巖土工程勘察中剪切波速的應(yīng)用

裴 軍

(中鐵四局集團(tuán) 第一工程有限公司，安徽 合肥230041)

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巖土工程勘察中剪切波速的應(yīng)用

裴 軍

(中鐵四局集團(tuán) 第一工程有限公司，安徽 合肥230041)

為了較準(zhǔn)確地確定地基基礎(chǔ)方案，本文采用剪切波速方法。依據(jù)對(duì)江西省共青城南湖區(qū)新建大學(xué)城進(jìn)行的巖土工程勘察，對(duì)當(dāng)?shù)剡M(jìn)行場(chǎng)地土層剛度(剪切波速)的測(cè)試，進(jìn)而確定建筑的場(chǎng)地類別。單樁豎向承載力特征值應(yīng)以單樁垂直靜載荷試驗(yàn)確定，采用群樁承臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮群樁承臺(tái)效應(yīng)。合理的運(yùn)用剪切波速的測(cè)試，可以較準(zhǔn)確地確定地基方案。

剪切波速；場(chǎng)地土類別；樁基承載力；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；

波速測(cè)試技術(shù)作為先進(jìn)的工程物探技術(shù)之一，在現(xiàn)代巖土工程勘察中得到了廣泛的應(yīng)用，作為一項(xiàng)重要的測(cè)試與監(jiān)測(cè)方法逐漸引起國(guó)內(nèi)外巖土工程界的關(guān)注。目前，波速測(cè)試技術(shù)在鐵路工程，工業(yè)與民用建筑工程，水利水電工程，石油工程，冶金工程等巖土工程的地質(zhì)勘探領(lǐng)域均得到應(yīng)用，并且取得了較為理想的實(shí)際效果。與傳統(tǒng)的巖土工程勘察技術(shù)相比，波速測(cè)試技術(shù)可以用于剪切波在巖體中傳播速度為測(cè)定，有效避免了室內(nèi)測(cè)試中存在的誤差較大及相關(guān)地質(zhì)問(wèn)題。因此，在建筑物抗震設(shè)計(jì)時(shí)，場(chǎng)地土的剪切波速值是一個(gè)重要的動(dòng)力性參數(shù)。通過(guò)波速測(cè)速可評(píng)價(jià)地基土的類別，便可進(jìn)行土的物理力學(xué)指標(biāo)的判定，以及場(chǎng)地固有周期的計(jì)算。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者也因此對(duì)其廣泛研究[1-4]。本文對(duì)剪切波速的變化規(guī)律進(jìn)行研究，合理的運(yùn)用剪切波速的測(cè)試，可以較準(zhǔn)確地確定地基方案，這具有實(shí)際意義。

1　工程背景

1.1工程概況

共青大學(xué)城一期江西財(cái)大地塊擬建場(chǎng)地位于共青城南湖區(qū)新建大學(xué)城內(nèi)，財(cái)大教學(xué)區(qū)總面積約700畝，主要建筑物特征如表1。

表1　擬建建筑物特征表

1.2場(chǎng)地土地震效應(yīng)

按國(guó)標(biāo)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50010)，場(chǎng)區(qū)的抗震設(shè)防烈度為小于6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為小于0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)特征周期為0.35s。但按贛建抗[2009]1號(hào)文件精神，非抗震設(shè)防區(qū)的市、縣城區(qū)建設(shè)工程應(yīng)不低于地震動(dòng)參數(shù)0.05g(相當(dāng)于地震基本烈度6度)進(jìn)行設(shè)防，所以本工程抗震設(shè)防烈度為6度。依建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn),本工程抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類。

2　土層剪切波速度檢測(cè)原理及儀器

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法采用單孔法,利用已經(jīng)鉆好的鉆孔, 將激振板置于井口1～3m處,并使其中點(diǎn)與井口的連線垂直于起振板，同時(shí)在其上加壓整體性較好的重物，然后錘擊激振板產(chǎn)生剪切波，并通過(guò)置于井內(nèi)的三分量檢波器將土的振動(dòng)歷程輸入儀器，經(jīng)電腦分析，獲得各測(cè)點(diǎn)剪切波到時(shí)，經(jīng)計(jì)算可得到各土層的剪切波速[5]。圖1為單孔法測(cè)試系統(tǒng)方框圖。

