靜力觸探試驗(yàn)在公路地基承載力檢測中的應(yīng)用

趙 杰

(河南省交通公路質(zhì)監(jiān)有限公司，河南 南陽 473000)

1 靜力觸探試驗(yàn)的特點(diǎn)

靜力觸探是指通過壓力裝置向試驗(yàn)土層內(nèi)壓入觸探桿，利用量測系統(tǒng)，對(duì)土的貫入阻力進(jìn)行測定，從而獲取土的容許承載力、變形模量等基本物理力學(xué)特性。因地層類土的類型不同、軟硬程度不同，因此，觸探桿探頭所受阻力也存有一定區(qū)別，此類大小不一的貫入阻力通過傳感器電信號(hào)可輸入到記錄儀表內(nèi)并進(jìn)行記錄。以此通過貫入阻力和土的工程地質(zhì)特征之間的定性關(guān)系或統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系，來獲取工程地質(zhì)勘察信息，例如淺基承載力等。在公路地基承載力檢測中，靜力觸探試驗(yàn)具有操作簡便、工作效率高、檢測速度快、精度高等優(yōu)勢。

1)通過靜力觸探劃分土層，通過測試可獲取連續(xù)性數(shù)據(jù)，還原土層信息，增強(qiáng)分層的客觀性，減少或消除工程技術(shù)人員的主觀意識(shí)干擾。

2)作為一種原位測試方法，靜力觸探可同時(shí)實(shí)現(xiàn)勘探和測試的功能，能夠提高土層信息檢測的準(zhǔn)確性。

3)靜力觸探無需取樣，再現(xiàn)性好，相比常規(guī)勘察方法鉆探、取樣及室內(nèi)試驗(yàn)等，無需擾動(dòng)土樣，可直接測試原狀土，檢測結(jié)果良好。

2 工程概況

某公路工程為雙向四車道，全長143.182 km，路基寬28 m。經(jīng)勘查報(bào)告發(fā)現(xiàn)，本路段存在范圍較廣的軟土，地勢低洼，地下水豐富，導(dǎo)致土質(zhì)長期受水浸泡而軟化。針對(duì)軟土段，本工程采用鉆探、輕型觸探等方法進(jìn)行了軟基前期勘察作業(yè)，其中K0+000～K92+642段為勘察路段，全長92.642 km，其中軟土段較長，為53.4 km。勘察時(shí)，機(jī)械鉆孔數(shù)量為132個(gè)，簡易勘探孔共606個(gè)，土樣共77組，標(biāo)貫為492次。

勘查顯示，沿線多為飽和淤泥、淤泥質(zhì)粘黏及砂土等軟土類型，呈流塑-軟塑狀，為2～6 m厚，最大值可達(dá)到8 m左右。一般來講，采用清淤換填或水泥攪拌樁復(fù)合地基方案進(jìn)行軟基處理。根據(jù)工程實(shí)際情況，45.8 km為清淤換填段長度，7.6 km為攪拌樁段長度，需要287 055根樁，平均樁長5.6 m。通過上述情況了解到，此次施工前針對(duì)軟土段進(jìn)行了大量前期勘察工作，但整體來講，軟土取樣數(shù)量較少，這表明軟土取樣條件不太好，多數(shù)軟土無法取出原狀土樣。表1為本路段軟土特性指標(biāo)，由表1可見，軟土存在一定離散性，標(biāo)貫以1～5擊為準(zhǔn)，這種情況下，無法保證軟土特性判定的準(zhǔn)確性，這說明采用常規(guī)軟土勘察法仍有一定弊端。

表1 軟土鑒別(特性)指標(biāo)表

3 靜力觸探試驗(yàn)的應(yīng)用

為全面了解和精確判斷軟土特性和力學(xué)指標(biāo)，需要做好試驗(yàn)檢測工作。根據(jù)工程實(shí)際和地質(zhì)條件，決定采用靜力觸探法進(jìn)行軟土地基承載力檢測，以便于更好地采用軟土處治辦法。相比其他試驗(yàn)方法，靜力觸探在地基土承載力檢測中，更具客觀性、精確性。結(jié)合工程實(shí)際情況，本路段典型軟弱土層的靜力觸探參數(shù)、承載力范圍等情況，如表2所示。整體來講，淤泥①和黏性土②具有良好規(guī)律性。但是砂土層③、④因其分布不均勻，數(shù)據(jù)離散性過大。

