桥梁桩基基岩膨胀岩力学性能试验研究

杨 秀 武

(宁夏华侨园集团公路工程有限公司，宁夏 固原 756000)



桥梁桩基基岩膨胀岩力学性能试验研究

杨 秀 武

(宁夏华侨园集团公路工程有限公司，宁夏 固原 756000)

为了探究某桥梁灌注桩基岩膨胀岩不同含水量条件与其抗压强度和抗拉强度的变化规律，对6孔54个岩样分别进行了天然状态、饱和状态和干燥状态下的单轴抗压强度、抗拉强度试验，并依据试验，建立了含水量与抗压强度和抗拉强度之间的函数方程及软化系数，为同类工程提供了理论依据。

灌注桩，膨胀岩，抗压强度，抗拉强度

0 引言

膨胀岩遇水会发生膨胀，其强度会随之发生降低变化，现有文献[1]～[6]分别开展了温度与膨胀岩强度规律、冻融循环与膨胀岩强度规律、膨胀岩的判别方法和工程加固方案的研究。该研究依托某桥梁工程灌注桩基础底部膨胀岩基岩，研究了含水量与抗压强度和抗拉强度之间变化规律。

1 试验方案

为明确掌握某桥梁灌注桩基岩的工程特性，分别对6点膨胀岩基岩3 m深度钻孔取样，每孔每米制样3个试样，每孔制样9个，分别进行了天然状态、干燥状态和饱和状态下的单轴抗压强度、抗拉强度试验及蒙脱石和伊利石含量测定。试验方案见表1。

表1 试验方案

2 试验方法

泥岩强度试验为岩石抗压、抗拉试验，试验仪器为WES-1000B型数字式万能试验机，分别进行抗压和抗折强度试验。

岩石单轴抗压强度试验：试验时以游标卡尺测量试样直径，精确小数点后2位，以0.5 MPa/s～1.0 MPa/s的加载速度加荷，直至试样破坏，并记录破坏荷载P，按照R=P/A计算，其中，R为岩石单轴抗压强度；A为垂直于加荷方向的试样横截面积。

岩石抗拉强度试验：沿高线垫钢丝垫条，把试样置于试验机承压板中心，以0.3 MPa/s～0.5 MPa/s的加载速度加荷，直至试样破坏，并记录破坏荷载P，单位N，计算公式如下：

σt=2P/πDh。

式中：σt——岩石抗拉强度，MPa；P——破坏荷载，N；D——试样直径，mm；h——试样高，mm。

3 试验结果分析

3.1 抗压强度分析

天然状态、饱和状态和干燥状态下抗压强度试验结果见表2～表4。

表2 孔1天然状态抗压强度及含水量

表3 饱和状态抗压强度及含水量

表4 干燥状态抗压强度及软化系数

由表4及试验试样观察可得：基岩的软化系数在0.4～0.6之间，软化系数较小，属于软岩，其易遇水软化，强度损失较大，对岩石的稳定危害较为突出。依据含水量与各强度数据可简单给出它们之间的关系见图1，由图1可以得出不同深度处的基岩抗压强度随着含水量的增加呈现二次曲线关系降低。

3.2 抗折强度分析

天然状态、饱和状态和干燥状态下的试验结果如表5～表7所示。

表5 天然状态抗折强度及含水量

表6 饱和状态抗折强度及含水量

表7 干燥状态抗折强度

由图2可以得出不同深度处的基岩抗折强度随着含水量的增加而降低的趋势变化。

3.3 矿物成分分析

试验对每孔第一个取样进行成分测定，试验过程中，先用XRF测定了矿物中的金属元素，然后再用XRD测试(X射线荧光光谱分析)了其中各种矿物的含量。

试验结果表明：伊利石含量为6.48%～19.21%，蒙脱石含量为2.38%～12.84%；蒙脱石和伊利石的亲水性很强，遇水体积可增加几倍，易造成岩石膨胀软化，基岩强度降低，故必须考虑含水量变化对工程的不利影响。

4 结语

通过抗压试验、抗折试验和成分测定试验，建立含水量与抗折强度和抗压强度方程，在工程施工方案制定时可以根据不同含水量工况计算基岩的强度，同时由成分分析和软化系数可知，该基岩具有较高的膨胀软化，易对工程造成不良影响。

[1] 蔡耀军,王小波,李 亮,等.膨胀岩湿化崩解特性及膨胀性快速鉴别研究[J].人民长江,2015(7):44-47.

[2] 范秋雁,张 波,李 先.不同膨胀状态下膨胀岩剪切蠕变试验研究[J].岩石力学与工程学报,2016(A2):3734-3746.

[3] 杨军平,樊永华.温湿效应对膨胀岩吸水软化作用的影响[J].科学技术与工程,2016,16(20):259-263.

[4] 徐新鹏.某新建高速铁路膨胀(岩)土地段施工方法探讨[J].铁道勘察,2016,42(6):29-32.

[5] 刘鑫源,施立平.特殊地质区铁路桥涵特殊地基设计方案研究[J].铁路工程造价管理,2013,28(2):5-7.

[6] 曾志雄.延吉风化膨胀岩的工程力学特性及其干湿—冻融循环效应[D].北京：中国科学院大学,2016.

The test research on the mechanical properties of bridge pile foundation bedrock expansive rock

Yang Xiuwu

(NingxiaOverseasChineseGardenGroupHighwayEngineeringLimitedCompany,Guyuan756000,China)

In order to explore the different moisture conditions of a bridge cast-in-place pile bedrock expansive rock and the change laws of compressive strength and tensile strength, this paper made uniaxial compressive strength, tensile strength test to 6 holes 54 samples in natural state, saturated and dry conditions, and according to the test, established the function equation and softening coefficient between moisture and compressive strength and tensile strength, provided theoretical basis for similar engineering.

cast-in-place pile, expansion rock, compressive strength, tensile strength

1009-6825(2017)15-0155-03

2017-03-15

杨秀武(1968- )，男，高级工程师

U443.1

A