陳麗

揚(yáng)州市華建建設(shè)檢測中心有限公司 江蘇 揚(yáng)州 225002

路面地基建設(shè)在開挖以前，應(yīng)該做好地基承載能力的全面檢查。一旦技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)地面實(shí)際強(qiáng)度不夠，會對路面地基和內(nèi)部其他構(gòu)造部分的正常運(yùn)用直接產(chǎn)生很大影響。所以，測試公路地基承載能力十分關(guān)鍵，應(yīng)該提高其可信度和精確性。所以，應(yīng)該采取合理科學(xué)的測試手段，大幅度提高相關(guān)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

1 靜力觸探試驗(yàn)的主要特點(diǎn)

靜力觸探試驗(yàn)一般是指通過加壓設(shè)備將觸探桿壓入測試土體，并采用專業(yè)測量系統(tǒng)，測定土體的實(shí)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(xué)特性。而因?yàn)榈貙油临|(zhì)的硬度及其種類不同，接觸探桿的探頭阻力也具有相應(yīng)的不同。這樣，即可把各種尺寸的實(shí)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(xì)記錄。利用實(shí)際貫入阻力和混凝土體內(nèi)部地貌特征以及二者之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和定性，就可以得到淺基承載力等與工程地質(zhì)的有關(guān)數(shù)據(jù)。在公路基礎(chǔ)承載力實(shí)際檢測作業(yè)中，靜力觸探試驗(yàn)主要有作業(yè)質(zhì)量高、操作便捷、檢測迅速、精度高等優(yōu)點(diǎn)。[1]其主要特征具體如下:

第一，在靜力觸探檢測的所有環(huán)節(jié)中，不僅不會對土體產(chǎn)生任何直接影響，而且不需要實(shí)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(yàn)數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定以及精準(zhǔn)。

第二，實(shí)施靜力滲透試驗(yàn)手段對土層進(jìn)行劃分，通過試驗(yàn)，可直接得出連續(xù)指標(biāo)，恢復(fù)土層相關(guān)信息，充分發(fā)揮分層的自身價(jià)值，降低或徹底規(guī)避相關(guān)技術(shù)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(dá)到現(xiàn)場探測以及檢測同時(shí)進(jìn)行的功能，大幅度提高土壤相關(guān)數(shù)據(jù)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(guān)作業(yè)人員專業(yè)素質(zhì)不高，沒有根據(jù)正規(guī)作業(yè)流程進(jìn)行工作，致使地理承載力檢測的最終結(jié)果有很大誤差，嚴(yán)重阻礙相關(guān)工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

2.2 地下水

土壤長期處在地下水以下的環(huán)境。因?yàn)榇藭r(shí)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(shí)際強(qiáng)度不高，實(shí)際承載力也很低。同時(shí)，由于地球內(nèi)部的水會對土壤產(chǎn)生不同程度的破壞，所以對這種影響暫不做進(jìn)一步分析。

2.3 土壤的力學(xué)及物理性質(zhì)

由于天然土壤實(shí)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(nèi)部孔隙率減小，水分無法流入混凝土體內(nèi)部。含水量的減少就會造成強(qiáng)度特性的大幅度提高。此外，土壤強(qiáng)度分析也主要是利用阻力以及黏聚力實(shí)現(xiàn)的。土實(shí)際抗剪強(qiáng)度能夠正確地表達(dá)土層結(jié)構(gòu)的總體力學(xué)特征，且主要破壞形態(tài)以剪切形式出現(xiàn)。因此，在滑坡土的滑動(dòng)表面上會產(chǎn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的毀壞。

2.4 地基土的形成原因及積累時(shí)間

從多方面情況深入分析，地基土可以劃分為以下幾個(gè)層面:

（1）邊坡土

由于已經(jīng)風(fēng)化的巖石在長時(shí)間諸多方面直接影響下漸漸搬運(yùn)而產(chǎn)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(chǎn)生變化，以減小的相關(guān)形式的產(chǎn)生，厚度逐漸增大。因?yàn)樵谶吰峦恋男纬蛇^程中，地基土的實(shí)際承載性能會迥然不同，因此實(shí)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(fēng)化的沉積物和石塊，在諸多環(huán)境影響下會有平原的出現(xiàn)。但在某些地方遠(yuǎn)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(jīng)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(gòu)成，但在這種部位實(shí)際運(yùn)載性能較強(qiáng)。河床兩側(cè)積土以礫石或者卵石為主，表面覆蓋著更細(xì)的土壤形式同時(shí)，有一些泥炭材料以及淤泥，所以實(shí)際承載性能差一些。

