岩体压力扩散角试验方案

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1、宝 钢 广 东 湛 江 钢 铁 基 地 项 目玄 武 岩 岩 体 压 力 扩 散 角 试 验 实 施 方 案终 审 ：审 核 ：试 验 负 责 人 ：中冶集团武汉勘察研究院有限公司二 一 四 年 四 月宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩岩体压力扩散角试验 实 施 方 案中 冶 集 团 武 汉 勘 察 研 究 院 有 限 公 司目 录 文 字 部 分1. 前 言2. 试 验 方 案 编 制 依 据3. 试 验 方 案3.1 试 验 原 理3.2 现 场 试 验 方 法 及 要 求3.3 试 验 成 果 整 理 附 图 部 分试 验 平 面 位 置 图宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩岩体压力扩散角试验

2、试 验 方 案中 冶 集 团 武 汉 勘 察 研 究 院 有 限 公 司 11. 前 言1.1 宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩台地区地层具“软硬软”三元结构特点，上部为人工填积层或第四系全新统海积、残坡积层（砂性土、淤泥、粘性土、碎石夹粘土），中部为第四系上更新统湖光岩组岩层（玄武岩、凝灰岩），下卧第四系下更新统湛江组海陆交互相沉积层（巨厚粘土性、砂性土）。其中玄武岩厚度在 1m10m 之间。1.2 以 4200 厚板工程地层为例，其中部第四系上更新统湖光岩组岩层可分为强风化玄武岩（厚度 0.50m3.20m，平均 1.68m，岩体基本质量等级为级）、中风化玄武岩（厚度 0.40m9.50m，

3、平均厚度 4.31m，岩石基本质量等级为级）、强风化凝灰岩（厚度 0.30m6.00m，岩石质量等级为级）、中风化凝灰岩（厚度 0.20m6.70m,平均 1.97m，岩石质量等级为级）。为节省基础投资，计划局部采用玄武岩做柱基础天然地基。为论证玄武岩可否做柱基础持力层，须了解岩体的压力扩散特性。1.3 岩体压力扩散特性研究是个异常复杂的课题，目前尚未形成成熟的理论。根据建筑地基基础设计规范 GB50007-20115.2.7 及对应条文说明，可通过现场试验或室内模型试验确定双层土压力扩散角。此处拟通过现场试验确定双层土压力扩散角。宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩岩体压力扩散角试验 试 验 方

4、案中 冶 集 团 武 汉 勘 察 研 究 院 有 限 公 司 22. 试 验 方 案 编 制 依 据2.1 中冶京诚工程技术有限公司 2014 年 4 月 9 日发出的宝钢广东湛江钢铁基地项目 4200mm 厚板工程主厂房柱基础桩位图；2.2 宝钢广东湛江钢铁基地项目有关会议纪要2.3 国标建筑地基基础设计规范GB50007-2011；2.4 国标工程岩体试验方法标准GB/T50266-99；2.5 地标广东省建筑地基基础设计规范DBJ15-31-2003宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩岩体压力扩散角试验 试 验 方 案中 冶 集 团 武 汉 勘 察 研 究 院 有 限 公 司 33. 试 验

5、方 案3.1 试 验 原 理采用基岩载荷试验，通过测定试验点处玄武岩与凝灰岩界面处、凝灰岩与下卧土层界面处的附加压力值，取多个测点附加压力平均值作为界面处附加应力值。由理论公式（3-1），可反算出玄武岩与凝灰岩界面处、凝灰岩与下卧土层界面处压力扩散角 （见图 3-1）。按照矩形基础软弱下卧层顶面附加压力计算公式：式（3-1）)tan2)(ta(zlzbppckz 式中：b矩形基础或条形基础底边的宽度（m） ；l矩形基础底边的长度（m） ；pc基础底面处土的自重压力值（kPa） ；z基础底面至软弱下卧层顶面的距离（ m） ；地基压力扩散线与垂直线的夹角（） 。其中：基础底面的压力 pk计算公式如

