑～堅硬，具網(wǎng)紋狀構(gòu)造，層厚2.0～8.70m；

③強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：暗紫紅色，節(jié)理裂隙發(fā)育，主裂隙面軸向夾角15～30°，屬極軟巖，巖體極破碎，層厚1.10～7.80m，R0=1.17MPa；

④中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，巖芯多呈柱狀、長柱狀，節(jié)長一般5～30cm，最長達150cm，RQD=65～90，屬軟巖，巖體較完整，最大揭露厚度42.60m，R0=3.85MPa。

基礎(chǔ)選型：擬采用筏板基礎(chǔ)，地基持力層選擇中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖④層，對于局部出露的強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖③層，采用地基處理（混凝土混凝土換填）。

圖1 場地代表性地質(zhì)剖面圖

3 地基承載力的判定

3.1 巖石單軸抗壓試驗

巖石地基承載力特征值按式（1）計算：

式中：

fa——巖石地基承載力特征值（kPa）；

frk——巖石飽和單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），對于粘土質(zhì)巖，在確保施工期且使用期不致遭水浸泡時，可采用天然濕度的試樣，不進行飽和處理；

ψr——折減系數(shù)。根據(jù)巖體完整程度以及結(jié)構(gòu)面的間距、寬度、產(chǎn)狀和組合，由地方經(jīng)驗確定。

本次勘察，在筏板基礎(chǔ)的底板深度范圍內(nèi)采取了中風(fēng)化巖樣，巖石試驗統(tǒng)計結(jié)果見表1所示。

表1 天然單軸抗壓強度統(tǒng)計表（單位：MPa）

依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）第5.2.6節(jié)，較完整巖體折減系數(shù)ψr取0.40；依據(jù)《長沙市地基礎(chǔ)設(shè)計與施工規(guī)定》（1999年8月），“對于軟巖，以天然狀態(tài)下的單軸抗壓強度進行計算，折減系數(shù)取0.4～0.8”；依據(jù)《南京地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（DGJ32/J12-2005）附錄G，“對軟質(zhì)巖石也可采用天然濕度巖樣的單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值，巖石單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值1.0～5.0MPa時，折減系數(shù)取0.90～0.60”。計算的巖基承載力特征值見表2所示。

表2 巖石地基承載力特征值計算結(jié)果

3.2 旁壓試驗

旁壓試驗，屬于一種現(xiàn)場原位測試方法，其原理是在鉆孔中進行原位水平載荷試驗，利用可膨脹的旁壓器，對其進行加壓，通過旁壓器的膨脹使孔壁土體產(chǎn)生變形，而確定土體的應(yīng)力與應(yīng)變特征。在逐級加壓的情況下，土體通常需要經(jīng)歷3個變形階段，因而會在應(yīng)力-變形關(guān)系曲線上，反映出三個明顯的不同區(qū)間，即恢復(fù)區(qū)、似彈性區(qū)、塑性發(fā)展區(qū)，依據(jù)曲線特征與旁壓機理的解釋，即可確定靜止側(cè)壓力P0、臨塑壓力Pf和極限壓力PL。

依據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第四版），旁壓試驗來確定地基承載力特征值，有以下兩種方法：

式中：fak為地基承載力特征值（kPa）；Fs為安全系數(shù)，一般取2～3。

結(jié)合旁壓試驗結(jié)果，依據(jù)公式（3）計算承載力特征值見表3所示。

表3 巖石地基承載力特征值計算結(jié)果

3.3 現(xiàn)場載荷試驗

試驗方法：試驗承壓板采用面積為0.07m2（直徑300mm）的圓形剛性承壓板。最大加荷值為設(shè)計荷載的三倍。本工程設(shè)計巖基承載力特征值1500kPa，設(shè)計荷載為105kN，故最大加荷值為315kN。

試驗結(jié)果：現(xiàn)場加載時，加至三倍設(shè)計荷載時，并未出現(xiàn)中止加載的條件，通過對測試數(shù)據(jù)的整理，繪制出p-s曲線和s-Lgt曲線圖，具體試驗結(jié)果如圖2、表4。

根據(jù)試驗情況及p-s曲線圖，按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB5007-2011）附錄H，判斷該中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖巖基承載力特征值不小于1500kPa。

圖2 現(xiàn)場載荷試驗p-s曲線

表4 巖基載荷試驗匯總表

3.4 不同方法確定的巖基承載力結(jié)果對比分析

依據(jù)旁壓試驗、載荷試驗所確定的巖基承載力結(jié)果，按式（1）將frk按巖石天然單軸抗壓強度值考慮，反算得出折減系數(shù)ψr′，將3種判定方法確定的巖基承載力結(jié)果見表5所示。

表5 不同方法確定的巖基承載力結(jié)果對比

對比分析：巖石單軸抗壓試驗確定的承載力差異性較大，依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》按巖石單軸飽和抗壓試驗值折減確定的承載力特征值明顯偏低；旁壓試驗、載荷試驗確定的承載力較高，且均有富余。

4 結(jié)束語

（1）通過對比反算，采用單軸抗壓試驗按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)確定承載力時，對于較完整軟巖，可按天然濕度單軸抗壓試驗值，折減系數(shù)取0.4進行計算，較為合理。

（2）實踐表明，采用單軸抗壓試驗按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)確定長沙地區(qū)紅層地基的承載力，結(jié)果偏低，不能客觀反映巖體實際強度，建議采用旁壓試驗、載荷試驗多種測試手段結(jié)合起來，才能更全面地反映極軟巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，使之能較準(zhǔn)確地確定極軟巖石的地基承載力。

TU473.1

A

2095-2066（2016）24-0029-02

2016-8-15

唐 波（1984-），男，工程師，本科，主要從事巖土工程工作。