基于靜力觸探試驗計算地基土壓縮模量的研究

李 斌

(北京市勘察設(shè)計研究院有限公司，北京 100038)

基于靜力觸探試驗計算地基土壓縮模量的研究

李 斌

(北京市勘察設(shè)計研究院有限公司，北京 100038)

通過北京周邊巖土工程勘察實例，利用靜力觸探成果計算了地基土壓縮模量的經(jīng)驗系數(shù)，得出該工程場區(qū)的經(jīng)驗系數(shù)基本在建議值的范圍之內(nèi)，且經(jīng)驗系數(shù)較大，與北京周邊土質(zhì)較硬相吻合。

地基土，靜力觸探試驗，壓縮模量，經(jīng)驗系數(shù)

0 引言

靜力觸探于1917年問世，已有一百年的歷史。一百年來，靜力觸探技術(shù)在測試設(shè)備的研制、生產(chǎn)、測試方法改進(jìn)、測試成果的解釋方面取得了很大的進(jìn)步。目前，靜力觸探技術(shù)被許多國家列入國家規(guī)程或規(guī)范，并且對該項原位測試原理進(jìn)行了較深入的研究，從理論上解釋實際工程中原位測試時的現(xiàn)象[1]。下面通過一個北京周邊地區(qū)工程實例討論通過靜力觸探試驗計算地基土壓縮模量的經(jīng)驗系數(shù)問題。

1 工程概況

本工程擬建場區(qū)位于北京市東部，太行山、燕山山地與渤海灣之間的河北平原北部，潮白河?xùn)|岸。地形平坦開闊，地勢由西北向東南微傾斜，地面坡降0.3‰～0.5‰，地貌屬潮白河沖積平原二級堆積階地。自然地面標(biāo)高為19.3 m～20.6 m左右。

本工程中采用靜力觸探測試的地層巖性特征一覽表見表1。

2 試驗原理及步驟

2.1 試驗原理

靜力觸探較動力觸探而言，幾乎沒有沖擊荷載。因此該原位測試方法是用準(zhǔn)靜力的方法將裝有傳感器的探頭勻速貫入土中。對于不同強(qiáng)度地層在貫入過程中傳感器所受到的阻力不同，傳感器將不同大小的阻力轉(zhuǎn)換為電信號并記錄下來。

表1 地層巖性特征一覽表

靜力觸探的主要設(shè)備有：探頭(也即阻力傳感器)、壓力裝置、量測記錄儀表。靜力觸探試驗設(shè)備示意圖參見圖1。

2.2 試驗步驟

測試方法和步驟主要有以下幾點:

1)先把靜力觸探探頭壓入土層里約15 cm～20 cm，然后向上拔出約5 cm，須等待記錄儀無明顯溫度漂移后，記錄初始讀數(shù)或儀器調(diào)零后再次重復(fù)以上步驟。

2)靜力觸探試驗過程須勻速貫入，貫入速度為(20±5)mm/s且每隔0.1 m記錄一次讀數(shù)。

3)靜力觸探試驗過程中，若測得讀數(shù)變化較大，或每2 m間隔應(yīng)上拔探桿約5 cm，測定探頭空載的讀數(shù)，測試結(jié)束時同樣測記數(shù)據(jù)。

4)靜力觸探試驗過程中，應(yīng)每隔2 m～4 m校核一次貫入深度和記錄深度之間的誤差，若存在誤差則記錄并調(diào)整。

5)靜力觸探試驗發(fā)生異常，則應(yīng)記錄并妥善處理。

6)靜力觸探試驗結(jié)束或遇下列情況時，可停止試驗：a.觸探機(jī)負(fù)荷超出額定負(fù)荷20%；b.探頭貫入阻力超出額定荷載20%；c.探桿所承受應(yīng)力超過容許應(yīng)力；d.反力裝置有上升趨勢。