6、下：式（3-2） AGFk式中：F k相应于作用的标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值（ kN） ；Gk基础自重和基础上的土重（kN） ；A基础底面面积（m 2） 。由公式（3-1） ，在已知 b、 l、 pc、 z、 pk 时，可反求压力扩散角 。宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩岩体压力扩散角试验 试 验 方 案中 冶 集 团 武 汉 勘 察 研 究 院 有 限 公 司 4图 3-1 压 力 扩 散 角 示 意 图3.2 现 场 试 验 方 法 及 要 求3.2.1 现场试验位置：选在 4200mm 厚板 HBX097 钻孔附近，选择 1 点做基岩变形试验，列为 1#试验区； HBX22

7、1 钻孔附近，选择 1 点做基岩载荷试验区，列为 2#试验区。3.2.1.1 试 验 场 地 准 备a、 测 量 放 样将 1#试 验 工 作 区 域 进 行 放 样 。b、 试 验 场 地 平 整清 除 玄 武 岩 体 上 覆 土 层 ， 清 除 土 层 时 尽 量 避 免 对 玄 武 岩 体 产 生 破 坏 。1#试 验 区 选 择 一 长 4m、 宽 3.3m 的 矩 形 区 域 （ 模 拟 一 根 独 立 柱 基 基 础尺 寸 ） 。c、 钻 孔采 用 小 口 径 钻 ， 从 矩 形 平 台 中 心 开 始 沿 东 西 和 南 北 走 向 隔 一 定 间 距 分 别布 置 数 个 钻

8、孔 。 矩 形 平 台 中 心 往 西 、 北 方 向 ， 钻 孔 深 度 至 玄 武 岩 与 凝 灰岩 界 面 并 深 入 0.2m； 矩 形 平 台 中 心 往 西 、 北 方 向 ， 钻 孔 深 度 至 凝 灰 岩 与宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩岩体压力扩散角试验 试 验 方 案中 冶 集 团 武 汉 勘 察 研 究 院 有 限 公 司 5下 卧 土 层 界 面 并 深 入 0.2m。d、 埋 设 土 压 力 传 感 器土 压 力 传 感 器 建 议 用 饱 水 加 压 标 定 ， 以 提 高 土 压 力 传 感 器 埋 设 成 活 率 。钻 孔 底 部 铺 设 2cm5cm 厚 标

9、准 砂 ， 使 底 部 平 整 。 根 据 钻 孔 直 径 和 深度 先 做 一 个 三 角 形 导 向 架 ， 将 土 压 力 传 感 器 用 铅 丝 固 定 在 导 向 架 上 ， 导线 沿 着 导 向 架 引 出 地 面 。 土 压 力 传 感 器 的 受 压 面 须 竖 直 朝 上 。 在 土 压力 传 感 器 的 受 压 面 上 铺 设 5cm 厚 标 准 砂 ， 然 后 灌 注 膨 胀 混 凝 土 或 高 强度 环 氧 树 脂 砂 浆 封 堵 钻 孔 至 玄 武 岩 层 顶 面 。 注 意 保 护 好 土 压 力 传 感 器 线头 。e、 制 作 试 验 平 台用 C40 混 凝

10、土 或 水 泥 砂 浆 找 平 玄 武 岩 层 顶 面 ， 使 之 形 成 一 个 长3.3m、 宽 4m 的 矩 形 试 验 承 台 。3.2.1.2 注 意 事 项a、 钻 孔 直 径 宜 大 于 压 力 传 感 器 直 径 23cm 左 右 ， 钻 孔 深 度 须 严 格 控 制 ，以 实 际 玄 武 岩 与 凝 灰 岩 分 界 面 、 凝 灰 岩 与 土 层 分 界 面 控 制 为 准 ， 图 示 钻 孔深 度 仅 为 参 考 ； b、 埋 设 的 土 压 力 传 感 器 成 活 率 不 宜 低 于 90%， 传 感 器 受 压 面 保 持 在 水平 。c、 土 压 力 传 感 器 应

