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现行规范中岩石地基承载力确定方法剖析

2024-08-15 33 上传者：管理员

摘要：地基承载力是地基基础设计的重要依据,是岩土工程勘察工作的主要任务之一，现行《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)规定,确定岩石地基承载力特征值常用方法有取岩样做室内试验和现场原位载荷试验等。但因取样扰动、受节理裂隙影响及环境条件与实地有明显的差异,室内试验结果存在一定偏差，不能完全客观真实反映岩石地基承载力特征值。针对某工程采用中风化泥质粉砂岩作为持力层，采取钻探岩芯进行室内饱和单轴抗压强度和载荷试验两种方法综合确定岩石地基承载力，用载荷试验确定的地基承载力特征值与室内根据岩石饱合单轴抗压强度确定的地基承载力特征值进行比对，进一步分析引起两者存在差异的可能原因。

关键词：
地基承载力特征值
岩土地基
岩石地基载荷试验
测试结果
饱和岩石单轴抗压强度
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岩土地基承载力特征值取值时应考虑取样手段、试验方法和其他因素对试验结果的影响，并对不同测试方法所得结果进行分析比较。当室内试验测试结果存在一定偏差或测试结果明显不符时，应进行原位测试。本文结合遵义市某建设项目根据室内试验确定岩石地基承载力特征值时取值偏低，为真实反映持力层承载力特征值进行岩石地基载荷试验，通过室内试验与原位测试进行对比说明岩石地基承载力特征值取值不同的原因。

1、工程概况

拟建工程分商务办公楼、副楼、住宅楼3个建筑单体，建筑规模商务办公楼为3F/17F，副楼为3F，住宅楼为-3F+22F。最大荷载范围值3000kN～20000kN。结构类型为框架-剪力墙结构、框架结构。持力层为中风化粉砂质泥岩，拟采用基础形式为独立基础、桩基础。场地岩土工程勘察等级为乙级。

2、勘察方法

本次勘察采用了工程地质调绘、工程测量放孔、工程地质钻探、简易水文测量、岩、土样室内测试分析、水、土腐蚀性分析、圆锥动力触探试验、岩石地基载荷原位测试试验等方法进行详细工程勘察。

3、场地工程地质条件

3.1地形地貌

区内属侵蚀低山河谷地貌，地形整体上北侧、东侧、南侧高，西侧低。最高点位于北侧，高程256.70m，最低点位于西侧，高程235.87m，相对最大高差20.83m，场地整体较为平坦。

3.2地层岩性

在钻探揭露深度范围内，场地地层自上而下分为：①第四系全新统人工素填土（Q4ml）、②第四系全新统坡积层粉质粘土（Q4dl）、③侏罗系上统遂宁组（J3s）强、中风化泥质粉砂岩。其岩性特征：①素填土回填时间约2年，杂色，主要成分为砂岩碎块夹粘土组成，含40%粘性土。碎块石母岩岩性为砂岩，粒径2～30cm，修正后N63.5型动力触探平均击数3.69，结构松散，厚度0.2m～8.4m。②粉质粘土为坡积形成，褐红色、可塑状，底部夹少量粉砂,厚度0.6m～6.5m。③强、中风化泥质粉砂岩，褐红色中厚层状，细晶结构、层理构造，岩芯以短柱状、碎块状，在钻探范围内揭露厚度为6.1m～17.3m。

3.3地质构造

场地位于扬子准地台四川台坳，根据钻孔揭露及附近岩层露头调查，场地内无断裂及褶皱，场地地层为侏罗系上统遂宁组，层状构造，地质构造简单，岩层产状：330°∠18°，地层层位正常。场地内岩体存在1组节理X1:90°∠70°，间距100mm～300mm，节理面泥质胶结，结合较差。

3.4水文地质条件

区内降水量充沛，多年平均降水量1195.7mm，从时空分布上看，降雨水量多集中在4～10月，降水量800～1700mm，占全年总降水量的80%；区内日最大降水量为1700mm。拟建场地位于河岸补给区，河道距离拟建场地约60m，高差约10.0m，为本场地最低排泄基准面。据调查和资料收集，勘察时本段河水位约227.0m，拟建建筑底标高236.90～237.30m。

4、岩石地基承载力确定

现行《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)、《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)规定,确定岩石地基承载力特征值常用方法有取岩样做室内岩石饱和单轴抗压强度试验和现场岩石地基载荷试验及以往工程经验等。

4.1本场地强风化泥质粉砂岩

根据强风化泥质粉砂岩声波波速测试报告其岩体波速范围值为1801～2205m·s-1，岩体波速平均值为2016m·s-1，岩块波速范围值为3359～3976m·s-1，岩块波速平均值为3708m·s-1，经计算强风化泥质粉砂岩完整性指数Kv=0.296,按照《工程岩体分级标准》（GB50218—2014）中表3.3.4，其完整程度为破碎，结合场地地质情况和工程经验取强风化泥质粉砂岩地基承载力特征值fa=480kPa，根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)中表5.3.5-1，当采用干作业钻(挖)孔桩，估算单桩竖向极限承载力时，推荐强风化泥质粉砂岩极限侧阻力标准值qsik=140kPa。

