公路地基承載力檢測(cè)靜力觸探試驗(yàn)應(yīng)用

文/胡宗林、張睿

1 前言

公路地基項(xiàng)目在正式開始施工前，應(yīng)該做好地基承載性能的檢測(cè)。如果發(fā)現(xiàn)地基承載力不足，就會(huì)給公路地基等結(jié)構(gòu)部分的使用產(chǎn)生不利影響。因此，進(jìn)行公路地基承載力檢測(cè)有著極為重要的作用，需要保證其達(dá)到準(zhǔn)確性與可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。因此，應(yīng)該選擇科學(xué)合理的檢測(cè)方法，以提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2 技術(shù)理念

靜力觸探試驗(yàn)(又稱CPT)是一種比較重要的原位測(cè)試技術(shù)，其主要是通過(guò)靜力按照恒定的貫入速率來(lái)將規(guī)格相同的圓錐探頭利用多種探桿直接壓入到土體結(jié)構(gòu)內(nèi)，就能夠測(cè)定貫入操作過(guò)程中探頭的受力情況，然后可以準(zhǔn)確地確定土體的物理與化學(xué)性質(zhì)。該技術(shù)一般都是應(yīng)用在碎石土或者密實(shí)砂土等地質(zhì)條件下，可以產(chǎn)生較好的效果。從實(shí)際應(yīng)用情況分析你能夠發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用靜力觸探參數(shù)的方式可以在一定程度上檢測(cè)出地基承載力數(shù)據(jù)，為公路地基的順利施工起到積極的作用。

3 靜力觸探試驗(yàn)的特點(diǎn)

3.1 靜力觸探的方式來(lái)進(jìn)行土層的劃分，然后就能夠得到連續(xù)的數(shù)據(jù)信息，可以還原土層信息，使得分層更加的客觀和真實(shí)，能夠避免受到外部因素的干擾影響。

3.2 靜力觸探是一種原位測(cè)試的方法，具備探勘與測(cè)試兩種功能，使得土體信息的獲取更加的真實(shí)和準(zhǔn)確。

3.3 靜力觸探操作的過(guò)程中并不需要進(jìn)行取樣分析，也不會(huì)給土體產(chǎn)生任何的擾動(dòng)影響，能夠直接獲取原狀土，所以最終的檢測(cè)結(jié)果更加的可靠與穩(wěn)定[1]。

4 公路地基承載力的檢測(cè)方法

4.1 原狀土的物理力學(xué)指標(biāo)查表確定

采用室內(nèi)試驗(yàn)的方式，明確具體的原狀土測(cè)試的指標(biāo)，并且通過(guò)查表的方式來(lái)確定土體的基本值與標(biāo)準(zhǔn)值方面，就能夠計(jì)算之后得到地基的承載力數(shù)據(jù)。因?yàn)闆]有必要的規(guī)范化資料，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的過(guò)程中，根據(jù)具體的檢測(cè)方式能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)其中的容許承載力。因?yàn)橐?guī)范資料中需要確定土體的液限、塑性等專業(yè)的指標(biāo)參數(shù)，但是目前這種物理參數(shù)的測(cè)定方式還沒有統(tǒng)一，也會(huì)導(dǎo)致實(shí)際測(cè)定的過(guò)程中有著一定偏差的存在。此外，土體的壓縮模量、天然孔隙比等方面參數(shù)的檢驗(yàn)不能達(dá)到準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)，這就無(wú)法有效的應(yīng)用到工程中，產(chǎn)生不利的后果。

4.2 動(dòng)力觸探試驗(yàn)確定地基承載力

動(dòng)力觸探試驗(yàn)主要是通過(guò)錘擊的方式將準(zhǔn)備好的探桿直接打入到地基結(jié)構(gòu)內(nèi)，然后結(jié)合所確定的貫入深度進(jìn)行錘擊次數(shù)的判定，就能夠確定具體的承載力參數(shù)。結(jié)合具體的土體類型，然后選擇合適的方式，目前最為主要的是輕型動(dòng)力觸探、重型和特重型動(dòng)力觸探等等。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)確定地基承載力

