卵石地基的勘測方法及承載力分析

喬 飛

(山西省勘察設(shè)計研究院，山西太原 030013)

1 砂卵石地基的成因與基本特征分析

1.1 砂卵石地基的成因

根據(jù)地理歷史資料顯示，水動力搬運(yùn)沉積是砂卵石土形成的主要原因。第四紀(jì)是冰川活動的重要地質(zhì)時期，在長期的冰川、冰水搬運(yùn)堆積作用下，陸源碎屑物開始沉積，直到形成以江湖、湖濱為主的沖積物。根據(jù)水動力作用條件和地形地勢的不同，砂卵石土的成因類型也有所不同，具體如表1所示。

表1 砂卵石地層的成因類型

1.2 砂卵石地層特征

砂卵石土通常分布在水動力條件強(qiáng)烈的區(qū)域，不同砂卵石土的成因類型，其特征也不同，具體表現(xiàn)為:

1)洪積成因的砂卵石地層。

該砂卵石地層具有斜層理和交錯層理的特點，沿水流方向，粗顆粒一次一次地覆蓋在細(xì)顆粒上，在侵蝕堆積作用下逐步降低水力坡度，所以使得砂卵石層的粒徑呈現(xiàn)出從上到下逐漸變細(xì)的特征。

2)沖積成因的砂卵石地層。

對于山區(qū)河谷而言，該砂卵石地層具備顆粒粗大、承載力高、級配好、分布變化大、邊緣厚度薄等特征;對于平原河谷而言，該砂卵石地層具備厚度穩(wěn)定、分布廣泛、承載力高、力學(xué)強(qiáng)度好等特征。

3)濱海沉積的砂卵石地層。

該砂卵石地層分布受海岸平緩程度的影響較大，對于陡峻的海岸而言，砂卵石層的顆粒較大、密實度較差;對于平緩的海岸而言，砂卵石層的厚度大、分布廣、磨圓度好、層位穩(wěn)定，可以作為工程的地基持力層。

4)冰川沉積的砂卵石地層。

該砂卵石地層雜亂無序、厚度偏小、顆粒分布零星、分選性較差，不宜作為工程地基的持力層。

5)三角洲沉積的砂卵石地層。

該砂卵石地層是砂卵石與淤砂交互沉積的地層，具備成分復(fù)雜、承載力低的特點，不宜作為工程地基的持力層。

2 砂卵石地基常用的勘測方法分析

2.1 鉆孔勘探方法

該方法是指利用各種鉆探工具對砂卵石地基進(jìn)行分層取樣，并對取樣進(jìn)行鑒別、測試的方法。由于砂卵石層具備結(jié)構(gòu)松散、巖性不均、孔隙比較大、部分級配規(guī)律性較差等特點，所以在使用鉆孔勘探方法時，要避免因鉆探工具的鉆入破壞砂卵石層原本的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響勘測結(jié)果。為此，應(yīng)當(dāng)選用先進(jìn)的鉆進(jìn)技術(shù)，在鉆進(jìn)時避免發(fā)生孔壁坍塌、沖洗液漏失等問題。

2.2 掘探法

該方法是指通過人工開挖探井、探槽，進(jìn)而對槽壁土層性質(zhì)進(jìn)行直接觀察和鑒別的勘探方法。掘探法適用于含有大塊漂石無法采取鉆孔勘探方法的砂卵石地基勘測，在人工開挖的探槽內(nèi)可以準(zhǔn)確了解土層的分層埋深和厚度，通過取樣分析砂卵石土層的密實度和粒度成分。

2.3 物探法

該方法主要根據(jù)砂卵石地基巖土的不同物理性質(zhì)，利用儀器設(shè)備測試物理場變化，并根據(jù)物理場變化判斷地下地質(zhì)情況的方法。物探法具備勘測效率高的優(yōu)勢，但是對于具有相同物理性質(zhì)的不同巖體，或具備不同物理性質(zhì)的同一巖體進(jìn)行勘測時，物探法難以得出單一的結(jié)論。為了提高物探法的勘測效果，應(yīng)當(dāng)根據(jù)砂卵石地基的實際情況，采用綜合物探法。

