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目 录l 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l 附图部分试验平面位置图1. 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

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，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.

3、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。2. 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DBJ15-31-20033. 试验方案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

4、，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）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计算公式如下： 式（3-2） 式中：Fk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（m2）。 由公

5、式（3-1），在已知b、l、 pc、 z、 pk时，可反求压力扩散角。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； HBX221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孔。矩

6、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混凝土或水泥砂浆找平玄武岩层顶面，使之形成

7、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

8、验工作区，预估设计荷载为5750kN。采用堆载静压法。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1/10。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

9、，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

10、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，及封填材料充分发挥作用，加载试验与封填钻孔间隔时间不少于7天。3.2.3.4 避免玄武岩出现悬臂梁悬挑作用在试验中，若玄武岩体出现悬臂梁悬挑作用，将导致土压力传感器在加至某级荷载前，相邻两级荷载土压力传感器读数差别很小，加载至某级荷载后，土压力传感器读数差别很大，导致试验不能成功测出压力扩散角。若在试验中出现这种情况，须停止试验，查明原因。在排除土压力传感器原因后，若发现玄武岩出现悬臂梁悬挑作用，则建议将试验工作区2倍长宽区域岩体

11、与周边岩体隔断，再进行试验。3.3 试验成果整理试验的主要成果有：荷载（P）沉降（S）关系曲线图、荷载（P）压力扩散角（）关系曲线图，荷载（P）压力扩散角（）关系曲线图，附加应力（pz）水平方向（X、Y）展布图。3.4 试验实施方案(1)开挖工作面：拟在钻孔HBX097、HBX221周边进行开挖，挖至玄武岩顶面，开挖范围：15m15m的矩形区域，矩形中心点坐标分别为x=28949.17，y=49688.97；x= 28877.65，y= 50226.5。矩形区域周边放坡坡比1：2。（2）钻孔。钻孔布置及孔深控制见附图（每个区域19个钻孔）。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

12、间距分别布置数个钻孔。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下卧土层界面并深入0.2m。（3）埋设土压力传感器、封孔。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。土压力传感器建议用饱水加压标定，

13、以提高土压力传感器埋设成活率。钻孔底部铺设2cm5cm厚标准砂，使底部平整。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。（4）岩基变形试验。选择5750kN为预估设计荷载。按照3.2.2要求进行试验。（5）试验成果整理。按照3.3进行数据分析，成果整理。3.5 试验时间安排先进行2#试验点试验，再进行1#试验点试验。（1）2014年4月18日进行2#试验点工作面开挖。（2）2014年4月19日-20日进行钻孔。（3）2014年4月20日-21埋设传感器并封孔。（4）2014年4月22日玄武岩层顶清理，整平。（5）2014年4月24日进行岩基变形试验。（6）2014年4月27日出试验初步成果。（7）进行1#试验点试验。