裴德元

寧夏固原建筑設計研究院（有限公司） 寧夏固原 756000

確定碎石土變形模量的有效方法有淺層平板載荷試驗、深層平板載荷試驗、螺旋板載荷試驗[1]。淺層平板載荷試驗適用于確定淺部地基土層承壓板下壓力主要影響范圍內的變形模量，它反映承壓板下1.5-2.0倍承壓板直徑或寬度范圍內地基土變形的綜合性狀；深層平板載荷試驗用于確定深部地基土及大直徑樁樁端土層在承壓板下應力主要影響范圍內的變形模量，適用于埋深等于或大于5.0m和地下水位以上的地基土；螺旋板載荷試驗適用于深層地基土或地下水位以下的地基土，該方法應在鉆孔中進行，現(xiàn)場實施時技術要求高，試驗難度大?！豆こ痰刭|手冊》（第五版）第三篇第二章第四節(jié).四，制定了碎石土的重型圓錐動力觸探試驗N63.5錘擊數(shù)與變形模量EO值的關系表和相應計算公式，但屬鐵路工程、成都地區(qū)、遼寧省等行業(yè)、地方規(guī)范，大量試驗和工程實踐證明，對于寧夏南部碎石土明顯的不適用，而碎石土在寧夏南部廣泛分布，尤其在高層建筑的沉降變形驗算方面缺乏依據(jù)。研究確定出寧夏南部碎石土重型圓錐動力觸探試驗錘擊數(shù)N63.5與變形模量EO值的關系，對寧夏南部碎石土的理論研究和工程實踐有著重要的意義。

1 寧夏南部區(qū)域地質條件

1.1 地質構造

寧夏南部大地構造隸屬昆侖秦嶺地槽褶皺大區(qū)（I級），走廊過渡帶分區(qū)（Ⅱ級），六盤山復背斜（Ⅲ級）[2]。

處于祁連山地槽東翼與鄂爾多斯地臺邊緣之間，在黃土高原的中間地帶，屬黃河流域上游。境內海拔在1430-2942m，南部為六盤山脈，東部為丘陵溝壑區(qū)，西部為狹谷川臺區(qū)，北部為河流階地、河漫灘、山前沖洪積扇、溝谷等?？偺攸c是南高北低，基本地形由南向北、由西向東傾斜，坡度約0.49%。地形地貌大體可分為：山體、土石丘陵區(qū)、黃土丘陵區(qū)、河流階地、河漫灘、山前沖洪積扇、溝谷、河道等。

該區(qū)域山體、丘陵區(qū)上部為黃土所覆蓋，厚度較大。河流階地、河漫灘、山前沖洪積扇、溝谷、河道上部黃土覆蓋薄，碎石土普遍分布，第三系地層埋藏較淺。

1.2 水文地質條件

寧夏南部主要干流為清水河，清水河是寧夏境內直入黃河的第一大支流，發(fā)源于固原市原州區(qū)開城鎮(zhèn)黑刺溝腦，流經(jīng)原州區(qū)、海原、同心、中寧4縣，在中寧縣泉眼山匯入黃河，全長320km，境內流域面積13511km2（總面積14881km2），地理坐標為東經(jīng)105°00'-107°07'，北緯35°36'-37°37'。河源海拔2489m，河口1190m，河道平均比降1.49‰。其支流有渝河、甘渭河、涇河、飲馬河、中河、大營河、莧麻河等共計20余條。全河多年平均徑流量2.02億m3（寧夏區(qū)內1.886億m3），區(qū)內平均徑流深14.0mm，年產水模數(shù)1.40萬m3/km2；清水河為多泥沙河流，懸移質多年平均含沙量216kg/m3，流域平均輸沙模數(shù)3160t/km2，最大13200t/km2，最小5.85t/km2[3]。

河流補給源多為大氣降水、地表洪流、地下水溢出等，徑流條件為由西南向東北方向徑流（隆德、西吉境內由東北向西南方向徑流），排泄條件為向下游逕流。

地下水資源主要為第四系松散堆積層孔隙潛水，呈帶狀、片狀集中分布于清水河兩岸河谷地帶，具有河谷階地埋藏淺、丘陵區(qū)埋藏較深、水量稀缺、水交替作用不強烈等特點，其含水層巖性主要為沖積、洪積相角礫、碎石、砂土，厚度3-15m，厚度橫向變化大，近河岸地帶富水性一級階地及河漫灘有增厚趨勢，主要補給方式有大氣降水下滲、河流側向入滲補給等；主要排泄方式為人工開采、泄流排泄、泉水排泄等。本地區(qū)年雨季為七－九月份，地下水位有隨年份和季節(jié)性變化的特點，最大變幅約0.50-1.00m。

1.3 自然地理條件

寧夏南部區(qū)域性氣候差異明顯，屬溫帶半干旱區(qū)，為典型的大陸性季風氣候。年平均氣溫7.40C-8.50C，日平均最低氣溫-7.00C，月平均最高氣溫22.10C，極端最低氣溫-20.00C，極端最高氣溫36.00C，無霜期140-170天；年平均降水量350-550mm，年最大蒸發(fā)量1398.1mm，年最小蒸發(fā)量1327.7mm，年最大積雪深度19.0mm，降水季節(jié)分布不均；風向春冬季以西北風為主，夏秋以東南風居多，主導風向為西北風，冬寒長，夏熱短，氣溫日差大，光照充足，年平均風速2.7m/s，年最大風速（西北風）28.0m/s，標準凍土深度0.86-1.43m。