4.2本场地中风化泥质粉砂岩

根据中风化泥质粉砂岩声波波速测试报告其岩体波速范围值为2390～2606m·s-1，岩体波速平均值为2495m·s-1，经计算中风化泥质粉砂岩完整性指数Kv=0.453,按照《工程岩体分级标准》（GB50218—2014）中表3.3.4，其完整程度为较破碎，按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011)5.2.6条条文“对于完整、较完整、较破碎的岩石地基承载力特征值可按本规范附录H岩石地基载荷试验方法确定，也可根据室内饱和单轴抗压强度按fa=ψ·frk进行计算”。

具体计算如下：

(1）按照室内饱和单轴抗压强度确定岩石地基承载力

通过对钻探岩芯所取岩样31样进行统计分析，饱和单轴抗压强度实测值范围为11.9MPa～18.5MPa，平均值为16.0MPa，标准差σ=1.471，变异系数δ=0.092，修正系数γs=0.971,标准值frk=16.0*0.971=15.54MPa,完整程度为较破碎，取折减系数ψ=0.15,fa=15.54*0.15=2.331MPa，取岩石地基承载力fa=2300kPa。岩样试验数据具体见表1。

表1中风化泥质粉砂岩主要物理力学性质指标

(2）岩石地基载荷试验结果

本次载荷试验承压板尺寸与桩直径基本一致，在现场指定地方用人工挖掘直径为1.8m、深约9m的试坑，在试坑底部侧壁用人工挖掘规格为90cm×90cm×90cm的三个平硐作为本次的测试位置。通过实测地基在荷载（P）作用下的变形（S），得到载荷试验的P—S曲线，然后根据曲线确定地基承载力参数，当边续3次读数之差均不大于0.01mm才可视为达到稳定标准方可施加下一级荷载。载荷试验数据及P—S曲线具体见表2、图1。

表2 1#、2#、3#载荷试验数据统计表

图1中风化泥质粉砂岩载荷试验P—S曲线

通过对1#、2#、3#的载荷试验数据进行分析，取中风化泥质粉砂岩地基承载力特征值fa=3000kPa，具体见表3。

表3 1#、2#、3#载荷试验成果表

综合按照室内饱和单轴抗压强度、岩石地基载荷试验及本地区工程经验综合确定中风化泥质粉砂岩地基承载力特征值fa=3000kPa。

5、持力层中风化泥质粉砂岩地基承载力取值分析

同一场地同一岩性的岩体完整程度相同，按照室内饱和单轴抗压强度计算所得地基承载力fa=2300kPa，按照载荷试验计算所得地基承载力fa=3000kPa。造成地基承载力计算取值不一致主要是因为受力状态不同。岩样在进行饱和单轴抗压强度时，岩石试件处于无侧限的单轴受力状态，而载荷试验时试验点位于岩体内部且上覆土层自重可等效为竖向围压，此时岩体则处于有围压的三轴应力状态。按照室内饱和单轴抗压强度计算岩石地基承载力时其理论依据为弹性半空间体在其边界上的竖向集中力作用下应力与应变关系,应力应变表现在弹性半空间的表面，即布辛奈斯克(Boussinesq)解。按照载荷试验确定岩石地基承载力时其理论依据为半无限弹性体内部体内任一点的应力与应变的关系,应力应变作用在弹性半空间体内任何一点，即明德林(Mindlin)解，因受试验应力状态因素影响，导致结果存在一定差异。湛凯渝，徐诗童根据研究及实地工程验证表明按照室内饱和单轴抗压强度计算岩石地基承载力时应考虑岩体围压效应提高系数。

6、结语

当以岩石地基作为持力层时，岩石地基一般情况下有一定深度的埋深，但也存在基岩岩体直接出露的情况，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）按照室内饱和单轴抗压强度计算岩石地基承载力时不仅应考虑岩体完整性折减系数，还应考虑岩体围压效应提高系数。但在实践过程中按不利原则并未考虑围压效应提高系数，可理解为一定程度的安全储备。岩土参数取值时应根据不同的试验方法和取值标准并对不同测试方法所得结果进行分析比较，当室内试验测试结果存在一定偏差或测试结果明显不符时，应进行原位测试，当室内试验测试结果与原位测试相矛盾时，应以原位测试结果为准。在工程实践中宜采用原位测试手段确定其承载能力。

参考文献:

[1]中华人民共和国建设部.岩土工程勘察规范:GB50021—2001(2009版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2009

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基基础设计规范:GB50007—2011[S].北京:中国建筑工业出版社,2011

[3]中华人民共和国水利部.工程岩体分级标准:GB50218—2014[S].北京:中国计划出版社,2014

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.工程岩体试验方法标准:GB/T50266—2013[S].北京:中国计划出版社,2013

[5]湛凯渝,徐诗童,基于岩基载荷试验成果对岩石地基承载力特征值计算式的讨论[J],建筑结构,2017,7(13)

[6]彭柏兴,王星华.白垩系泥质粉砂岩岩基强度试验研究[J].岩石力学与工程学报.2005,(15)

[7]吴庆保,原位基岩载荷试验浅析,城市理论建设研究[J],2012(07)

文章来源:肖中浪,秦万能.现行规范中岩石地基承载力确定方法剖析[J].新疆有色金属,2024,47(06):82-84.