表2 軟土層靜力觸探參數(shù)與承載力表

3.1 試驗(yàn)條件

為驗(yàn)證檢測效果，選擇具有代表性的路段作為試驗(yàn)段，起訖樁號(hào)為K17+520～K71+660段，本路段屬于水田段。按照鉆探揭示，淤泥質(zhì)黏土或淤泥質(zhì)砂土位于上層，灰、暗灰色，呈軟塑狀，01.2～3.8 m厚。在下層部位存在松散砂層，其中夾雜薄層淤泥。5.4 m為軟土厚度。

3.2 樁間土承載力計(jì)算

根據(jù)施工方案，本路段采用水泥攪拌樁進(jìn)行軟基處治。相關(guān)參數(shù)為樁長：6.5 m；樁徑：50 cm；樁間距：1.3 m。為提高復(fù)合地基加固質(zhì)量，在加固前、后均須進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)，可得結(jié)果如表3所示。

表3 樁間土不同深度加固前后承載力表

由表3可見，0～1.0 m土層深度時(shí)，因水泥攪拌樁施工有填土墊層鋪設(shè)，已具備一定承載力。軟土層主要深度集中于1.0～4.0 m，待施工后，水泥攪拌樁間的土承載力可提升1.5倍左右。具有較高砂質(zhì)含量的部位，承載力較大，原因在于水泥漿沿含砂地層滲透導(dǎo)致。通過表3的承載力試驗(yàn)數(shù)據(jù)加權(quán)平均，可獲取樁間土天然承載力，為79.4 kPa，水泥攪拌樁加固之后，承載力有所增加，為96.5 kPa。

3.3 復(fù)合地基承載力確定

一般情況下，可通過現(xiàn)場單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)進(jìn)行水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力的確定。依據(jù)設(shè)計(jì)文件，150 kPa為本段地基承載力設(shè)計(jì)值，300 kPa為對(duì)應(yīng)極限荷載。根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行荷載試驗(yàn)。試驗(yàn)中，按照0.2%總樁數(shù)來確定荷載點(diǎn)頻率。圖1為K71+620位置的Q-S曲線。

圖1 K71+620復(fù)合地基荷載試驗(yàn)Q-S曲線圖

按式(1)、式(2)進(jìn)行復(fù)合地基承載力特征值的計(jì)算，具體如下。

fspk=mRa/Ap+β(1+m)fsk

(1)

Ra=ηfcuAp

(2)

其中，復(fù)合地基承載力特征值由fspk表示；面積轉(zhuǎn)換率由m表示；單樁豎向承載力特征值由Ra表示；樁的截面積由Ap表示；樁間土承載力特征值由fsk表示；樁間土折減系數(shù)由β表示，取值0.9；水泥土試塊抗壓強(qiáng)度平均值由fcu表示；樁身強(qiáng)度折減系數(shù)由η表示，取值0.3。

通過樁設(shè)計(jì)參數(shù)，可獲取面積轉(zhuǎn)換率，為13.5%。根據(jù)水泥攪拌樁現(xiàn)場抽芯、室內(nèi)抗壓強(qiáng)度結(jié)果等，可獲取樁身混凝土抗壓強(qiáng)度，為2.0 MPa。

通過公式(2)可獲取單樁承載力特征值，為118 kN，結(jié)合靜力觸探試驗(yàn)獲取的樁間土承載力96.5 kPa，并通過公式(1)獲取復(fù)合地基承載力特征值，為156.3 kPa，可滿足規(guī)范要求。

綜上所述，在水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值確定中，當(dāng)樁身抗壓強(qiáng)度、樁間土折減系數(shù)、樁身強(qiáng)度折減系數(shù)取值合理的情況下，僅采用靜力觸探試驗(yàn)就可保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，可通過現(xiàn)場大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)這些系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

4 結(jié)語

目前，在公路工程當(dāng)中常用的原位測試方法為靜力觸探，該檢測法可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測試，從而獲取連續(xù)的地層數(shù)據(jù)和信息。地基承載力是檢驗(yàn)公路質(zhì)量的指標(biāo)之一，靜力觸探試驗(yàn)在公路地基承載力檢測中的應(yīng)用，可有效提高檢測的準(zhǔn)確性。