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國際金融中心巖基承載力試驗研究
長沙國際金融中心場地基礎(chǔ)持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖基試驗采用Φ1130mm承載板來檢驗承載力特征值為2500kPa，較《建筑基地基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011)之巖石強度折減系數(shù)有較大提高，但仍未突破地方規(guī)范之上限。
國際金融中心巖基承載力試驗研究
1巖基承載力試驗
1.1試驗方法及試驗點布置試驗方法包括巖石地基靜力載荷試驗、鉆孔旁壓試驗與巖石天然單軸抗壓試驗。
試驗地層為?瑏瑡中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，在不影響基底持力層工程性能的前提下，試驗深度盡可能接近基底標高，進入中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖厚度大于等于14.0m。
巖基載荷試驗點數(shù)3個，均勻分布在T1塔樓地基范圍內(nèi);每個巖基載荷試驗點中心大于承壓板2倍直徑距離之外布設(shè)1處試驗孔進行旁壓試驗;巖基載荷試驗前，
在每個試點中心大于承壓板2倍直徑距離之外和承壓板標高以上1m范圍內(nèi)各選取一組巖樣進行室內(nèi)單軸抗壓強度試驗，載荷試驗后，在承壓板下1m范圍內(nèi)再取一組巖樣進行單軸抗壓強度試驗，試驗點布置見圖1。
1.2載荷試驗試坑為圓形，深200mm、直徑1130mm，人工開挖，采用C30混凝土及時封孔，以保證試驗點巖性不受天氣、雨水浸泡等影響而弱化。
混凝土墊層上安置面積1m2、厚80mm的鋼板作為承載板，板上設(shè)置千斤頂。
采用支撐墩平臺堆載反力裝置，配重采用預(yù)制鋼筋混凝土梁條，試驗點反力荷載按不低于檢測最大加載值的1.2倍配重，最大加載量參考文獻[4]規(guī)定折減系數(shù)上限值0.8確定。
為保證較準確地獲取Q-s曲線上的比例界限值，加載量級不小于25級。
試驗結(jié)果見表1。
Q-s曲線表明(圖2)，加荷至預(yù)定最大加載量7500kPa時，沉降仍然穩(wěn)定，未出現(xiàn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011)附錄H.0.8條之終止加載現(xiàn)象。
將最大試驗荷載除以3的安全系數(shù)與比例界限點對應(yīng)荷載相比較取小值，巖基承載力特征值取2500kPa。
1.3旁壓試驗旁壓試驗是通過旁壓器加壓擴張向土體施加均勻壓力，使之產(chǎn)生變形乃至破壞，測量壓力和徑向變形的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
1.4巖石天然單軸抗壓試驗每個巖基載荷試驗點各取巖樣3組進行天然狀態(tài)下的單軸抗壓試驗。
載荷試驗前，在試驗標高以上1.0m范圍及距離試驗點大于2倍承壓板直徑范圍外各取巖樣1組，如圖1之取樣點1、2。
巖基載荷試驗完成后，在承壓板中心位置布設(shè)鉆孔進行持力層檢驗，并在承壓板以下1m范圍內(nèi)(圖1中取樣點3)取第3組巖樣。
試驗統(tǒng)計結(jié)果及計算的巖基承載力特征值見表3所示。
2分析與討論
2.1載荷試驗與巖石單軸抗壓試驗結(jié)果對比現(xiàn)行規(guī)范中，涉及巖石地基載荷試驗者主要有《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011)和《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》(JGJ72-2004)[9]。
本試驗執(zhí)行GB50007-2011附錄H之“巖石地基載荷試驗要點”，但承壓板直徑為?1130mm，遠大于巖基載荷試驗要求的?300mm，也大于JGJ72-2004附錄E中“大直徑樁端阻力載荷試驗要點”規(guī)定的?800mm。
從圖2分析，除T1-1#比例界限點明顯外，T1-2#、T1-3#基本呈直線段，比例界限點不甚明顯。
采用最小二乘法對Q-s曲線進行修正，分別獲取s/d=0.008對應(yīng)荷載為4220kPa、4073kPa。
巖基承載力特征值與巖石天然單軸抗壓強度標準值之比值見表4。
對比發(fā)現(xiàn)，按最大加載量的1/3計算的巖基承載力特征值，其折減系數(shù)為0.5<ψr<1，大于GB50007-2011的上限0.5而小于《長沙市地基基礎(chǔ)設(shè)計與施工規(guī)定》(DB43/T010-1999)[4]之上限0.8。
