試論靜力觸探試驗在公路地基承載力檢測中的應用

陳麗

揚州市華建建設檢測中心有限公司 江蘇 揚州 225002

路面地基建設在開挖以前，應該做好地基承載能力的全面檢查。一旦技術人員發現地面實際強度不夠，會對路面地基和內部其他構造部分的正常運用直接產生很大影響。所以，測試公路地基承載能力十分關鍵，應該提高其可信度和精確性。所以，應該采取合理科學的測試手段，大幅度提高相關數據的精準性。

1 靜力觸探試驗的主要特點

靜力觸探試驗一般是指通過加壓設備將觸探桿壓入測試土體，并采用專業測量系統，測定土體的實際貫入阻力，以便于掌握土體的最大限度承重、變形彈性模量等物理力學特性。而因為地層土質的硬度及其種類不同，接觸探桿的探頭阻力也具有相應的不同。這樣，即可把各種尺寸的實際穿透阻力輸入到工程記錄儀中，然后通過傳感器的電信號并且詳細記錄。利用實際貫入阻力和混凝土體內部地貌特征以及二者之間的數據關聯和定性，就可以得到淺基承載力等與工程地質的有關數據。在公路基礎承載力實際檢測作業中，靜力觸探試驗主要有作業質量高、操作便捷、檢測迅速、精度高等優點。[1]其主要特征具體如下:

第一，在靜力觸探檢測的所有環節中，不僅不會對土體產生任何直接影響，而且不需要實施采集樣本，可以直接取得原狀土。因此，通過靜力觸探檢測手段得到的最終試驗數據更加穩定以及精準。

第二，實施靜力滲透試驗手段對土層進行劃分，通過試驗，可直接得出連續指標，恢復土層相關信息，充分發揮分層的自身價值，降低或徹底規避相關技術人員客觀意識的干擾。

第三，CPT作為一種地基承載力原位檢測手段，可以達到現場探測以及檢測同時進行的功能，大幅度提高土壤相關數據檢測的精度。

2 地基承載力檢測影響因素

2.1 人為因素

目前，一些地基承載力檢測相關作業人員專業素質不高，沒有根據正規作業流程進行工作，致使地理承載力檢測的最終結果有很大誤差，嚴重阻礙相關工程項目的順利進行。

2.2 地下水

土壤長期處在地下水以下的環境。因為此時對地下水的長期工作，使得其摩擦力和硬度都非常的低，所以實際強度不高，實際承載力也很低。同時，由于地球內部的水會對土壤產生不同程度的破壞，所以對這種影響暫不做進一步分析。

2.3 土壤的力學及物理性質

由于天然土壤實際含水量很高，硬度性能相對較差，承載性能也不夠。由于土體密度的提高，混凝土體內部孔隙率減小，水分無法流入混凝土體內部。含水量的減少就會造成強度特性的大幅度提高。此外，土壤強度分析也主要是利用阻力以及黏聚力實現的。土實際抗剪強度能夠正確地表達土層結構的總體力學特征，且主要破壞形態以剪切形式出現。因此，在滑坡土的滑動表面上會產生很大的剪切力，剪切力會對土壤形成不同程度的壓力，從而對內部結構產生不同程度的毀壞。

2.4 地基土的形成原因及積累時間

從多方面情況深入分析，地基土可以劃分為以下幾個層面:

（1）邊坡土

由于已經風化的巖石在長時間諸多方面直接影響下漸漸搬運而產生的，以山坡沉積物的形式長期存在。顆粒尺寸由上至下漸漸產生變化，以減小的相關形式的產生，厚度逐漸增大。因為在邊坡土的形成過程中，地基土的實際承載性能會迥然不同，因此實際均勻性也不是很好。

（2）洪積土

雨水的長年影響加上暴雨的沖擊，造成了在某些地方有大量風化的沉積物和石塊，在諸多環境影響下會有平原的出現。但在某些地方遠離的斜坡上則粒徑相對較小，土壤的厚度相對大一些，緊致度也相對較大。

