确定软岩地基桩基承载力参数的新方法与运用

工程技术
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
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DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.03.047
确定软岩地基桩基承载力参数的新方法与运用
①
谷仓勇
(山东建勘集团有限公司 山东济南 250031)
摘 要：软岩地基会直接影响工程施工质量，为了能够保障工程质量达标与使用安全，必须要确保软岩地基桩基承载力达到标准，只有基础足够稳固，才能够保证上层建筑的安全。

基于此，本文首先分析软岩的力学特征，分析在软岩地基桩基分析中的问题，进而提出集中软岩地基桩基承载力参数确定的新方法。

关键词：软岩地基 桩基承载力 新方法 力学特性
中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)01(c)-0047-02
①作者简介：谷仓勇（1979，12—），男，汉族，山东巨野人，本科，高级工程师，研究方向：岩土工程检测。

在岩土工程设计与勘察当中，地基承载力需要通过室内岩石饱和单轴抗压强度进行相应的折减，并根据当地地质特点确定承载力。

对于软岩基地来说，影响室内试验结果的因素非常多，无法正确的反映出地基桩基的荷载性能，导致最终取值过于保守，建筑基础工程设计方案过于复杂，提升了工程建设成本，致使资源浪费严重。

由于软岩工程地质结构十分复杂，可以分为岩体、土/岩体、土体三大结构形态，岩体结构类型可以分为块状结构和层状结构，土/岩体可以分为双层结构；土体结构分为土体均一结构、双侧结构、多层结构。

这也给地基桩基荷载检测提出了新的要求。

1 软岩的力学特征
软岩地质情况的最大特征是地质软、承载力弱、岩土
质松散、强度低。

同时还具有较强的膨胀性、亲水性、季节冻胀性、流变性。

在地质勘探当中，通常都是通过取芯方法，但是会因为岩芯扰动降低取芯成功率，只能获得硬度较高、整体完善的岩芯，岩芯在通过风化、卸荷、取样、运输的作用下，所以在试验当中无法取得精准的力学参数，不具备实时性、代表性。

部分软岩由于成岩时代近，经历地质历史运动扰动少，所以岩体更加完整，构造裂缝不发育，因此岩芯强度、变性指标等相对于原位岩体强度、变形指标有着较大的差异性。

硬岩石力学特性恰好相反，由于硬度高因此不易扰动，岩体当中的构造裂缝影响小，岩体硬度、变形指标低于岩芯强度与变形指标。

由此可见，无论是软岩力学特性分析还是软岩基础桩基力学检测，想要真正的反映出客观情况具有一定的困难。

2 软岩地基桩基参数检测的问题
在软岩地质勘查设计当中，由于过去都是采用钻孔取样方法获得数据信息，结合岩石单轴抗压强度标准确定，采用岩块单轴抗压强度计算地基承载系数、风化度、坚硬度、完整度等都要相应折减，最终导致岩体不完整。

由于该项试验中没有考虑到桩基极限摩阻等情况，所以无法得到实际桩基指标。

在此方面，国家、行业只给出了土层桩基极限阻力推荐数值，但是在软岩地基桩基极限阻力方面并未推出标准数值。

在对地基桩基进行阐述检测当中，通常只能够验证
设计目标是否实现。

过去静载试验方法主要是体现在锚桩反力架、承重平台层面，难以展开大吨位桩体试验检测工作。

并且静载桩体试验只能够获得正常情况下的P -S 曲线，无法检测到极限参数。

因此很多大吨位桩基都无法正确的反映出承载力范围，桩基也无法反映出性能。

现如今，勘察设计工作都是按照行业标准开展的，对于一些超出常规的内容，缺乏相应的科技投入与技术创新，对于已经开展的工程项目来说，可能桩基工程在建设中会变更，提升工程投资量，从而影响了基础工程建设进程。

3 确定软岩地基桩基承载力参数的新方法
3.1 模拟桩极限侧阻力方法
该方法结合了岩石力学，利用了模拟仿真技术，从而研究桩基础持力层岩石性质，从而对桩基础荷载力进行检测。

由于当今设计软件内部编程结构十分复杂，也恰好和软岩地基相吻合。

作为建筑工程岩石力学性质的一种仿真检测方法，通过参数写入和模拟仿真即可得到持力层介质的力学参数。

由于软岩桩基设计中的极限摩擦阻力取值存在着很大的潜力，试验岩体主要是选择桩基持力层中性状最差的岩层，通过软件模拟仿真试验获得桩体某个部分以及主要持力层桩基极限阻力参数。

在实际应用当中，该方法对工程现场实际获取的参数精度要求较高，在获得了精准参数之后，即可较为精准的得到桩基极限侧阻力特性。

在模拟仿真试验当中，不仅可以均匀呈现出桩基受力情况，并且所获得的压力P 和桩体沉陷位移S 的P -S 曲线极限强度、屈服强度、比例界限值。

该方法在实际应用中，存在的弊端如下：
（1）主要是应用在嵌岩桩基当中，无法在土层中应用，由于土层和软岩地基差异较大，所以软件编程方法、原理等还需要进一步完善。

（2）需要找到持力地层出露位置，并保证有一定的覆盖，否则难以获得精准参数，也会影响仿真参数。

（3）由于软岩地基承载力计算中，需要涉及到多个参数，并且嵌固力、侧阻力、桩承载力之间发挥着不同力学效应。

所以要检测的参数以及相关参数较多。

3.2 自平衡法
自平衡法在国际中的应用十分广泛，并且与之前的实
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验室检测法不同，新型的自平衡法是一种现场检测方法，
需要在工程现场进行试装检验。

