岳陽地區(qū)板巖地基承載力折減系數(shù)研究

劉曉紅，陳 崗（湖南理工學院 土木建筑工程學院，湖南 岳陽 414006）

岳陽地區(qū)板巖地基承載力折減系數(shù)研究

劉曉紅，陳 崗
（湖南理工學院 土木建筑工程學院，湖南 岳陽 414006）

通過收集岳陽地區(qū)24個住宅小區(qū)不同風化程度板巖地基現(xiàn)場及室內(nèi)試驗成果，得到了72個測點承載力特征值fa及相應巖體室內(nèi)飽和單軸抗壓強度標準值frk，經(jīng)計算獲得了各測點地基承載力折減系數(shù)ψr. 探討了3種風化程度板巖地基折減系數(shù)ψr隨抗壓強度標準值frk的變化規(guī)律，并給出了相應的ψr～frk關系曲線及經(jīng)驗公式. 同時，將不同風化程度板巖試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析表明，板巖地基（不區(qū)分風化程度）折減系數(shù)ψr隨其抗壓強度標準值frk的增大而呈指數(shù)函數(shù)增大，并給出了岳陽地區(qū)板巖地基統(tǒng)一的ψr～frk關系曲線及其經(jīng)驗公式.

板巖強度； 地基承載力； 折減系數(shù)； 經(jīng)驗公式

引言

元古界冷家溪群板巖層為岳陽地區(qū)主要地層，由泥巖或砂巖變質(zhì)而來，保留有沉積巖的層理性，從上至下風化程度依次為強風化、中風化、微風化. 隨著岳陽地區(qū)經(jīng)濟建設的發(fā)展，該板巖層已成為各類建筑物可利用的主要地基. GB50007- 2011《建筑地基基礎設計規(guī)范》[1］（以下簡稱“規(guī)范”）推薦采用現(xiàn)場巖石地基載荷試驗（以下簡稱“現(xiàn)場試驗”）和室內(nèi)飽和單軸抗壓強度試驗（以下簡稱“室內(nèi)試驗”）兩種方法來確定巖石地基承載力特征值. 現(xiàn)場試驗被認為是確定巖石地基承載力較為可靠的方法，它可在原位直接確定承載力、變形模量等參數(shù)，能充分發(fā)揮巖石地基承載能力； 但該方法對試驗設備要求高、試驗周期長、費用較昂貴. 相比而言，室內(nèi)試驗具有操作簡單、周期短、成本低的優(yōu)點，是目前確定巖石地基承載力應用較廣泛的方法[2～6］.

根據(jù)室內(nèi)試驗確定巖基承載力特征值的先決條件是折減系數(shù)rψ的確定. “規(guī)范”規(guī)定：rψ值需根據(jù)巖體完整程度以及結(jié)構(gòu)面的間距、寬度、產(chǎn)狀和組合，由地方經(jīng)驗確定； 無經(jīng)驗時，對完整巖體可取0.5，對較完整巖體可取0.2～0.5，對較破碎巖體可取0.1～0.2[1］. 工程實踐表明，rψ值不僅與巖體的完整程度有關，還與巖石類型、風化程度、強度大小等因素有關. 用一個簡單的折減系數(shù)rψ來反映不同應力狀態(tài)下巖石強度間的關系已引起一些工程技術(shù)人員的質(zhì)疑. “規(guī)范”中的rψ值已被許多工程證明過于保守，南京、武漢等地區(qū)的rψ值超過了0.6，長沙紅層的rψ值已普遍取到 0.4～0.8，超越了規(guī)范值，且目前大多工程折減系數(shù)值都按照0.6～0.8取值，建筑物也都表現(xiàn)出極佳的安全性[7～10］.

