闲话软岩地基载荷试验—岩土感悟(26)

2016-04-16 22:09  来源:中国岩土网  阅读:3149
载荷试验是最原始也是最直观的确定地基土强度、变形特性的原位测试手段。其方法众多,相应的规范规定很是细致。然而,在不同的标准、不同的行业之间,对一些核心问题却差异明显,其结果自然很难统一。笔者结合某工程泥质粉砂岩不同规格的承压板下的载荷试验结果进行了探讨,对当前规范中存在的差异进行了归纳。希望能作引玉之砖,让感兴趣的同行去作更深入的研究。

缘起

长、株、潭地区,普遍分布着古近系-白垩系内陆湖相沉积红色岩系,俗称红层。

据其岩性,可分为粘土岩、砂岩和砾岩三类。

除钙质砾岩强度较高外,其它均属极软岩-软岩。按规范,利用岩石抗压强度折减所得承载力极低,不能客观反映岩基承载能力。通常,采用载荷试验或旁压试验等手段来测定。对于旁压试验,本地完成项目数十个,已为工程实践所证实,在此不作多述。

载荷试验,本地常用之者有:浅层平板载荷试验、深层载荷试验、岩基载荷试验、大直径桩端阻力载荷试验。承压板面积有0.07m20.5m21m2

不同的压板面积、不同的加载方式、不同的加载量,其试验费用与试验时间不可同日而语。那么,它们对试验结果有什么影响?笔者试图管中窥豹:对当前规范试验要点进行了罗列,提供了具体案例,或许对同行有所启发?

载荷试验方法异同辨

平板载荷试验是在保持地基土之天然状态下,在一定面积承压板上逐级向地基土施加静力荷载,通过测定各级荷载下的沉降,由荷载-沉降关系(p-s)曲线确定地基强度变形参数(承载力、变形模量、基床系数)的、既原始又客观的测试方法。它起源于上世纪2030年代的苏、美等国。1949年以后,我国在工程建设中延用了苏联规范(即“66国标规范”),后经补充完善,至今已积累了一定经验,并衍生了系列载荷试验方法。

对于不同载荷试验的适用条件、技术要求、成果分析与应用,《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版)在“原位测试”一章有明确规定。《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)更是针对浅层平板载荷试验、深层平板载荷、岩石地基载荷试验分别提供了试验要点。《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)则提供了大直径桩端阻力载荷试验要点。

它们的异同比较如表1


图片未命名

从上表不难看出,四类载荷试验,除了试验适用地层不同,试验目的、要求不同,试验条件与压板面积不同外,其最大差别在于如何确定:最大加载量、终止加载条件、承载力极限值与特征值对应的相对沉降量。可惜的是,规范、规程让执行者知其然而不知其所以然,岩土工作者们在实践中唯有依葫芦画瓢,难免有郑人买履的嫌疑。

不可讳言,一些行业规范在修编时关注到部分问题,吸收了部分成果,如JGJ72-2004和《冶金工业岩土勘察原位测试规范》(GB/T 50480-2008)。后者,更是明确把软岩和极软岩纳入了浅层与深层载荷的试验范围,明确p-s曲线无明显拐点时对不同压缩性地基确定承载力特征值时的s/d值:浅层平板载荷试验,强风化岩取s/d=0.0060.010、软质岩石取0.006;深层平板载荷试验,取s/d=0.010.02(粘性土取较大值,砂类土取中值,卵石、强风化岩取较小值)。

诚然,s/d取值是一个经验值,缺乏准确的理论关系。不同规范、不同地区取值不同,如广东省建筑地基设计规范取值0.0150.02。宰金珉教授(2008)对中低压缩土的研究认为可取更大值,当压板面积为0.25m20.5m21.0m2 时,s/d可取0.040.350.03

那么,该如何完善我们的试验方法,更好地确定地基土的承载力呢?杨光华教授(2013)慧眼独具,提出了由压板试验反算地基强度和变形指标,采用切线模量法计算基础的p-s曲线,进而确定满足沉降和强度要求的地基承载力的新方法,而不是直接由压板载荷试验曲线来确定承载力,可以说是另辟蹊径。

一管之见

古人说,窥一斑可知全豹。

还是以具体工程为例。

笔者曾在《工程勘察》(2015年第6期),针对长沙国际金融中心T1大楼岩石地基承载力专项试验报告,对场地岩石抗压试验、旁压试验与载荷试验(d=1130mm)成果进行了综合分析,对不同方法确定的岩基承载力特征值进行分析与探讨,提出了承载力的取值原则。按文中思路,该大楼的中风化泥质粉砂岩承载力特征值可取比例界限压力与载荷试验最大加载量的1/2之间的小值(3750 kPa),该结果较设计取值(2500 kPa)提高了50%,与岩石天然抗压强度标准值接近。

最近,笔者收集到该项目完成的第一次载荷试验数据(20127月),试验井采用直径900012750mm,压板直径d=800mm1130mm。井口标高31.95m、井底标高15.5516.25m(图1、图2)。同时,也收集到九龙仓对面王府井商业广场二期的中风化泥质粉砂岩岩基载荷试验成果(20048月),d=300mm。两个工程场地的岩石天然抗压强度基本相同。

