卵石地基的勘測(cè)方法及承載力分析

喬 飛

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

1 砂卵石地基的成因與基本特征分析

1.1 砂卵石地基的成因

根據(jù)地理歷史資料顯示，水動(dòng)力搬運(yùn)沉積是砂卵石土形成的主要原因。第四紀(jì)是冰川活動(dòng)的重要地質(zhì)時(shí)期，在長(zhǎng)期的冰川、冰水搬運(yùn)堆積作用下，陸源碎屑物開(kāi)始沉積，直到形成以江湖、湖濱為主的沖積物。根據(jù)水動(dòng)力作用條件和地形地勢(shì)的不同，砂卵石土的成因類型也有所不同，具體如表1所示。

表1 砂卵石地層的成因類型

1.2 砂卵石地層特征

砂卵石土通常分布在水動(dòng)力條件強(qiáng)烈的區(qū)域，不同砂卵石土的成因類型，其特征也不同，具體表現(xiàn)為:

1)洪積成因的砂卵石地層。

該砂卵石地層具有斜層理和交錯(cuò)層理的特點(diǎn)，沿水流方向，粗顆粒一次一次地覆蓋在細(xì)顆粒上，在侵蝕堆積作用下逐步降低水力坡度，所以使得砂卵石層的粒徑呈現(xiàn)出從上到下逐漸變細(xì)的特征。

2)沖積成因的砂卵石地層。

對(duì)于山區(qū)河谷而言，該砂卵石地層具備顆粒粗大、承載力高、級(jí)配好、分布變化大、邊緣厚度薄等特征;對(duì)于平原河谷而言，該砂卵石地層具備厚度穩(wěn)定、分布廣泛、承載力高、力學(xué)強(qiáng)度好等特征。

3)濱海沉積的砂卵石地層。

該砂卵石地層分布受海岸平緩程度的影響較大，對(duì)于陡峻的海岸而言，砂卵石層的顆粒較大、密實(shí)度較差;對(duì)于平緩的海岸而言，砂卵石層的厚度大、分布廣、磨圓度好、層位穩(wěn)定，可以作為工程的地基持力層。

4)冰川沉積的砂卵石地層。

該砂卵石地層雜亂無(wú)序、厚度偏小、顆粒分布零星、分選性較差，不宜作為工程地基的持力層。

5)三角洲沉積的砂卵石地層。

該砂卵石地層是砂卵石與淤砂交互沉積的地層，具備成分復(fù)雜、承載力低的特點(diǎn)，不宜作為工程地基的持力層。

2 砂卵石地基常用的勘測(cè)方法分析

2.1 鉆孔勘探方法

該方法是指利用各種鉆探工具對(duì)砂卵石地基進(jìn)行分層取樣，并對(duì)取樣進(jìn)行鑒別、測(cè)試的方法。由于砂卵石層具備結(jié)構(gòu)松散、巖性不均、孔隙比較大、部分級(jí)配規(guī)律性較差等特點(diǎn)，所以在使用鉆孔勘探方法時(shí)，要避免因鉆探工具的鉆入破壞砂卵石層原本的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響勘測(cè)結(jié)果。為此，應(yīng)當(dāng)選用先進(jìn)的鉆進(jìn)技術(shù)，在鉆進(jìn)時(shí)避免發(fā)生孔壁坍塌、沖洗液漏失等問(wèn)題。

2.2 掘探法

該方法是指通過(guò)人工開(kāi)挖探井、探槽，進(jìn)而對(duì)槽壁土層性質(zhì)進(jìn)行直接觀察和鑒別的勘探方法。掘探法適用于含有大塊漂石無(wú)法采取鉆孔勘探方法的砂卵石地基勘測(cè)，在人工開(kāi)挖的探槽內(nèi)可以準(zhǔn)確了解土層的分層埋深和厚度，通過(guò)取樣分析砂卵石土層的密實(shí)度和粒度成分。

2.3 物探法

該方法主要根據(jù)砂卵石地基巖土的不同物理性質(zhì)，利用儀器設(shè)備測(cè)試物理場(chǎng)變化，并根據(jù)物理場(chǎng)變化判斷地下地質(zhì)情況的方法。物探法具備勘測(cè)效率高的優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于具有相同物理性質(zhì)的不同巖體，或具備不同物理性質(zhì)的同一巖體進(jìn)行勘測(cè)時(shí)，物探法難以得出單一的結(jié)論。為了提高物探法的勘測(cè)效果，應(yīng)當(dāng)根據(jù)砂卵石地基的實(shí)際情況，采用綜合物探法。

2.4 動(dòng)力觸探試驗(yàn)