迄今為止，岳陽地區(qū)還沒有板巖地基承載力折減系數(shù)rψ的地區(qū)經(jīng)驗值，工程設計中普遍采用“規(guī)范”建議值. 根據(jù)筆者在岳陽地區(qū)20多年的工程經(jīng)驗，采用“規(guī)范”建議折減系數(shù)確定的板巖地基承載力特征值，經(jīng)常小于現(xiàn)場載荷實驗結(jié)果，即“規(guī)范”建議的折減系數(shù)用于岳陽地區(qū)板巖地基承載力確定過于保守. 盡管不少設計單位意識到“規(guī)范”建議取值偏低，因無地區(qū)經(jīng)驗值，也不得不按此執(zhí)行，從而造成工程成本大幅度提高，引起不必要的浪費. 為此，本文通過收集岳陽地區(qū)24個已完工程項目板巖地基現(xiàn)場試驗及相應場地板巖室內(nèi)試驗成果，對72個測點現(xiàn)場及室內(nèi)試驗成果進行一對一的對比分析，探討風化程度、抗壓強度等因素對板巖地基折減系數(shù)的影響規(guī)律. 經(jīng)統(tǒng)計擬合，得到一組適用于岳陽地區(qū)板巖地基承載力折減系數(shù)經(jīng)驗公式，為岳陽地區(qū)板巖地基承載力折減系數(shù)的確定提供參考.

1 巖基承載力折減系數(shù)的定義

“規(guī)范”5.2.6條明確規(guī)定： 對完整、較完整和較破碎的巖石地基承載力特征值af，可按本規(guī)范附錄H中巖石地基載荷試驗方法確定，也可根據(jù)室內(nèi)飽和單軸抗壓強度標準值rkf按（1）式計算：

其中rψ為折減系數(shù). 即通過乘以一個小于1的系數(shù)，滿足巖石地基承載力的安全儲備.rkf按（2）式計算：

其中mf為巖石飽和單軸抗壓強度平均值，ψ為統(tǒng)計修正系數(shù)[1］. 對（1）式進行變換，得到如（3）式所示的折減系數(shù)rψ計算式：

對于巖石地基的同一測點，分別進行現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗. 通過現(xiàn)場試驗獲得巖石地基的承載力特征值fa； 通過室內(nèi)試驗，獲得一組試樣的強度平均值，經(jīng)統(tǒng)計修正可得到強度標準值frk. 將同一測點的fa及frk實測值代入（3）式，即可計算出該測點巖石地基承載力折減系數(shù)ψr.

2 板巖地基折減系數(shù)經(jīng)驗公式

2.1 數(shù)據(jù)收集與折減系數(shù)計算

為了獲得岳陽地區(qū)不同風化程度板巖地基承載力折減系數(shù)經(jīng)驗公式，筆者從岳陽市科正建設工程質(zhì)檢有限公司、岳陽市建筑設計院等單位，收集了東方花園住宅小區(qū)等6個代表性的強風化板巖場地18個測點、景湖灣住宅小區(qū)等10個代表性的中風化板巖場地30個測點、金地花園住宅小區(qū)等8個代表性的微風化板巖場地24個測點現(xiàn)場試驗得到的地基承載力特征值af及室內(nèi)試驗得到的飽和單軸抗壓強度標準值rkf. 對每一測點按（3）式計算相應的折減系數(shù)rψ. 強風化、中風化、微風化板巖地基各測點相關試驗數(shù)據(jù)及折減系數(shù)rψ詳見表1～3.

表1 強風化板巖試驗成果及折減系數(shù)

Q4 675 2701 0.25 Q5 550 2390 0.23 2 水榭花都 Q6 765 3060 0.25 Q7 820 3160 0.26 Q8 625 2612 0.24 3 寶德東堤灣 Q9 815 3140 0.26 Q10 250 1470 0.17 Q11 500 2270 0.22 4 桃花小區(qū) Q12 340 1789 0.19 Q13 690 2750 0.25 Q14 550 2390 0.23 5 德郡小區(qū) Q15 740 2846 0.26 Q16 825 3180 0.26 Q17 390 1950 0.20 6 新勝小區(qū) Q18 300 1651 0.18

表2 中風化板巖試驗成果及折減系數(shù)