在实际使用当中，需要在桩体周围埋设荷载箱，并沿着竖直方向进行加载，箱体中、桩体上设置了压力传感器，在加压过程中即可获得桩体承载力。

自平衡法主要是利用了“反作用力”的原理，不需要使用静压试验方案的大型设备，有效提升了软岩地基桩体的测试效率和精度，在很大程度上突破了过去的试验条件，提升了加载吨位。

美国、加拿大、日本、澳大利亚等发达国家在该项技术方面不断尝试，我国也初步引入了该项技术。

该项技术的应用优势表现在：（1）装置较为简单，主要包括检测箱、压力传感器等，不会占据较多场地，也不需要重物进行加压测试，在实际使用当中省时省力，十分安全。

（2）该方法主要是利用了桩体侧阻反作用力，所以传感器可以实时采集数据，并生成侧阻力、端阻力的分布特点以及荷载曲线。

（3）试验成本低，虽然荷载箱是一次性使用工具，但箱体成本并不高，相比传统方法可以节省50%成本，还可以针对桩基吨位、软基条件灵活设计比例。

（4）由于承载力检测效率高，所以有利于多桩体开展试验，保证桩体承载参数的多样性。

（5）试验后的桩体不会影响后期使用，如有必要可以采用预埋管的方法对荷载箱进行压力灌浆。

（6）传统方法在堆载平台、锚桩反力架检测中成本非
常高，该项技术可以有效解决这一问题，可以广泛适用于水上试桩、基坑底试桩、斜桩、嵌岩桩等，适用性非常强。

施工中存在的问题表现在：（1）在试验当中，由于是现场桩体工程实施检测，因此与勘探设计工作相脱节。

（2）由于是一种加压反作用的检测机理，上段桩阻力要将岩土层减压松散，并不是让岩土层变得更加密集，所以要将抗拔桩承载力换算成为抗压桩承载力，但是在计算机时代下，可以实现一键换算。

（3）由于软岩地层中的介质可能存在不均匀性与差异性以及该项技术是点检测不是面检测，所以在检测中需要多桩体检测，这样才能够反映出桩基工程真实状态。

4 结语
综上所述，针对软岩地基桩基承载力参数检测困难问
题，需要施工单位掌握软岩特性，摒弃传统的桩基承载力检测方法。

本文提出了模拟仿真检测和自平衡检测方法，虽然存在着缺陷，但只要掌握技术要点，即可获得精准的桩基承载力参数。

参考文献
[1] 曾杰.关于广州地区软岩地基承载力的探讨[J].建设科技,2016(11):148-149.
[2] 黄志忠.软岩地基嵌岩灌注桩承载力自平衡测试研究[J].铁道科学与工程学报,2011,8(1):63-66.
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带的蒸汽在冷凝器中冷凝，通过（小型）汽液分离器分离，不凝性气体通过真空泵排到系统外，分离出来的冷凝液回流到冷凝液缓冲罐中。

（3）冷凝液流程：被压缩二次蒸汽在蒸发器中被冷凝，冷凝液化后的高温冷凝液进入冷凝液缓冲罐，再进入预热器，与原液进行热交换，将原液预热，最终高温冷凝液被冷却得到低温冷凝液，并排除系统外。

由冷凝液缓冲罐排出的冷凝液，另一路进水蒸汽压缩机，起到对压缩机冷却、润滑和消除蒸汽过热度的作用，此时冷凝液通过压缩机进入蒸发器中，最终又流回冷凝液缓冲罐，完成一个循环。

2 试验过程和结果分析
2.1 模拟原液的配置
试验模拟原液采用去离子水和硼酸，原液中的硼浓度配置为10mg/L，MVR装置在微负压的状态下运行，设定的蒸发温度为90℃，处理能力是250L/h。

2.2 取样及分析方法
共进行两组试验，在实验前对原液进行取样，每组试验连续进行4h，试验进行过程中，每隔1小试取样1次，共计10个样品。

取样、送样注意事项：单个样品的取样体积为300mL，取样时用原液充分润洗取样瓶3~5次，编号后分装3份，一份为100mL留样，一份为100mL送样，一份为100mL留存待自测样。

分析方法符合标准规定，采用USEPA6020A，分析仪器为ICP-MS。

2.3 试验结果及分析
从表1结果可以看出，低温蒸发装置去除硼，出水的硼
浓度小于2mg/L，满足国内最严排放标准（2mg/L ）。

因此，
从节能和处理效果考虑，可以考虑将热泵MVR蒸发技术作为去除放射性废水中硼的技术。

3 结语
传统蒸发处理技术因其具有独有的技术优势，已在国内放射性废水处理领域得到广泛应用，但其占地面积和能耗都相对较大。

对内陆核电站而言，要达到废水的深度净化处理目的，必须使处理后废水的含硼量降低到可接受的水平。

热泵蒸发技术既继承了传统蒸发技术的固有优势，又有效降低了蒸发能耗，设备体积较小，减少了占地面积，克服了传统蒸发处理技术的缺点。

根据相关研究，其可以同时去除放射性废水中的反射性元素[3-4]，并且为可移动式的处理装置，增加了其灵活性，具有一定的竞争优势。

参考文献
[1] 魏新渝，马鸿宾，汪萍，等.核电厂含硼废水处理技术[J].
辐射防护通讯，2012,32（5）:32-36.[2] 刘昱，刘佩，姚兵.AP1000核电厂硼排放量计算和排放适应性分析[J].核科学与工程，2013,33（4）:404-408.[3] 贾紫永，李斗，徐杨华，等.核电站事故废液MVR处理的模拟试验[J].净水技术，2018，37（1）：106-111.[4] 徐杨华，李斗，任力，等.MVR蒸发在核电站事故废液处理中的应用研究[J].广州化工，2016，44（18）：172-173.。