橋梁地基靜力觸探特性及碎石柱加固

■盛慶義 ■江蘇育通交通工程咨詢監(jiān)理有限責(zé)任公司，江蘇 徐州 221300

在當(dāng)前的橋梁工程建設(shè)實踐過程中，由于漏振、漏漿等澆注原因，以及土質(zhì)層選擇不當(dāng)帶來了橋梁地基內(nèi)部諸多質(zhì)量問題，這使橋梁承載力脆弱，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。所以采取一種科學(xué)有效的方法來鑒別地基結(jié)構(gòu)中存在的問題并進行及時的加固處理，是一個亟待解決的重要問題。隨著科研水平的提升和實驗?zāi)芰Φ纳罨?，目前該行業(yè)的科研工作人員制定了一種全新的技術(shù)方案:通過靜力觸探特性及碎石柱加固來保證橋梁地基質(zhì)量狀況。在該方案中，靜力觸探特性技術(shù)運用的原理就在于通過內(nèi)部裝有傳感器的觸探頭在不同土質(zhì)所受阻力通過繞數(shù)據(jù)儀表顯示出來，從而確定土層剖面的質(zhì)量狀況，以及為淺基承載力和樁端持力層的選擇進行確認(rèn)，相關(guān)的具體特性闡述和應(yīng)用分析見下文所示。

1 靜力觸探特性

1．1 靜力觸探測試原理

靜力觸探測試的基本原理是:在相同技術(shù)參數(shù)情況下，通過靜力在樁基中傳播的時間和速度，接收到的阻力成像振幅和頻率等參考量的相對變化，來判定土質(zhì)層質(zhì)量情況。當(dāng)基本參數(shù)確定的情況下，靜力觸探的探頭以均勻傳播速度鉆入土質(zhì)層，所受力范圍內(nèi)的土質(zhì)層會對探頭產(chǎn)生較大摩擦阻力。在通常情況下，土質(zhì)層的承載力和力學(xué)性質(zhì)與土層中貫入阻力之間呈現(xiàn)正相關(guān)，當(dāng)貫入阻力較大時，相應(yīng)的承載力就高，土質(zhì)層也堅硬;反之，承載力低，土質(zhì)層疲軟。在實際施工操作中，通過靜力觸探貫入阻力與土質(zhì)層承載力數(shù)理統(tǒng)計分析，可以確定相應(yīng)的碎石樁加固處理數(shù)據(jù)［1］。

1．2 各類土質(zhì)層的靜探雙橋曲線特征

由于靜力觸探的探頭在不同的土質(zhì)層所受到的阻力不同，由此繪出的靜探雙橋曲線在波幅、波長及波形上出現(xiàn)不同程度的變化，彼此間存在明顯差異。

(1)粘土:qc曲線平緩柔和，無明顯波形凸起，突峰位置略微向右偏，fs曲線稍有突峰，出現(xiàn)在右側(cè)曲線處，Rf平均值通常要在2．5-3．0之間。

(2)粉質(zhì)粘土:qc曲線平緩柔和，有顯波形凸起，突峰位置略微向右偏，fs曲線稍有突峰，與qc曲線距離較近，大部位于qc曲線右側(cè)局部交叉越過左側(cè)，Rf平均值通常在1．0-2．5之間。

(3)粉土:qc值較高，曲線呈鈍鋸齒狀，齒峰平緩柔和，通常情況下fs曲線處于qc曲線右側(cè)位置，Rf平均值一般在0．8-2．0之間。

(4)粉細(xì)砂:qc值較高，曲線呈尖銳鋸齒狀，通常情況曲線尖峰處于qc曲線左側(cè)位置;細(xì)砂中qc曲線和fs曲線的尖齒特征顯著。Rf平均值一般在0．7-1．3之間。

借助于靜力觸探探頭，并在長期實踐總結(jié)的基礎(chǔ)上，平均錐尖阻力qc和側(cè)壁摩阻力fs以及摩阻比Rf之間有著相應(yīng)的換算關(guān)系。

1．3 地基承載力和壓縮模量確定

借助于靜力觸探儀器可以測定出各土質(zhì)層的力學(xué)特質(zhì)，得出相應(yīng)的地質(zhì)層的承載力。因此，通過靜力觸探可以建立與地基承載力和壓縮模量之間的相互關(guān)系。具體靜力觸探換算經(jīng)驗公式如下［3］:

fak=0．01 ×1．2qc+82．9(粉砂)

fak=16．2(qc×1．2/100)0．63+14．4(系數(shù) 0．75 ～0．9)(粉土)

fak=26．9+1．2 ×0．104qc(系數(shù)0．9 ～0．95)(粘性土)

