高速公路路基基底承載力檢測技術

楊航

（中鐵十一局集團第二工程有限公司，湖北十堰442000）

1 承載力檢測方法

承載力檢測方法一般有直觀試驗、探測試驗和土工試驗3類。其中，土工試驗雖然可以較準確地檢測出承載力，但檢測工作量大、時間長，會影響施工進度；直觀試驗盡管快速、簡單，但受到經驗的影響較大，從而導致判斷不準確，留下工程安全隱患，因此，沒有實際的可操作性。由此可見，土工試驗和直觀試驗在實際的應用中仍存很大的問題和局限，一般僅適用于特殊情況。

而探測試驗具有速度快、數據直觀、可操作性強、適用性強等優勢，是一種快速、簡便、適用的基礎檢測方法。探測試驗分為動力探測和靜力探測。通過查閱相關項目實施測試結果可知，動力探測可操作性強、過程簡便、數據簡潔明了，所以，現階段施工多采用動力探測。通常情況下，動力探測的總貫入深度為4 m，采用國產輕型貫入儀對路基基底承載力進行試驗即可。需注意的是，如果總深度超過4 m，則需選擇荷蘭輕型動力觸探儀。

2 荷蘭輕型動力觸探儀

由于國內尚未細致地分析荷蘭輕型動力觸探儀的使用注意事項，因此，部分建設單位即使打算采用該設備，但因不能了解設備型號、使用特性、結果集成以及整套技術對結果的應用情況，所以，荷蘭輕型動力觸探儀在我國的普及率并不高。為了促進該設備的推廣與應用，需要對其進行詳細的分析。

2.1 荷蘭輕型動力觸探儀規格

荷蘭輕型動力觸探儀由錐體、探測桿和穿心錘構成。其結構如圖1 所示。

圖1 荷蘭輕型動力觸探儀結構

2.2 注意事項

荷蘭輕型動力觸探儀用10.35 kg 的錘子將截面積5 cm2的探頭推入土層，落差高度為50 cm。在探頭穿透的情況下，需調整長桿，即加長1 m，并統計每次穿透土層要維持在20 cm的錘擊數。其具體施工工藝如下：

1）嚴格按照標準設定設備參數，不符合參數允許誤差的設備禁止使用，以避免因設備系統誤差而造成工程故障。

2）采用土層連續貫入的方法，使貫入桿垂直插入自由錘下的土層中，統計每貫入20 cm 厚土層的錘擊數N10。

3）施工過程中，錘擊高度和錘擊方式應按照設計要求進行，以保證探孔垂直，一般探桿最大偏差需控制在2%之內。

4）探測施工階段要連續不斷進行，錘擊率按照15～30擊/min 的要求完成。

5）在錘擊過程中，應避免偏離錘擊點、探桿偏轉和探桿橫向晃動。此外，探桿每伸入1 m 應旋轉約1.5 圈，以保證探桿垂直伸入，減小其橫向阻力。

6）當錘子擊中率達到20 cm/100 擊或錘子在限制器上彈動時，應終止試驗。

2.3 成果整理

荷蘭輕型動力觸探儀的計算結果不僅可以用N10/20 cm 來表示，相應的剪切強度Cu也可以通過N10/20 cm 計算，且二者是相互應對的。

2.4 制定工程表格備查

在具體項目中，采用荷蘭輕型動力觸探儀檢測路基基底軟土強度、確定淤泥軟土深度時，計算難度大。表1 列出了限位器下拉桿件數和錘頭數N 對應的剪切強度Cu的線性系數。

表1 限位器下桿件數對應的C u 與N 的線性系數

2.5 C u 值與土層密實的關系

土層不排水抗剪強度和土體強度指數利用Cu來表現。根據剪切強度Cu，可以確定土壤壓實的概況。根據荷蘭輕型動力觸探儀的實驗結果，相應的Cu值和土層壓實情況見表2。

表2 C u 值與土層密實情況對照

3 路基基底承載力標準的推薦值

路基基底承載力的確定原則為：根據高速公路等級，應綜合考慮路基基底的填土高度、土質類型、質量保證安全系數和經濟性。這是因為，如果標準過高則不經濟；如果標準過低則會產生質量隱患。要正確界定路基基底承載力標準，則需考慮的內容有：（1）前期施工的工程實踐價值范圍；（2）做一些實驗研究；（3）堅持合理保守的原則，通常0.125＜Cu≤0.25 為軟土，0.25＜Cu≤0.5 為中等密實土，0.5＜Cu≤0.75 為密實土。