（4）殘積土

在搬運(yùn)或者風(fēng)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(qū)或者山坡上。由于分布在不同地區(qū)的實(shí)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(qū)土壤內(nèi)部實(shí)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(zhǔn)備好的探針，在靜壓力的影響下直接進(jìn)入土體結(jié)構(gòu)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(shù)。通過能量貫入測試也可以劃分地層，然后再利用運(yùn)行方法測得物理力學(xué)指數(shù)，以此確定地基承載力參數(shù)。但不同的地區(qū)地基承載力測試也有所不同。因此應(yīng)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(yè)流程比較繁瑣，不應(yīng)用于大多數(shù)地基承載力性能測試。但動(dòng)能觸探和標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)貫入檢測手段確定地基承載力

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(也被稱作SPT)是目前我國檢測地基承載力最實(shí)用的手段，應(yīng)用面積非常廣。一般在施工現(xiàn)場實(shí)施原位測試，主要用于粘性土或者砂土地質(zhì)環(huán)境下的地基實(shí)際承載力的檢測。在公路設(shè)計(jì)最終方案的確定環(huán)節(jié)，可以實(shí)施這種手段定下最優(yōu)質(zhì)的公路設(shè)計(jì)方案。在施工現(xiàn)場的整體質(zhì)量檢查環(huán)節(jié)，可以實(shí)施這種手段在實(shí)驗(yàn)室對相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)施復(fù)核以及全面測試。標(biāo)準(zhǔn)貫入測試手段通過把質(zhì)量達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)貫入裝置安裝在規(guī)定深度的混凝土主體結(jié)構(gòu)中，并詳細(xì)記載所需要的錘擊實(shí)際頻率，進(jìn)而運(yùn)用更精確的公式測算出相關(guān)承載物實(shí)際參數(shù)，從而可以更精確判斷地基的實(shí)際強(qiáng)度參數(shù)。以標(biāo)準(zhǔn)貫入力測試為基礎(chǔ)，就可以獲取最精確的測試數(shù)值，然后再準(zhǔn)確標(biāo)記到地質(zhì)剖面圖上，這樣就可以精確繪出關(guān)于δs和N的關(guān)系曲線和直方圖，就可以更精確地得出地基的實(shí)際強(qiáng)度。

3.3 采用原狀土的物理力學(xué)指標(biāo)查表測試手段確認(rèn)地基承載能力

利用室內(nèi)測試手段，落實(shí)了精確的原始狀態(tài)土壤測量有關(guān)數(shù)據(jù)，并利用查表的方法精準(zhǔn)地確定了土壤的標(biāo)準(zhǔn)值和基本值等有關(guān)數(shù)據(jù)，后期就可以得到有關(guān)地基實(shí)際承載力相關(guān)指標(biāo)。由于當(dāng)時(shí)缺乏實(shí)用的檢測標(biāo)準(zhǔn)與資料，所以在實(shí)施現(xiàn)場試驗(yàn)整合流程，按照詳細(xì)的測試手段，可以精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)最大限度載荷力。因?yàn)橐笤谫Y料中，要落實(shí)有關(guān)施工土壤的液限和塑性等技術(shù)的關(guān)鍵參考指標(biāo)，目前相關(guān)的物理參數(shù)檢測手段還沒走進(jìn)行統(tǒng)一化，在最終的檢測結(jié)果可能會有很大的偏差。

3.4 確定地基承載力的動(dòng)力觸探試驗(yàn)

動(dòng)力觸探試驗(yàn)一般是通過錘擊手段令已經(jīng)準(zhǔn)備好的探頭直接穿透地基內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后通過所確定的觸探深度精準(zhǔn)判定實(shí)際錘擊的準(zhǔn)確次數(shù)，可以確定準(zhǔn)確的實(shí)際承載力相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場的土體類型，然后再科學(xué)選用適當(dāng)?shù)臋z查手段，最主要的是輕便動(dòng)能觸探、重載動(dòng)能觸探手段和特重動(dòng)能觸探手段等。

4 工程概況

某公路工程項(xiàng)目為雙向四車道，實(shí)際全長共146.193km，路基實(shí)際寬度為28.7m。經(jīng)相關(guān)考察報(bào)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(xiàng)目實(shí)施鉆探以及輕型滲透等手段進(jìn)行了軟基初期勘察工作，其中K0+000-K82+638段為主要研究目標(biāo).在勘探過程中，簡單勘探孔實(shí)際數(shù)量共618個(gè)，機(jī)械鉆孔的實(shí)際數(shù)量為127個(gè)，實(shí)際土樣共計(jì)75組，實(shí)際標(biāo)記次數(shù)共計(jì)498次。