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1 载荷试验井示意图                    

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   2  试验堆载照片

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3 不同压板直径的p-s曲线                

图片未命名

 4 不同压板直径的s/p-s拟合曲线

p-s曲线(图3)可知,无论承压板是Ф300mm、Ф800mm还是Ф1130mm,三者所获的载荷-沉降曲线均为缓变形曲线。同级荷载作用下,沉降量随压板尺寸增大而增加。因其比例界线点不明显,试验报告按最大加载之1/3取值,其承载力特征值分别为3500kPa(王府井)2500kPa(九龙仓),其相对沉降值远低于JGJ72-2004之限值。

假设其符合双曲线方程,采用s/p-s曲线拟合(图4),可得其拟合方程,并得到其承载力极限值为1324514493kPa,三者差异并不大,该结果与旁压试验所推测的极限承载力庶几接近。

两则故事

由载荷试验,想起自己亲身经历的两件事。

都与载荷试验有关。

其一,是上世纪90年代末(96年或97年)。我院承担了四方坪立交桥的地基土载荷试验任务。试验是为了确定桥台独立柱基持力层(中更新世粉质黏土)的承载力。基槽已开挖,深近5m、长约10 m、宽近6m。值班的是毕业不久的某知名院校两位高才生。那时候四方坪尚很荒凉,多是菜畦与农田,试验、照明都靠柴油机发电。无巧不成书,在我与另一同事刚到试坑边准备下去替班时,发电机突发大火!

原因何在?柴油机快没油了。可爱的高才生竟然点着打火机,试图烧脱矿泉水瓶的底盖,拟用作加油漏斗,且发电机没熄火。结果…..幸亏岸上土方施工者及时用土灭火,不然,后果不堪设想。可见,有时候,知识不等于常识,有知识不等于有常识。

其二,仍与载荷试验有关。本世纪初,我负责潇湘风光带某挡墙持力层全新世粉质黏土的浅层平板载荷试验。分别采用压板面积为0.5m21.0m2,按常规慢速法加载,获得其承载力特征值约160kPa,该结果与按抗剪指标计算值相近。后来,我在审查该场地附近的某项目之勘察报告发现,该单位竟然将承载力特征值提高到240kPa,其理由是室内土工试验所得压缩模量超过7MPa。原来,项目负责人把全新世地层作为更新世了。有此经历后,每当自己去外地处理岩土工程问题时,我常常会告诫自己,会更多地征询与尊重当地专家意见。

这次载荷试验,还有些花絮,至今让我想来仍倍感温暖。那时,潇湘大道尚是土堤,除了菜地、田畴,就是稀稀落落的几个村子,而且多为湘江渔户。我们借租的是正是这样一户人家。记得房东大嫂听说市政建设到了家门口,非常热情,不仅不计较房租多少,而且把大伙的生活安排得滋滋有味。还不时地让轮班回家的同事,带点蔬菜、鸡蛋,鱼虾什么的,不收费用。不似数年后,进行其它市政项目勘测时,我们常常要为了青苗补偿、噪声干扰、泥浆污染等事情向周围的人们费尽口舌…….

时间,真的会改变很多!这是为什么呢?

且作闲话

1)载荷试验是各种地基承载力测试方法中最直接、客观的,能模拟岩土原始受力状态的试验手段,是其它承载力测试成果的验证依据,也是当前各国用以确定地基承载力的最主要方法。但是,其费用之高、工期之长,不能像它试验方法(如SPTDPTPMT等)在同一场地大量使用和推广。因此,需要在工程实践中总结、归纳与优化。

2)岩石地基较一般地基更为特殊。其坚硬程度、完整程度、风化程度以及其成因、时代等,无不对其强度、变形特性带来影响。地基规范虽然考虑了岩体完整性,却未考虑岩体的坚硬程度,必然给规范的执行带来困难。从既有规范载荷试验要点对比可知,其关键问题如极限荷载的选择、相对沉降量的取值、安全系数的确定,仍停留在各自的经验上。不同规范(程)对同一试验对象的结果偏差是显而易见的,设若结合规范中的相应计算公式,其矛盾将更为突出。

3)当前的载荷试验大多数是以复核、检验承载力设计值为目的,并没有严格遵照规范执行。如大直径桩端阻力载荷试验与岩石地基载荷试验,鲜有加到极限荷载使试验介质破坏者,一定程度上制约了对试验对象承载能力的准确认知。试想,以长沙国际金融中心项目为例,前后进行了9次载荷试验,第一期采用直径Ф800mm和Ф1130mm承压板,第二期全部采用Ф1130mm承压板,都仅仅是复核2500kPa的承载力设计值。我不明白,主持该试验的专家之初衷是什么?其意义到底有多大?如果,以试验最大配重9000KN来进行Ф800mm和Ф300mm的载荷试验,或者干脆采用Ф1130mm的承压板加载到破坏是否会有意外的收获呢?记得在载荷试验结果评审会上,我曾调侃业主,“花未全开月未圆”,其实是很有些“好钢没用在刀刃上”的遗憾啊。

4)纵观已考虑岩石地基载荷试验的这些规范,如GB50007-2011JGJ72-2004GB/T 50480-2008,多多少少仍有不足。譬如缺乏对试验对象(岩石地基)的明确定义,缺乏相对沉降量的统一尺度、缺乏岩基承载力与岩石抗压强度间的相关性研究….这,给规范具体执行带来不少困惑:

GB50007-2011可知,全风化,强风化,破碎、极破碎岩石地基承载力应采用平板载荷试验确定,应不在岩基载荷之列。事实上,仍有不少检测单位采用岩基载荷试验方法,知乎?不知乎?

