張 維,張振興,韋開(kāi)騰
(1、廣東華路交通科技有限公司 廣州510420;2、深圳合創(chuàng)建設(shè)工程顧問(wèn)有限公司 深圳518000)
沼澤相軟土經(jīng)過(guò)淺層就地固化改良,將非適用性軟土就地固化成適應(yīng)性路基填料。一般將軟土體配制成無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.8~4.5 MPa 的半剛性路基填料[1],從而實(shí)現(xiàn)軟土的資源化利用。施工初期作為路基施工時(shí)大型機(jī)具進(jìn)出不良場(chǎng)地的施工便道,然后待機(jī)具撤出場(chǎng)后,作為永久性地基與塑料排水板,或深層處理的基樁形成復(fù)合路基。在粵東濱海沼澤相淤泥層較厚[2],一般設(shè)計(jì)就地改良固化深度1~3 m 為宜。前期為大型施工機(jī)具出入提供通道,《公路路堤就地固化(強(qiáng)力攪拌法)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》采用不排水抗剪強(qiáng)度和靜力觸探錐尖阻力檢測(cè)軟土固化改良處理后的強(qiáng)度,判定路基改良處理效果,以及改良后路基的承載能力[3]。
鑒于靜力觸探與輕型動(dòng)力觸探同屬于貫入圓錐體觸探獲得相關(guān)力值范疇。復(fù)合路基可采用圓錐動(dòng)力觸探檢驗(yàn)注漿加固路基以及復(fù)合地基增強(qiáng)體施工檢測(cè)[4],然后使用平板靜荷載試驗(yàn)檢測(cè)獲取地基承載力特征值,綜合判斷地基整體承載能力。輕型觸探采取施加豎向動(dòng)荷載獲得不同深度的錘擊數(shù),反算觸探儀錐尖阻力;靜力觸探使用豎向靜荷載直接獲取錐尖貫入阻力。兩種試驗(yàn)方法工作原理相似,均是通過(guò)施加外力壓入一定規(guī)格的錐體,采集錐體壓入力值,分析地基土強(qiáng)度和抵抗變形能力,評(píng)判地基改良處理效果[5]。由此,輕型動(dòng)力觸探與靜力觸探之間一定存在必然的聯(lián)系。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)輕型觸探與靜力觸探在不同地基填料介質(zhì)之間換算關(guān)系,得出了較多的研究結(jié)論,并總結(jié)了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式[6]。由于軟土就地固化土技術(shù),近兩年才開(kāi)始在國(guó)內(nèi)推廣使用,目前對(duì)于固化路基土體輕型觸探N10與靜力觸探qc之間的關(guān)系,沒(méi)有文獻(xiàn)可參考。借鑒研究臺(tái)背回填料輕型觸探與靜力觸探的方法[7],使用平板靜荷載試驗(yàn)驗(yàn)證方法可靠性,建立軟基就地固化土體輕型觸探N10與靜力觸探qc之間的相關(guān)性關(guān)系。
同條件檢測(cè)就地固化土體輕型觸探N10試驗(yàn)。在就地固化路基段擇取固化深度為1.5~3.0 m 的段落作為試驗(yàn)段,獲取固化土的實(shí)際無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,保證試驗(yàn)區(qū)域固化土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值分布均勻,排除由于固化土體強(qiáng)度以及其他物理性能指標(biāo)差異造成的誤差[8]。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn),在固化深度為1.5 m、2.0 m、3.0 m,設(shè)計(jì)固化土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(7 d齡期)為2.50 MPa,選擇原狀土物理指標(biāo)相近,改良后固化土無(wú)側(cè)限強(qiáng)度差異小,且分布均勻的3 個(gè)測(cè)區(qū)[9],實(shí)測(cè)各測(cè)區(qū)固化土實(shí)際無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值為2.70 MPa(測(cè)區(qū)1)、2.72 MPa(測(cè)區(qū)2)、2.74 MPa(測(cè)區(qū)3),根據(jù)文獻(xiàn)[4]的試驗(yàn)檢測(cè)方法進(jìn)行試驗(yàn)。在上述3個(gè)測(cè)區(qū),采集輕型觸探N10如表1、圖1所示。