表3 微風化板巖試驗成果及折減系數(shù)

W10 8815 18762 0.47 4 岳州帝苑 W11 13880 25998 0.53 W12 9585 19968 0.48 W13 12890 24792 0.52 5 上東一城 W14 16580 29616 0.56 W15 14690 27204 0.54 W16 7355 16350 0.45 6 沁園商住樓 W17 11190 22380 0.50 W18 8815 18762 0.47 W19 8075 17556 0.46 7 金達陽光 W20 12020 23586 0.51 W21 9580 19968 0.48 W22 24680 40467 0.61 8 湘滬湘城 W23 18250 32028 0.57 W24 22100 36852 0.60

對表1～3中所列數(shù)據(jù)分別進行統(tǒng)計，得到強風化、中風化、微風化板巖地基承載力特征值af、抗壓強度標準值rkf、折減系數(shù)rψ的常見范圍值及平均值，詳見表4.

表4 三種風化程度板巖地 基承載力范圍值與平均值

從表4中可看出，岳陽地區(qū)強風化板巖地基承力折減系數(shù)常見值介于0.17～0.26之間，均值為0.23，較之“規(guī)范”建議的“較破碎巖體可取0.1～0.2”偏大，平均地基承載力特征值可提高53.3%； 中風化板巖地基承力折減系數(shù)常見值介于0.26～0.47之間，均值為0.37，較之“規(guī)范”建議的“較完整巖體可取0.2～0.5”略為偏大，但數(shù)據(jù)離散性有所減小，平均地基承載力特征值可提高5.7%； 微風化板巖地基承力折減系數(shù)常見值介于0.45～0.61之間，均值為0.52，較之“規(guī)范”建議的“完整巖體可取0.5”偏大，平均地基承載力特征值可提高4.0%.

2.2 折減系數(shù)經(jīng)驗公式擬合

以抗壓強度標準值rkf為橫坐標、折減系數(shù)rψ為縱坐標，建立直角坐標系. 將表1～3中相應數(shù)據(jù)點及擬合曲線放在同一坐標系下，如圖1～3所示.

圖1 強風化板巖ψr～frk變化關系

圖2 中風化板巖ψr～frk變化關系

圖3 微風化板巖～變化關系

圖4 不同風化程度板巖～變化關系

由圖1～3可知，強風化、微風化板巖地基折減系數(shù)rψ均隨抗壓強度標準值rkf的增大而線性增大，中風化板巖地基rψ隨rkf的增大而非線性增大. 相應的擬合公式詳見（4）～（6）式，擬合效果良好，相應擬合度均在0.98以上.

將表1～3中三種風化程度板巖相應的抗壓強度標準值rkf和折減系數(shù)rψ統(tǒng)一分析，數(shù)據(jù)點和擬合曲線如圖4所示. 由圖4可知，岳陽地區(qū)板巖地基折減系數(shù)rψ隨抗壓強度標準值rkf的增大而非線性增大，二者間呈指數(shù)函數(shù)關系，具有很好的擬合度（20.992 R=），見（7）式. 板巖（不考慮風化程度）

2.3 折減系數(shù)經(jīng)驗公式的應用與意義

針對上述板巖地基承載力折減系數(shù)的4個經(jīng)驗公式的應用，筆者建議： 針對每一類風化程度的板巖地基，同時用其中的兩個公式分別計算出rψ值，然后取其中的較小值作為承載力折減系數(shù). 如強風化板巖地基分別用（4）式和（7）式、中風化板巖地基分別用（5）式和（7）式、微風化板巖地基分別用（6）式和（7）式計算rψ值，然后找出兩者間的較小值即為相應地基承載力折減系數(shù). 這樣能進一步提高rψ值的安全性和相對合理性.