JGJ72-2004将全风化、强风化、中风化岩石都划入了大直径桩端阻力载荷试验的范畴,其实质是深层平板载荷试验的深化和外延,对软岩、极软岩石,特别是全风化、强风化软岩,φ800刚性板合符实际,可对硬质岩石或岩石强度高的中、微风化软岩,采用φ800承压板势必增加试验难度和费用,实际应用中如何共存?

GB/T50480-2008明确地将软岩、极软岩纳入了浅层与深层载荷试验范围,与岩石地基载荷试验进行了明确区分,但其相对沉降值又显然低于JGJ72-2004。从这些标准修编、发布的时间看,编制后发布规范的专家们显然疏忽了前期规范中相关成果,原因何在?

5)随着岩土理论、计算技术的发展,有限元等数值方法已逐渐成为岩土工程领域有效的实用方法,一些专家学者进行了有益的尝试。如何进一步加强区域性岩石地基载荷试验的数值模拟、验证与总结,应该是值得探讨的课题。

这篇随想之所以扯上两则与软岩风马牛不相及的故事,完全是为了切合标题“闲话”二字。在此,笔者不想去讨论岩石地基承载力的基本原理,也不想去探讨影响载荷试验结果的诸多因素,更不想揣摸不同规范编制者的初衷,只想以自己身边的案例,对同一试验载体,同一试验方法下不同尺度的试验结果展示出来,让同行诸君去分析、去思考,若对同行有些许启发,则幸之甚也。

且作闲话好了。

                                              201641622:09




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我有话说

全部评论(14)

  • 岩下之议发表于 11月20日 07:38留白天地宽
  • 兢业擅思的彭总,发了很多岩土感悟文章了,真希望整理成册,以飨岩土众生。
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  • ywder0532发表于 06月23日 16:50这家伙很懒,没有个性签名!
  • 非常受益,我也做了多年相关静载试验,对专家提出的“极限值”问题深有体会,现实中往往确实以“验证”为主,可是即使咱们做出“极限值”,设计也不会采用。尤其对于岩石地基,极限值往往可能超出一般的预料,又牵扯到工期、费用等一系列问题。而所谓的业主,反正项目概算已经批复了,何苦去找事呢,哈哈哈。这样综合的比较各方法的文章真的可以开拓思路,拜读!
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  • 30919366发表于 06月22日 11:17这家伙很懒,没有个性签名!
  • 虽然还有些地方看不懂,但是还是受益匪浅!~笔者的文学功底不浅,现在的大学理科居然没有语文,写出来的报告,建议书错别字很多,语句不懂,原因何在????
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  • 303467383发表于 05月24日 17:21这家伙很懒,没有个性签名!
  • 感谢分享,学到很多东西。我会一直关注的
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  • 枫雪飘落发表于 05月21日 20:35这家伙很懒,没有个性签名!
  • 谢谢你的分享让我学习到跟多!
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  • hgdfgq发表于 05月17日 15:10这家伙很懒,没有个性签名!
  • 学习了 !岩土计算的数值方法就依赖土的本构关系,其计算出来的结果才可靠,所以这种原位测试试验是必要的和必须的,如能把各地区的测试都做了 积累一定的数据,那将给数值计算奠定了前提,无疑也是对数值计算很好的推动。谢谢楼主。
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  • issn04510712发表于 05月09日 13:26这家伙很懒,没有个性签名!
  • 学习了,受益多多,谢谢楼主!
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  • feihuaxue_2013发表于 04月27日 09:57这家伙很懒,没有个性签名!
  • 谢谢专家的共享,小子受益颇多
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  • polangzhe发表于 04月19日 21:18天道酬勤
  • 谢谢楼主分享!
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  • lcw8329发表于 04月19日 12:45这家伙很懒,没有个性签名!
  • 学习了
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  • zsw890820发表于 04月18日 16:39这家伙很懒,没有个性签名!
  • 谢谢分享
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  • 张杨YY发表于 04月18日 14:40这家伙很懒,没有个性签名!
  • 谢谢分享
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  • 1004290848发表于 04月18日 11:34这家伙很懒,没有个性签名!
  • 学习了
点评:
  • pbaix发表于 04月18日 09:36这家伙很懒,没有个性签名!
  • “内陆湖南相”应为“内陆湖相”(可能还有其它错、别、漏现象),上传时没仔细校稿,给岩友们添麻烦了,道一声抱歉~
点评:

彭柏兴

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博士高工注册岩土工程师
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