⑴由表1、圖1 可以看出使用輕型動(dòng)力觸探N10進(jìn)行檢測(cè),固化土體強(qiáng)度與錘擊次數(shù)成正比關(guān)系。觸探儀錐尖在貫入深度60 cm、120 cm、170 cm、270 cm 附近時(shí),存在明顯的折點(diǎn)。由此,截取貫入深度為60~120 cm、60~170 cm、60~270 cm 的曲線,發(fā)現(xiàn)上述固化土體深度與錘擊次數(shù)曲線呈緩和的正比關(guān)系遞增,且曲線遞增趨勢(shì)相似。由此,在后述中分別截取貫入深度60~120 cm、60~170 cm、60~270 cm為例。然后,再在原位進(jìn)行靜力觸探qc試驗(yàn),獲取相應(yīng)的錐尖阻力強(qiáng)度值。
圖1 不同深度固化土體貫入深度輕型觸探N10錘擊數(shù)與錐尖阻力qc的關(guān)系Fig.1 Light Penetration Depth of Solidified Soil at Different Depths Relationship between Hammer Number of N10 and Tip Resistance qc
⑵同條件原位進(jìn)行靜力觸探qc試驗(yàn)。在進(jìn)行輕型動(dòng)力觸探N10的原位使用雙橋靜力觸探儀,收集觸探儀錐尖阻力值,修正數(shù)據(jù),計(jì)算出不同強(qiáng)度固化土體的承載力特征值,由表1、圖1 可以看出使用靜力觸探儀進(jìn)行檢測(cè),固化土體強(qiáng)度與錐尖阻力成正比關(guān)系,觸探錐尖貫入深度在60 cm附近時(shí),同樣也存在明顯的起始臨界折點(diǎn),觸探錐尖貫入深度在60 cm 附近時(shí),線形增長(zhǎng)趨于平緩,貫入錐尖阻力與貫入深度的關(guān)系曲線總體較為平緩,不存在陡增、陡降,當(dāng)接近固化土體末端與軟土層地質(zhì)分界清晰,觸探錐尖阻力突變,固化深度體現(xiàn)明顯。為了對(duì)比輕型動(dòng)力觸探N10錘擊次數(shù),分別截取貫入深度為60~120 cm、60~170 cm、60~270 cm 時(shí)的錘擊數(shù)N10和qc承載力特征值作為代表值進(jìn)行分析。在上述3個(gè)測(cè)區(qū),采集輕型觸探N10與靜力觸探錐尖阻力qc,如表1、圖1所示。
⑶靜力觸探和輕型動(dòng)力觸探2 種方式試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,截取貫入深度在60~120 cm、60~170 cm、60~270 cm 時(shí)的N10錘擊數(shù)和錐尖阻力qc值回歸分析。分析圖1、表1 及表2,若舍去固化土體表層40 cm,下層地質(zhì)分界上方30 cm 的數(shù)據(jù),則錐尖阻力與錘擊次數(shù)上升拐點(diǎn)相同。根據(jù)這一特征,在同條件區(qū)域,使用靜力觸探檢測(cè)經(jīng)過(guò)固化處理后固化土體的錐尖阻力qc值,對(duì)比輕型動(dòng)力觸探N10錘擊次數(shù),分析數(shù)據(jù)尋求兩種檢測(cè)手段之間的相關(guān)性關(guān)系,從圖1、表1 可以看出靜力觸探與輕型動(dòng)力觸探N10之間,線形臨界點(diǎn)相同。由圖1可以看出,貫入深度與動(dòng)力觸探N10獲取錘擊次數(shù)、靜力觸探錐尖阻力qc之間呈正相關(guān)關(guān)系。靜力觸探錐尖阻力qc獲取的路基承載力特征值曲線平緩、穩(wěn)定,且能與室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值相應(yīng)襯,具有一定的代表性。由此,兩者之間應(yīng)該存在一定的聯(lián)系,以靜力觸探所得到的強(qiáng)度為Y值,以及對(duì)應(yīng)Y值時(shí)的錘擊數(shù)為X 值,使用最小二乘法關(guān)聯(lián)同貫入深度時(shí)的兩組數(shù)據(jù),建立關(guān)系曲線方程,獲得兩類數(shù)據(jù)之間的關(guān)系保證率。以60~120 cm、60~170 cm、60~270 cm為例,3組代表值在不同貫入深度時(shí),兩者相關(guān)性公式如表2所示。
利用克姆萊理論,計(jì)算分析表2數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,選取保證率(R2值)最合理的貫入深度,作為代表關(guān)系式。逐段數(shù)理分析貫入深度、靜力觸探qc與輕型動(dòng)力觸探N10三者之間的關(guān)系,得到當(dāng)貫入深度貫入深度在120 cm 時(shí),數(shù)據(jù)的保證率最合理,所以建議使用貫入深度為120 cm 時(shí)的相關(guān)性關(guān)系作為經(jīng)驗(yàn)公式:qc=-0.000 7N102+0.054 2N10+1.751,保證率R2=0.991 6??梢栽诂F(xiàn)場(chǎng)使用輕型動(dòng)力觸探N10獲取錘擊次數(shù),換算出靜力觸探錐尖阻力qc值,測(cè)出固化土體的承載力(強(qiáng)度)強(qiáng)度特征值。
