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1、 南 京 为扫卿过生坐些创这五炙如业逸毕业 论文 题目 : 大 型工 程地 基软 岩力学 性 质 研究 及其桩 签承载力 的A主9 松软 岩层是 指“ 难支护的围 岩” ，或 “ 多次支护，需要重复翻修的围岩” 。由 于定义的出 发点不同， 软岩的概念多种多样， 且都具备其相应的合理性， 在科研工作中 应根据实际需要来定义软岩的概念。 由 于本文研究的 主要对象是大型工程软岩地基， 故笔者从描述性定义出发， 遵从国家有关规范和标准的规定， 建议将软岩定义为， 主要由 粘土 矿物或粘粒组成的，结构疏松，胶结程度差， 不连续结构面发育，变形模量小，亲水变形大，流变效应明 显， 饱和单轴抗压强度小于
2、3 0 M P a 的 岩石 ( 其中单轴抗压强度小于5 MP a 的为极软岩) 。1 . 1 . 2 软岩的分类软岩的 分类是当 前国际土力学、 基础工程界、 岩石力学与工程地质界所关注的问 题。 分类方法多种多样，主要有按强度分类、按成因分类、按时代分类等几种分类方法。从力学方面考虑， 软岩具有变形大， 强度低， 赋存环境效应和时间效应强烈的 特点。目前， 岩体分类按照建筑物的 不同种类有各种不同的分类方法. 岩体分类主要考虑岩体的 强度、变形特性、 透水性、 稳定性等， 但工程种类不同， 考虑的因 素是有区别的。 这里将岩石按强度标准划分分列于表1 -1 ,软岩从成因 方面考虑可分为原生
3、类型和次生类型， 后者还可划分为风化软岩与断裂破碎软岩。( 1 )原生软岩，主要指沉积岩。 它是由 松散堆积物体在温度不高和压力不大的条件下形成的， 是地壳表面分布最广的 一种层状岩石， 粘土基质含量高， 胶结程度差， 吸水时往往具有膨胀性与易 溶性， 其工程性质与胶结物成分及含量密切相关， 如粘土岩， 泥质砂岩、 页岩、 泥灰岩、 疏松砂岩、云母片岩、 盐岩、 石青等。( 2 ) 风化软岩，岩体的风化程度随深度增加而减弱， 完整的风化剖面其风化程度可划分为五带: 未风化带、 微风化带、 中等风化带、 强风化带及全风化带。 对于硬质岩石风化的软岩主要是全风化带与强风化带及少数中等风化带.( 3
4、 ) 断裂破碎软岩， 是由 构造应力作用形成的软岩， 主要包括断裂带中的软弱糜棱岩、火成岩侵入过程中的 接触变质破碎软岩、 层间 错动的 软弱层。 这类软岩对工程稳定影响最严重的是层间错动的软弱层。有的 研究者通过试验结果表明， 不同 地质时代形成的 软岩其经受的 构造运动次数不同，成岩和压密作用不同， 因 而粘土矿物成分及含量也各不相同。 按生成时 代和粘土矿物特征可 将软 岩分为 三种类型 14 1 : 古生 代软岩、中 生 代软 岩和新生 代软岩。访:9 “ 义幸申请 硕 士 学 位 论 文9表1 -1国内 岩石坚硬程度的强度划分名称硬质岩R . ( M p a )软质岩R , ( M
5、p a )极硬岩坚硬岩较硬岩较软岩软岩极软岩建筑地基基础设计规范( G B J 5 0 0 0 7 -2 0 0 2 )6 03 0 - 6 01 5 - 3 05 - 1 53 05 - 3 06 03 0 - 6 01 5 - 3 05 - 1 56 03 0 - 6 05 - 3 0 1 0 06 0 - 1 0 03 0 - 6 01 0 - 3 06 03 0 - 6 05 - 3 06 03 0 - 6 01 5 - 3 05 - 1 5 1 2 06 0 - 1 2 03 0 - 6 01 5 - 3 01 0 06 0 - 1 0 03 0 - 6 01 5 - 3 05 -
