孫廣利 毛霞飛

(吉林建筑大學(xué)測繪與勘查工程學(xué)院，長春 130118)

關(guān)于圓礫層地基承載力的研究，經(jīng)查閱有關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)其他地區(qū)圓礫層地基承載力的研究不多，尤其缺少載荷試驗(yàn)研究，僅南寧、柳州地區(qū)對(duì)圓礫層地基有過研究，但對(duì)施工中有關(guān)圓礫層問題處理的報(bào)道較多．

關(guān)于圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)，國內(nèi)外均有大量的研究和實(shí)踐，是一種成熟的原位測試技術(shù)，公路、鐵路、建筑等行業(yè)規(guī)范均有涉及．趙昭熔在“動(dòng)力觸探試驗(yàn)技術(shù)的研究與應(yīng)用”一文中，對(duì)采用圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)方法確定地基承載力，確定卵石土、圓礫土地基變形模量做了研究［1］．但未見有針對(duì)圓礫層的載荷試驗(yàn)研究和根據(jù)圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)計(jì)算地基承載力的經(jīng)驗(yàn)公式，相關(guān)的研究也不多．

第四系全新統(tǒng)圓礫層在吉林省東部、西部均廣泛分布，主要包括延邊、白山、通化局部、吉林局部、白城等地區(qū)［2］，是常用的天然地基基礎(chǔ)持力層．延吉-琿春地區(qū)所處地貌單元為延吉、和龍丘陵盆地谷地區(qū)［3］．圓礫層主要為沖積洪積成因，位于河床相或階地的底部，埋深約為自然地面下2．0m～8．0m不等，厚度2．0m～30．0m不等．該區(qū)分布的圓礫層描述如下:黃褐色，中密～密實(shí)狀態(tài)，濕～飽和，卵石含量20% ～33%，礫石含量39% ～40%，級(jí)配一般，骨架顆粒成分為花崗巖，安山巖等，呈次亞圓形，層厚約為2．5m～6．0m．以往對(duì)圓礫層的地質(zhì)研究較多，而工程研究較少．延吉-琿春地區(qū)巖土工程勘察工作中，確定圓礫層的地基承載力時(shí)采用的常規(guī)工作方法是進(jìn)行圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)，根據(jù)測試結(jié)果，參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)中的地基承載力表確定圓礫層的地基承載力．地基承載力數(shù)據(jù)被普遍認(rèn)為偏于保守，而由于缺乏依據(jù)，不能將地基承載力任意提高，影響和制約了地基基礎(chǔ)方案的選擇．

1 地基承載力測試

圓礫層的地基承載力主要取決于其密實(shí)程度，通常采用重型圓錐動(dòng)力觸探(下文中簡稱DPT)進(jìn)行原位測試，根據(jù)DPT錘擊數(shù)(N63．5)按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007)劃分其密實(shí)程度，見表1［4］．可根據(jù)密實(shí)程度評(píng)價(jià)圓礫層的工程性質(zhì)．

表1 圓礫密實(shí)程度按N63．5分類

1．1 淺層平板載荷試驗(yàn)

采用淺層平板載荷試驗(yàn)方法確定圓礫層地基承載力時(shí)，按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007)附錄C的規(guī)定進(jìn)行．現(xiàn)場淺層平板載荷試驗(yàn)符合以下條件:試驗(yàn)點(diǎn)無邊載，為基坑大開挖的條件;承壓板為剛性板，面積為0．5m2;試驗(yàn)點(diǎn)采用明溝排水，地層濕度接近天然濕度;滿足施加荷載能達(dá)到極限荷載的條件［4-5］．