4 實例研究

某高速公路路基基底強度采用15 錘動力貫入試驗控制（錘擊數N=15），相當于100 kPa 承載力標準。該高速公路在交界處采用軟土指標Cu=0.28 作為基底承載力準則，但最終清土時，由于深度較原深度有所增加，因此，部分地方因清淤不徹底存在一定的隱患，這預示著采用Cu=0.28 作為軟土指標是偏低的。在實際操作中，軟土指標的判斷標準并不能作為路基基底承載力的確定標準。這是因為路基基底承載力的要求一般都遠高于軟土的承載力，通常至少按中密度土層判斷是更可靠的。

經綜合實例和對比試驗后，該高速公路的路基基底采用了軟土指標Cu=0.39、承載力84 kPa 的基底承載力準則。但考慮到偏安全原則，采用軟土指標Cu=0.45、承載力100 kPa 的基底承載力準則更可靠。因為此時該高速公路路基基底處于中密度土層中，可參考鄂京珠高速公路進行研究。通常情況下，對于高路堤基底，由于累積沉降量已增加，所以，應適當提高路基基底的承載力。某高速公路路基基底承載力標準推薦值見表3。

表3 某高速公路路基基底承載力標準推薦值

5 路基基底的強度測試和處治原則

5.1 荷蘭輕型動力觸探儀檢測路基基底承載力的條件

路基基底承載力標準的推薦值為基礎清淤或基礎管理提供了科學根據，填補了基礎施工要求中的不足[1]。但是，由于路基基底承載力數據會根據土壤含水量的多少而有所變化，因此，只有在相同的試驗條件下，路基基底承載力才具有可比性和指導價值。所以，一定要遵守設計規范的要求：

1）試驗前必須對試驗路段進行溝渠排水，并按照縱、橫間距分別＜15 m、上口寬0.6 m、下口寬0.3 m、深0.6 m 的設計標準開掘格柵式排水溝。

2）紅線兩側縱向排水溝，應比格柵排水溝深。

3）試驗應在排水后第3 天且為晴天時進行，試驗結果可成為確定基底承載力的可用參數。

4）使用標準的荷蘭輕型動力觸探儀，并遵守其操作流程和結果總結方案。

5.2 對于路基基底不適宜土層的處治原則

確定不適宜土層深度的主要目的是幫助合理選擇適宜的土層處理方案。當不適宜土層深度＜3 m 時，因其布局狹小，所以，使用清淤回填施工法最有效、最能降低成本。另外，當不適宜土層深度＞3 m 且布局廣闊時，應當作特殊不適宜土層處理，一般采用振動管碎石樁、粉噴樁和砂樁等措施。

6 應用效果

采用Cu值測量路基基底承載力時，可采用荷蘭輕型動力觸探儀進行檢測。由于Cu值與探測儀錘數N10/20 cm 相互對應，故可以采取N10/20 cm 參數決定和確定路基基底不適宜土層的強度和深度。

本文高速公路在竣工1a 后經過了雨季的考驗，沒有出現沉降、垂直裂縫、坡腳拱起等基礎結構病害。為了檢驗其適用性，設置286 個觀測點，連續觀察12 個月，共獲得10 000 多個觀測數據。相關數據表明，該高速公路的基礎沉降速率已降至2 mm/月，遠低于基礎沉降速率控制在5mm/月以下的標準。這表明，本文提供的路基基底承載力的檢測方法是合理的。

7 結語

高速公路的沉降情況與路基基底的承載力大小有直接關系，因此，必須以實際工程項目為依據，在詳細了解相關路基地基承載力數據的基礎上，提出對應的解決方案。其中，使用有效的路基基底承載力檢測方法，可以有效提高施工效率。