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)為當(dāng)前我國(guó)的地基承載力中檢測(cè)的主要方式，應(yīng)用范圍是比較大的，一般都是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位測(cè)試操作，主要是進(jìn)行黏性土、砂性土的地質(zhì)條件下來(lái)實(shí)施地基承載性能的檢測(cè)。公路地基在設(shè)計(jì)方案確定的過(guò)程中，可以通過(guò)該方式確定最佳的設(shè)計(jì)方案。在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可以通過(guò)該方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的復(fù)核檢測(cè)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的方式可以把符合要求的貫入器打入到規(guī)定深度的土體結(jié)構(gòu)內(nèi)，記錄所需要的錘擊次數(shù)，然后通過(guò)計(jì)算確定具體的承載參數(shù)，能夠確定地基承載力參數(shù)。以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)作為基礎(chǔ)，可以獲得相應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)，然后將其直接標(biāo)注到地質(zhì)剖面圖中，就能夠繪制N與△s 直方圖或關(guān)系曲線，最終可以準(zhǔn)確地確定地基承載力。

4.4 靜力觸探試驗(yàn)確定地基承載力

靜力觸探試驗(yàn)通常都是應(yīng)用到軟土地基的承載力檢測(cè)方式，將準(zhǔn)備好的探頭通過(guò)靜壓力的作用直接打入到土體結(jié)構(gòu)中，然后進(jìn)行探頭阻力的檢測(cè)，就能夠確定具體的承載力參數(shù)。精力觸探試驗(yàn)環(huán)節(jié)能夠進(jìn)行土層的劃分，然后利用操作方式進(jìn)行物理力學(xué)指標(biāo)的測(cè)定，就能夠判定地基承載力參數(shù)。不同地基承載力檢測(cè)方式也是不同的，要考慮到公路地基的施工特點(diǎn)，最終選擇合適的測(cè)試方式。通過(guò)查表法與靜力觸探試驗(yàn)方式有著比較高的操作難度，并不能應(yīng)用到多數(shù)的地基承載性能檢測(cè)中。動(dòng)力觸探試驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的方式應(yīng)用到地基承載力檢測(cè)是比較多的，這些方式雖然有一定的相似之處，但是設(shè)備、操作方式方面都有著很多的差異，所以應(yīng)該考慮到實(shí)際情況選擇合適的方式[2]。

5 工程概況

某工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為雙向四車道，總長(zhǎng)度是143.182km，路基寬28m。從現(xiàn)場(chǎng)的勘查結(jié)論分析能夠發(fā)現(xiàn)，該工程項(xiàng)目中存在比較多的軟土地基結(jié)構(gòu)，地勢(shì)相對(duì)低洼，地下水含量比較高，這樣就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)土體受到了長(zhǎng)期的水浸泡作用。對(duì)于軟土地質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，該工程項(xiàng)目中通過(guò)應(yīng)用鉆探、輕型觸探等方式做好軟基勘察操作方式，其中A 段為勘察路段，全長(zhǎng)92.642km，其中軟土段較長(zhǎng)，為53.4km。在進(jìn)行勘察作業(yè)環(huán)節(jié)，所確定的機(jī)械鉆孔數(shù)量是132 個(gè)，簡(jiǎn)易勘探孔共606 個(gè)，土樣共77 組，標(biāo)貫為492 次。從勘查結(jié)論分析能夠發(fā)現(xiàn)，本次公路項(xiàng)目的施工范圍內(nèi)主要是存在飽和淤泥、淤泥質(zhì)粘土等等類型，特性比較明顯，厚度一般為2～6m 厚，最大厚度位置已經(jīng)達(dá)到8m 左右。從實(shí)際情況分析，本次工程確定選擇使用清淤換填或者水泥攪拌樁的方式來(lái)進(jìn)行軟土地基結(jié)構(gòu)部分的處理。結(jié)合該項(xiàng)目的具體狀況，清淤換填部分的長(zhǎng)度為48.5km，攪拌樁結(jié)構(gòu)部分的長(zhǎng)度為7.6km，樁體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度平均尺寸是5.6m。進(jìn)行了全面深入的地質(zhì)勘察和法分析，軟土取樣數(shù)量很少，這說(shuō)明地質(zhì)條件很差，根本無(wú)法完成原狀土取樣。

