巖土工程勘察中剪切波速的應用

裴 軍

(中鐵四局集團 第一工程有限公司，安徽 合肥230041)

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巖土工程勘察中剪切波速的應用

裴 軍

(中鐵四局集團 第一工程有限公司，安徽 合肥230041)

為了較準確地確定地基基礎方案，本文采用剪切波速方法。依據(jù)對江西省共青城南湖區(qū)新建大學城進行的巖土工程勘察，對當?shù)剡M行場地土層剛度(剪切波速)的測試，進而確定建筑的場地類別。單樁豎向承載力特征值應以單樁垂直靜載荷試驗確定，采用群樁承臺設計時應考慮群樁承臺效應。合理的運用剪切波速的測試，可以較準確地確定地基方案。

剪切波速；場地土類別；樁基承載力；基礎設計；

波速測試技術作為先進的工程物探技術之一，在現(xiàn)代巖土工程勘察中得到了廣泛的應用，作為一項重要的測試與監(jiān)測方法逐漸引起國內(nèi)外巖土工程界的關注。目前，波速測試技術在鐵路工程，工業(yè)與民用建筑工程，水利水電工程，石油工程，冶金工程等巖土工程的地質(zhì)勘探領域均得到應用，并且取得了較為理想的實際效果。與傳統(tǒng)的巖土工程勘察技術相比，波速測試技術可以用于剪切波在巖體中傳播速度為測定，有效避免了室內(nèi)測試中存在的誤差較大及相關地質(zhì)問題。因此，在建筑物抗震設計時，場地土的剪切波速值是一個重要的動力性參數(shù)。通過波速測速可評價地基土的類別，便可進行土的物理力學指標的判定，以及場地固有周期的計算。國內(nèi)許多學者也因此對其廣泛研究[1-4]。本文對剪切波速的變化規(guī)律進行研究，合理的運用剪切波速的測試，可以較準確地確定地基方案，這具有實際意義。

1　工程背景

1.1工程概況

共青大學城一期江西財大地塊擬建場地位于共青城南湖區(qū)新建大學城內(nèi)，財大教學區(qū)總面積約700畝，主要建筑物特征如表1。

表1　擬建建筑物特征表

1.2場地土地震效應

按國標建筑抗震設計規(guī)范(GB50010)，場區(qū)的抗震設防烈度為小于6度，設計基本地震加速度為小于0.05g，設計地震分組為第一組，設計特征周期為0.35s。但按贛建抗[2009]1號文件精神，非抗震設防區(qū)的市、縣城區(qū)建設工程應不低于地震動參數(shù)0.05g(相當于地震基本烈度6度)進行設防，所以本工程抗震設防烈度為6度。依建筑工程抗震設防分類標準,本工程抗震設防類別為重點設防類。

2　土層剪切波速度檢測原理及儀器

現(xiàn)場測試方法采用單孔法,利用已經(jīng)鉆好的鉆孔, 將激振板置于井口1～3m處,并使其中點與井口的連線垂直于起振板，同時在其上加壓整體性較好的重物，然后錘擊激振板產(chǎn)生剪切波，并通過置于井內(nèi)的三分量檢波器將土的振動歷程輸入儀器，經(jīng)電腦分析，獲得各測點剪切波到時，經(jīng)計算可得到各土層的剪切波速[5]。圖1為單孔法測試系統(tǒng)方框圖。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集使用的儀器是中科院武漢巖土力學研究所智能儀器室生產(chǎn)的RSM—SW剪切波波速測試儀，采集的數(shù)據(jù)是由井中的三分量傳感器，通過儀器記錄三道波形，經(jīng)與電腦通訊，將儀器中的數(shù)據(jù)傳送到電腦中，處理后得到各土層的剪切波速，進而確定建筑的場地類別[6]。

3　測試結(jié)果

3.1剪切波速測試結(jié)果

通過剪切激發(fā)，檢測剪切波在土層中傳播速度，剪切波速是鉆孔內(nèi)相鄰二個測點中間土層的平均波速[7]。根據(jù)接收信號確定剪切波到達時間及激振源的觸發(fā)時間計算出剪切波到達鉆孔中某點的用時，由鉆孔中測點深度和激振源到鉆孔的距離確定波的行程，用行程除以時間即為波速[8]。見圖2。

第i層的剪切波速為：

Vi=hi/(ticosai-ti-1cosai-1)

Vi為第i層土的剪切波速；hi：第i層土的厚度；ticosαi為剪切波從孔口到達第i層土底面的時間；Ti-1cosαi-1為剪切波從孔口到達第i層土頂面的時間。

3.2場地類別的確定

根據(jù)場地十個鉆孔土層剪切波速實測值和巖土工程勘察資料，以土層厚度與各層剪切波速度計算出土層的等效剪切波速值，其結(jié)果如下：

4　單樁承載力的確定

4.1巖土層物理力學性質(zhì)指標建議值

根據(jù)標準貫入試驗、重型動力觸探試驗、室內(nèi)土工試驗，采用綜合類比法[9]，參照相關規(guī)范并結(jié)合鄰近工程經(jīng)驗提出各巖土參數(shù)指標建議值見表3。

