溶洞顶板承载机理研究在某桩基工程中的应用

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1、CMYK工程试验与研究溶洞顶板承载机理研究在某桩基工程中的应用黄德清（广州市建筑置业有限公司）【摘要】通过广州白云区某桩基工程实例，将溶洞顶板承载力通过简化成板模型进行分析，确保岩溶区桩基持力层的稳定性，并通过单桩竖向抗压静载试验验证计算模型的可行性。【关键词】溶洞顶板；承载机理；板模型1前言广州市白云新城某项目，地下室3层，地面以上裙2楼5层，塔楼34层，占地面积约13000m。塔楼处工程桩岩溶强发育区的地质特征给建筑地基带来一系列245根，为端承型桩，桩身设计混凝土强度等级为C35，的技术难题，溶洞的存在不仅影响到工程的设计变更、单桩竖向承载力特征值

2、为5500kN，桩径1m，桩端持力层施工安全，甚至会塌陷造成人员伤亡。其中岩溶地区嵌为微风化岩，桩端要求入岩0.5m。岩桩桩端溶洞顶板厚度的确定是岩溶地区工程建设急需解决的问题。溶洞顶板的稳定性关系到整个建筑工程3工程地质条件的安全，当桩基承受荷载作用时，它不仅取决于溶洞周本工程场地地势平坦，地貌属于岩溶较发育的广州围及土层的各项力学指标，也受到桩径、溶洞跨度、溶洞白云区。依据工程地质勘察资料，场区岩土层自上而下顶板厚度裂隙发育程度等因素的影响。特别是岩溶顶板可分为：①素填土；②-1粉质粘土；②-2粘土（可塑）；②厚度的选取，直接影响到整个工程安全和工程

3、质量。因-3粘土（硬塑）；②-4粉质粘土（软塑-可塑）；③残积此，对于岩溶地区桩基设计，岩溶顶板厚度的合理确定，土；④-1全风化炭质页岩；④-2中风化灰岩；④-3微将对整个工程建设产生巨大的经济效益及社会效益。风化灰岩。本文通过力学简化，将岩溶顶板承载力通过板单元各岩土层地基承载力特征值fak、桩周土的摩擦力进行分析。当溶洞上覆盖土层与桩基作用于溶洞顶板上特征值qsia、抗拔摩阻力折减系数λi、桩端土的承载力时，形成压力包络曲线，当压力曲线承载力小于溶洞的特征值qpa、岩土体与锚固体极限摩阻力标准值qsik及岩承载力时，溶洞顶板的承载能力是安全可靠的。石

4、饱和单轴抗压强度标准值frk及抗拉强度σt，如表12工程概况所示。表1桩基础设计参数（单位：kPa）钻（冲）孔灌注桩层序岩土名称状态、密度fakqsik备注qsiaqpaλi①素填土松散80②-1粉质粘土可塑140200.6050②-2粘土可塑150220.6060②-3粘土硬塑200280.6080桩长＞5m②-4粉质粘土软塑-可塑120160.6040④-1炭质页岩全风化320406000.6090桩长＞5m④-2灰岩中风化20000.70250frk=20.0MPa、σt=1.5MPa④-3灰岩微风化40000.75400frk=40.0MPa、σ

5、t=2.5MPa注：对钻（冲）孔灌注桩，基岩段桩端与桩侧承载力的发挥系数C1、C2④-2层建议分别取0.24、0.03，④-3层可分别取0.4、0.05，同时桩端嵌岩深度、桩底沉渣厚度等指标控制应符合相关规定。CMYK工程试验与研究根据地质资料揭露，本工程地处岩溶地区，存在土其中，洞、溶洞等不良地质现象，溶洞的见洞率达58.7%，最大π2P=dq04溶洞高度14m。岩土层中土洞、溶洞极发育，部分土洞、h溶洞规模较大或有相互连通的可能性，大部分溶洞顶板Q1=π!d+htanα"σtcosα普遍较薄。π2Q2=!d+2htanα"σd44溶洞顶板力学稳定性分

6、析q——桩顶荷载；04.1板模型σt——灰岩抗拉强度；溶洞顶板简化为板模型分板以弹性力学为主要依σd——下卧层的顶托强度。据，将桩基持力层简化为上部受垂直荷载的刚性板。在对于均质岩石，冲切角α可取45°且抗拉强度Rt荷载作用下，计算模型将会出现冲切破坏、弯拉破坏、剪乘以折减系数0.75，并考虑到溶洞由填充物的弹性模切破坏三种破坏形式。在岩溶地区的桩基设计中，当桩量比灰岩的小，则可不考虑软弱卧层对溶洞顶板的顶托端底部存在溶洞时，常对基岩的抗冲切强度、抗剪切强强度σd的作用。度进行安全验算。hσt令=n，由上式可推得K≤4.2n1+!n"bq4.2抗冲切验算

7、0假设当桩端持力层接近水平，桩体在外荷载作用根据《勘察报告》显示在持力层处的微风化灰岩的下，桩端底部形成一个顶角为α的冲切锥台，如图1所单轴抗压强度标准值frk=40MPa，抗拉强度σt=2.5MPa。示。根据研究表明，在桩端荷载的作用下，桩身侧阻力承担了约80%的荷载，传递到桩端为20%。本工程单桩竖向承载力特征值为5500kN，桩径1m，取溶洞顶板计算厚度为h=1m，则n=0.5，由此可以算出：5500q=×20%=1.4021π!"22.5K=4.2×0.5×（1+0.5）×=5.63＞21.4根据钻探资料分析，桩基持力层遇溶洞顶板均大于1m，最小

8、厚度约2.5m，且因裂隙发区顶托力存在，所以图1抗冲切验算示意图工程中桩基持力层