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集使用的儀器是中科院武漢巖土力學(xué)研究所智能儀器室生產(chǎn)的RSM—SW剪切波波速測(cè)試儀，采集的數(shù)據(jù)是由井中的三分量傳感器，通過(guò)儀器記錄三道波形，經(jīng)與電腦通訊，將儀器中的數(shù)據(jù)傳送到電腦中，處理后得到各土層的剪切波速，進(jìn)而確定建筑的場(chǎng)地類別[6]。

3　測(cè)試結(jié)果

3.1剪切波速測(cè)試結(jié)果

通過(guò)剪切激發(fā)，檢測(cè)剪切波在土層中傳播速度，剪切波速是鉆孔內(nèi)相鄰二個(gè)測(cè)點(diǎn)中間土層的平均波速[7]。根據(jù)接收信號(hào)確定剪切波到達(dá)時(shí)間及激振源的觸發(fā)時(shí)間計(jì)算出剪切波到達(dá)鉆孔中某點(diǎn)的用時(shí)，由鉆孔中測(cè)點(diǎn)深度和激振源到鉆孔的距離確定波的行程，用行程除以時(shí)間即為波速[8]。見(jiàn)圖2。

第i層的剪切波速為：

Vi=hi/(ticosai-ti-1cosai-1)

Vi為第i層土的剪切波速；hi：第i層土的厚度；ticosαi為剪切波從孔口到達(dá)第i層土底面的時(shí)間；Ti-1cosαi-1為剪切波從孔口到達(dá)第i層土頂面的時(shí)間。

3.2場(chǎng)地類別的確定

根據(jù)場(chǎng)地十個(gè)鉆孔土層剪切波速實(shí)測(cè)值和巖土工程勘察資料，以土層厚度與各層剪切波速度計(jì)算出土層的等效剪切波速值，其結(jié)果如下：

4　單樁承載力的確定

4.1巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、室內(nèi)土工試驗(yàn)，采用綜合類比法[9]，參照相關(guān)規(guī)范并結(jié)合鄰近工程經(jīng)驗(yàn)提出各巖土參數(shù)指標(biāo)建議值見(jiàn)表3。

4.2單樁承載力的估算與確定

根據(jù)表3中的樁基設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇有代表性孔進(jìn)行單樁豎向承載力特征值估算，單樁豎向承載力特征值估算結(jié)果詳見(jiàn)表4。單樁豎向承載力特征值應(yīng)以單樁垂直靜載荷試驗(yàn)確定，試樁數(shù)量在同一條件下不少于樁總數(shù)的1%，且不少于3根。采用群樁承臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮群樁承臺(tái)效應(yīng)[10]。

表2　等效剪切波速計(jì)算結(jié)果

表3　各土層承載力特征值

備注:1、N、N63.5為修正后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值及圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值。

表4　單樁豎向承載力特征值估算

備注：根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008中5.3.8、5.3.9計(jì)算。

5　討論

(1)地基基礎(chǔ)方案建議：本工程的建筑主樓及裙樓按同一種基礎(chǔ)考慮。根據(jù)上部荷載情況，結(jié)合共青城建筑經(jīng)驗(yàn)，各建筑主樓建議采用淺基礎(chǔ)方案，也可采用如下樁基礎(chǔ)方案建議：2#的5F圖文信息大樓、3#的3～4F食堂、4#的5F學(xué)生宿舍、3F大學(xué)生活動(dòng)中心、5F綜合樓推薦樁基礎(chǔ)(推薦人工挖孔樁)，持力層選強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖④，建議采用樁徑1000～1200 mm，樁長(zhǎng)約6～15m，入持力層深度為1～2D。建議1#的5F教學(xué)樓、5#的4F教師活動(dòng)中心、2F室內(nèi)體育館采用旋挖鉆孔灌注樁，以中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑤為持力層。建議采用樁徑800～1200 mm，樁長(zhǎng)約6～15m，入持力層深度為(1～2)D。