6 靜力觸探試驗(yàn)的應(yīng)用

為了能夠綜合分析與掌握冉軟土特點(diǎn)，確定具體的力學(xué)指標(biāo)參數(shù)，進(jìn)行必要的試驗(yàn)檢測(cè)工作。考慮到本次工程的實(shí)際情況，確定應(yīng)用靜力觸探的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)軟土地基的承載力檢測(cè)，然后確定最佳的軟土處理方式。較之其他的試驗(yàn)方式來(lái)說(shuō)，靜力觸探方式的精確度更高，所檢測(cè)的結(jié)果具備實(shí)用性。下表1 就是本次工程檢測(cè)結(jié)論。根據(jù)實(shí)際情況做出分析，淤泥①和黏性土②具有良好規(guī)律性。但是砂土層③的均勻性明顯不足，所以分散存在于該工程各個(gè)位置上。

表1 軟土層靜力觸探參數(shù)與承載力表

6.1 試驗(yàn)條件

為了能夠檢驗(yàn)確定具體的測(cè)試結(jié)果，選擇能夠代表整體工程項(xiàng)目的路段進(jìn)行試驗(yàn)，起止樁號(hào)是A 段，整個(gè)部分為當(dāng)?shù)氐乃铩８鶕?jù)鉆探結(jié)論發(fā)現(xiàn)，淤泥黏土以及砂土等都是以暗色的顏色存在，以流塑狀的形式存在，1.2～3.8m厚。軟土結(jié)構(gòu)部分的厚度為5.4m。

6.2 樁間土承載力計(jì)算

按照設(shè)計(jì)方案的標(biāo)準(zhǔn)分析，該路段中選擇使用水泥攪拌樁來(lái)完成軟體路基結(jié)構(gòu)部分的處理。相關(guān)參數(shù)為樁長(zhǎng)6.5m；樁徑50cm；樁間距1.3m。為了能夠保證地基加固的效果滿足要求，應(yīng)該在加固操作的前后要完成靜力觸探的試驗(yàn)[3]。

6.3 復(fù)合地基承載力確定

通常來(lái)說(shuō)，能夠在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行具體的單樁符合地基承載性能檢測(cè)，然后結(jié)合實(shí)際情況明確具體的水泥攪拌樁實(shí)現(xiàn)復(fù)合地基承載力參數(shù)的確定。按照本次工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，150kPa 是地基承載力設(shè)計(jì)值，300kPa 為對(duì)應(yīng)極限荷載。按照當(dāng)前所實(shí)施的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，要結(jié)合實(shí)際情況組織進(jìn)行荷載性能的測(cè)試。

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的檢測(cè)和分析，能夠發(fā)現(xiàn)本次工程中的復(fù)合地基承載力參數(shù)完全符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，達(dá)到了工程的使用需要。根據(jù)各項(xiàng)計(jì)算數(shù)據(jù)展開分析，水泥攪拌樁的復(fù)合地基承載性的參數(shù)計(jì)算環(huán)節(jié)，樁體結(jié)構(gòu)部分的抗壓強(qiáng)度、樁身強(qiáng)度折減系數(shù)等都能夠達(dá)到本次工程的使用需要，然后根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行必要的靜力觸探試驗(yàn)檢測(cè)方式，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果符合真實(shí)性與可靠性的要求，然后做好現(xiàn)場(chǎng)的大量試驗(yàn)做好各項(xiàng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，以滿足工程標(biāo)準(zhǔn)的使用要求。

7 地基承載力評(píng)定影響因素

7.1 地基土的成因與堆積年代

結(jié)合該工程的土地情況分析能夠發(fā)現(xiàn)，其受到外部環(huán)境因素影響比較大，從實(shí)際情況分析，確定了基土分成如下幾個(gè)類型：

7.1.1 殘積土。為風(fēng)力侵蝕或者搬運(yùn)的影響之下所形成的大量碎屑堆積物，被大量的分布在山區(qū)地帶、山坡的位置上。因?yàn)樵撏临|(zhì)在分布中各個(gè)位置上的厚度尺寸相差比較大且粒徑粗細(xì)不均勻，所以導(dǎo)致這些位置上的承載力很低。

