勘察實踐中地基土承載力特征值的確定

孫培義

(山西省勘察設(shè)計研究院，山西太原 030013)

1 工程概況

太原航空運(yùn)動學(xué)校堯城機(jī)場為新建通用航空機(jī)場，場址位于太原市西南42 km、清徐縣東南12 km、祁縣東北20 km，清徐縣孟封鎮(zhèn)堯城及南里旺村耕地內(nèi)。場區(qū)主要分為兩個區(qū)域，即飛行區(qū)和工作、生產(chǎn)生活輔助區(qū)。

場區(qū)位于晉中新生代斷陷盆地西北邊緣，屬沖積平原地貌。場區(qū)地勢西北高東南低，地面海拔高程為759.20 m～758.30 m，高差0.9 m，天然地面坡度約0.5‰，地形、地貌簡單。

場區(qū)內(nèi)地基土主要由第四系全新統(tǒng)近期、早期及第四系上更新統(tǒng)沖洪積成因的粉質(zhì)粘土及粉土夾砂土組成。天然地基持力層為②-1層粉土和②-2次層粉質(zhì)粘土，下臥層為③層粉質(zhì)粘土。天然地基為均勻地基。據(jù)巖土工程勘察結(jié)果，本工程擬建場地主要存在的工程地質(zhì)問題為地基土液化及地基持力層承載力較低的問題。工程中采用強(qiáng)夯法對地基土進(jìn)行處理。本工程使用多種方法對強(qiáng)夯處理后的地基土進(jìn)行試驗，通過多種方法的綜合分析最終確定地基土的承載力特征值。

2 地基土承載力特征值的確定方法

2.1 載荷試驗

1)試驗方法及技術(shù)要求。試驗加荷及反力系統(tǒng)由液壓千斤頂、鋼梁、承壓板和配重組成。沉降觀測采用通常使用的基準(zhǔn)梁、百分表觀測系統(tǒng)。試驗荷載由一臺500 kN的液壓千斤頂(型號:QYL50)施加，加荷值采用0.4級精密壓力表(量程100 MPa)量測，沉降量采用百分表(量程50 mm、精度0.01 mm)量測。基準(zhǔn)梁為兩根長5.0 m、寬100 mm的槽鋼。承載板采用圓形鋼板，面積0.5 m2。試驗在終夯面下0.3 m進(jìn)行，試驗時壓板下設(shè)10 mm～15 mm厚的粗砂找平層。加荷采用慢速維持荷載法，即逐級加荷，每級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后施加下一級荷載，直至達(dá)到破壞狀態(tài)。本次試驗依據(jù)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

2)加荷及觀測。a.每加一級荷載后間隔15 min各讀記承壓板沉降量一次，以后每隔30 min讀記一次。b.當(dāng)連續(xù)2 h內(nèi)，每1 h的沉降量小于0.1 mm時，認(rèn)為壓板沉降已趨穩(wěn)定，即施加下一級荷載。每級荷載的間隔時間均不少于2 h。

3)終止試驗條件。本試驗的終止條件均是最大壓力下均在壓板周圍不同程度出現(xiàn)裂縫且累計沉降已超過壓板直徑的0.06倍后終止加載。

2.2 取土、標(biāo)貫試驗

試驗方法及技術(shù)要求:鉆孔采用XY-150型工程鉆機(jī)，套管護(hù)壁，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度的量測誤差不超過5 cm。取土自現(xiàn)地面下0.5 m開始，間距1.5 m，采用薄壁取土器靜壓取土。每次取土后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，標(biāo)貫試驗采用自動脫鉤的自由落錘法進(jìn)行錘擊，標(biāo)貫器內(nèi)飽和粉土留取了擾動樣。

所取土樣均及時送回試驗室進(jìn)行了含水量試驗、密度試驗、土粒比重試驗、界限含水量試驗和壓縮試驗(最大試驗壓力200 kPa)，標(biāo)貫器內(nèi)粉土擾動樣進(jìn)行了密度計法顆粒分析試驗，以六偏磷酸鈉做分散劑，并提供了粘粒含量。按GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)進(jìn)行了試驗。

2.3 靜力觸探

試驗方法及技術(shù)要求:使用ZJYY-20A型靜力觸探車，采用雙橋探頭，液壓連續(xù)貫入，JTY-3型采集儀采集并處理測試數(shù)據(jù)。測試工作依據(jù)GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)進(jìn)行。

