生石灰改良高含水量填土多種檢測方法對比

黃毅臣 賈 寧

填土為粘性土時,填土的含水量是影響填土壓實度的重要因素。為了使填土達到較好的壓實效果,必須使填土含水量在接近最優含水量(±2%)的狀態下壓實。

天津某變電站場址地面標高較低,回填土厚度較大,一般在2m～3m之間,場地局部地段填土厚度接近 6m。對于圍墻和管溝部分,擬直接以填土為基礎持力層。因此控制填土質量是工程關心的問題。但由于土源限制,填料含水量較大,一般在 30%～35%左右,填土摻灰前塑性指數 IP為 12.7左右。

為了加快工程進度,保證填土施工質量,采取了在填土中摻加生石灰的做法,摻灰量 6%～8%。摻灰后填土的最優含水量在 20%左右,最大干密度1.64 g/cm3。填土工作在秋季進行,歷時80 d。

針對填土成分比較復雜,均勻性較差的特點,一般采用在鉆孔中取土進行室內土工試驗,測定填土密度和其他力學性質指標的方法。但鉆孔取土測試數據往往離散性較大。如果將離散點的指標用來評價整個填土的性質,則其代表性較差。原位測試檢測方法則可以彌補這一缺陷,因此本文檢測采用了靜力觸探、十字板剪切試驗、熊貓儀、輕型動力觸探和標準貫入試驗 5種原位檢測手段,布置檢測點 100個。不同的檢測手段可以相互比較、相互驗證。

1 靜力觸探

本次檢測采用的靜力觸探探頭為雙橋探頭,可同時測定錐尖阻力qc和側壁摩阻力fs。探頭圓錐錐底截面積為 15 cm2,側壁面積為 300 cm2,錐尖錐角為 60°。探頭勻速垂直壓入土中,貫入速率約為1.2m/m in。典型錐尖阻力qc隨深度變化曲線和側壁摩阻力fs隨深度變化曲線見圖 1。

2 十字板試驗

檢測使用的十字板儀為電阻應變式十字板儀。該設備借助齒輪扭力裝置扭動十字板頭,用電子儀器測量土的抵抗力矩,從而計算出土的抗剪強度。

十字板板頭形狀為矩形,徑高比為 1∶2,板厚為 2.5 mm。扭轉剪切速率采用 1°/10 s～2°/10 s。除個別測點未求殘余強度外,大部分測點在測得峰值強度后,繼續測求了殘余強度。

典型峰值強度及測殘余強度隨深度的檢測曲線見圖 2。

3 熊貓儀

熊貓儀又叫便攜式可變能量動力觸探儀。本次檢測所使用的探頭的面積為2 cm2。每一錘均記錄錘擊深度和對應的動貫入阻力值qd。在繪制曲線和統計分析時,每 10錘測量結果進行了平均,即每 10錘為一個檢測點。

熊貓儀的檢測結果以動貫入阻力qd隨深度的變化曲線給出。典型檢測結果見圖3。

對站址圍墻內填土層熊貓儀實測 323個動貫入阻力 qd值數據點以 1MPa為區間,進行頻數統計。統計圖見圖 4。從圖 4可以看出,實測動貫入阻力大部分集中在 1MPa～6MPa之間,小于1MPa或大于6MPa的檢測點僅占總檢測點數的20%。但1MPa與 6MPa的變化范圍仍顯示了填土軟硬特性在空間上的不均勻性較大。

4 輕型動力觸探

本次檢測所用輕型動力觸探儀為輕型圓錐動力觸探儀。錘重10 kg,落距 50 cm。探頭直徑 40 mm,錐角 60°,探桿直徑25mm,材質為強化輕質鋁合金。檢測指標為每貫入 30 cm的讀數N10。典型檢測結果見圖 5。

檢測結果統計圖見圖 6。從圖 6可以看出,實測N10值大部分集中小于 40擊的區間內,大于40擊的檢測點僅占總檢測點數的13%。同樣,40擊的變化范圍仍顯示了填土軟硬特性在空間上的不均勻性較大。

5 標準貫入試驗

標準貫入試驗錘重63.5 kg,落距76 cm。探頭為帶管靴的對開管,對開管外徑51mm,內徑35mm,長度大于500mm。管靴長度66mm,刃口角度18°～20°,刃口單刃厚度2.5mm,探桿為DP-100型汽車鉆鉆桿,直徑 42mm。檢測指標為每貫入 30 cm的讀數N。典型檢測結果見圖 7。

6 綜合分析

綜合前面各項原位檢測結果,填土層檢測結果統計匯總見表1。

表1 填土檢測結果統計匯總

靜力觸探摩阻比 Rf=4.20,參考鐵道部《靜力觸探技術規則》(1989年)雙橋探頭劃分土類圖,判定填土巖性表現為粘性土,塑性指數 IP＞10。華東電力設計院和上海城建局設計院得到的比貫入阻力ps與錐尖阻力qc的回歸方程為:

根據蘇聯粘土和粉質粘土的承載力表(《工程地質手冊》第四版),查得填土地基承載力f0=120 kPa。

根據 GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范地基承載力計算一節,當基礎作用力偏心距不大于 0.033倍基礎底面寬度時,根據土的抗剪強度指標確定地基承載力特征值fa時,按式(2)計算:

其中,Mb,Md,Mc均為承載力修正系數;b為基礎寬度;d為基礎埋深;ck為基底下一倍短邊寬度內土的粘聚力標準值。

當土的內摩擦角等于0,荷載位于地表時,Mb=0,d=0,Mc= 3.14。由式(2)計算得到的地基承載力特征值fak=112 kPa。

根據我公司以往研究及工程經驗,熊貓儀實測動貫入阻力 qd值除以 43.86后,與地基承載力特征值fak相當,即:

由式(3)計算出的填土地基承載力特征值fak=90 kPa。

根據廣東省建筑設計研究院資料,由輕型動力觸探標準值19.05擊對應的地基承載力fk=114 kPa。根據標準貫入錘擊數N,填土承載力fk=105 kPa～130 kPa。

綜上所述,根據原位檢測結果,通過經驗公式分析,由靜力觸探檢測得到的地基承載力特征值 fak=120 kPa,十字板試驗為112 kPa,熊貓儀為90 kPa,動力觸探為90 kPa,標準貫入試驗為105 kPa。檢測結果比較相近。

7 結語

1)根據本次檢測結果,填土的各檢測指標變異系數較大,填土不均勻。2)采用多種檢測手段,測定填土力學性質指標,可避免傳統鉆探取樣,再進行土工試驗檢測方法結果離散性大,代表性較差的缺點,檢測結果可信度高。3)采用石灰改良高含水量填土,施工方便,質量較好。

[1] 劉惠芳.對土工試驗中幾個常見問題的分析[J].山西建筑, 2009,35(34):114-115.