阮超

信陽市建筑勘察設(shè)計研究院有限公司（464000）

試驗研究

基于原位測試數(shù)據(jù)的信陽市天然地基承載力定量化分析技術(shù)

阮超

信陽市建筑勘察設(shè)計研究院有限公司（464000）

傳統(tǒng)的工程勘察，多使用室內(nèi)土工試驗對目標土的物理及力學指標進行測定，得出天然地基的承載力。在實際采集土壤過程中，會因為各類人為因素導致測定結(jié)果出現(xiàn)偏差，故而基于原有土體結(jié)構(gòu)以及天然水含量等多方面因素下的原位測試數(shù)據(jù)的天然地基承載力定量化分析具有必要性。這里結(jié)合信陽市的實際工作經(jīng)驗對此技術(shù)進行分析。

原位測試數(shù)據(jù)；地基承載力；定量化分析

地基承載力一定程度上會給后期工程項目的實施帶來巨大影響，因而需要充分重視。隨著我國社會主義科學技術(shù)的迅速發(fā)展，國內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展前景也較為廣闊，對巖土工程的勘測準確性也有了更為嚴格的要求，天然地基承載力的定量化分析同樣如此。

1 原位測試技術(shù)的優(yōu)勢

原位測試技術(shù)同傳統(tǒng)測試方法相比，具有獨特優(yōu)勢。該技術(shù)直接在原有天然土層的基礎(chǔ)上進行測量，受到的人為因素影響更少，測試結(jié)果更為準確。原位測試技術(shù)的優(yōu)勢主要在表現(xiàn)在以下方面：

原位測試技術(shù)能夠極大地減少對原有土體結(jié)構(gòu)的破壞，尤其是土體原有的含水量、應(yīng)力狀態(tài)等多方面因素，在保障土壤各類物理及力學指標不變的前提下，提高測量準確度；同傳統(tǒng)的室內(nèi)土樣測試比較,原位測試技術(shù)有著更為廣闊的測量范圍，測試結(jié)果更具有代表意義，能夠充分反應(yīng)出巖土結(jié)構(gòu)給巖土性質(zhì)造成的影響。

2 信陽市地質(zhì)環(huán)境概況和土層分布情況

信陽市位于河南省南部，同湖北省與安徽省相鄰，地理位置較為重要。信陽市的自然地勢呈南高北低情況，地理環(huán)境較為多樣化。信陽市西、南部地區(qū)是以大別山、桐柏山為主的山地環(huán)境，北部地區(qū)主要以平原、洼地為主。

信陽市由潢川、固始、羅山、光山、息縣、淮濱、商城與新縣八個縣城組成，每個縣城的地質(zhì)情況有所不同。信陽地區(qū)土壤仍然以黃棕壤為主要組成部分，配合有石質(zhì)土、粗骨土以及水稻土等。總體來看，信陽地區(qū)的地理環(huán)境較為復雜，土層的種類較為豐富。

3 以原位測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的信陽市天然地基承載力分析

現(xiàn)有確定土地地基承載力的方法主要有三類：1）根據(jù)理論公式進行計算；2）根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗計算地基承載力;3）利用原位測試數(shù)據(jù)進行分析計算。本次信陽市地基承載力的分析確定，主要使用到第三種方式，即利用原位測試數(shù)據(jù)進行分析計算。

原位測試技術(shù)的主要手段有載荷試驗、靜力觸探試驗、波速試驗、旁壓試驗等。結(jié)合區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境等綜合因素，本次對信陽市天然地基承載力的分析中,主要使用到了靜力觸探、動力觸探與載荷試驗三種技術(shù)手段。

具體步驟為：先考察信陽市工程地質(zhì)及水文環(huán)境，選擇有代表性的區(qū)域進行鉆探取樣，進一步進行動力、靜力等原位數(shù)據(jù)的測試，然后根據(jù)鉆探取樣結(jié)果測定土體試探結(jié)果及物理、力學指標，最后對比以往數(shù)據(jù),總結(jié)獲得土體的物理學及力學指標。

3.1 靜力觸探

1）靜力觸探的基本現(xiàn)狀

靜力觸探測試法簡稱靜探法（CPT），主要是將具有相應(yīng)規(guī)格的圓錐形探頭勻速壓入土中，對探頭所受到的阻力等進行測量，最終得出數(shù)據(jù)的測試方法。該技術(shù)最早由荷蘭人研發(fā)，傳入我國后，國內(nèi)大批專家對其進行了改進與優(yōu)化，最終取得了巨大成就。目前，該技術(shù)具有顯著效果，并仍處于不斷完善發(fā)展的過程中。

2）靜力觸探的實踐應(yīng)用

本次研究中，主要針對信陽市有代表性土壤進行測試，主要包含了黏土、粉土及砂土等多個不同種類，主要實踐過程如下：

選擇具有代表性的數(shù)據(jù)點作為參考，探究反應(yīng)靜力觸探X、壓縮模量Y與地基承載能力Z三者間的相互關(guān)系，將以上三項代表數(shù)據(jù)進行整理并加以匯總，把每種類型的土壤特點作記錄。經(jīng)過一段時間內(nèi)的觀察,發(fā)現(xiàn)對于各種類型的土壤,其壓縮模量、地基承載力都能滿足靜力觸探的相應(yīng)線性關(guān)系公式。

