岩体压力扩散角试验方案

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●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

●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1m~10m之间。

1.2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0.50m～3.20m，平均1.68m，岩体基本质量等级为Ⅴ级）、

中风化玄武岩（厚度0.40m～9.50m，平均厚度4.31m，岩石基本质量等级为

Ⅱ～Ⅲ级）、强风化凝灰岩（厚度0.30m～6.00m，岩石质量等级为Ⅴ级）、

中风化凝灰岩（厚度0.20m～6.70m,平均1.97m，岩石质量等级为Ⅴ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GB50007-2011》5.2.7 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》DBJ15-31-2003

3. 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，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θ（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： )

tan 2)(tan 2()(θθz l z b p p lb p c k z ++-= 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 ）；

p c ——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 ）；

θ——地基压力扩散线与垂直线的夹角（°）。

其中：基础底面的压力p k 计算公式如下：

A

G F p k k k += 式（3-2） 式中：F k ——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 ）； G k ——基础自重和基础上的土重（kN ）；

A ——基础底面面积（m 2）。

由公式（3-1），在已知b 、l 、 p c 、 z 、 p k 时，可反求压力扩散角θ。

图3-1 压力扩散角θ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2cm~5cm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2~3cm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。