2003江苏省长江公路大桥南北锚碇基岩-混凝土胶结面

岩石力学与工程学报(2)。2003江苏省长江公路大桥建设指挥部南京)河海大学南京)摘要采用室内试验和现场剪切试验等手段研究了润扬大桥南北锚碇基底基岩-混凝土胶结面的强度并根据试验研究成果及现场实际情况综合分析多种影响因素研究确定整个锚碇范围内基底摩阻力情况关键词岩石力学基岩摩阻力接触面分类号TV459文章编号1000-6915(2003)02-0256-China))-。

。。。e其中北锚碇基础基岩埋深为48基础基岩埋深为29悬索桥的受力特点决定了南北锚碇基础的稳定是悬索桥整体结构安全的关地质勘察资料及锚碇基坑开挖到基岩面后的现场编录表明润扬大桥南汊悬索桥南北岩面存在明显的差异北锚碇岩体风化程度差异有微风化弱风化和强风化种程度的花岗岩岩体露头且分布面积差异较大多条断层从建基面通过南锚基底基岩面岩体主要是全风化花岗国家重点工程润扬长江公路大桥跨越长江连通镇江与扬州整座大桥由南汊悬索桥和北汊斜拉桥以及相连的高架桥和南北引桥组成其中的拉力采用坐落在基岩上的重力式基日收到初稿2003日收到修改稿作者1962年生博士1984年毕业于同济大学桥梁工程系现任副总工程师主要从事大跨径桥梁工程方面的研究工作万方数据257极发育许多矿物风化为粉末状颗粒间结合力很岩体呈密实角砾土或软硬不等的碎块夹角砾土化程度差异较小条规模较大的断层从建基面通过关于基岩结构面性质及剪切强度国内已作了一些有意义的研究工作并取得了可喜的成果全风化岩与混凝土接触面摩阻力室内试验结果表本文针对混凝土与基岩胶结面实际情况进行锚碇基础摩阻力的现场和室内试验研究根据试验研究成果及现场实际情况综合分析多种影响因素到整个锚碇范围内的基岩与混凝土胶结面的整体抗剪强度参数值用于验证锚碇设计的可靠性和分析锚碇的安全稳定性可以在总体上把握锚碇的稳定为工程的安全可靠提供坚实的基础为今后类似的工程设计提供参考本项研究不仅对润扬长江大桥建设具有重大的现实指导意义而且对其他大型土木地下工程设计甚至对岩体力学理论的发展具有重要参考价值强度指标试样编号。 #

645。59。829。650。752。712。28。227。516。87。07。92。231。830。327。228。627。129。127。529。830。130。529。431。532。40。620。580。510。550。510。560。520。570。580。590。560。610。63润扬大桥锚碇基底摩阻力试验研究2。1全风化花岗岩与混凝土接触面摩阻力室内试研究为了研究南锚建基面全风化花岗岩与混凝土接触面摩阻力的现场与室内试验之间结果的差异了解整个建基面摩阻力的分布特征在基坑开挖至建基面后于不同位置区域共取了14组岩样在室内进行了建基面全风化花岗岩与混凝土接触面摩阻力试验全风化花岗岩岩样一般为灰绿色手捏易碎采用重塑法制成试样14个试样混凝土试件按C25混凝土(与现场一致)规定的物料要求及配合比进行配合试验采用应变控制式剪仪上进行试样和混凝土试件分别置于上切盒内每组试样快剪试验轴向压力依次取1444。730。70。59解除围压后即呈散体尽管岩石处于强风化或弱风化状态接触面的粗糙起伏仍对接触面的强度有影响为反映实际情更好地模拟现场实际岩样与混凝土接触面做成具有一定粗糙度考虑基础面起伏的楔形效应每组12个试样每组试样的混凝土与风化花岗岩胶结面为同一种糙度RMT-150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机上完成剪切过程中采用位移控制模式荷载施加按水利水电工程岩石试验规程进行根据试验后的剪切面观察剪切发生在混凝土与花岗岩胶结面混凝土与风化花岗岩均有破损采用莫尔-库仑强度理论进行回归分析由最小二0kPa各组试样与混凝土接触面摩阻力试验结果见表弱风化花岗岩与混凝土接触面摩阻力室内试验研究北锚碇基坑实际开挖基岩面为强微风化花岗岩交错分布弱风化花岗岩分布范围相对较大岩基面起伏落差明显为了更好地了解整个基坑基岩面花岗岩与混凝土胶结面抗剪强度参数基坑开挖到建基面后在不同位置分别取强化岩样进行试验弱风化岩呈浅灰略带黄色风化裂隙发育强风化岩呈浅灰绿墨绿色风化裂隙乘法计算求得的抗剪断峰值残余强度参数2。 #

