橋梁地基靜力觸探特性及碎石柱加固

■盛慶義 ■江蘇育通交通工程咨詢監(jiān)理有限責(zé)任公司，江蘇 徐州 221300

在當(dāng)前的橋梁工程建設(shè)實(shí)踐過程中，由于漏振、漏漿等澆注原因，以及土質(zhì)層選擇不當(dāng)帶來了橋梁地基內(nèi)部諸多質(zhì)量問題，這使橋梁承載力脆弱，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。所以采取一種科學(xué)有效的方法來鑒別地基結(jié)構(gòu)中存在的問題并進(jìn)行及時(shí)的加固處理，是一個(gè)亟待解決的重要問題。隨著科研水平的提升和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ纳罨壳霸撔袠I(yè)的科研工作人員制定了一種全新的技術(shù)方案:通過靜力觸探特性及碎石柱加固來保證橋梁地基質(zhì)量狀況。在該方案中，靜力觸探特性技術(shù)運(yùn)用的原理就在于通過內(nèi)部裝有傳感器的觸探頭在不同土質(zhì)所受阻力通過繞數(shù)據(jù)儀表顯示出來，從而確定土層剖面的質(zhì)量狀況，以及為淺基承載力和樁端持力層的選擇進(jìn)行確認(rèn)，相關(guān)的具體特性闡述和應(yīng)用分析見下文所示。

1 靜力觸探特性

1．1 靜力觸探測(cè)試原理

靜力觸探測(cè)試的基本原理是:在相同技術(shù)參數(shù)情況下，通過靜力在樁基中傳播的時(shí)間和速度，接收到的阻力成像振幅和頻率等參考量的相對(duì)變化，來判定土質(zhì)層質(zhì)量情況。當(dāng)基本參數(shù)確定的情況下，靜力觸探的探頭以均勻傳播速度鉆入土質(zhì)層，所受力范圍內(nèi)的土質(zhì)層會(huì)對(duì)探頭產(chǎn)生較大摩擦阻力。在通常情況下，土質(zhì)層的承載力和力學(xué)性質(zhì)與土層中貫入阻力之間呈現(xiàn)正相關(guān)，當(dāng)貫入阻力較大時(shí)，相應(yīng)的承載力就高，土質(zhì)層也堅(jiān)硬;反之，承載力低，土質(zhì)層疲軟。在實(shí)際施工操作中，通過靜力觸探貫入阻力與土質(zhì)層承載力數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，可以確定相應(yīng)的碎石樁加固處理數(shù)據(jù)［1］。

1．2 各類土質(zhì)層的靜探雙橋曲線特征

由于靜力觸探的探頭在不同的土質(zhì)層所受到的阻力不同，由此繪出的靜探雙橋曲線在波幅、波長(zhǎng)及波形上出現(xiàn)不同程度的變化，彼此間存在明顯差異。

(1)粘土:qc曲線平緩柔和，無明顯波形凸起，突峰位置略微向右偏，fs曲線稍有突峰，出現(xiàn)在右側(cè)曲線處，Rf平均值通常要在2．5-3．0之間。

(2)粉質(zhì)粘土:qc曲線平緩柔和，有顯波形凸起，突峰位置略微向右偏，fs曲線稍有突峰，與qc曲線距離較近，大部位于qc曲線右側(cè)局部交叉越過左側(cè)，Rf平均值通常在1．0-2．5之間。

(3)粉土:qc值較高，曲線呈鈍鋸齒狀，齒峰平緩柔和，通常情況下fs曲線處于qc曲線右側(cè)位置，Rf平均值一般在0．8-2．0之間。

(4)粉細(xì)砂:qc值較高，曲線呈尖銳鋸齒狀，通常情況曲線尖峰處于qc曲線左側(cè)位置;細(xì)砂中qc曲線和fs曲線的尖齒特征顯著。Rf平均值一般在0．7-1．3之間。

借助于靜力觸探探頭，并在長(zhǎng)期實(shí)踐總結(jié)的基礎(chǔ)上，平均錐尖阻力qc和側(cè)壁摩阻力fs以及摩阻比Rf之間有著相應(yīng)的換算關(guān)系。

1．3 地基承載力和壓縮模量確定

借助于靜力觸探儀器可以測(cè)定出各土質(zhì)層的力學(xué)特質(zhì)，得出相應(yīng)的地質(zhì)層的承載力。因此，通過靜力觸探可以建立與地基承載力和壓縮模量之間的相互關(guān)系。具體靜力觸探換算經(jīng)驗(yàn)公式如下［3］:

fak=0．01 ×1．2qc+82．9(粉砂)

fak=16．2(qc×1．2/100)0．63+14．4(系數(shù) 0．75 ～0．9)(粉土)

fak=26．9+1．2 ×0．104qc(系數(shù)0．9 ～0．95)(粘性土)

Es=3．72 ×1．2qc+1262(kPa)