表1 不同貫入深度固化土體靜力觸探qc與輕型觸探N10代表值統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical of Static Penetration qc and Light Penetration N10 Representative Value of Solidified Soil with Different Penetration Depths
表2 不同貫入深度的靜力觸探qc與輕型動(dòng)力觸探N10的相關(guān)性關(guān)系Tab.2 Correlation between Static Penetration qc with Differ?ent Penetration Depth and Light Penetration N10
根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范:廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ∕T 15-38-2019》[10]相關(guān)章節(jié)規(guī)定,對(duì)固化體路基進(jìn)行靜載荷試驗(yàn),檢測(cè)試區(qū)的P-s(壓強(qiáng)與荷載板沉降速率)曲線、s-lgP 及s-lgt(沉降速率與壓強(qiáng)及單位時(shí)間荷載板沉降量回歸分析)曲線。根據(jù)以上試驗(yàn)檢測(cè)手段對(duì)3個(gè)檢測(cè)試區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果整理如表3所示。
表3 同條件檢測(cè)不同試區(qū)就地固化土體平板載荷試驗(yàn)Tab.3 Test of Plate Load of Local Solidified Soil in Different Test Areas under the Same Conditions
經(jīng)過(guò)計(jì)算,上述3 處試檢測(cè)點(diǎn)承載力特征值在200~300 kPa 之間。符合《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范:JTG D30-2015》以及《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則:JTG ∕T D31-02-2013》對(duì)地基承載力的要求。通過(guò)平板靜載荷試驗(yàn)可以間接看出,就地固化土體承載力特征值與觸探錘擊數(shù)和貫入錐尖阻力所獲取的相關(guān)性關(guān)系公式合理,且能反映地基承載力的真實(shí)情況,同時(shí)與固化土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值一致。由于試驗(yàn)區(qū)域大面積軟土物理特性較一致,所以試驗(yàn)未對(duì)于土壤分層、顆粒物粒徑、有機(jī)質(zhì)含量等指標(biāo)因素差異影響較?。?1],因此,在列出靜力觸探qc與輕型動(dòng)力觸探N10的相關(guān)關(guān)系時(shí),未列出原狀軟土物理性能的差異影響。
由于軟土路基改良后強(qiáng)度明顯高于松散的顆粒狀原土,顯然不能再使用輕型動(dòng)力觸探N10經(jīng)驗(yàn)公式(8N10-20)換算地基承載力的代表值。經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)并整理相關(guān)數(shù)據(jù),得出軟土就地固化改良后,作為半剛性填料使用在路基工程中,采用輕型動(dòng)力觸探N10,也可檢測(cè)出就地固化土體的承載力特征值。但就地固化強(qiáng)度、深度各異,取值時(shí)舍去固化土體表層40 cm,下層地質(zhì)分界處30 cm以上數(shù)據(jù),截取正常段數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理分析,以最具有代表性的貫入深度120 cm 為例,得出輕型動(dòng)力觸探N10與地基承載力之間的相應(yīng)關(guān)系公式為:qc=-0.000 7N102+0.054 2N10+1.751,保證率R2=0.991 6。
綜上所述,若使用強(qiáng)力攪拌頭[11]就地固化改良軟土路基土體提高路基承載力,當(dāng)固化土強(qiáng)度分布較平均時(shí),輕型動(dòng)力觸探N10和靜力觸探qc之間存在良好的相關(guān)性關(guān)系。以觸探貫入深度為120 cm 為例,可以利用相關(guān)性公式互為轉(zhuǎn)換。由此,建立了就地固化土輕型動(dòng)力觸探N10錘擊次數(shù)與靜力觸探qc之間的相關(guān)性關(guān)系公式。