Es=3．72 ×1．2qc+1262(kPa)

2 碎石樁復(fù)合地基承載效果分析

為了更好的表達(dá)靜力觸探在橋梁地基檢測中的應(yīng)用效果，通過碎石樁加固完成后樁身的荷載重力實驗來進行驗證。在土質(zhì)鉆探過程會遇到不同級別的顆粒砂石，直徑范圍大小為1-3cm左右，當(dāng)鉆探深入至3m以下時，所遇見碎石分布均勻，靜力觸探儀器示數(shù)顯示為N62．5的平均值為10．25，加固后地基承載力通過靜力觸探實驗數(shù)值為125Pa。通過靜力觸探儀器實驗，設(shè)定碎石樁地基載荷面積為3．5m2，最大沉降量在14．55mm，回彈值最大上限為2．25mm。根據(jù)江陰大橋的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計數(shù)據(jù):橋梁地基承載力數(shù)值為145kPa。

根據(jù)碎石樁復(fù)合地基承載力數(shù)值計算公式［4］:

長期以來，由于技術(shù)方面的限制性，對于橋梁地基靜力觸探特性及碎石柱加固的研究還處于一個相對淺顯的地步，研究的途徑較為簡單:通過強度系數(shù)和外觀形狀來進行相應(yīng)評估。但是該評估手段會因?qū)嶋H經(jīng)驗帶來的主觀因素影響到最終的結(jié)果，同時這樣的方案也不夠準(zhǔn)確。此外，雖然通過強度系數(shù)可以測定橋梁地基表層的質(zhì)量優(yōu)劣，但是對于內(nèi)部深層狀況卻無從知曉。然而，具備實用性功能的靜力觸探儀器可以幫助解決這一難題，靜力觸探儀器構(gòu)造特殊，內(nèi)置傳感器，結(jié)構(gòu)上采用雙探頭聲波接收和發(fā)射的雙向模式。使用該檢測設(shè)備后，得出相應(yīng)數(shù)值，并根據(jù)上述公式計算出相應(yīng)的碎石樁復(fù)合地基承載力數(shù)值。不過在進行靜力觸探檢測時，需要注意檢測過程必須正確使用耦合構(gòu)件，耦合的好壞直接影響儀器測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度。靜力觸探可以分析出土質(zhì)的相應(yīng)情況，區(qū)分出粉質(zhì)黏土，淤泥質(zhì)黏土等相關(guān)類型。此外，經(jīng)過實驗現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)和理論公式計算數(shù)據(jù)相互比照，可以更準(zhǔn)確合理的來判定橋梁地基碎石柱加固后其承載力的安全性。

3 結(jié)語

通過靜力觸探可以更為有效地檢測出地基土質(zhì)層結(jié)構(gòu)的質(zhì)量優(yōu)劣，確定內(nèi)部缺陷所在位置。雖然靜力觸探在應(yīng)用范圍還有待更多的推進，但其在碎石樁復(fù)合地基承載力上效果明顯。在密實度較低的樁基內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，靜力觸探可以更好的鑒別出土質(zhì)層的質(zhì)量狀況。碎石樁的加固需要靜力觸探提供數(shù)據(jù)作為實施依據(jù)，碎石樁加固完成后樁身的荷載重力就得到提升，相應(yīng)的橋梁承載力就得到保障。當(dāng)然，在實際應(yīng)用過程中，最好的方案是將靜力觸探與地質(zhì)前期勘察這兩種技術(shù)結(jié)合起來，才能更為全面和準(zhǔn)確地測定土質(zhì)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在質(zhì)量缺陷以及所存在的具體位置。超靜力觸探技術(shù)作為一種全新的土質(zhì)層檢測方法，實用性上優(yōu)越于傳統(tǒng)的方案，并且檢測運行過程中所表現(xiàn)出的穩(wěn)定性、智能性、高效性等特點得到了業(yè)界一致好評。

［1］龔文惠．碎石樁復(fù)合地基中樁土應(yīng)力比的試驗研究［J］．土工基礎(chǔ)．2011(04):55-57．

［2］李少波，莫欣，唐利田，何智龍．碎石樁復(fù)合地基承載力瞬態(tài)面波測試技術(shù)［J］．鐵路工程造價管理．2013(04):59-61．

［3］田松花．碎石樁復(fù)合地基數(shù)值模擬分析［J］．山西建筑．2013(11):37-40．

［4］儲團結(jié)，黃俊杰，王中華．靜力觸探試驗確定軟粘性土不排水抗剪強度研究［J］．路基工程．2011(06):44-49．