6、1 56 03 0 - 6 01 5 - 3 05 - 1 56 06 0 - -3 0l o m m ,E . 不破坏的浸水稳定的泥质岩。南 京长 江 三 桥 基 岩为 饱和 单 轴 抗 压强 度 很 低的 极 软 泥 岩， 软 化系 数0 .0 1 - 0 . 1 1 ， 样品 遇水极易 崩解， 强度大幅降 低， 具有一定的膨胀性， 如何在施工过程中防止基岩过量浸水， 关系到桩端承载力及基岩段侧摩阻力的大小及孔壁的稳定性。 因此在施工工程中， 可采取在成孔过程中加强护壁泥浆的隔水性能， 减少水进入基岩， 缩短基岩段成孔和成桩时间， 避免基岩长时间浸水等措施来保证基岩的强度。淆犷丈尹申请 硕
7、 士 学 位 论 文谬2 . 5 软岩的单轴抗压强度软岩的 力学性质的显著特点反映在它的“ 软” 字上: 也就是说它的强度低和变形大。 一 般说 来， 软岩的 单轴抗压强度 4 5 时 ， 9I Q一 般大 于8 0 % ， 根 据 上 述 分 析， 当长 径 比 较 大 时 ， 建 筑 桩 基 技 术 规 范 ( J G J 9 4 - 9 4 ) 中 的 土 层 侧 阻 力 系 数 氛 明 显 偏 小 ， 应 重新 修 正 。 图4 - 4 我 们 可以 看 出 ， Q S 亦 随 着 嵌 岩 比 h , I D的 增 大 而 增 大， 当h , I D大 于6 时 ，Q , I Q 一
8、般 都 在8 0 % 以 上桩 周土侧 摩阻 力被激发的 程度受五方 面因 素14 1 1 的 制约:( 1 ) 桩顶荷载桩顶竖向 荷载越大桩身弹性压缩变形 越大:( 2 ) 覆盖土层厚度与强度覆盖层越厚强度越高， 其参与的程度就越高;( 3 ) 成桩工艺和清孔程度限于施工技术， 孔底总残留一定厚度的 淤泥沉渣， 形成为 可压缩的“ 软垫” 。 清孔程度越差，桩端竖向位移量越大:( 4 ) 长径比长径比 越大其表面比 ( 桩表面 积与体积之比 ) 越大， 桩周土 侧摩阻力被 激发的程度就越高。 这点与上面的分析一致:( 5 ) 桩端持力层刚度桩端持力层刚座越大。近桩端处桩周土层侧阻力越大.这点
9、将在论文4 .4节详细论沐。一 里 堕 全 生 一 一 一 一 一 一申 。 硕 士 学 位 论 文曝为 了 充 分 发 挥 土的 侧阻 力， 即 保 持土 的 极 限 侧阻 力 标 准 值e *充 分 发 挥， 就 必 须: 尽量减少钻孔( 或挖孔) 作业对桩周土体扰动; 随成孔随灌注， 减少桩周土体应力的 释放、 松弛和塌孔现象; 减少泥浆对桩周土体长期浸泡， 使土体松软; 防止桩身硷与孔壁之A产生间隙、减小侧摩阻力; 减小泥浆护壁的隔 距作用。4 .3 嵌岩段总阻力嵌岩桩受荷载后， 大量的 荷载通过桩侧传递到岩体， 这部分荷载即由 嵌岩段阻力来承担。嵌岩段总阻力由 嵌岩段侧摩阻力与端阻力
10、共同 组成。 当桩端嵌入基岩一定 深度， 荷载先通过侧阻力传递于嵌岩段侧壁， 在产生一定剪切变形后， 一部分荷载才传递到桩底。 大量实测资料表明，嵌岩段侧摩阻力在桩的竖向承载力的发挥中 起了不可低估的作用.】: ,r .-.、.11曰es们吝人。心劝.晒一一。图4 -5 软岩嵌岩桩嵌岩段总阻力与长径比 关系图图4 -6 软岩嵌岩桩嵌岩段总阻力与嵌岩比关系图由 表4 -1 中的 数据作者绘制 ( 图4 -5 ) 一 ( 图4 - - 6 ) 。由图4 -5 我们可以 看出， 软岩嵌 岩桩嵌岩段总阻力随着长径比L I D的增大而减小， 当L l D = 3 0 -4 5 时， 嵌岩段总阻力占 总荷
11、载的1 0 % 5 0 “/ u : 当L I D 4 5 时， 嵌岩段总阻力一般小于2 0 %。 由图4 -6 我们可以看出 ， 嵌 岩 段 总 阻 力 亦 随 着 嵌 岩比 的 增大 而 减小 ， 当 嵌 岩比 h , = 4 时， 嵌 岩 段总 阻 力 最 大，大 约 为2 0 % - 5 0 % ， 当 嵌 岩 比 大 于6 时 ， ( Q , + Q , ) I Q 一 般 都 在2 0 % 下 。4 .3 . 1 嵌岩段侧摩阻力嵌岩段的单位侧阻力比 在土层中的要高得多， 而且由于持力墓岩与混凝土的弹性模量是较为接近的， 所以 桩身在嵌岩段的侧摩阻力发挥需要的桩一岩相对位移比 桩土相