其他方法獲得的結(jié)果接近或大于1，其結(jié)果與文獻[10]的結(jié)論一致;采用最大加載量的1/2確定巖基承載特征值為3750kPa，既符合概念要求，與其他確定方法相比也有一定安全儲備。
2.2旁壓試驗與巖石單軸抗壓試驗結(jié)果對比利用旁壓試驗成果來評定淺基礎(chǔ)的承載力，在國內(nèi)外均有豐富的經(jīng)驗，包括臨塑壓力法和極限壓力法。
由式(8)計算，旁壓試驗點P1～P3的臨塑壓力分別為4.95MPa、5.64MPa、5.31MPa，與表2中試驗結(jié)果>4.61MPa、>5.01MPa、>4.83MPa吻合。
與巖石抗壓強度的比值分別為1.56、1.45、1.49，高于載荷試驗T1-1#、T1-2#的比例界限壓力而與T1-3#相近。
由式(9)計算，三個旁壓試驗孔P1～P3的極限壓力分別為11.13MPa、12.18MPa、11.68MPa。
取安全系數(shù)K=3，計算承載力值特征值分別為3711kPa、4061kPa、3994kPa。
旁壓試驗計算的承載力與巖石抗壓強度的比值分別為1.17、1.04、1.12，與T1-1#的比例界限壓力及載荷試驗的最大加載量的1/2比較接近。
考慮到旁壓試驗均未加荷至臨塑壓力點，且旁壓試驗在基坑底標高進行，初始壓力P0對試驗成果的影響與在地面進行試驗的貢獻不同，該試驗結(jié)果應(yīng)該說仍有相當(dāng)?shù)陌踩珒洹?/p>
2.3載荷試驗與旁壓試驗對比載荷試驗最大加載7500kPa，試驗過程中未出現(xiàn)GB50007-2011附錄H之終止加載現(xiàn)象，最大加載下對應(yīng)的變形量為17.63～29.85mm，與JGJ72-2004附錄E之終止加載的沉降量限值(0.04～0.06)d(即45.2～67.8mm)相差很大。
試驗后觀測各試驗點，承壓板周圍巖石無裂縫、混凝土墊層也未見破碎或開裂痕跡。
可見，載荷試驗仍未做到破壞點。
與筆者曾經(jīng)完成的旁壓試驗結(jié)果相比，本次旁壓試驗終止時，其加載量與旁壓器測試腔的體積變形量尚有繼續(xù)試驗的余地。
顯然，以此來進行二者的對比，缺乏客觀性。
從前文分析來看，旁壓試驗確定的巖基承載力較載荷試驗成果略偏高且有安全儲備。
綜合上述分析，由表5不難發(fā)現(xiàn)，三者的總體關(guān)系如下:旁壓試驗結(jié)果>載荷試驗結(jié)果>巖石單軸抗壓試驗結(jié)果。
文獻[12]針對上述關(guān)系進行過分析，認為原因如下:①泥質(zhì)粉砂巖為黏土質(zhì)巖石，水穩(wěn)性差，巖石強度受鉆探施工、試樣加工及試驗等因素影響而偏低;②巖基載荷試驗的加荷影響深度有限，未能體現(xiàn)圍壓對巖基承載力的貢獻;③旁壓試驗較好地反映了不同圍壓作用下巖體的強度變形，可更好地模擬深基礎(chǔ)的應(yīng)力狀態(tài)。
上述分析表明，采用載荷試驗的最大加載量的1/2，即3750kPa作為承載力特征值是安全可靠的，該類巖石地基的承載極限是多少，尚待繼續(xù)研究與探討。
3結(jié)語
(1)長沙國際金融中心場地基礎(chǔ)持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖基試驗采用Φ1130mm承載板來檢驗承載力特征值為2500kPa，較《建筑基地基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011)之巖石強度折減系數(shù)有較大提高，但仍未突破地方規(guī)范之上限[4]。
(2)本試驗再次驗證了文獻[10]的研究結(jié)論，即巖石地基承載力特征值:旁壓試驗結(jié)果>載荷試驗結(jié)果>巖石單軸抗壓試驗結(jié)果。
綜合分析表明，國際金融中心巖基承載力特征值取比例界限壓力與大板載荷試驗最大加載量的1/2之間的小值(3750kPa)是可靠的，該值接近試驗段巖石天然抗壓強度標準值。
換言之，利用紅層軟巖單軸天然抗壓強度標準值作為地基承載力特征值是可信的。
(3)實踐表明，采用單軸抗壓試驗按現(xiàn)行標準確定長沙地區(qū)紅層地基的承載力，結(jié)果偏低，不能客觀反映巖體實際強度，建議采用載荷試驗或旁壓試驗來確定其承載能力。
特別地，旁壓試驗設(shè)備簡單，操作方便，結(jié)果可靠，可最大程度地克服取樣、加工等缺陷，經(jīng)過近20年的應(yīng)用，在本地區(qū)積累了一定經(jīng)驗，已為工程實踐所驗證，其結(jié)果能客觀反映長沙紅層的強度變形特征，該方法值得歸納、總結(jié)、推廣和重視。
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