7)靜力觸探試驗結(jié)束，應(yīng)記錄空載讀數(shù)，與試驗前空載讀數(shù)對比，不符合要求時重新試驗。靜力觸探試驗現(xiàn)場見圖2。

3 試驗數(shù)據(jù)成果統(tǒng)計

本工程在69個鉆孔中進(jìn)行了靜力觸探試驗，共采集靜力觸探試驗數(shù)據(jù)8 280個，成果統(tǒng)計見表2。

表2 靜力觸探試驗成果統(tǒng)計表

4 試驗成果應(yīng)用研究

利用靜力觸探試驗成果計算地基土的壓縮模量的方法突出優(yōu)點是快速、簡便、有效。

4.1 壓縮模量ES計算方法

1)粘性土的壓縮模量ES一般用下面公式計算：

ES=ξ·qc。

其中，ES為地基土的壓縮模量；ξ為經(jīng)驗系數(shù)；qc為多橋靜探錐頭阻力。

Mitchell和Gardner匯總了Sanglerat各類土的ξ值，見表3。

表3 粘性土經(jīng)驗系數(shù)范圍統(tǒng)計表

2)砂土的壓縮模量ES一般用下面公式計算：

ES=ξ·qc。

其中，ES為地基土的壓縮模量；ξ為經(jīng)驗系數(shù)；qc為多橋靜探錐頭阻力。

其中，經(jīng)驗系數(shù)ξ值一般為1.4～4.0，常見的經(jīng)驗值參見表4。

表4 砂土經(jīng)驗系數(shù)范圍統(tǒng)計表

4.2 與本工程中壓縮模量經(jīng)驗系數(shù)ξ對比

根據(jù)本工程勘察成果按上述公式換算分析得到本工程的經(jīng)驗系數(shù)ξ值見表5。

表5 本工程經(jīng)驗系數(shù)ξ計算表

上述本工程中計算得出的經(jīng)驗值與建議的經(jīng)驗系數(shù)對比情況見圖3。

由計算得出的結(jié)果可以看出：除②2層的粉砂、細(xì)砂經(jīng)驗系數(shù)超過建議值上限外，本工程其余巖性計算得到的經(jīng)驗系數(shù)均在建議值范圍之內(nèi)。②2層粉砂、細(xì)砂壓縮模量由經(jīng)驗公式計算得出，可能是造成數(shù)值異常情況的原因之一。

5 結(jié)語

本文通過工程實例的實測數(shù)據(jù)按經(jīng)驗公式計算，得到本工程場區(qū)雙橋靜力觸探計算土體壓縮模量的經(jīng)驗系數(shù)ξ，并對比了計算值與建議值的差異。通過對比可以看出本工程場區(qū)的經(jīng)驗系數(shù)基本在建議值的范圍之內(nèi)，較有規(guī)律，同時也看出本工程的經(jīng)驗系數(shù)較大，這與北京周邊土質(zhì)較硬相吻合。

雖然已有研究總結(jié)了靜力觸探計算壓縮模量的經(jīng)驗系數(shù)范圍，但由于地區(qū)之間差異大、經(jīng)驗性比較強(qiáng)，且北京地區(qū)巖土工程勘察很少采用此原位測試方法，因此該區(qū)域靜力觸探成果經(jīng)驗系數(shù)還有待大量工程實例來驗證與總結(jié)。

[1] 祝龍根,劉利民,耿乃興.地基基礎(chǔ)測試新技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002：71-77.

[2] DBJ 11—501—2009,北京地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計規(guī)范[S].

[3] GB 50021—2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[4] 徐文根,陳 健,魏 珊.靜力觸探技術(shù)成果在工程中的應(yīng)用[J].科技與生活,2011(12):169-170.

[5] 高新強(qiáng),竇建平,張會斌.靜力觸探試驗曲線中異常數(shù)據(jù)的處理方法[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報,2002(8):8-11.

Research on foundation soil compression modulus calculation based on cone penetration test

Li Bin

(BeijingSurveyandDesignResearchInstituteLimitedCompany,Beijing100038,China)

Through the geotechnical engineering survey example around Beijing, this paper calculated the empirical coefficient of foundation soil compression modulus using the cone penetration test results, gained the empirical coefficient proposed value of the engineering sites primarily within the scope, and the empirical coefficient was larger, matched with the harder soil around Beijing.

foundation soil, cone penetration test, compression modulus, empirical coefficient

1009-6825(2017)05-0113-03

2016-12-08

李 斌(1984- )，男，工程師

TU432

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