采用岩基载荷试验确定岩石地基承载力特征值的讨论研究

采用岩基载荷试验确定岩石地基承载力特征值的讨论研究

王瑜

天万投资控股有限公司    610213

摘要：针对岩石地基载荷试验所得出的承载力特征值显著超越《建筑基础设计规范》(GB50007-2011)所规定的计算结果，本文对导致该显著差异的原因进行了深入探讨，并提出了相应的解决策略。同时，通过实际工程案例的剖析，进一步证实了所提解决方案在合理性、经济效益及安全性方面的有效性。研究结果表明,造成岩石地基承载力特征值的岩基载荷试验值大于计算值的主要原因是地基规范中计算式未考虑岩体围压效应提高系数,该系数随岩石饱和单轴抗压强度的增大而减小，对于构造裂隙发育、区域地质较破碎地区,即使定性为较完整地层,岩体完整性折减系数仍不能取高值。

关键词：岩基载荷试验；地基承载力；特征值

引言：开展采用岩基载荷试验确定岩石地基承载力特征值的讨论研究可知，由于岩石材料具备较强的承重能力，在工程领域，设计师通常会参照《建筑地基基础设计规范》来进行设计，通过岩石的饱和单轴抗压强度来判定石质地基的承重特性。仅在施工期间遇到地质条件显著改变，或是工程负载极为庞大，地基为软质石层的情况下，才会选用岩基载荷试验来测定地基的[王瑜1]承载力特征值。通常情况下，一旦通过岩基载荷试验得出石质地基的[王瑜2]承载力特征值，该数值往往会远超规范计算所得的数值，有时甚至会出现数倍的增长。

1采用岩基载荷试验确定岩石地基承载力特征值的试验原理

岩基承载能力测试旨在评估岩石地基在天然[王瑜3]状态下的承载性能。

采用压板面积为0.07m²的圆形刚性承压板(直径300mm)，油压千斤顶配合精密压力表控制加、卸载量，用精密千分表测量试验点的沉降及回弹量。试验前将试验点位风化层(残渣、受侵蚀岩层等)清理干净至新鲜岩面并找平。由岩基载荷试验成果及分析可知，在计算岩石地基承载力特征值时应引入岩体围压效应提高系数ψ。即地基规范5.2.6条中岩石地基承载力特征值计算式修正为:

fa = ψcψrfrk （1）

公式中，f代表岩石基础承载能力的关键数值，单位为千帕斯卡；σ表示岩石在饱和状态下的单轴抗压强度基准值，单位同样为千帕斯卡。针对黏土类岩石，若能保证在施工和使用的整个过程中避免水分侵入，则应使用其天然状态下的单轴抗压强度基准值。ψ是岩石在围压作用下的提升系数，这一系数需依据当地经验（即当地大量的岩石基础载荷试验结果）来确定，其计算公式为低围压条件下的饱和单轴抗压强度基准值除以无围压条件下的饱和单轴抗压强度基准值。在估算岩石地基的承载力特征值时，若仅依据岩石的饱和单轴抗压强度并对其完整性进行折扣，这种做法倾向于过于谨慎。探究其成因，可以发现实验室条件下得到的饱和单轴抗压强度是在无围压环境下测得的数值。然而，在实际工程应用中，岩体通常承受一定的围压。因此，在确定岩石地基承载力特征值的过程中，除了要计入岩体完整性的折减因子外，还应引入围压效应的增强因子。

2采用岩基载荷试验确定岩石地基承载力特征值的方法讨论

2.1终止加载条件

进行终止加载条件研究可知，依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）H.0.8及《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）10.2.3的规定，当出现下列情况之一时，可终止加载：

1）总沉降量与承压板直径(或宽度)之比超过0.06。

2）观察到的沉降数值持续波动，在一天的时间里，沉降速度呈现出上升的动向。

3）施加的压力无法正常增加，或者即使增加也难以维持其稳定性。

4）承压板周围的土壤发生显著的横向位移，周边的岩土层出现明显的隆起现象，或是放射性裂缝持续扩展。

5）当前级别的荷载所引起的沉降量超过了上一级荷载沉降量的五倍，荷载与沉降的关系曲线出现了显著的下降趋势。

2.2岩石地基承载力特征值

1）在p-s曲线的初始直线部分，其结束点即为比例极限点。当达到终止加载标准的前一阶段荷载即为极限荷载。通过将极限荷载除以三倍的安全系数，得到的数值与比例极限点对应的荷载值进行对比，选取其中的较小值。