2 寧夏南部碎石土一般特征

寧夏南部碎石土是第四系全新統(tǒng)（Q4）以來堆積的，本地區(qū)工程界通俗稱為“土沙子”，專業(yè)定名為“含泥角礫”，是擬建物最常選用的持力層和地基處理中的換填材料。

2.1 野外特征

寧夏南部碎石土分布于河流階地、河漫灘、山前沖洪積扇的表部，已堆填溝谷、河道區(qū)域。顏色以淺灰、灰白為主的雜色，鉆進較困難，鉆桿、吊錘跳動不劇烈，孔壁有坍塌現(xiàn)象，鍬鎬可挖掘，井壁有掉塊現(xiàn)象，從井壁取出大顆粒處，能保持凹面性狀。顆粒級配良好，大顆粒形成基本骨架，粉質黏土充填于顆?？障吨?，含泥量最大值41.4%，最小值15.4%，平均值32.9%。礫石成分以砂巖、灰?guī)r為主，粒徑以4-20mm者居多，最大約80mm，礫石多呈棱角－次棱角狀，泥質膠結，偶含石英粉粒，在河谷切割剖面、大量巖土工程勘察報告中的剖面圖中常有0.50-1.80m厚的粉質黏土、含礫粉質黏土、砂土呈夾層、透鏡體狀分布，屬于其軟弱夾層、下臥層。

2.2 物理力學性質

2.2.1密實度

寧夏南部碎石土沉積年代較晚，密實度屬稍密－中密，重型圓錐動力觸探試驗錘擊數(shù)N63.5，原始值約8-22擊，標準值約7.4-17.1擊，經(jīng)觸探桿長修正值約6.3-12.2擊；含泥量大（15.4%-41.4%），顆粒級配良好，不均勻系數(shù)CU（109.3-128.1）＞5，曲率系數(shù)1＜Cc（0.905-1.869）＜3。

2.2.2抗剪強度

寧夏南部碎石土，抗剪強度較低，其抗剪強度由黏聚力和內摩擦角決定，該土的黏聚力C約0.0-4.0kPa，內摩擦角ф約22-35°。

2.2.3承載力特征值

寧夏南部碎石土，天然重度較小，約17.5-19.8KN/m3；通過收集該地區(qū)大量地基承載力檢測報告，承載力特征值偏小，fak約160-220kPa，變形模量較小，Eo約22.0-32.0MPa[8]，以固原老城區(qū)某項目載荷試驗為例（如圖1）。

圖1 淺層平板靜載荷試驗曲線圖

3 寧夏南部碎石土動探錘擊數(shù)與變形模量的關系

寧夏南部碎石土密實度屬稍密-中密，顆粒級配良好，含泥量大，抗剪強度較低，天然重度較小，地基承載力特征值偏小，變形模量較小，其間重型圓錐動力觸探試驗錘擊數(shù)N63.5較低。通過多年來的寧夏南部碎石土工程實踐，當重型圓錐動探試驗錘擊數(shù)越高，其變形模量值明顯的越大，反之，當重型圓錐動探試驗錘擊數(shù)越小，其變形模量值明顯的越小。

在該地區(qū)巖土工程勘察和地基檢測生產工作中，經(jīng)分析研究大量的試驗數(shù)據(jù)，收集整理了寧夏南部260多份《巖土工程勘察報告》和200多份《地基承載力檢測報告》，結合自己多年來的現(xiàn)場實踐經(jīng)歷，篩選掉數(shù)據(jù)異常的，從中提煉出有規(guī)律特征的資料，對照選出碎石土重型圓錐動力觸探試驗鉆孔與靜載荷試驗點相符合的200組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計二者的對應關系表（如表1），通過建立數(shù)學模型，畫出二者的對應關系曲線圖（如圖2）。

表1 寧夏南部碎石土動探錘擊數(shù)N63.5與變形模量Eo的對應關系表

圖2 寧夏南部碎石土動探錘擊數(shù)N63.5與變形模量Eo的對應關系曲線圖

根據(jù)表一數(shù)據(jù)，結合圖3關系曲線和擬合曲線圖，推出二者的函數(shù)關系式為：Eo=114/7+5N63.5/7。

4 結語

（1）寧夏南部碎石土密實度屬稍密－中密，顆粒級配良好，含泥量大，抗剪強度較低，天然重度較小，地基承載力特征值偏小，變形模量較小。

（2）寧夏南部碎石土，重型圓錐動探試驗錘擊數(shù)越高，其變形模量值明顯的越大，反之，當重型圓錐動探試驗錘擊數(shù)越小，其變形模量值明顯的越小，二者有一定的對應關系。在寧夏南部碎石土中，根據(jù)其重型圓錐動探試驗錘擊數(shù)，用N63.5-Eo關系對應曲線圖，確定出該土層的重型圓錐動力觸探試驗錘擊數(shù)N63.5與變形模量Eo值的函數(shù)關系式為：Eo=114/7+5N63.5/7。