12、对位移要小 得 多 3 9 1 ， 据实 测， 前 者只 要 相 对 位 移 达 到2 - 4 m m ， 侧阻 就能 达 到 其 极限 值， 大 约只 为 桩 一土位移的1 / 4 左右。 实际上在桩钻孔时， 桩底总是残留一部分残渣， 或者岩土被扰动， 这部分残渣层或扰动层形成一个可压缩的褥垫，从而足以导致桩一岩位移，使侧摩阻充分发挥。访才丈矛申 请 硕 士 学 位 论 文.:。.。.-a 二竺湘a习因目公图4 一7 软岩嵌岩桩嵌岩段侧摩阻力与长径比关系图由 表4 -1 中的 数据作者绘制 ( 图4 -7 ) 。 由图4 -7 我们可以 看出， 软岩嵌岩桩嵌岩段侧 摩 阻 力Q . 随 着
13、长 径比L I D的 增 大 而减 小， 当L I D = 3 0 - 4 5时，嵌 岩 段 侧摩 阻 力占 总荷载的3 0 % 5 0 % : 当L I D 4 5 时，忿I Q一 般小 于1 0 % ， 根据上述分 析， 当 长径比 较大时， 建 筑桩基 技术规 范 ( J G J 9 4 -9 4 ) 中的 嵌 岩段 侧摩阻力 系数氛明 显 偏大， 应重新修正。另外施工情况对嵌岩端侧摩阻力的发挥也有一定的 影响。( 1 ) 成孔方法:不同的成孔方法会产生不同孔壁粗糙度， 对孔壁附 近岩体造成的 损伤程度也不同。 以 往的 研究成果表明， 孔壁粗糙度对嵌岩桩侧阻的发挥有重要影响。 孔壁越粗
14、糙，嵌岩端侧阻力的发挥越充分。( 2 ) 清孔情况: 清孔程度对嵌岩桩承载性状的影响也反映在桩岩界面侧摩阻的发挥上。对泥浆护壁灌注桩， 清孔不好， 桩身混凝土与岩壁间便会夹有软化泥层。 软层不仅削弱混凝土与岩体间的握裹力， 也使界面的摩擦角和剪涨角都减小。 有研究表明， 在这种情况下， 桩端承担的 荷载份额将增大， 桩头位移大大增加。( 3 ) 清底情况: 限于施工技术， 孔底总残留 一定厚度的 淤泥沉渣， 形成为可压缩的“ 软垫” 。清底程度越差，桩端竖向位称量越大，从而嵌岩端侧鹰限为的分挥摊布价。4 .3 .2 嵌岩段端阻力的发挥端阻力的影响因 素主要包括桩的 嵌岩比， 长径比 和桩的施工
15、方式， 以 及桩端岩体的强度和桩端围 岩压力。4 . 3 . 2 . ， 嵌岩比的影响目 前在嵌岩桩的 理论及应用实践中， 关于嵌岩深度问 题一直困 扰着广大工程技术人员。重庆建筑大学黄求顺等人对嵌岩桩做了 较为细致的 研究， 提出了嵌岩桩的 最佳嵌岩深度为3 倍 桩 径， 嵌 岩桩的 最 大嵌 岩 深 度为5倍 桩 径， 东 南 大 学 的 刘 松 玉 13 5 等 人 则针 对 南 京 地 区 软岩嵌岩桩的实际情况， 提出7 倍桩径的最大嵌岩深度。 从设计的角度考虑， 桩基入岩越深越fi $r k ，申 。 硕 士 学 位 论 文哪安全， 嵌岩过浅， 桩基承载力可能得不到保证， 从而影响上
16、部结构的安全: 但从施工方面考虑。 桩基入岩越少， 施工难度越小， 若嵌岩深， 则桩基施工时间 延长， 工程和工期造价明显增加， 造成不必要的浪费。 南京有一些工程，由 于设计嵌岩深度太深， 使工期太长， 造价昂贵， 而且反而可能致使施工质量降 低。 如南京秦虹小区， 桩径 8 0 0 m m 、 若按3 倍桩径进行嵌岩，则需要嵌入岩体2 4 0 0 m m，远大于工程实际嵌岩要求。誓 ”一图4 -8 软岩嵌岩桩嵌岩段端阻力与嵌岩比 关系图由 表4 -1 中 的 数 据 作 者 绘 制 图 4 - 8 。 由 图 4 - 8 我 们 可 以 看 出 ， 软 岩 嵌 岩 桩 嵌 岩 段 端Q p阻 力 随 着 嵌 岩 比 h , I D的 增 大 而 减 小 ， 当 h , l D = 3 - 5 时 ，Q D I Q 最 大 : 当 h , I D 7 时 ，嵌 岩 段 端阻 力 发 挥 很 小 ， 这 与 刘 松 玉的 研 究 成 果 是 一 致 的 3 5 。 文 献 川的 研 究 亦 表明 ，