2）每个场地载荷试验的数量不应少于3个，取最小值作为岩基承载力特征值。

3）岩石地基承载力不进行深宽修正。

表1：岩石地基承载力特征值检测设备表

图1：岩石地基承载力检测示意图

3采用岩基载荷试验确定岩石地基承载力特征值的实践注意事项

本次工程的特殊过程为静载检测工作的整个过程都为特殊过程，关键过程为反力的提供及反力装置的安装、基准梁及位移计的安装。进行采用岩基载荷试验确定岩石地基承载力特征值的实践注意事项分析，可将研究内容归纳如下：

1）确保千斤顶施力时，其作用点与支撑结构的重心、桩的中心线对齐，同时确保施力方向与地面垂直。

2）试桩与压重平台支墩边距离≥4d，基准梁到压重平台支墩边的距离≥4d(d为试桩直径)。

3）本次试验的反力装置以工字钢作为反力梁，以配重（混凝土标准配置块）提供反力其平板上堆载荷载不低于最大加载量的1.2倍。

4）基准梁及百分表的安装位置应避免受承压板应力影响范围的影响。

5）对支撑平台、主要承重梁、墙体结构及其基础的地基承载能力进行严格计算和验证。

6）在基础施加压重时，产生的应力不应超过地基承载能力极限值的1.5倍；若超出此范围，则需对局部区域进行加固处理。

7）最终检测方法及数量按甲方委托的要求以及试验现场实际完成数量，按实确定。如现场本工程范围内实际施工的栋数、栋号、总桩数、设计参数等调整，其对应检测方法和数量的调整，另行补报检测方案附页，按补充方案执行。

4采用岩基载荷试验确定岩石地基承载力特征值的结果讨论

根据现场各点静载荷试验资料，进行分析处理，绘制各测点静载荷试验p-s曲线、s-Igt曲线。

图2：各测点静载荷试验p-s曲线与s-Igt曲线示意图

从所得的曲线可看出，整个p-s曲线呈缓变型，无明显陡降段，s-lgt曲线呈平缓规则排列，且沉降较小，故取其最大试验荷载为极限荷载。

岩基载荷试验成果表表[王瑜4]1

岩基载荷试验的13个点：J1-J7基础持力层承载力极限值不4547kPa,承载力特征值不小于1515.6kPa；J8-J13基础持力层承载力极限值不小于5428kPa,承载力特征值不小于1809.3kPa。

1）在处理那些岩层结合不紧密、采样不易的地层时，确定地基承载力关键值时，必须采用地基技术规范所规定的最小岩体完整度调整系数。即便是在那些构造裂缝广泛分布、地质结构相对松散的区域，即便这些区域被定性为相对完整的地层，在计算地基承载力关键值时，所采用的岩体完整度调整系数也不宜设定为较高值。

2）在评估岩石基础承载能力时，单纯依据岩石的完整性来降低其抗压强度值过于谨慎，因为实验室测试得到的饱和单轴抗压强度数据是在无围压条件下得出的。然而，在实际工程中，岩石往往承受着围压作用。因此，在确定岩石地基的承载能力时，除了要应用岩石完整性调整系数外，还需引入围压影响提升因子。

结束语：

开展采用岩基载荷试验确定岩石地基承载力特征值的讨论研究可知，施工单位开展混凝土浇筑前须将因开挖时间及地下水侵蚀等因素形成的风化软层清理干净，需注意沉降差异对地上构筑物的影响，保障施工安全性，通过开展岩基载荷试验以岩石地基承载力特征值，可以实现工程实践合理行、安全性和经济性的进一步有效保障，具有不可忽视的重要意义。

参考文献：

[1]王涛,孔凡林.岩基载荷试验的试验成果及其运用分析[J].重庆建筑,2021,20(11):45-46.

[2]湛铠瑜,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,2017,47(13):103-106.

[3]顾定芳,黄赵侃.采用岩基载荷试验确定桩孔灌注桩端承载力值方法的研究[J].中国煤炭地质,2015,27(09):52-54.

[王瑜1]承载力特征值？

[王瑜2]承载力特征值？

[王瑜3]删

[王瑜4]表格编号不对