軟質(zhì)巖石fa的確定方法——以貴陽小河區(qū)某廉租住房工程為例

夏江黔，鄭玉元，張高杰

(貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽550003)

軟質(zhì)巖石是指飽和單軸抗壓強(qiáng)度小于或等于30 MPa的巖石，其地基承載力的確定方法目前主要有現(xiàn)場巖基載荷試驗(yàn)法、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法、室內(nèi)飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)法、理論計(jì)算法和數(shù)值模擬法等方法?，F(xiàn)場巖基載荷試驗(yàn)被公認(rèn)為是確定巖石地基承載力較為可靠的方法，同時(shí)它又是理論計(jì)算和數(shù)值模擬方法重要的對(duì)比依據(jù) ，因此進(jìn)行現(xiàn)場巖基載荷試驗(yàn)具有重要的意義。另一方面，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007–2002)(以下簡稱“02規(guī)范”)規(guī)定對(duì)完整、較完整和較破碎的巖石地基承載力特征值，可根據(jù)室內(nèi)飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以折減系數(shù)確定地基承載力特征值，但明確要求折減系數(shù)要由地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定，而現(xiàn)場巖基載荷試驗(yàn)是根據(jù)室內(nèi)飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值反算和調(diào)整折減系數(shù)的重要依據(jù)。本文擬對(duì)貴陽市小河區(qū)某廉租住房工程軟質(zhì)巖石地基承載力開展試驗(yàn)研究，以探討其變化規(guī)律，并為建立地區(qū)性地基承載力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式提供依據(jù)。

1 工程概況

擬建工程位于貴陽市小河區(qū)黔江路貴陽黔江機(jī)械廠內(nèi)，擬建建筑物分為小高層和多層建筑2部分，小高層建筑為－1+11F、多層建筑為－1+6F層，附屬設(shè)施為綠化區(qū)和小區(qū)道路、服務(wù)設(shè)施等?；A(chǔ)形式擬采用擴(kuò)底墩基礎(chǔ)，擬建建筑物最大柱荷載為4 500KN/柱～7 500KN/柱，建筑物對(duì)沉降敏感。場地表層為雜填土，粉質(zhì)粘土，下伏基巖為侏羅系自流井群(J1－2z1)褐紅色粉砂質(zhì)泥巖、灰綠色泥質(zhì)砂巖夾紫紅色泥巖組成，巖層產(chǎn)狀為160∠25°，節(jié)理裂隙發(fā)育，遇水后軟化明顯，失水崩解，巖芯呈砂狀、碎塊狀，少量塊狀、柱狀。

巖體縱波速值2400＜Vp＜2 800m/s，平均值2 650m/s，鉆孔內(nèi)的實(shí)測波速平均值3 280m/s為場地的完整巖體代表值，巖石自然抗壓強(qiáng)度平均值為2.449 Mpa，完整性系數(shù)平均值0.657，為較完整的極軟巖，BQ=264.82，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)。

2 法確定軟質(zhì)巖地基承載力

在實(shí)際工程中，巖石地基承載力特征值可由載荷試驗(yàn)、巖石單軸抗壓強(qiáng)度、巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度和其他原位測試、公式計(jì)算和結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定。

2.1 巖芯天然狀態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)確定地基承載力

巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)具有操作簡單、周期短成本低的優(yōu)點(diǎn)，是目前確定巖石地基承載力應(yīng)用最廣泛的一種方法。對(duì)完整、較完整和較破碎的巖石地基承載力特征值，可根據(jù)室內(nèi)飽和單軸抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算:

式中，fa為巖石地基承載力特征值(Kpa);frk為巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(Kpa);Ψr為折減系數(shù)。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，由地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。無經(jīng)驗(yàn)時(shí)，對(duì)完整巖體可取0.5，對(duì)較完整巖體可取0.2～0.5，對(duì)較破碎巖體可取0.1～0.2。但是，在的取值時(shí)，人們普遍選取比較保守的值，從而使得計(jì)算出來的巖石地基承載力特征值小于實(shí)際的巖石承載力，導(dǎo)致安全系數(shù)偏于保守。

在場地內(nèi)取17件巖樣，經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值frm=2.449 Mpa，統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)Ψ=0.882，標(biāo)準(zhǔn)值frk=2.161 Mpa，按完整性系數(shù)內(nèi)查確定折減系數(shù)Ψr=0.36，巖石地基承載力特征值 fa=Ψr·frk=0.36×2.161 Mpa=777.6 Kpa。(表 1)

2.2 巖基靜載荷試驗(yàn)確定地基承載力

由于巖芯天然狀態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)確定地基承載力局限性，因此可按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007－2002)中的巖基載荷試驗(yàn)方法確定其巖基承載力。

