岩基中的裂隙处理方法探讨

2022-09-10

1 裂隙分类

裂隙是指岩石的裂缝, 是岩石中发育有一定长度、具有一定沿展方向的不连续面, 包括节理、劈理、面理、小断层。有些裂隙的断面可以很平滑, 有些则很粗糙。有些裂隙横平竖直非常整齐 (成组出现, 以X节理为代表) , 将岩石切割得井井有条。裂隙的分类方法很多, 裂隙按成因可分为原生裂隙和次生裂隙, 原生裂隙为岩石成岩过程中形成的, 如层理, 而次生的裂隙则为岩石形成后在外力作用下形成的裂隙, 如断层、节理等;按产生裂隙的力的来源分为构造裂隙和非构造裂隙。按力的性质分为剪切裂隙和张性裂隙。不同的裂缝对地基产生着不同的影响, 本文根据裂隙所处工程部位, 规模大小和工程性状, 将裂隙分为5种类型。

(1) 卸荷裂隙位于斜坡边缘, 一般上部张开而下部呈闭合状, 常被粘性土充填, 偶见植物根系和地下水滴浸。

(2) 软弱夹层, 范围较广, 泥化夹层、相对较软的岩性带均可划入这个范畴, 其形成的原因一般是由于局部岩性变化或岩体内具有某种特性的矿物质 (亲水矿物、可溶矿物) 相对富集加上地下水的长期作用, 这种带一般不连续, 成团块状或局部成面状, 分布范围有限。

(3) 缓倾型裂隙, 其所处位置十分重要, 如果在平缓的场地, 裂隙面不临空, 在地基中出现对建筑影响不大, 处理简单, 一旦裂隙位于斜坡地段, 并且裂隙面临空, 则对场地稳定性起着控制性的作用。

(4) 陡倾型裂隙, 一般属构造节理, 裂隙面比较平直, 有一定规模。

(5) 中间型裂隙, 介于缓倾和陡倾型之间, 问题的类型较多, 比较难于处理。

2 裂隙对地基的影响

岩石裂隙的存在不仅降低了岩石的强度, 同时也使岩石的透水性能加强。裂隙越大、发育率越高, 强度越低。如果裂隙发育的方向单一, 则裂隙间的连通性较差, 渗透性也就较小。如果裂隙间彼此交错发育, 则裂隙间的连通性好, 岩石的渗透性就强, 对场地的稳定不利。有单个裂隙的地基的承载力并不随裂隙倾角的变化而递增或递减, 随着倾角的增加, 承载力起初是逐渐减小, 当达到某个极小值后, 承载力反而逐渐变大。虽然裂隙强度对岩石地基的承载力影响很大, 但当裂隙倾角比较小或比较大时, 对承载力影响不大, 除此之外, 裂隙位置也对承载力影响很大, 若裂隙距基础很近, 承载力会大幅度低。

3 处理方法

通常情况下, 在构造运动较弱的地区, 岩石裂隙主要表现为节理的形式, 规模不大, 延伸短, 基本没有位移, 对这种裂缝, 一般采取剔打、清缝、灌浆等方法进行处理。陡倾的裂缝, 比如垂直的裂缝, 可采用砼塞;对于介于平缓型和陡倾型的中间型, 主要还是采用换填一定深度内的部分软土, 换填方式一般采用放阶式剔打, 与基础放阶类似。

除常用方法外, 也可根据一些具体情况, 结合当地的建筑经验, 采取行之有效的其它方法, 如采用钢筋砼梁板跨越, 或刚性较大的平板基础覆盖, 但支点必须放在较完整的岩石上;也可用调整柱距的方法处理。

4 工程实例

某高层住宅楼在地基施工过程中发现一宽大裂隙, 该裂缝位于建筑物的中部, 走向北西-南东向, 贯穿整座拟建物, 裂缝产状:220°～240°、∠53°～∠73°, 总体倾角60°～65°。地基岩性为泥岩夹砂岩透镜体, 岩石呈中风化状。距建筑南侧2m为一高约10m的人工岩质边坡。经观察发现, 裂隙在南侧人工边坡上出露时呈闭合状, 缝隙两侧岩性不连续;而在基底标高面上表现出宽窄不一的破碎带, 破碎带宽30cm～80cm, 由母岩破碎而成, 破碎带内偶见构造透镜体, 带壁上可见镜面擦痕, 据此判定为断层。断层在剖面和平面上呈波状起伏延伸, 具有明显的压扭性特征, 属压扭性逆断层。由于该断层的破碎带具有一定宽度, 实际上已形成了地基中的软弱层。

对这种倾角较大的断层破碎带, 到目前为止, 仍没有一种理论依据充分的处理方法, 我们从下面三个方面进行了尝试。

住宅楼层高3 3层, 拟采用条形基础和筏板基础, 条基宽约2m, 设计荷载1400kPa, 对该断层处理的关键是估算地基影响深度, 从而确定需要处理的深度。

(1) 按均布荷载作用下的应力分布估算:根据工程经验, 破碎带岩石地基承载力可达500kPa～550kPa, 设计承载力为1400kPa, 尚需增加地基强度900kPa左右。均布条形荷载作用下的地基土中的应力, 查均布条形荷载下的应力系数表。均布条形中心荷载P作用下地基土中z深度处的应力, 可按下式计算:

σz=αzp若σz为560kPa, p=1400kPa, 则αz=0.4;对应的深度约3m, 即需要处理的深度3m左右。

(2) 按满足上部结构变形要求, 计算变形深度。建筑物的地基变形值, 不应大于建筑物正常使用极限状态时所允许的变形值, 即满足:s<△

式中:s为地基变形计算值;

△为建筑物正常使用极限状态下的变形允许值;本建筑允许变形2mm。

将破碎带的岩石视为粘土岩, 其弹性模量为50～320mPa, 用上式估算, 处理深度约1.2m左右。

(3) 根据洞跨比的概念, 推测处理深度。根据地区建筑经验, 在中心荷载作用下, 将基底下的裂缝视为洞室, 缝宽作为洞跨, 若洞室顶板厚度大于2倍洞跨, 则认为洞室对上部建筑无影响;即本工程按洞跨为80cm考虑, 需处理约1.6m的深度。

本工程在实施过程中, 经综合考虑后, 把处理深度确定在2m左右, 效果良好。

(1) 、 (2) 方法的思路还是可以, 但存在明显的不合理: (1) 方法不管裂缝宽、窄, 处理方法和处理结果都一样; (2) 方法的计算式表明, 破碎带的岩石越硬 (即模量越大) , 需要处理的深度反而越大, 有点不合逻辑;第 (3) 种方法简明, 但毕竟洞室和破碎带的问题是两个完全不同的问题, 一个是线, 一个是面, 在边界条件上还需再分析。