上述基于工程試驗數(shù)據(jù)擬合的4個折減系數(shù)經(jīng)驗公式，形式簡單，所包含的未知參數(shù)少，便于應用推廣. 只要通過相對容易的室內(nèi)試驗獲得抗壓強度標準值rkf，就可估算板巖地基承載力折減系數(shù)rψ. 在工程條件允許的情況下，可適當減少費用相對昂貴的現(xiàn)場巖基載荷試驗，在一定程度上降低工程費用. 該組公式的提出具有一定的實用價值和經(jīng)濟價值，同時填補了“規(guī)范”中折減系數(shù)rψ由“地方經(jīng)驗確定”的空白，為岳陽地區(qū)板巖地基承載力折減系數(shù)的確定開辟了新的途徑.

3 結(jié)論

（1） 本文收集到的24個住宅小區(qū)72個測點現(xiàn)場及室內(nèi)試驗結(jié)果統(tǒng)計表明： 岳陽地區(qū)強風化板巖地基承力折減系數(shù)常見值介于0.17～0.26之間，均值為0.23，較之“規(guī)范”建議的“較破碎巖體可取0.1～0.2”偏大； 中風化板巖地基承力折減系數(shù)常見值介于0.26～0.47之間，均值為0.37，較之“規(guī)范”建議的“較完整巖體可取0.2～0.5”略為偏大，但數(shù)據(jù)離散性有所減?。?微風化板巖地基承力折減系數(shù)常見值介于0.45～0.61之間，均值為0.52，較之“規(guī)范”建議的“完整巖體可取0.5”偏大.

（2） 獲得了岳陽地區(qū)3種風化程度板巖地基折減系數(shù)ψr隨抗壓強度標準值frk的變化規(guī)律： 強風化和中風化板巖地基ψr隨frk值的增大而線性增大； 中風化板巖地基ψr隨frk的增大呈指數(shù)函數(shù)增大. 并給出了3種風化程度板巖地基的ψr～frk關系曲線及其經(jīng)驗公式.

（3） 將不同風化程度板巖試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析表明，板巖地基（不區(qū)分風化程度）折減系數(shù)ψr隨抗壓強度標準值frk的增大呈指數(shù)函數(shù)增大，并給出了岳陽地區(qū)板巖地基統(tǒng)一的ψr～frk關系曲線及其經(jīng)驗公式.

（4） 本文研究成果基于工程實踐，簡單實用，填補了岳陽地區(qū)板巖地基承載力折減系數(shù)ψr地方經(jīng)驗值的空白，為岳陽地區(qū)板巖地基承載力折減系數(shù)的確定開辟了新的途徑，具有一定的應用價值和經(jīng)濟價值.

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Study on Discount Coefficient of Yueyang Slate Foundation Bearing Capacity

LIU Xiao-hong，CHEN Gang
（College of Construction & Engineering，Hunan Institute of Science and Technology，Yueyang 414006，China）

By collecting field and laboratory test results under different weathering degree slate foundation of 24 residential quarters in Yueyang，the bearing capacity characteristic values faof 72 measuring points and corresponding to saturated uniaxial compressive strength standard values frkwere obtained，and the bearing capacity reduction coefficient ψrof each test point was calculated. Changes of reduction coefficient with compressive strength standard value of 3 kinds of weathering degree slate foundation were discussed，and the corresponding ψr～frkrelation curves and their empirical formulas were given. Moreover，test data unified analysis showed that slate foundation （not distinguishing weathering degree） bearing capacity reduction coefficient increases with the increasing of compressive strength standard value as exponential function，and the unified relation curve ψr～frkand its empirical formula were given.

slate strength，bearing capacity of foundation，reduction coefficient，empirical formula

TU471+.6

A

1672-5298（2016）02-0062-06

2016-04-05

湖南省自然科學基金資助項目（14JJ4061）； 湖南省教育廳科學研究項目（11C0619）； 湖南省普通高等學校教學改革研究課題（2012A09）；湖南省教育科學“十二五”規(guī)劃課題（XJK014CGD036）

劉曉紅（1967- ），女，湖南沅江人，博士，湖南理工學院土木建筑工程學院教授. 主要研究方向： 巖土工程