2.4 動力觸探試驗

該方法是利用落錘能量，將探頭打入土中，并以打入的難易程度為依據(jù)，是判斷土層性質(zhì)的一種勘測方法。探頭打入的難易程度可用貫入度、探頭單位面積貫入阻力以及錘擊數(shù)進(jìn)行描述，根據(jù)落錘質(zhì)量大小，可將動力觸探分為輕型、重型和超重型三種。

3 砂卵石地基的承載力研究

通過查閱大量的資料后發(fā)現(xiàn)，相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中列出的砂卵石地基承載力的下限值多采用300 kPa。為了對砂卵石層的力學(xué)性能進(jìn)行合理利用，下面采用定量分析的方法，對砂卵石地基承載力與超重型動力觸探之間的關(guān)系進(jìn)行分析，并借助修正后的N120值給定砂卵石地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值，具體分析過程如下。

3.1 數(shù)據(jù)處理方法的選擇

在實際測試的過程中，很多因素都會對試驗結(jié)果造成影響，并且因為儀器設(shè)備的原因也容易引起試驗數(shù)據(jù)偏差，為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要對一些異常數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒別，并舍棄部分?jǐn)?shù)據(jù)，比較常用的方法有兩種:一種為樹端值判別法，該方法對異常數(shù)據(jù)的判別準(zhǔn)則為:最大或是最小測試數(shù)據(jù)的殘差滿足|ej|＞G(n，a)·S，則可判定測試數(shù)據(jù)異常，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行舍棄;另一種方法是t檢驗準(zhǔn)則法，該方法的判定依據(jù)為:先將可疑值排除在外，然后進(jìn)行平均值與標(biāo)準(zhǔn)差計算，最后再利用t分布進(jìn)行檢驗，由此便可確定出異常數(shù)據(jù)，并進(jìn)行舍棄。大量的實踐證明了后一種方法的可靠性更高。

3.2 砂卵石地基承載力研究

1)N120與卵石中砂粒含量的關(guān)系分析。相關(guān)試驗結(jié)果表明，砂卵石的超重型動力觸探擊數(shù)與下列因素有關(guān):卵石土的組成、測試深度、密實度以及充填物類型等等。通過對比分析后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)N120的值出現(xiàn)變化時，砂卵石當(dāng)中的顆粒含量會出現(xiàn)帶有規(guī)律性的變化，即N120值大于4時，卵石顆粒會隨著N120值的增大而增大，N120值小于4時，卵石顆粒會隨著N120值的降低而減少，此時砂粒含量則會增多。由此可知，砂卵石中砂粒含量的多少與N120值具有直接影響，這也充分反映出了砂卵石的密實度與承載力。

2)N120與界限值之間的關(guān)系分析。相關(guān)研究結(jié)果表明，砂卵石地基的N120修正值與靜荷載試驗的界限值存在線性關(guān)系。鑒于此，可采用線性回歸方程對兩者之間的關(guān)系進(jìn)行分析。本次研究選取某砂卵石地區(qū)的10個點進(jìn)行了超重型動力觸探和靜力荷載試驗，然后采用t檢驗準(zhǔn)則對勘測數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，共舍棄了一個異常數(shù)據(jù)，剩余數(shù)據(jù)的界限值與N120之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 N120與P1的關(guān)系示意圖

從圖1中能夠清楚的看出，N120與P1之間的離散性相對較大，但卻并未影響其線性關(guān)系，依據(jù)線性回歸原理，可用式(1)表示兩者的線性關(guān)系:

在對數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理時，可以借助最小二乘法，由此可獲得如下關(guān)系式:

線性關(guān)系建立完畢后，對回歸平方和、殘差平方和以及統(tǒng)計量值進(jìn)行計算，同時令Pi=a+bN120，其中，a值為35.93;b值為90.58。經(jīng)計算得出如下結(jié)果:回歸平方和為94 191.87;殘差平方為 9 733.68;統(tǒng)計量值為 67.74。

3)建立承載力表。按照本文的研究，可獲得砂卵石地基承載力與N120的關(guān)系，如式(3)所示:

依據(jù)式(3)可建立起該地區(qū)的卵石地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值表，如表2所示。

表2 依據(jù)N120確定出的砂卵石地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值

4 結(jié)語

本文首先闡述了砂卵石地基的成因及其特征，同時，對目前常用的勘測方法進(jìn)行分析，最后對砂卵石地基的承載力進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，砂卵石地基的承載力主要與砂粒含量有關(guān)。

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