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大直径承压板岩石地基静载荷试验及研究

范文

曹连社徐磊蔡克俭

摘要：巖石地基静载荷常采用圆形刚性承压板，直径为300mm，当岩石埋藏深度较大时，可采用钢筋混凝土桩，但桩周需采取措施以消除桩身与土之间的侧摩阻力。本文介绍了埃及新首都CBD某项目人工挖孔桩采用钢筋混凝土桩和直径为1200mm的承压板进行岩基试验的过程、如何消除摩擦力的方法以及试验数据分析。

关键词：大直径承压板岩石地基静载荷;消除侧摩阻力的方法;岩基试验的过程;试验数据分析

中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2021）-16-132

1 引言

嵌岩桩是在端承桩的基础上发展起来的一种新型桩基础形式，其特点是将部分桩身嵌入基岩内，从而使桩的承载力有较大的提高。大直径人工挖孔嵌岩桩施工质量容易控制，承载力大等显著特点。大型桥梁、高层建筑等工程中经常使用人工挖孔桩，这种桩基设计的关键之一就是确定桩端承载力。进行岩基静载试验，准确地确定承载力就显得非常重要。由于该种桩型是首次在埃及使用，埃方设计和监理方面要求使用1200mm直径的承载板，这样更接近于桩身直径，得出的结果更加符合实际。无疑使用1200mm直径的承载板对岩基检测提出了更高的要求[1]。

2 工程及地质概况

埃及新首都CBD项目某高层写字楼设计高度近174m，地下2层，地上36层。设计桩径为2000mm、桩长不等桩端嵌入岩石1.00m。采用人工挖孔桩，桩端持力层为中风化玄武岩。岩基静载试验人工挖孔桩孔深16.80m、桩径2000mm、桩端嵌入岩石1.00m。根据勘察报告所知，桩端以下2倍桩径范围内RQD为40%，岩石单轴抗压强度值为17.50MPa，设计要求桩端持力层承载力特征值达到4MPa。

3大直径承载板岩基试验

由于采用1200mm直径的承载板，埃及方面设计要求加载到20000KN，即桩端持力层强度值要达到17.7MPa。常规试验方法是利用孔底岩层作为加载反力[2-3]，由于本次加载值大常规方法达不到设计要求的加荷值，经过我方结合设计要求以及地勘报告，最终采用钢筋混凝土桩作为传力装置在地面进行岩基静载试验。为固定钢筋混凝土桩，在孔内下放一个1200mm直径、壁厚12mm、长17.00m的钢护筒，护筒与人工挖孔桩缝隙采用砂土充填，固定完成后，在护筒内下放钢筋笼并浇筑C45的混凝土。为消除钢筋混凝土桩身与砂土的侧摩阻力，首先打磨光滑护筒内外表面，其次在护筒外绑扎一层聚四氟乙烯（硬质光滑塑料），最后在外侧在绑扎一层铁皮。桩端岩层1500mm直径范围采用人工磨平，护筒底部用5mm橡胶包裹护筒壁，使护筒能充分密封，防止外侧砂土进入桶内，同时也避免加载过程中护筒受力剪切桩端岩层，造成岩层受力和工程桩情况不一致。

试验参照德国标准DIN进行，每级加载值为最大加载值的1/4，分四级加载。读数间隔为5min、10min、15min、30min、60min、60min，每级加载维持1h，最后一级维持3h。每级最后一次读书差小于0.02mm，认为本级加载已经稳定。当出现压力加不上去或勉强加上去而不能稳定时，可终止加载。卸载同加载一样分为四级，每级维持15min，读数间隔为5min、10min。一个加卸荷循环完成后再进行同样的一次加卸荷过程。

图1 钢护筒示意图

Fig.1? Schematic diagram of steel shield

4试验成果分析

根据两次加卸荷试验数据，绘制压力与沉降量（Q-S曲线），见图2。黑色曲线为第一次加卸荷过程，红色为第二次。两次加载最终沉降量很一致为8.70mm左右，加载曲线基本一致，卸荷后基本完全回弹，在最大压力下计算桩身压缩量为8.00mm。计算加载到最大压力下桩身压缩量，桩顶沉降量减去桩身压缩量为桩底岩基沉降量。

应用式（1）、（2）计算桩身压缩量：

E = σ / ε （1）

S = L×ε （2）

式中：

E即为C45混凝土弹性模量;

σ为加载最大应力;

ε为混凝土应变;

L为桩长;

S为桩身压缩量。

图2 岩基静载试验曲线图

Fig.2? Graph of rock foundation static load test

根据公式（1）、（2）计算的出桩身压缩量约为7.00mm，推导得出桩底岩基变形为1.00mm。依据德国DIN规范，试验数据同时显示在最大压力下岩基稳定，无较大变形，实验结果达到设计要求。

5 结语

大直径承压板岩石地基静载荷试验得出的承载力特征值为6MPa。勘察报告所知，桩端以下2倍桩径范围内RQD为40%，岩石单轴抗压强度值为17.50MPa，设计要求桩端持力层承载力特征值为4MPa，岩基原位试验得出的承载力特征值6 MPa[4-5]远大于设计要求的承载力值4MPa，最终设计承载力值采取6 MPa，同时依据试验结果桩端降低了岩石单轴抗压强度值，减少入岩深度，节省资金和工期安排，同时也为埃及地区积累了人工挖孔桩岩基测试的经验。

参考文献

[1] 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（GB 50007-2011）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.（ Ministry of Housing and Urban-Rural Development， PRC. Code of Foundation design for Buildings [S]. Beijing： China Building Industry Press，2011.（ in Chinese））

[2] 黄志鹏. 大直径人工挖孔桩深井岩基静载试验及研究[J]. 地下空间，2001（5）：578-580.（ Huang Zhipeng. Test and study on the foundation static load of deep well rock with large diameter artificially excavated piles [J]. Underground Space， 2001 （5）： 578-580. （ in Chinese））

[3] 王林华.岩基静载荷试验及其结果分析[J]. 安徽农学通报，2007（13）：186-187.（ Wang Linhua. Rock foundation static load test and its results Analysis [J]. Anhui Agricultural Science Bulletin， 2007 （13）： 186-187. （ in Chinese））

[4] 易伟，史学固.两处深井岩基载荷[J]. 建筑结构，2002（3）：5-7.（ Yi Wei， Shi Xuegu. Two deep well foundation loads [J]. Architectural Structure， 2002 （3）： 5-7. （ in Chinese））

[5] 李书春.岩基载荷试验影响因素分析[J]. 地质学刊，2012（2）：198-202.（ Li Shuchun. Analysis of influencing factors of rock-base load test [J]. Journal of Geology， 2012 （2）： 198-202. （ in Chinese））

作者简介：曹连社（1987—），男，天津市人，大学本科，主要从事工业与民用建筑、市政工程等领域的施工管理工作

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