(2)樁基工程正式施工前，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試樁，以核實(shí)施工條件、樁端持力層及樁的穿透能力，確定單樁承載力特征值及抗拔能力，設(shè)計(jì)時(shí)以試樁數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。樁基施工完后，應(yīng)按有關(guān)規(guī)范對(duì)樁身完整性及承載力進(jìn)行檢測(cè)。

6　結(jié)論

1)波速試驗(yàn)有較強(qiáng)的地區(qū)性，所以應(yīng)該通過(guò)實(shí)測(cè)波速加以驗(yàn)證。

2)各類土剪切波速與土體深度都具有顯著的相關(guān)性。

3)隨土體深度增加剪切波速的離散性有加大趨勢(shì)。

[1]邱海容.泉州市區(qū)場(chǎng)地土層剪切波速特征[J].西部探礦工程,2006, 18(1):135-137.

[2]鄭水敢,何珊儒,朱石穩(wěn).巖土工程勘察報(bào)告中地基均勻性及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J].西部探礦工程,2006,18(1):60-62.

[3]張晉磊，李世峰，陳 康.基于分位數(shù)回歸的剪切波速變化規(guī)律[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2014, 31(3):82-85.

[4]石兆吉,郁壽松,豐萬(wàn)玲.土壤液化勢(shì)的剪切波速判別法[J].巖土工程學(xué)報(bào), 1993(1):74-80.

[5]王幫圓，李世峰，王幫團(tuán)，等.邯鄲市區(qū)場(chǎng)地土剪切波速與埋深相關(guān)性分析[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2013, 30(3):92-95.

[6]高玉峰,劉漢龍,朱 偉,等.剪切波速對(duì)砂土層地震反應(yīng)的影響[J].工程勘察, 2001(1):39-42.

[7]李 平,薄景山,孫有為.剪切波速差異性對(duì)地震反應(yīng)的影響[J].世界地震工程, 2010(S1):133-137.

[8]高志兵,譚慧明,陶小三.飽和砂土最大動(dòng)剪切模量的不同試驗(yàn)對(duì)比研究[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào), 2010, 30(1):53-57.

[9]蘭景巖,劉紅帥,呂悅軍,等.表層土剪切波速的不確定性對(duì)地表設(shè)計(jì)譜平臺(tái)值的影響[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版, 2012, 42(3):770-776.

[10]杜曉飛.工程勘察中地基土承載力確定研究[J].西部探礦工程, 2013, 25(5):1-4.

(責(zé)任編輯李軍)

Application of shear wave velocity in geotechnical engineering investigation

PEI Jun

(China Railway Four Bureau Group,First Engineering co., Ltd.Hefei Anhui 230041,China)

The scheme determination of foundation by field experiment to be sure, in order to accurately determine the scheme, based on the shear wave velocity method. Basis of komsomolsk jiangxi province south lake area new town of geotechnical engineering, the local field soil stiffness) (shear wave velocity test, collecting data through the three waveform record. By communication with computer, and transmit data from the instrument to the computer, the shear wave velocity of soil is obtained after processing, in turn, determine the type of construction field, the result is a characteristic value should be with single pile vertical bearing capacity of the single pile vertical static load test to determine, the number of piles in the same conditions of not less than 1% of the total, and not less than three, the group should be considered in the design of pile caps group effect of pile caps. Therefore, reasonable use of shear wave velocity test, can accurately determine the foundation plan.

shear wave velocity；Site type；The bearing capacity of pile foundation；foundation design

2016-03-09

中國(guó)中鐵科研項(xiàng)目(2016-70)

裴軍(1983-)，河南信陽(yáng)人，工程師，研究方向?yàn)榭辈旒夹g(shù)與工程。

1673-9469(2016)03-0063-04

10.3969/j.issn.1673-9469.2016.03.013

TU

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