2.4 旁壓試驗

試驗方法及技術(shù)要求:采用溧陽PY-3型預(yù)鉆式旁壓儀，手搖麻花鉆成孔。各測點旁壓器的量測腔均在同一土層內(nèi)，兩試驗點間的豎向距離1.5 m。試驗工作依據(jù)TB 10018-2003鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程進(jìn)行。

3 地基土承載力特征值

本次試夯地基處理后地基土承載力主要依據(jù)載荷試驗及取土標(biāo)貫、靜力觸探、旁壓試驗等測試手段進(jìn)行綜合分析評價。下面將重點對載荷試驗的數(shù)量進(jìn)行分析。

3.1 載荷試驗

1)試驗數(shù)據(jù)整理。本次共進(jìn)行平板載荷試驗6個點，試夯Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)各3個點，試驗點編號Z1～Z6。在表格中記錄試驗數(shù)據(jù)，并描繪出p(荷載)—s(沉降)，s(沉降)—lgt(時間)曲線。根據(jù)p—s曲線特征及累計沉降量，對試驗未達(dá)到破壞狀態(tài)的Z1點，承載力特征值按最大試驗壓力的一半取值;其余各試驗點，由于在最大試驗壓力下累計沉降超過壓板直徑的0.06倍仍未穩(wěn)定，且壓板周圍已不同程度出現(xiàn)裂縫，即試驗已達(dá)到破壞狀態(tài)，因此將最大試驗壓力的前一級壓力作為極限荷載，其承載力特征值按極限荷載的一半取值，當(dāng)極限荷載的一半大于相對變形s/d=0.01對應(yīng)的壓力時，則按相對變形s/d=0.01(d為壓板直徑;s為壓板沉降量)對應(yīng)的壓力取值。各試驗點累計沉降、s/d=0.01對應(yīng)的壓力、極限荷載及地基承載力特征值見表1。

2)地基承載力的確定。根據(jù)表1結(jié)果，試夯Ⅰ區(qū)3個試驗點(Z4，Z5，Z6)的地基承載力特征值在210 kPa～270 kPa之間，平均240 kPa，極差60 kPa，極差為平均值的25.0%，由于極差小于平均值的30%，因此確定試夯Ⅰ區(qū)壓板影響深度范圍內(nèi)地基承載力特征值為240 kPa;試夯Ⅱ區(qū)3個試驗點(Z1，Z2，Z3)的地基承載力特征值在185 kPa～210 kPa之間，平均196 kPa，極差25 kPa，極差

為平均值的12.8%，由于極差小于平均值的30%，因此確定試夯Ⅱ區(qū)壓板影響深度范圍內(nèi)地基承載力特征值為196 kPa。

表1 載荷試驗成果表

3)地基土變形模量。根據(jù)載荷試驗結(jié)果，地基土變形模量E0可按下式計算:

其中，I0為剛性承壓板的形狀系數(shù)，圓形承壓板取0.785;μ為土的泊松比，取0.35;d為承壓板的直徑，m;p為p—s曲線線性段的壓力，kPa;s為與p對應(yīng)的沉降，mm。

各試驗點變形模量E0計算結(jié)果見表2。

表2 地基土變形模量計算結(jié)果

3.2 地基承載力特征值綜合分析

根據(jù)本次載荷試驗、標(biāo)貫試驗、靜力觸探、旁壓試驗、室內(nèi)土工試驗結(jié)果，綜合確定試夯后各層地基土承載力特征值建議見表3，表4(深度自起夯面759.7 m算起)。

表3 試夯Ⅰ區(qū)地基處理后各層地基土承載力特征值建議表

表4 試夯Ⅱ區(qū)地基處理后各層地基土承載力特征值建議表

4 結(jié)語

文章通過結(jié)合太原航空運(yùn)動學(xué)校堯城機(jī)場工程實踐，根據(jù)地質(zhì)條件對該地塊采取強(qiáng)夯處理技術(shù)，為準(zhǔn)確地定取該地塊地基處理后的地基承載力特征值，通過采用載荷試驗、取土標(biāo)貫試驗、靜力觸探以及旁壓試驗等方法，經(jīng)過綜合分析最終確定地基土的承載力特征值，為同行提供了地基承載力特征值確定的參考方法。

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