巖基載荷試驗(yàn)就是在擬建建筑場地上，在巖石地基表層放置一定規(guī)格的方形或圓形承壓板，在其上逐級(jí)施加荷載，測定相應(yīng)荷載作用下地基巖體的穩(wěn)定沉降量，繪制P－S曲線，分析研究巖基的強(qiáng)度與變形的特性，求得巖基極限承載力與變形模量等力學(xué)數(shù)據(jù)。

巖基載荷試驗(yàn)可不經(jīng)鉆探取樣，直接測定巖體力學(xué)性質(zhì)，因而比其他試驗(yàn)更能真實(shí)反映巖體的天然結(jié)構(gòu)及天然應(yīng)力狀態(tài)下的特性，測定的巖基承載力特征值也更接近實(shí)際。

本文根據(jù)相關(guān)規(guī)范、建筑物結(jié)構(gòu)特征、是否便于試驗(yàn)正常進(jìn)行及現(xiàn)場工程地質(zhì)條件等因素綜合考慮，本次對(duì)中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖進(jìn)行3個(gè)巖基載荷試驗(yàn)點(diǎn)，試驗(yàn)點(diǎn)位置由勘察人員確定。根據(jù)場地巖性，本次試驗(yàn)選用面積0.07m2的圓形承壓板進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 粉砂質(zhì)泥巖巖樣(天然)試驗(yàn)分析表

2.2.1 測試結(jié)果

1#試驗(yàn)點(diǎn)加載到3900 KPa壓力時(shí)，壓力勉強(qiáng)加上而不能保持穩(wěn)定，試驗(yàn)終止。觀察P—S曲線，取其曲線起始直線段的終點(diǎn)為比例界限，即比例界限3300 KPa，終止試驗(yàn)的前一級(jí)為極限荷載，即極限荷載為3600 KPa，將極限荷載除以3的安全系數(shù)與比例界限的荷載相比較，取小值為該試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值，即11030201#試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值為1200 KPa。

2#試驗(yàn)點(diǎn)加載到4800 KPa壓力時(shí)，壓力勉強(qiáng)加上而不能保持穩(wěn)定，試驗(yàn)終止。觀察P—S曲線，取其曲線起始直線段的終點(diǎn)為比例界限，即比例界限3200 KPa，終止試驗(yàn)的前一級(jí)為極限荷載，即極限荷載為4400 KPa，將極限荷載除以3的安全系數(shù)與比例界限的荷載相比較，取小值為該試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值，即11030202#試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值為1467 KPa。

3#試驗(yàn)點(diǎn)加載到5600 KPa壓力時(shí)，壓力勉強(qiáng)加上而不能保持穩(wěn)定，試驗(yàn)終止。觀察P—S曲線，取其曲線起始直線段的終點(diǎn)為比例界限，即比例界限4000 KPa，終止試驗(yàn)的前一級(jí)為極限荷載，即極限荷載為5200 KPa，將極限荷載除以3的安全系數(shù)與比例界限的荷載相比較，取小值為該試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值，即11030203#試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值為1733 KPa。

圖1 1#試驗(yàn)點(diǎn)巖基載荷荷試驗(yàn)曲線圖

2.2.2 試驗(yàn)成果

經(jīng)現(xiàn)場載荷試驗(yàn)，“小河區(qū)某廉租住房工程”中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖地基各試驗(yàn)點(diǎn)的承載力特征值為1200～1733 KPa，變形模量為50.85～86.02 MPa。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007－2002)附錄H H.0.10條，可取承載力特征值最小值作為中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖地基承載力特征值，建議中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖地基承載力特征值:fa=1200 KPa E0=50.85 MPa

3 結(jié)論

1)用單軸抗壓強(qiáng)度確定軟質(zhì)巖石fa存在缺陷，因?yàn)檎蹨p系數(shù)范圍過大，建立的對(duì)應(yīng)關(guān)系不夠準(zhǔn)確，在實(shí)際取值時(shí)，人們一般選取比較保守的值，使得巖石地基承載力特征值偏小，從而提高了建筑物的造價(jià)。

2)試驗(yàn)成果資料顯示:巖基載荷試驗(yàn)得到的fa是用單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)確定的fa的1.54倍。采用巖基載荷試驗(yàn)可充分挖掘軟質(zhì)巖石地基承載能力，節(jié)省基礎(chǔ)工程費(fèi)用。

圖2 2#試驗(yàn)點(diǎn)巖基載荷荷試驗(yàn)曲線圖

圖3 3#試驗(yàn)點(diǎn)巖基載荷荷試驗(yàn)曲線圖

[1]工程地質(zhì)手冊編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(第四版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.2007.

[2]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007一2002)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社.2002.

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