1．2 圓錐動(dòng)力觸探原位試驗(yàn)方法

采用DPT進(jìn)行圓礫層測試時(shí)，按照《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021)的規(guī)定執(zhí)行．采用自動(dòng)脫鉤的自由落錘，錘重63．5kg，落距76cm，探桿直徑42mm，動(dòng)探頭直徑74mm、錐角60°．確定參加統(tǒng)計(jì)的現(xiàn)場DPT測試數(shù)據(jù)必須符合以下條件:鉆孔采用泥漿護(hù)壁或套管護(hù)壁，孔內(nèi)干凈;DPT連續(xù)貫入深度不小于承壓板下1．5倍承壓板直徑;DPT連續(xù)貫入深度不大于單節(jié)觸探桿長度;DPT數(shù)據(jù)進(jìn)行桿長修正［5-6］．

1．3 試驗(yàn)工作及成果

結(jié)合實(shí)際工程，進(jìn)行了較多的現(xiàn)場淺層平板載荷試驗(yàn)和DPT原位測試，并對(duì)已有資料進(jìn)行了收集整理，篩選出滿足研究條件和具有統(tǒng)計(jì)意義的試驗(yàn)數(shù)據(jù)12組，其中6組分布于延吉市，6組分布于琿春市．將每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值、變形模量、DPT錘擊數(shù)列于表2．

由表2可以看出，圓礫層地基承載力特征值范圍為350kPa～1 100kPa，平均值668kPa，且DPT錘擊數(shù)N63．5越大，亦即密實(shí)度越高，地基承載力特征值越大．

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

1．3．1 地基承載力特征值與DPT錘擊數(shù)的關(guān)系

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，采用一元線性回歸分析，圓礫層地基承載力特征值fak與修正后的DPT錘擊數(shù)N63．5線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0．896，其相關(guān)性見圖1．

依據(jù)上述關(guān)系，得出根據(jù)修正后的DPT錘擊數(shù)N63．5計(jì)算圓礫層地基承載力特征值fak的經(jīng)驗(yàn)公式:

式中，fak為地基承載力特征值，kPa;N63．5為修正后的DPT錘擊數(shù)，擊．

1．3．2 變形模量與DPT錘擊數(shù)的關(guān)系

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，采用一元線性回歸分析，圓礫層變形模量E0與修正后的DPT錘擊數(shù)N63．5線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0．817，其相關(guān)性見圖2．

依據(jù)上述關(guān)系，得出根據(jù)修正后的DPT錘擊數(shù)N63．5計(jì)算圓礫層變形模量E0的經(jīng)驗(yàn)公式:

圖1 地基承載力特征值與DPT錘擊數(shù)關(guān)系

圖2 變形模量與DPT錘擊數(shù)關(guān)系

式中，E0為地基變形模量，MPa;N63．5為修正后的DPT錘擊數(shù)，擊．

2 討論

為建筑物基礎(chǔ)選擇合適的持力層并確定持力層的地基承載力，是巖土工程勘察工作中的重點(diǎn)內(nèi)容，地基承載力數(shù)據(jù)的正確與否關(guān)系到工程的安全、正常使用和工程造價(jià)．確定地基承載力應(yīng)按具體問題具體分析的原則，將滿足工程要求與建設(shè)場地的工程地質(zhì)條件結(jié)合起來考慮．由于地質(zhì)演化和人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，不同地區(qū)的同一巖土層，其工程性質(zhì)會(huì)存在差異，因而不能生搬硬套，除了考慮工程要求外，還應(yīng)考慮地域性特點(diǎn)．

載荷試驗(yàn)方法是公認(rèn)的確定地基承載力的可靠方法，其測試成果被認(rèn)為是最可靠的依據(jù)．但該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且費(fèi)用高，從而影響其使用．其他方法均為間接方法，需要有載荷試驗(yàn)驗(yàn)證其可行性和適用性．可見，載荷試驗(yàn)同時(shí)也是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，積累的數(shù)據(jù)資料越多越好．本次研究針對(duì)延吉、琿春兩地的圓礫層進(jìn)行了淺層平板載荷試驗(yàn)，獲取了地基承載力特征值和變形模量數(shù)據(jù)，為今后勘察工作中采用DPT方法和探討其他方法提供了可靠的參考依據(jù)．

