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

阮超

信陽(yáng)市建筑勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司（464000）

試驗(yàn)研究

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

阮超

信陽(yáng)市建筑勘察設(shè)計(jì)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(yàn)對(duì)目標(biāo)土的物理及力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，得出天然地基的承載力。在實(shí)際采集土壤過(guò)程中，會(huì)因?yàn)楦黝惾藶橐蛩貙?dǎo)致測(cè)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(cè)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(yáng)市的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)此技術(shù)進(jìn)行分析。

原位測(cè)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(huì)給后期工程項(xiàng)目的實(shí)施帶來(lái)巨大影響，因而需要充分重視。隨著我國(guó)社會(huì)主義科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展前景也較為廣闊，對(duì)巖土工程的勘測(cè)準(zhǔn)確性也有了更為嚴(yán)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(cè)試技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

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

原位測(cè)試技術(shù)能夠極大地減少對(duì)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(xué)指標(biāo)不變的前提下，提高測(cè)量準(zhǔn)確度；同傳統(tǒng)的室內(nèi)土樣測(cè)試比較,原位測(cè)試技術(shù)有著更為廣闊的測(cè)量范圍，測(cè)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(yáng)市地質(zhì)環(huán)境概況和土層分布情況

信陽(yáng)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(yáng)市的自然地勢(shì)呈南高北低情況，地理環(huán)境較為多樣化。信陽(yáng)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(yáng)市由潢川、固始、羅山、光山、息縣、淮濱、商城與新縣八個(gè)縣城組成，每個(gè)縣城的地質(zhì)情況有所不同。信陽(yáng)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?？傮w來(lái)看，信陽(yáng)地區(qū)的地理環(huán)境較為復(fù)雜，土層的種類較為豐富。

3 以原位測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的信陽(yáng)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(jìn)行計(jì)算；2）根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算地基承載力;3）利用原位測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。本次信陽(yáng)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(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。

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

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

3.1 靜力觸探

1）靜力觸探的基本現(xiàn)狀

靜力觸探測(cè)試法簡(jiǎn)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(duì)探頭所受到的阻力等進(jìn)行測(cè)量，最終得出數(shù)據(jù)的測(cè)試方法。該技術(shù)最早由荷蘭人研發(fā)，傳入我國(guó)后，國(guó)內(nèi)大批專家對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)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(guò)程中。

2）靜力觸探的實(shí)踐應(yīng)用

本次研究中，主要針對(duì)信陽(yáng)市有代表性土壤進(jìn)行測(cè)試，主要包含了黏土、粉土及砂土等多個(gè)不同種類，主要實(shí)踐過(guò)程如下：

選擇具有代表性的數(shù)據(jù)點(diǎn)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(xiàng)代表數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并加以匯總，把每種類型的土壤特點(diǎn)作記錄。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間內(nèi)的觀察,發(fā)現(xiàn)對(duì)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(lái)求出各項(xiàng)數(shù)據(jù)的相互關(guān)系。結(jié)合計(jì)算結(jié)果并配合實(shí)踐驗(yàn)證可知,以上各相關(guān)量均存在較為明顯的線性關(guān)系，對(duì)于實(shí)際測(cè)量及定量化分析具有參考性意義。

3.2 動(dòng)力觸探

1）動(dòng)力觸探的基本現(xiàn)狀

動(dòng)力觸探試驗(yàn)又稱圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)，簡(jiǎn)稱為動(dòng)探（DPT），主要是利用一定動(dòng)能，把特定規(guī)格的圓錐形探頭打入土中，直到探頭達(dá)到指定預(yù)定深度為止。在此過(guò)程中，將探頭打入地面的次數(shù)進(jìn)行記錄，據(jù)此得出土壤的相關(guān)性能以及物理、力學(xué)指標(biāo)等。此方法具有簡(jiǎn)單、易操作、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、測(cè)量較快的特點(diǎn)。目前大多數(shù)國(guó)家都或多或少地使用動(dòng)力觸探技術(shù)，美洲、亞洲及歐洲國(guó)家的應(yīng)用最具代表性。

2）動(dòng)力觸探的實(shí)踐應(yīng)用

本次研究中，搜集了信陽(yáng)市近幾年的原位測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)整理及匯總，選擇了170個(gè)代表性數(shù)據(jù)點(diǎn)，探究其同標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)的具體系數(shù)。將N與數(shù)據(jù)點(diǎn)系數(shù)的關(guān)系設(shè)置為方程,進(jìn)一步得出方程的臨界值。對(duì)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(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)公式，具有一定的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

在動(dòng)力觸探法測(cè)試中，主要采用了標(biāo)準(zhǔn)貫入法與重型動(dòng)力觸探法兩種方式,以標(biāo)準(zhǔn)貫入法為主，以黏土、砂土為代表性研究對(duì)象。將本次研究當(dāng)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)及N值關(guān)系進(jìn)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(jìn)一步得出了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式。通過(guò)計(jì)算可知，所有N與數(shù)據(jù)點(diǎn)系數(shù)的關(guān)系方程臨界值均小于標(biāo)準(zhǔn)值,故可以進(jìn)一步得出各項(xiàng)相關(guān)量間的明確關(guān)系。

3.3 載荷試驗(yàn)

1）載荷試驗(yàn)的基本現(xiàn)狀

載荷試驗(yàn)主要是在擬建建筑場(chǎng)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(jí)增加剛性板所承受的荷載力，測(cè)量出相應(yīng)的穩(wěn)定沉降結(jié)果，直到數(shù)值達(dá)到地基破壞標(biāo)準(zhǔn)為止。根據(jù)荷載力、沉降曲線以及平板載荷試驗(yàn)?zāi)軌蚓唧w得到載荷試驗(yàn)的變化規(guī)律，最終計(jì)算出地基承載力。

載荷試驗(yàn)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(fù)合型地質(zhì)承載力的評(píng)價(jià)方面具有顯著作用。

2）載荷試驗(yàn)的實(shí)踐應(yīng)用影響

以信陽(yáng)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(qiáng)度，不容易出現(xiàn)變形。在該土層上需要分別進(jìn)行A與B兩項(xiàng)工程項(xiàng)目，根據(jù)不同土質(zhì)情況下的不同原位測(cè)試方法,根據(jù)對(duì)應(yīng)的公式計(jì)算出地基所承受的荷載值，分別得出A、B兩項(xiàng)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(yàn)法得出的實(shí)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(shí)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(yàn)中所得出的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值及公式具有科學(xué)合理性，一定程度上可以在工程實(shí)踐當(dāng)中加以應(yīng)用。

3.4 測(cè)量結(jié)果

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

通過(guò)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(duì)地基物理、力學(xué)性質(zhì)、地基承受力及壓縮模量帶來(lái)的影響，并以公式的形式表現(xiàn)出來(lái)，具有現(xiàn)實(shí)工程應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)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(fù)雜性，無(wú)法統(tǒng)一計(jì)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(wú)法采用較為規(guī)范的公式進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。本次信陽(yáng)市天然地基承載力的測(cè)量實(shí)踐,還可以從擴(kuò)大測(cè)量范圍、增加研究因素以及利用實(shí)踐驗(yàn)證測(cè)量等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

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