該方法是利用落錘能量，將探頭打入土中，并以打入的難易程度為依據(jù)，是判斷土層性質(zhì)的一種勘測(cè)方法。探頭打入的難易程度可用貫入度、探頭單位面積貫入阻力以及錘擊數(shù)進(jìn)行描述，根據(jù)落錘質(zhì)量大小，可將動(dòng)力觸探分為輕型、重型和超重型三種。

3 砂卵石地基的承載力研究

通過(guò)查閱大量的資料后發(fā)現(xiàn)，相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中列出的砂卵石地基承載力的下限值多采用300 kPa。為了對(duì)砂卵石層的力學(xué)性能進(jìn)行合理利用，下面采用定量分析的方法，對(duì)砂卵石地基承載力與超重型動(dòng)力觸探之間的關(guān)系進(jìn)行分析，并借助修正后的N120值給定砂卵石地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值，具體分析過(guò)程如下。

3.1 數(shù)據(jù)處理方法的選擇

在實(shí)際測(cè)試的過(guò)程中，很多因素都會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響，并且因?yàn)閮x器設(shè)備的原因也容易引起試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差，為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要對(duì)一些異常數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒別，并舍棄部分?jǐn)?shù)據(jù)，比較常用的方法有兩種:一種為樹(shù)端值判別法，該方法對(duì)異常數(shù)據(jù)的判別準(zhǔn)則為:最大或是最小測(cè)試數(shù)據(jù)的殘差滿足|ej|＞G(n，a)·S，則可判定測(cè)試數(shù)據(jù)異常，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行舍棄;另一種方法是t檢驗(yàn)準(zhǔn)則法，該方法的判定依據(jù)為:先將可疑值排除在外，然后進(jìn)行平均值與標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，最后再利用t分布進(jìn)行檢驗(yàn)，由此便可確定出異常數(shù)據(jù)，并進(jìn)行舍棄。大量的實(shí)踐證明了后一種方法的可靠性更高。

3.2 砂卵石地基承載力研究

1)N120與卵石中砂粒含量的關(guān)系分析。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，砂卵石的超重型動(dòng)力觸探擊數(shù)與下列因素有關(guān):卵石土的組成、測(cè)試深度、密實(shí)度以及充填物類型等等。通過(guò)對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)N120的值出現(xiàn)變化時(shí)，砂卵石當(dāng)中的顆粒含量會(huì)出現(xiàn)帶有規(guī)律性的變化，即N120值大于4時(shí)，卵石顆粒會(huì)隨著N120值的增大而增大，N120值小于4時(shí)，卵石顆粒會(huì)隨著N120值的降低而減少，此時(shí)砂粒含量則會(huì)增多。由此可知，砂卵石中砂粒含量的多少與N120值具有直接影響，這也充分反映出了砂卵石的密實(shí)度與承載力。

2)N120與界限值之間的關(guān)系分析。相關(guān)研究結(jié)果表明，砂卵石地基的N120修正值與靜荷載試驗(yàn)的界限值存在線性關(guān)系。鑒于此，可采用線性回歸方程對(duì)兩者之間的關(guān)系進(jìn)行分析。本次研究選取某砂卵石地區(qū)的10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了超重型動(dòng)力觸探和靜力荷載試驗(yàn)，然后采用t檢驗(yàn)準(zhǔn)則對(duì)勘測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，共舍棄了一個(gè)異常數(shù)據(jù)，剩余數(shù)據(jù)的界限值與N120之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 N120與P1的關(guān)系示意圖

從圖1中能夠清楚的看出，N120與P1之間的離散性相對(duì)較大，但卻并未影響其線性關(guān)系，依據(jù)線性回歸原理，可用式(1)表示兩者的線性關(guān)系:

在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理時(shí)，可以借助最小二乘法，由此可獲得如下關(guān)系式:

線性關(guān)系建立完畢后，對(duì)回歸平方和、殘差平方和以及統(tǒng)計(jì)量值進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)令Pi=a+bN120，其中，a值為35.93;b值為90.58。經(jīng)計(jì)算得出如下結(jié)果:回歸平方和為94 191.87;殘差平方為 9 733.68;統(tǒng)計(jì)量值為 67.74。

3)建立承載力表。按照本文的研究，可獲得砂卵石地基承載力與N120的關(guān)系，如式(3)所示:

依據(jù)式(3)可建立起該地區(qū)的卵石地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值表，如表2所示。

表2 依據(jù)N120確定出的砂卵石地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值

4 結(jié)語(yǔ)

本文首先闡述了砂卵石地基的成因及其特征，同時(shí)，對(duì)目前常用的勘測(cè)方法進(jìn)行分析，最后對(duì)砂卵石地基的承載力進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，砂卵石地基的承載力主要與砂粒含量有關(guān)。

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