表格1是此路段軟土相關(guān)特性數(shù)據(jù)。因此，最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果有不同程度的離散性，在沒有采樣條件的部位實(shí)施多次標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)，但由于標(biāo)貫實(shí)際頻率在1～5桿范圍內(nèi)，因此無法精準(zhǔn)斷定軟土的相關(guān)特性，也是一般軟土調(diào)查手段出現(xiàn)的弊端之一。

表1 路段相關(guān)特性數(shù)據(jù)

5 在公路地基承載力檢測中實(shí)施靜力觸探試驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用

與其他的測試手段比較，靜力觸探手段在實(shí)際的地基土壤強(qiáng)度測試領(lǐng)域中更為客觀、精準(zhǔn)。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際狀況，該段較軟地層的實(shí)測靜力觸探相關(guān)數(shù)據(jù)和實(shí)測強(qiáng)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(guī)律性較強(qiáng)。但由于砂層③和土壤④不均勻分布，相關(guān)指標(biāo)離散度過大。

5.1 試驗(yàn)條件

為了驗(yàn)證最終檢測結(jié)果是否精準(zhǔn)，選取一條有說服性的路進(jìn)行測試，實(shí)際起訖樁號K18+534～ k68+579。依據(jù)鉆孔自身狀況，泥沙質(zhì)砂和泥沙質(zhì)黏土始終處于最上層，表面呈現(xiàn)灰白或深灰色，軟塑，厚度大約在0.9～3.7m。疏松砂質(zhì)粘土始終處于中下層，內(nèi)部組成并不一致，即使局部摻有薄層細(xì)粉土，軟泥實(shí)際的均勻厚約5.7m。

5.2 樁間土承載力計(jì)算

通過施工項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，該段利用水泥攪拌樁實(shí)施軟基處理。其他資料如下:樁實(shí)直徑為48m、樁實(shí)直徑為6.3m、樁實(shí)長度為1.5m。為大幅度的提高復(fù)合地基整體加固效率，在加固中和加固后均進(jìn)行了靜力性能觸探測試，能夠準(zhǔn)確得表2所示的最終結(jié)果。

如表2所示，當(dāng)土層深度達(dá)到0～1.2m時(shí)，由于水泥攪拌樁施工作業(yè)中鋪設(shè)了填土墊層，已經(jīng)有一定的承載能力。軟土層的實(shí)際深度大致在1.2～4.6m范圍內(nèi)，在澆筑后與混凝土攪拌樁之間的最大強(qiáng)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(jù)土壤承載力與最用試驗(yàn)數(shù)據(jù)的加權(quán)平均值，能夠精確地得出樁與土壤之間的天然強(qiáng)度差，為78.6KPa，而水泥混凝土樁則在經(jīng)過后期的加強(qiáng)后，實(shí)際承載力能夠增加到98.2KPa[2]。

表2 加固前后不同深度實(shí)際承載力

5.3 復(fù)合地基承載力確定

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，160KPa是地基的實(shí)際載荷力設(shè)計(jì)值，320KPa是相應(yīng)的最大載荷。按照當(dāng)前技術(shù)實(shí)際流程進(jìn)行實(shí)際載荷測試。實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)實(shí)際載荷點(diǎn)頻率，分析了總樁數(shù)為0.3%。其中，K71620路段實(shí)際位置的單個(gè)復(fù)合地基實(shí)際載荷試驗(yàn)Q-S曲線如圖1所示。

圖1 復(fù)合地基實(shí)際載荷試驗(yàn)Q-S曲線

基于樁間土壤靜力性能觸探實(shí)驗(yàn)最終結(jié)論，按以下公示測算的復(fù)合地基實(shí)際承載能力特性數(shù)值:

通過設(shè)計(jì)指標(biāo)，可以計(jì)算出12.9%的實(shí)際面積轉(zhuǎn)化率。按水泥攪拌樁施工現(xiàn)場抗壓強(qiáng)度以及抽芯等結(jié)果，可得到樁混凝土的實(shí)際抗壓強(qiáng)度為2.7MPa。

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

6 結(jié)論

目前在公路工程中使用的原位測試為靜力觸探試驗(yàn)，能夠有效進(jìn)行連續(xù)試驗(yàn)，獲得精準(zhǔn)的土體相關(guān)數(shù)據(jù)以及參數(shù)。靜力觸探試驗(yàn)在高速公路及地基實(shí)際承載能力測試中的實(shí)際運(yùn)用，可大幅度提升測試準(zhǔn)確度。