笋溪河特大桥锚碇摩阻试验检测技术

笋溪河特大桥锚碇摩阻试验检测技术

段 辉

中国水利水电第五工程局有限公司江习高速公路总承包部，四川 成都

^{摘要：通过试验来验证锚碇基坑基底岩基与混凝土间的摩阻系数是否满足设计取值的要求。本文详细介绍了笋溪河特大桥摩阻试验的实施方法，可供同类工程参考。}

^{关键词：锚碇基坑；摩阻试验；摩阻系数}

^{1 概述}

重庆江津至贵州习水高速公路（重庆境）工程笋溪河特大桥习水岸锚碇区位于斜坡中部及下部缓坡地带，锚碇区南侧为一山脊，地面分布高程635m～650m，地表土层为粉质粘土，土层厚度不均，厚度1.0～4.0m。下伏中风化基岩岩体较完整，为蓬莱镇组砂、泥岩，锚碇区基坑开挖后，边坡高度26.0～42.0m左右，主要为泥岩和砂岩组成的岩质边坡，上覆少量粉质粘土。

^{2 摩阻试验基本思路}

试验采用原位测试技术，通过混凝土试件与基岩间的直剪及摩阻试验确定摩阻系数。

2.1 设计要求

笋溪河特大桥锚碇地面设置在中风化砂岩，其基底摩阻系数不小于0.45，承载力基本容许值为1.2Mpa。

2.2 原位验证试验原理

混凝土与岩体接触面的抗剪强度，是指在外力作用下沿混凝土与岩体接触面所具有的抵抗剪切的能力。沿接触面剪断，称为抗剪断试验；剪断以后，仍沿剪断面进行直剪，称为抗剪试验；对试体不施加法向荷载的直剪，称抗切试验。以上三者统称为抗剪试验。

为了获取岩基的摩阻系数，本试验先进行抗剪断试验，然后进行摩擦试验。

（1）抗剪断试验

将现浇混凝土试件水平放置在岩基表面，施加一定数量的竖向荷载，在水平力的作用下使混凝土试件开始滑动。则在临界状态下，接触面上的垂直压应力σ和抗剪强度τ适合于库伦定理，即：

t = σtgφ+ c

式中：c——接触面的粘聚力；φ——接触面的摩擦角。

摩阻系数f=tgφ，即t = σf+ c

试验前，根据设计荷载确定最大垂直压力，并将其分为 3～4 级。试验时，由小到大对放置于岩基上的混凝土试件逐级施加垂直压力。每级垂直压力施加完成后，对混凝土试件分级施加水平力 H，直至混凝土试件滑动，并逐级测量混凝土试件的水平位移 u、绘制 H-u 关系曲线。根据实测 H-u 曲线确定该级垂直压力作用下混凝土试件与岩基间的抗剪强度τ。

按上述方法求得各级垂直荷载下的抗剪强度，将垂直荷载换算成应力σ，绘制σ～τ关系曲线，可求得摩阻系数。

^{3 试验准备}

3.1 试验测点选取

根据《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-99）及《水利水电工程岩石试验规程》

（SL264—2001）规定，参照《地基基础测试新技术》（祝龙根等编著， 机械工业出版社，2002）要求，对混凝土试件与岩体接触面的直剪试验及摩阻试验，共选取了一组、5 个试件（S1～S5）进行岩基摩阻系数的原位验证试验。试验测点均布置在 12m 长的岩基上，每块试板净距 1.8m，超过 3 倍试板宽(0.5 m)影响范围。

3.2 试验测点的加工

试验测点选址，同一组试验岩体的岩性基本相同，基岩面下部不得有贯通裂纹通过。在设计标高开始凿修基岩面，凿除采用人工方法，基岩面起伏差小于推力方向边长的1%～2%，本试验表面高差控制在1.2～2.4cm内。

3.3 混凝土试块制作

混凝土试块的尺寸采用60cm×50cm×50cm（长×宽×高），试块的混凝土配比与实际锚碇混凝土配比相同。

混凝土试块制备符合下列规定：

（1）混凝土试块在试验点原位浇筑；

（2）浇筑混凝土试块前将基岩表面冲洗干净；

（3）按工程设计采用的混凝土配合比浇筑试块，在制备过程中注意振捣和养护；

（4）混凝土试块的长边方向（即推力方向）与工程受力方向一致；

^{4 试验步骤（以习水端为例）}

（1）对加载装置的千斤顶进行检定。

（2）检查各测表的工作状态，测读初始读数。

（3）每个试块上分别施加不同的法向载荷，其值为最大法向载荷的等分值。

每组试验各5个试块，在1～5号试块上分别施加法向荷载为0.2P，0.4P，0.6P，0.8P和1.0P。

（4）每个试体的法向载荷分为3级施加，则各试块上施加的法向荷载分级情况如表1所示。

（5）法向载荷施加采用时间控制，每隔 5min施加一级，并测读每级荷载下的法向位移。在最后一级荷载作用下，要求法向位移相对稳定，然后施加剪切荷载。

取安全系数为2，试块的剪切面面积为0.5×0.6，作用在试块上的最大水平力为406.8kN。因每个试块上施加的法向力不同，各试块上计划施加和实际施加的最大水平力如表2所示。

表2 最大水平力荷载施加详表

（6）剪切载荷按预估的最大值分8～10级施加，当剪切位移明显增大时，可适当增加剪切荷载分级。

（7）剪切过程中法向应力始终保持为常数。

^{4 试验结果及分析}

4.1 试验结果

1～5号试块在各级正压力下，应力特征值见表3。

表3 各试块应力特征值表

4.2 试验结果分析

抗剪断试验完成后进行了摩阻试验，对摩阻试验结果进行线性回归分析，摩阻试验τ～σ相关曲线见图3。回归结果得：极限摩阻系数f极限=1.0648，比例摩阻系数f比例 =0.825。

图3 混凝土试块与基岩接触面摩阻试验τ～σ回归分析

4.3 摩阻系数的确定

对以上两种试验所测的摩阻系数必须按照规范的取值标准进行率定比选：

（1）极限摩阻系数按照《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63—2007）3.3.2中关于试验极限值与允许值取值关系的处理办法：［f摩］=0.5 f极限，那么本次试验混凝土与岩石接触面的摩阻系数允许值应为：［f摩］=0.5×1.0648=0.532。

（2）比例摩阻系数作为抗滑稳定的基本控制值，该值除以《公路桥涵地基与基础设计规范》（（JTG D63—2007）表4.4.3中抗滑安全系数1.3作为摩阻系数的最低控制界限，那么混凝土与岩石接触面的摩阻系数允许值为：［f摩］=0.825/1.3=0.635。

（3）对混凝土试块与岩石接触面的摩阻试验极限值和比例值分别得出的摩阻系数对比，取小值为试验推荐摩阻系数。因此，习水岸锚碇摩阻系数推荐值为0.53。

^{5 结语}

本次对锚碇摩阻原位验证试验测点选取数量符合《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-2013）的要求，最终得到的习水岸锚碇摩阻系数推荐值为0.53。

采取同样的检测方法，最终得到的江津岸锚碇摩阻系数推荐值为0.52。

笋溪河特大桥两端锚碇摩阻系数均不小于0.45，满足设计要求。

作者简介：

段辉（1978-），男，四川岳池人，总承包部副总工程师兼工程部主任，工程师，从事公路工程施工技术管理工作。