本次研究中，主要用最小二乘法來求出各項數(shù)據(jù)的相互關(guān)系。結(jié)合計算結(jié)果并配合實踐驗證可知,以上各相關(guān)量均存在較為明顯的線性關(guān)系，對于實際測量及定量化分析具有參考性意義。

3.2 動力觸探

1）動力觸探的基本現(xiàn)狀

動力觸探試驗又稱圓錐動力觸探試驗，簡稱為動探（DPT），主要是利用一定動能，把特定規(guī)格的圓錐形探頭打入土中，直到探頭達到指定預定深度為止。在此過程中，將探頭打入地面的次數(shù)進行記錄，據(jù)此得出土壤的相關(guān)性能以及物理、力學指標等。此方法具有簡單、易操作、經(jīng)濟實用、測量較快的特點。目前大多數(shù)國家都或多或少地使用動力觸探技術(shù)，美洲、亞洲及歐洲國家的應(yīng)用最具代表性。

2）動力觸探的實踐應(yīng)用

本次研究中，搜集了信陽市近幾年的原位測試數(shù)據(jù)，通過整理及匯總，選擇了170個代表性數(shù)據(jù)點，探究其同標準貫入N的關(guān)系。利用最小二乘法，算出N同代表數(shù)據(jù)點的具體系數(shù)。將N與數(shù)據(jù)點系數(shù)的關(guān)系設(shè)置為方程,進一步得出方程的臨界值。對比具體系數(shù)與臨界值，可以明顯發(fā)現(xiàn)前者大于后者，所以得到兩組數(shù)值具有明顯關(guān)聯(lián)的結(jié)論。此次研究過程中的經(jīng)驗公式，具有一定的實踐應(yīng)用價值。

在動力觸探法測試中，主要采用了標準貫入法與重型動力觸探法兩種方式,以標準貫入法為主，以黏土、砂土為代表性研究對象。將本次研究當中的數(shù)據(jù)點及N值關(guān)系進行整理，同樣能夠得出不同類型土壤、壓縮模量、地基承載力同N值之間的關(guān)系，并進一步得出了相應(yīng)的經(jīng)驗公式。通過計算可知，所有N與數(shù)據(jù)點系數(shù)的關(guān)系方程臨界值均小于標準值,故可以進一步得出各項相關(guān)量間的明確關(guān)系。

3.3 載荷試驗

1）載荷試驗的基本現(xiàn)狀

載荷試驗主要是在擬建建筑場地的相應(yīng)地基持力層上方放置相應(yīng)尺寸及形狀的剛性板，并逐級增加剛性板所承受的荷載力，測量出相應(yīng)的穩(wěn)定沉降結(jié)果，直到數(shù)值達到地基破壞標準為止。根據(jù)荷載力、沉降曲線以及平板載荷試驗能夠具體得到載荷試驗的變化規(guī)律，最終計算出地基承載力。

載荷試驗主要應(yīng)用于較為淺層的天然地基土，如各類填土、含有碎石的土等，在復合型地質(zhì)承載力的評價方面具有顯著作用。

2）載荷試驗的實踐應(yīng)用影響

以信陽市的代表性土壤殘積土為例，該土壤在自然環(huán)境下,若不受外界影響則具有較高強度，不容易出現(xiàn)變形。在該土層上需要分別進行A與B兩項工程項目，根據(jù)不同土質(zhì)情況下的不同原位測試方法,根據(jù)對應(yīng)的公式計算出地基所承受的荷載值，分別得出A、B兩項工程的地基壓力與承受壓力的平均值P。在A工程中，P≈385kPa，而利用荷載試驗法得出的實際承受壓力值為389.5kPa,兩數(shù)據(jù)較為接近。同樣B工程中，P≈432kPa，而與之相應(yīng)的實際承受壓力值則為450kPa，兩數(shù)據(jù)同樣較為接近。由此可知，載荷試驗中所得出的相關(guān)標準數(shù)值及公式具有科學合理性，一定程度上可以在工程實踐當中加以應(yīng)用。

3.4 測量結(jié)果

這里結(jié)合信陽市巖土工程勘測經(jīng)驗，參考相關(guān)文獻，對各種類型土層情況下的觸探試驗、壓縮模量、地基承受力三部分間的相互關(guān)系進行了深入探究，并進一步根據(jù)研究結(jié)果，歸納出了地基物理、力學性質(zhì)給地基承受力及壓縮模量帶來的巨大影響,將這部分影響以響應(yīng)經(jīng)驗公式的形式表現(xiàn)出來，具有現(xiàn)實參考意義。

通過分析，總結(jié)出了土壤天然重度、土壤深度、土層孔隙比、土層含水量等多種因素對地基物理、力學性質(zhì)、地基承受力及壓縮模量帶來的影響，并以公式的形式表現(xiàn)出來，具有現(xiàn)實工程應(yīng)用價值。

4 結(jié)語

我國幅員廣闊，地形地貌及地質(zhì)環(huán)境有著巨大差別,具有一定的復雜性，無法統(tǒng)一計算不同靜力觸探、壓縮模量以及地基承載力之間的關(guān)系，也無法采用較為規(guī)范的公式進行準確計算。本次信陽市天然地基承載力的測量實踐,還可以從擴大測量范圍、增加研究因素以及利用實踐驗證測量等多個方面進行優(yōu)化改進。

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