3结果见表不同粗糙度微风化花岗岩与混凝土胶结面抗剪强度试验研究该试验在北锚碇锚位取样每组12组粗糙度JRC分别为每组试样分别在RMT-功能全自动刚性岩石伺服试验机上进行平行直剪试并根据所得强度参数值做出强度参数与粗糙 JRC的回归关系曲线 结果见表 万方数据岩石力学与工程学报 2004 混凝土与弱强风化花岗岩不同粗糙度胶结面抗剪试验成果 Shear rocks Table 抗剪强度参数试验 组别 正应力范 围/MPa 起伏差 /mm 楔形角 峰值 残余 1214 1014 16 1530 45 0。3 0。3 0。3 0。3 1。7 1。7 1。7 1。7 0。398 0。415 0。445 0。564 36。2 40。4 42。3 44。7 0。73 0。85 0。91 0。99 0。172 0。275 0。294 0。282 27。0 30。1 31。4 33。0 0。51 0。 #

58 0。61 0。65 18 10 20 15 60 随机 0。3 0。3 1。7 1微风化弱风化。7 0。761 0。581 46。4 43。8 1。05 0。96 0。263 0。272 32。6 31微风化弱风化。0 0。64 0。60 微风化花岗岩不同粗糙度下的剪切强度及强度参数值Table rocks 北锚碇基坑各进行了 组现场直剪试验现场试验 根据相关规范 对于北锚碇后岩面呈墨绿色 11]进行 试验区域均处于强风化区 开挖 并有积水 对于南锚碇 试验区 表面干燥密实均匀 当试样剪破后翻开混 JRC 为全风化区岩面呈灰绿色 呈密实砂土状 无岩块分布 0。463 2。435 0。758 0。926 1。388 2。702 3。160 1。080 1。350 凝土块可发现 南北锚碇剪破面均位于基岩-混凝 土胶结面下的岩体内 所得试验结果如表 2。15931。4 0。506 30。4 1。8513。260 1。577 0。463 0。926 1。

388 2。650 3。090 3。413 0。900 1。241 1。653 南北锚碇现场试验结果Table in- test 2。384 36。4 0。598 35。6 tanj1。851 3。731 1。883 125。227。7 0。52 0。463 0。926 1。388 3。001 3。424 4。017 1。186 1。586 2。023 84。330。1 0。58 2。500 46。5 0。728 43。6 10 12 86。226。2 0。49 1。8514。424 2。510 75。228。0 0。53 0。463 0。926 1。388 1。851 3。050 4。034 4。324 5。005 1。072 1。746 2。182 2。662 2。568 53。0 0。616 48。4 根据现场剪切试验结果 北锚试验区(强风化) 14 16 摩擦系数可取为 0。54若采用抗剪断 95kPa 0。4630。926 1。388 1。851 3。206 4。157 4。650 5。306 0。978 1。482 2。252 2。603 0。52从现场试验结果来看 现场剪切强度低于室内 试验结果 这是因为现场试验的剪破面均位于岩体 内部 剪切强度实际为岩体本身的强度 它低于胶 结面的剪切强度 为全面了解锚碇基坑基岩面情况 对北锚基坑 基岩面同时进行了粗糙度( 起伏度)量测以及回弹 值检测 以求从多方面对基坑基岩面进行综合评 2。 #

64555。6 0。418 50。4 18 20 2。4 锚碇基底基岩与混凝土胶结面现场剪切试 为了获得基底基岩与混凝土胶结面的抗剪强度特性 在南北锚碇基坑开挖至基岩面后 分别在南 万方数据 259为强风 锚碇基底摩阻力的确定 基岩与混凝土胶结面的抗剪强度主要受胶结面两侧基岩和混凝土的性质 胶结面粗糙起伏度 向应力状况水的软化及尺寸效应等因素的影 [12]将锚碇建基基岩面分区考虑 以现场原位剪切 试验为基准 结合室内试验 综合以上影响因素 锚碇基坑范围内的基岩与混凝土胶结面的整体抗剪 强度参数值可概化为 gici ri oi gici ri oi 北锚碇基底基岩面分区图Fig。1 base 为基岩与混凝土胶结面的整体抗剪断摩擦系数 f0 为现场试验所得基岩与混凝土胶结面的 1。01。3 微风化为强风化的1。2 1。6 JRC值设定为 其他各区根据室内不同粗糙度花岗岩与混凝土胶结面抗剪强度试验 研究结果 g7相比确定 整体尺寸效应影响系 因北锚基岩面比较复杂各风化带交错分布 0。85水的软化影响 对于花岗岩 软化系数一般为 0。80 0。 #