（3）沖積土

在氣候長期的影響下，經過對河道以及湖水的長期影響后，才能比較二岸所存在的土壤侵蝕狀況。雖然河床沖積土通常由中等密度的碎石構成，但在這種部位實際運載性能較強。河床兩側積土以礫石或者卵石為主，表面覆蓋著更細的土壤形式同時，有一些泥炭材料以及淤泥，所以實際承載性能差一些。

（4）殘積土

在搬運或者風蝕的長期作用下形成的大量巖屑堆積物大面積分布在山區或者山坡上。由于分布在不同地區的實際土體的厚度以及顆粒直徑變化較大，長度不相同，所以不同地區土壤內部實際承載力不高。

3 公路地基承載力的檢測手段

3.1 靜力觸探檢測手段確定地基承載力

靜力性能觸探測試一般用來測定對軟土地基的承受能力。把準備好的探針，在靜壓力的影響下直接進入土體結構中，然后通過測量探針的阻力大小，就能夠確定具體的承重參數。通過能量貫入測試也可以劃分地層，然后再利用運行方法測得物理力學指數，以此確定地基承載力參數。但不同的地區地基承載力測試也有所不同。因此應該考慮公路地基的施工特性，最后再選定正確的測試方式。查表法以及靜壓力觸探測試法作業流程比較繁瑣，不應用于大多數地基承載力性能測試。但動能觸探和標準能量貫入測試在地基承載力測試中的使用比較普遍。

3.2 標準貫入檢測手段確定地基承載力

標準貫入試驗(也被稱作SPT)是目前我國檢測地基承載力最實用的手段，應用面積非常廣。一般在施工現場實施原位測試，主要用于粘性土或者砂土地質環境下的地基實際承載力的檢測。在公路設計最終方案的確定環節，可以實施這種手段定下最優質的公路設計方案。在施工現場的整體質量檢查環節，可以實施這種手段在實驗室對相關數據實施復核以及全面測試。標準貫入測試手段通過把質量達標的標準貫入裝置安裝在規定深度的混凝土主體結構中，并詳細記載所需要的錘擊實際頻率，進而運用更精確的公式測算出相關承載物實際參數，從而可以更精確判斷地基的實際強度參數。以標準貫入力測試為基礎，就可以獲取最精確的測試數值，然后再準確標記到地質剖面圖上，這樣就可以精確繪出關于δs和N的關系曲線和直方圖，就可以更精確地得出地基的實際強度。

3.3 采用原狀土的物理力學指標查表測試手段確認地基承載能力

利用室內測試手段，落實了精確的原始狀態土壤測量有關數據，并利用查表的方法精準地確定了土壤的標準值和基本值等有關數據，后期就可以得到有關地基實際承載力相關指標。由于當時缺乏實用的檢測標準與資料，所以在實施現場試驗整合流程，按照詳細的測試手段，可以精準地發現最大限度載荷力。因為要求在資料中，要落實有關施工土壤的液限和塑性等技術的關鍵參考指標，目前相關的物理參數檢測手段還沒走進行統一化，在最終的檢測結果可能會有很大的偏差。

3.4 確定地基承載力的動力觸探試驗

動力觸探試驗一般是通過錘擊手段令已經準備好的探頭直接穿透地基內部結構，然后通過所確定的觸探深度精準判定實際錘擊的準確次數，可以確定準確的實際承載力相關數據。根據現場的土體類型，然后再科學選用適當的檢查手段，最主要的是輕便動能觸探、重載動能觸探手段和特重動能觸探手段等。

4 工程概況

某公路工程項目為雙向四車道，實際全長共146.193km，路基實際寬度為28.7m。經相關考察報告可以看出，該段有大面積的軟土存在，地下水豐富，地勢低.本工程項目實施鉆探以及輕型滲透等手段進行了軟基初期勘察工作，其中K0+000-K82+638段為主要研究目標.在勘探過程中，簡單勘探孔實際數量共618個，機械鉆孔的實際數量為127個，實際土樣共計75組，實際標記次數共計498次。