DPT方法主要用于確定碎石類土地基承載力，是一種成熟的原位測試技術(shù)，國內(nèi)開展了大量的研究工作，但不能形成一個(gè)統(tǒng)一的公式用來確定各地區(qū)的地基承載力．因此，各地區(qū)應(yīng)總結(jié)出適于本地區(qū)工程地質(zhì)條件的經(jīng)驗(yàn)公式，以指導(dǎo)當(dāng)?shù)氐目辈旌驮O(shè)計(jì)工作．過去在延吉等地區(qū)，由于沒有載荷試驗(yàn)依據(jù)，只能根據(jù)DPT成果參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)中的地基承載力表確定地基承載力［7］．本次研究驗(yàn)證了以前提出的地基承載力數(shù)據(jù)普遍偏低30% ～50%，說明不存在適于所有地區(qū)的承載力表，所以，DPT方法的應(yīng)用應(yīng)該以當(dāng)?shù)氐妮d荷試驗(yàn)做為依據(jù)．實(shí)踐證明，對(duì)于圓礫層DPT方法是可行而簡便的適宜方法．此次研究通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，建立了根據(jù)修正后的DPT錘擊數(shù)計(jì)算地基承載力特征值和變形模量的經(jīng)驗(yàn)公式，為DPT方法的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐，同時(shí)，也為吉林省其他地區(qū)圓礫層地基承載力的研究提供了借鑒和參考，填補(bǔ)了吉林省此方面研究的空白．

今后，除了繼續(xù)積累載荷試驗(yàn)和DPT測試數(shù)據(jù)外，還應(yīng)從圓礫層的形成環(huán)境和條件、顆粒級(jí)配、膠結(jié)情況及膠結(jié)物、風(fēng)化程度及其影響因素等方面開展研究，探討圓礫層工程性質(zhì)的機(jī)理．

3 結(jié)論

通過采用載荷試驗(yàn)和DPT原位測試方法，對(duì)延吉、琿春圓礫層地基承載力的研究，得出如下結(jié)論:

(1)該地區(qū)的圓礫層大多呈中密～密實(shí)狀態(tài)，變形量小，承載力高．圓礫層地基承載力特征值范圍為350kPa～1 100kPa，平均值668kPa．以往勘察工作提供的地基承載力數(shù)據(jù)雖然可靠，但偏于保守，應(yīng)予以提高;

(2)載荷試驗(yàn)是確定地基承載力的可靠方法，缺乏當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)的情況下應(yīng)由載荷試驗(yàn)確定圓礫層的地基承載力;DPT原位測試方法是確定圓礫層地基承載力可靠而簡便的間接方法;

(3)圓礫層地基承載力特征值、變形模量與DPT錘擊數(shù)線性相關(guān)，可根據(jù)DPT錘擊數(shù)按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算地基承載力特征值和變形模量;

(4)本文的研究成果為今后延吉、琿春地區(qū)巖土工程勘察工作能夠準(zhǔn)確可靠、便捷、經(jīng)濟(jì)地提供圓礫層的地基承載力特征值和變形模量提供了依據(jù)，也為吉林省其他地區(qū)圓礫層地基承載力的研究提供了可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)．

本次研究所依據(jù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)有6組分布于延吉市，6組分布于琿春市，由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)地域的局限性，本區(qū)域內(nèi)可參考使用．

［1］趙昭熔，曹化平．動(dòng)力觸探試驗(yàn)技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2005(S1):431-439．

［2］吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局．吉林省區(qū)域地質(zhì)志［M］．北京:地質(zhì)出版社，1988:10-16．

［3］吉林省測繪局．吉林省國土資源地圖集［S］．北京:科學(xué)出版社，1990．

［4］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50007)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［5］工程地質(zhì)手冊編寫委員會(huì)．工程地質(zhì)手冊［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1992．

［6］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．巖土工程勘察規(guī)范(GB 50021)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009．

［7］中華人民共和國建設(shè)部．建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ7-89)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1989．