11、 在 额 定 测 量 范 围 内 工 作 。d、 土 压 力 传 感 器 埋 设 后 ， 岩 基 荷 载 试 验 前 ， 每 隔 8 小 时 记 录 传 感 器 读数 变 化 情 况 ， 读 数 稳 定 后 方 可 开 始 岩 基 变 形 试 验 。3.2.2 岩 基 基 岩 变 形 试 验 要 点3.2.2.1 预 估 设 计 荷 载 及 试 验 方 法1#试 验 区 预 估 设 计 荷 载 在 4800kN、 5750kN 选 择 其 一 ， 本 次 试 验 拟 选 择5750kN 为 预 估 设 计 荷 载 ； 2#试 验 工 作 区 ， 预 估 设 计 荷 载 为 5750kN。 采宝

12、钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩岩体压力扩散角试验 试 验 方 案中 冶 集 团 武 汉 勘 察 研 究 院 有 限 公 司 6用 堆 载 静 压 法 。3.2.2.2 测 量 系 统 的 初 始 稳 定 读 数 观 测 ： 加 压 前 ， 每 隔 10min 读 沉 降 量 一 次 ，连 续 三 次 读 数 不 变 可 开 始 试 验 。3.2.2.3 加 载 方 式 ： 单 循 环 加 载 ， 荷 载 逐 级 递 增 直 到 最 大 荷 载 ， 然 后 分 级 卸 载 。3.2.2.4 荷 载 分 级 ： 第 一 级 加 载 值 为 预 估 设 计 荷 载 的 1/5， 以 后 每 级 为 1

13、/10。3.2.2.5 数 据 测 读 ： 加 载 后 立 即 读 数 ， 以 后 每 10min 读 数 一 次 。 测 读 数 据 包 括沉 降 量 、 压 力 传 感 器 读 数 。3.2.2.6 稳 定 标 准 ： 连 续 三 次 沉 降 量 读 数 之 差 均 不 大 于 0.01mm。3.2.2.7 终 止 加 载 条 件 ： 当 出 现 下 述 现 象 之 一 时 ， 即 可 终 止 加 载 ：1.沉 降 量 读 数 不 断 变 化 ， 在 24 小 时 内 ， 沉 降 速 率 有 增 大 的 趋 势 ；2.堆 载 压 力 加 不 上 或 勉 强 加 上 而 不 能 保 持 稳

14、定 。3.压 力 传 感 器 失 效 。3.2.2.8 卸 载 观 测 ： 每 级 卸 载 为 加 载 时 的 两 倍 ， 如 为 奇 数 ， 第 一 级 可 分 为 三 倍 。每 级 卸 载 后 ， 隔 10min 测 读 一 次 （ 测 读 数 据 包 括 沉 降 量 、 压 力 传 感 器 读数 ） ， 测 读 三 次 后 可 卸 下 一 级 荷 载 。 全 部 卸 载 后 ， 当 沉 降 量 测 读 半 小 时回 弹 量 小 于 0.01mm 时 ， 即 认 为 稳 定 。3.2.3 试 验 关 键 工 序3.2.3.1 钻 孔 与 钻 孔 深 度 ： 相 邻 钻 孔 不 能 穿 “裤

15、 子 ”， 孔 与 孔 之 间 岩 体 尽 量 避 免扰 动 ， 钻 孔 深 度 不 可 超 过 两 种 岩 性 分 界 面 太 深 。3.2.3.2 埋 设 土 压 力 传 感 器 ： 要 确 保 埋 设 土 压 力 传 感 器 受 压 面 水 平 ， 确 保 土 压力 传 感 器 成 活 率 大 于 90%， 土 压 力 传 感 器 周 边 填 砂 要 密 实 。3.2.3.3 钻 孔 封 填 ：采 用 膨 胀 混 凝 土 或 高 强 度 环 氧 树 脂 砂 浆 封 填 钻 孔 时 ， 要 注 意 土 压 力 传 感宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩岩体压力扩散角试验 试 验 方 案中 冶 集 团 武 汉 勘 察 研 究 院 有 限 公 司 7器 不 应 与 混 凝 土 或 砂 浆 粘 结 。 为 确 保 土 压 力 传 感 器 周 边 土 体 恢 复 原 有应 力 状 态 ， 及 封 填 材 料 充 分