表格1是此路段軟土相關特性數據。因此，最終實驗結果有不同程度的離散性，在沒有采樣條件的部位實施多次標貫實驗，但由于標貫實際頻率在1～5桿范圍內，因此無法精準斷定軟土的相關特性，也是一般軟土調查手段出現的弊端之一。

表1 路段相關特性數據

5 在公路地基承載力檢測中實施靜力觸探試驗的實際應用

與其他的測試手段比較，靜力觸探手段在實際的地基土壤強度測試領域中更為客觀、精準。根據項目實際狀況，該段較軟地層的實測靜力觸探相關數據和實測強度范圍在見表2中給出。綜合考慮，淤泥層①和粘性土壤②的規律性較強。但由于砂層③和土壤④不均勻分布，相關指標離散度過大。

5.1 試驗條件

為了驗證最終檢測結果是否精準，選取一條有說服性的路進行測試，實際起訖樁號K18+534～ k68+579。依據鉆孔自身狀況，泥沙質砂和泥沙質黏土始終處于最上層，表面呈現灰白或深灰色，軟塑，厚度大約在0.9～3.7m。疏松砂質粘土始終處于中下層，內部組成并不一致，即使局部摻有薄層細粉土，軟泥實際的均勻厚約5.7m。

5.2 樁間土承載力計算

通過施工項目設計方案，該段利用水泥攪拌樁實施軟基處理。其他資料如下:樁實直徑為48m、樁實直徑為6.3m、樁實長度為1.5m。為大幅度的提高復合地基整體加固效率，在加固中和加固后均進行了靜力性能觸探測試，能夠準確得表2所示的最終結果。

如表2所示，當土層深度達到0～1.2m時，由于水泥攪拌樁施工作業中鋪設了填土墊層，已經有一定的承載能力。軟土層的實際深度大致在1.2～4.6m范圍內，在澆筑后與混凝土攪拌樁之間的最大強度差可能會大幅度提高1.6-1.7倍左右。泥沙濃度高的地方由于水泥漿沿含砂土壤地層長期侵蝕，所以支撐力很大。根據土壤承載力與最用試驗數據的加權平均值，能夠精確地得出樁與土壤之間的天然強度差，為78.6KPa，而水泥混凝土樁則在經過后期的加強后，實際承載力能夠增加到98.2KPa[2]。

表2 加固前后不同深度實際承載力

5.3 復合地基承載力確定

根據設計方案，160KPa是地基的實際載荷力設計值，320KPa是相應的最大載荷。按照當前技術實際流程進行實際載荷測試。實驗過程中，根據實際載荷點頻率，分析了總樁數為0.3%。其中，K71620路段實際位置的單個復合地基實際載荷試驗Q-S曲線如圖1所示。

圖1 復合地基實際載荷試驗Q-S曲線

基于樁間土壤靜力性能觸探實驗最終結論，按以下公示測算的復合地基實際承載能力特性數值:

通過設計指標，可以計算出12.9%的實際面積轉化率。按水泥攪拌樁施工現場抗壓強度以及抽芯等結果，可得到樁混凝土的實際抗壓強度為2.7MPa。

從公式(2)可以得出準確特性值，大約為119KN，然后按照靜力觸探試驗得到的實際樁間土實際承載力為9678KPa。根據公式(1)能夠得到復合地基實際承載力的精準特性值為148.6KPa，在規定范圍內[3]。

6 結論

目前在公路工程中使用的原位測試為靜力觸探試驗，能夠有效進行連續試驗，獲得精準的土體相關數據以及參數。靜力觸探試驗在高速公路及地基實際承載能力測試中的實際運用，可大幅度提升測試準確度。