2 碎石樁復(fù)合地基承載效果分析

為了更好的表達(dá)靜力觸探在橋梁地基檢測(cè)中的應(yīng)用效果，通過碎石樁加固完成后樁身的荷載重力實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。在土質(zhì)鉆探過程會(huì)遇到不同級(jí)別的顆粒砂石，直徑范圍大小為1-3cm左右，當(dāng)鉆探深入至3m以下時(shí)，所遇見碎石分布均勻，靜力觸探儀器示數(shù)顯示為N62．5的平均值為10．25，加固后地基承載力通過靜力觸探實(shí)驗(yàn)數(shù)值為125Pa。通過靜力觸探儀器實(shí)驗(yàn)，設(shè)定碎石樁地基載荷面積為3．5m2，最大沉降量在14．55mm，回彈值最大上限為2．25mm。根據(jù)江陰大橋的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù):橋梁地基承載力數(shù)值為145kPa。

根據(jù)碎石樁復(fù)合地基承載力數(shù)值計(jì)算公式［4］:

長(zhǎng)期以來，由于技術(shù)方面的限制性，對(duì)于橋梁地基靜力觸探特性及碎石柱加固的研究還處于一個(gè)相對(duì)淺顯的地步，研究的途徑較為簡(jiǎn)單:通過強(qiáng)度系數(shù)和外觀形狀來進(jìn)行相應(yīng)評(píng)估。但是該評(píng)估手段會(huì)因?qū)嶋H經(jīng)驗(yàn)帶來的主觀因素影響到最終的結(jié)果，同時(shí)這樣的方案也不夠準(zhǔn)確。此外，雖然通過強(qiáng)度系數(shù)可以測(cè)定橋梁地基表層的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，但是對(duì)于內(nèi)部深層狀況卻無從知曉。然而，具備實(shí)用性功能的靜力觸探儀器可以幫助解決這一難題，靜力觸探儀器構(gòu)造特殊，內(nèi)置傳感器，結(jié)構(gòu)上采用雙探頭聲波接收和發(fā)射的雙向模式。使用該檢測(cè)設(shè)備后，得出相應(yīng)數(shù)值，并根據(jù)上述公式計(jì)算出相應(yīng)的碎石樁復(fù)合地基承載力數(shù)值。不過在進(jìn)行靜力觸探檢測(cè)時(shí)，需要注意檢測(cè)過程必須正確使用耦合構(gòu)件，耦合的好壞直接影響儀器測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度。靜力觸探可以分析出土質(zhì)的相應(yīng)情況，區(qū)分出粉質(zhì)黏土，淤泥質(zhì)黏土等相關(guān)類型。此外，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)和理論公式計(jì)算數(shù)據(jù)相互比照，可以更準(zhǔn)確合理的來判定橋梁地基碎石柱加固后其承載力的安全性。

3 結(jié)語

通過靜力觸探可以更為有效地檢測(cè)出地基土質(zhì)層結(jié)構(gòu)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，確定內(nèi)部缺陷所在位置。雖然靜力觸探在應(yīng)用范圍還有待更多的推進(jìn)，但其在碎石樁復(fù)合地基承載力上效果明顯。在密實(shí)度較低的樁基內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，靜力觸探可以更好的鑒別出土質(zhì)層的質(zhì)量狀況。碎石樁的加固需要靜力觸探提供數(shù)據(jù)作為實(shí)施依據(jù)，碎石樁加固完成后樁身的荷載重力就得到提升，相應(yīng)的橋梁承載力就得到保障。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用過程中，最好的方案是將靜力觸探與地質(zhì)前期勘察這兩種技術(shù)結(jié)合起來，才能更為全面和準(zhǔn)確地測(cè)定土質(zhì)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在質(zhì)量缺陷以及所存在的具體位置。超靜力觸探技術(shù)作為一種全新的土質(zhì)層檢測(cè)方法，實(shí)用性上優(yōu)越于傳統(tǒng)的方案，并且檢測(cè)運(yùn)行過程中所表現(xiàn)出的穩(wěn)定性、智能性、高效性等特點(diǎn)得到了業(yè)界一致好評(píng)。

［1］龔文惠．碎石樁復(fù)合地基中樁土應(yīng)力比的試驗(yàn)研究［J］．土工基礎(chǔ)．2011(04):55-57．

［2］李少波，莫欣，唐利田，何智龍．碎石樁復(fù)合地基承載力瞬態(tài)面波測(cè)試技術(shù)［J］．鐵路工程造價(jià)管理．2013(04):59-61．

［3］田松花．碎石樁復(fù)合地基數(shù)值模擬分析［J］．山西建筑．2013(11):37-40．

［4］儲(chǔ)團(tuán)結(jié)，黃俊杰，王中華．靜力觸探試驗(yàn)確定軟粘性土不排水抗剪強(qiáng)度研究［J］．路基工程．2011(06):44-49．