7.1.2 坡積土。這是在風(fēng)化巖石經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的雨、雪以及自重的影響之下而逐步的搬運(yùn)所形成的，以山坡堆積物的方式所存在。從上到下粒徑發(fā)生變化，以縮小的形式存在，厚度在逐步的增加。因?yàn)槠路e土在長(zhǎng)期的形成階段中，其會(huì)產(chǎn)生的地基土的承載性能有著一定的差異，均勻性也比較差。

7.1.3 洪積土。這是經(jīng)過(guò)雨季的長(zhǎng)期作用之下，經(jīng)過(guò)雨水沖刷而導(dǎo)致在一些位置上存在有大量的風(fēng)化巖以及堆積物，而很多情況下平原也會(huì)存在。雨水作為搬運(yùn)土地結(jié)構(gòu)的主要?jiǎng)恿Γ栽谏狡碌牡撞课恢蒙项w粒是比較大的，承載性能也比較高，而一些遠(yuǎn)離山坡的位置上其顆粒是比較細(xì)的，土體的厚度比較大，相對(duì)來(lái)說(shuō)密實(shí)度很大。

7.1.4 沖積土。這是長(zhǎng)期的影響之下，經(jīng)過(guò)江河湖泊的連續(xù)作用，可以把兩岸中存在的土體進(jìn)行比較的侵蝕作用，經(jīng)過(guò)了搬運(yùn)與沉積的反應(yīng)之下，在水平的平緩位置上存在的。河床沖擊土通常都是由密度中等的砂礫所組成，這些位置上承載性能是比較強(qiáng)的。對(duì)于河床兩側(cè)中所存在的堆積土主要是砂礫、卵石等形式存在，其表面的位置上覆蓋有比較多的細(xì)土形式，同時(shí)還有部分淤泥與泥炭材料，承載性能相對(duì)比較差[4]。

7.2 土的物理力學(xué)性質(zhì)

因?yàn)樘烊煌羶?nèi)的含水量是很高的，所以硬度性能比較差，承載性能也不足。隨著土體密度的持續(xù)上升，其內(nèi)部空隙含量會(huì)減少，水分并不會(huì)進(jìn)入到土體的結(jié)構(gòu)中，含水率的下降也會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度性能的提升。此外，土體強(qiáng)度的分析主要是通過(guò)粘聚力與摩擦力，土體抗剪強(qiáng)度能夠真實(shí)的反映出土體結(jié)構(gòu)部分的力學(xué)特性，破壞形式主要是以剪切的形式所存在。比如滑坡土體部分的滑動(dòng)面就會(huì)產(chǎn)生較大的剪切力，給土體產(chǎn)生一定的壓迫作用，所以出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損壞。

7.3 地下水

土地處在地下水以下的空間中，因?yàn)榇藭r(shí)的地下水長(zhǎng)期的作用之下，導(dǎo)致其強(qiáng)度與摩擦力很小，所以導(dǎo)致了強(qiáng)度比較小，承載力也不足。由于內(nèi)部水分會(huì)給土體造成過(guò)大的損壞影響，所以此時(shí)不會(huì)分析該因素。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)條件因素分析階段，一般都會(huì)選擇土樣來(lái)進(jìn)行含水率的檢測(cè)，然后確定具體的強(qiáng)度指標(biāo)，就能夠明確具體的土地承載力性能。

7.4 人為因素

人為因素對(duì)于檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生直接的影響，主要是因?yàn)槿藛T素質(zhì)不足所導(dǎo)致的，或者工作不細(xì)心。當(dāng)前有些地基承載力檢測(cè)人員專業(yè)素質(zhì)水平低，沒有按照操作標(biāo)準(zhǔn)開展工作，導(dǎo)致最終的結(jié)果偏差過(guò)大，嚴(yán)重影響工程的正常使用。

8 結(jié)語(yǔ)

公路地基承載力會(huì)給公路工程的質(zhì)量、安全產(chǎn)生重要影響，所以要按照要求進(jìn)行檢測(cè)。地基承載力測(cè)試的方式比較多，可以結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的檢測(cè)方法，以確保承載力數(shù)據(jù)達(dá)到真實(shí)性、可靠性的要求，為公路工程設(shè)計(jì)方案的最終確定提供依據(jù)和基礎(chǔ)。