98 该处取 0。9将各区各个影响系数代入式(1) 计算得北锚锚碇基坑范围内的基岩与混凝土胶结面的整 抗剪摩擦系数 c0为现场试验所得基岩与混凝土胶结面的 为水的软化影响系数Ks 为尺寸效应 影响系数 Kg 为岩石性质影响系数根据各区岩 风化程度完整性确定 Kci 为各区混凝土的 性质影响系数 ri为各分区粗糙度影响系数 据各分区粗糙度大小确定Koi 为各区法向应力影 响系数 参照试验结果和其他类似工程经验确定尽管 不同工程师取值有一些不同 总体上反映了专家系 统思想 最后结果比直接用经验值或某点试验值要 更符合实际 根据北锚碇基坑开挖施工期间地质编录 [13 Ai 体抗剪强度参数值kPa 0。550。62 76113 与北锚不同 南锚碇基岩面主要为全风化花岗 近似于成土状在水的软化作用下 会导致胶 力严重下降为安全起见 可以认为基岩与混凝 无胶结采用室内摩擦试验所得的粘聚力 室内 试验 结果 2。252。7 kPa 平均粘聚力 23。814] 结合对基岩面回弹值测量以及基岩面粗糙度测 将北锚碇基岩面划分为10 各区混凝土性质影响系数取 法向应力与工程建成后运行情况有关 各区法向应力影响系数也假 定为 区为基准设定强风化花岗岩的的影响系数 g7相比 据工程经验确定根据以往工程统计来看 一般 对于花岗岩与混凝土胶结面抗剪强度来讲 弱风化 kPa 这里主要分析整个胶结面的摩擦系数 根据南锚碇基坑开挖施工期间的地质编录 14组试样取样位置的分布 南锚基岩面划分为 17 个区域(图 南锚基岩面没有进行粗糙度量测基岩面粗糙程度根据地质编录中各断面剖面图确 鉴于南锚实际开挖基岩面平坦起伏不大 岩主要为全风化花岗岩成土状 糙度影响不会 万方数据岩石力学与工程学报 2004 锚碇一样各区混凝土性质影响系数取 现场试验区域之一位于基岩面 混凝土胶结面剪切试验考虑到影响天然基岩面与 现浇混凝土胶结面剪切强度的主要因素 将南北锚 碇天然基岩面划分不同的区域 并通过室内 现场 试验结果对比分析 考虑风化程度 粗糙起伏程度 尺寸效应对结构面粘聚力 内摩擦角的影响 分散的实验数据根据式(1)(2)计算出整个 基坑结构面的摩阻力 这种充分利用有限的试验结果 地质资料 借助于岩石力学 优化计 算分析方法 定量计算南 北锚碇整个基坑结构面 的摩阻力 属于国内首创致谢 本文研究工作由江苏省长江公路大桥建设指 挥部和河海大学共同完成 在此对参加本项研究的 全体人员表示感谢 南锚碇基底基岩面分区图Fig。

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2 base 剪切破坏模式下均质岩基极限承载力的Bell 岩石力学与工程学报2002 21(3) 410 412 江阴大桥摩擦失效嵌岩群桩传力机理的实测研究[J]。 岩石力学与工程学报 2002 21(6) 883 887 三峡工程左岸厂房坝段深层抗滑稳定的物理模拟[J]。 岩石力学与工程学报 2002 21(7) 993 998 郭中华 砂浆-灰岩双相材料剪切强度及压剪断裂判据探析[J]。 岩石力学与工程学报 2003 22(3) 429 433 中华人民共和国水利电力部。 土工试验规程(SDS01-79)[S]。 水利电力出版社1980 国际岩石力学学会实验室和现场试验 标准化委员会。 岩石力学试 验建议方法[S]。 北京 煤炭工业出版 1980中华人民共和国行业标准编写组。 水利水电工程岩石 试验规程 (SL264-2001)[S]。 北京 中国水利水电出版社 2001 土工原理与计算(第二版)[M]。北京 水利电力 出版社 1980 中华人民共和国国家标准编写组 工程岩体试验方法标准(GB/-99)[S]。 北京 中国建筑工业出版社 2000 中华人民 共和国水利电力部。

混凝土重力坝设计规范(- 1999)[S]。 北京 中国电力出版社 2000 中华人民共和国水利电力部标准。 混凝土重力坝设计规范(SDJ21- 78)[S]。 北京 水利电力出版社 1979 岩体力学性质[M]。北京 煤炭工业出版社 1990 中华人民共和国国家标准编写组。 岩土工程勘察规范(- 94)[S]。 北京 中国建筑工业出版社 1998 工程地质手册 编写委员会。 工程地质手册[S]。 北京 中国建 筑出版社 1994 其他各区基岩性质影响系数采用各区岩样室内试验所得摩擦系数与 整体尺寸效应影响系数因南锚基岩面风化相 0。95强风化近于成土状 各处相对均一 水的软化影响对于花岗岩 软化系数 一般为0。80 0。98 该处取值为 0。9 将各个系数代入式(1) 0。480。52 基岩与混凝凝土胶结面的抗剪强度主要受胶结面两侧基岩和混凝土的性质 胶结面粗糙起伏度等 因素的影响 一般而言 风化程度越高 胶结面强 同时基岩和混凝土的性质还决定剪破面的位置和形态 胶结面粗糙度越大 胶结面强度越高 当基岩与混凝土强度相近时 二者的凸起体均有被 剪断的可能 当两者强度相差较大时 主要是强度 低的一侧凸起体被断 另一侧伴随着部分的磨损 针对南北锚碇天然基岩岩性 风化程度 粗糙 起伏程度等物理特征 在实验室内做了大量全风 强风化弱风化 微风化花岗岩与混凝土结构 的剪切试验以及在现场做了天然基岩面与现浇 1011 12 13 14 万方数据