4.2單樁承載力的估算與確定

根據(jù)表3中的樁基設計參數(shù)，選擇有代表性孔進行單樁豎向承載力特征值估算，單樁豎向承載力特征值估算結(jié)果詳見表4。單樁豎向承載力特征值應以單樁垂直靜載荷試驗確定，試樁數(shù)量在同一條件下不少于樁總數(shù)的1%，且不少于3根。采用群樁承臺設計時應考慮群樁承臺效應[10]。

表2　等效剪切波速計算結(jié)果

表3　各土層承載力特征值

備注:1、N、N63.5為修正后標準貫入試驗統(tǒng)計標準值及圓錐動力觸探試驗統(tǒng)計標準值。

表4　單樁豎向承載力特征值估算

備注：根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ94-2008中5.3.8、5.3.9計算。

5　討論

(1)地基基礎方案建議：本工程的建筑主樓及裙樓按同一種基礎考慮。根據(jù)上部荷載情況，結(jié)合共青城建筑經(jīng)驗，各建筑主樓建議采用淺基礎方案，也可采用如下樁基礎方案建議：2#的5F圖文信息大樓、3#的3～4F食堂、4#的5F學生宿舍、3F大學生活動中心、5F綜合樓推薦樁基礎(推薦人工挖孔樁)，持力層選強風化泥質(zhì)粉砂巖④，建議采用樁徑1000～1200 mm，樁長約6～15m，入持力層深度為1～2D。建議1#的5F教學樓、5#的4F教師活動中心、2F室內(nèi)體育館采用旋挖鉆孔灌注樁，以中風化泥質(zhì)粉砂巖⑤為持力層。建議采用樁徑800～1200 mm，樁長約6～15m，入持力層深度為(1～2)D。

(2)樁基工程正式施工前，應在現(xiàn)場進行試樁，以核實施工條件、樁端持力層及樁的穿透能力，確定單樁承載力特征值及抗拔能力，設計時以試樁數(shù)據(jù)為準。樁基施工完后，應按有關規(guī)范對樁身完整性及承載力進行檢測。

6　結(jié)論

1)波速試驗有較強的地區(qū)性，所以應該通過實測波速加以驗證。

2)各類土剪切波速與土體深度都具有顯著的相關性。

3)隨土體深度增加剪切波速的離散性有加大趨勢。

[1]邱海容.泉州市區(qū)場地土層剪切波速特征[J].西部探礦工程,2006, 18(1):135-137.

[2]鄭水敢,何珊儒,朱石穩(wěn).巖土工程勘察報告中地基均勻性及穩(wěn)定性評價[J].西部探礦工程,2006,18(1):60-62.

[3]張晉磊，李世峰，陳 康.基于分位數(shù)回歸的剪切波速變化規(guī)律[J].河北工程大學學報:自然科學版, 2014, 31(3):82-85.

[4]石兆吉,郁壽松,豐萬玲.土壤液化勢的剪切波速判別法[J].巖土工程學報, 1993(1):74-80.

[5]王幫圓，李世峰，王幫團，等.邯鄲市區(qū)場地土剪切波速與埋深相關性分析[J].河北工程大學學報:自然科學版, 2013, 30(3):92-95.

[6]高玉峰,劉漢龍,朱 偉,等.剪切波速對砂土層地震反應的影響[J].工程勘察, 2001(1):39-42.

[7]李 平,薄景山,孫有為.剪切波速差異性對地震反應的影響[J].世界地震工程, 2010(S1):133-137.

[8]高志兵,譚慧明,陶小三.飽和砂土最大動剪切模量的不同試驗對比研究[J].防災減災工程學報, 2010, 30(1):53-57.

[9]蘭景巖,劉紅帥,呂悅軍,等.表層土剪切波速的不確定性對地表設計譜平臺值的影響[J].吉林大學學報:地球科學版, 2012, 42(3):770-776.

[10]杜曉飛.工程勘察中地基土承載力確定研究[J].西部探礦工程, 2013, 25(5):1-4.

(責任編輯李軍)

Application of shear wave velocity in geotechnical engineering investigation

PEI Jun

(China Railway Four Bureau Group,First Engineering co., Ltd.Hefei Anhui 230041,China)

The scheme determination of foundation by field experiment to be sure, in order to accurately determine the scheme, based on the shear wave velocity method. Basis of komsomolsk jiangxi province south lake area new town of geotechnical engineering, the local field soil stiffness) (shear wave velocity test, collecting data through the three waveform record. By communication with computer, and transmit data from the instrument to the computer, the shear wave velocity of soil is obtained after processing, in turn, determine the type of construction field, the result is a characteristic value should be with single pile vertical bearing capacity of the single pile vertical static load test to determine, the number of piles in the same conditions of not less than 1% of the total, and not less than three, the group should be considered in the design of pile caps group effect of pile caps. Therefore, reasonable use of shear wave velocity test, can accurately determine the foundation plan.

shear wave velocity；Site type；The bearing capacity of pile foundation；foundation design

2016-03-09

中國中鐵科研項目(2016-70)

裴軍(1983-)，河南信陽人，工程師，研究方向為勘察技術與工程。

1673-9469(2016)03-0063-04

10.3969/j.issn.1673-9469.2016.03.013

TU

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