輕型圓錐動力觸探在國外某電源工程驗(yàn)槽中的應(yīng)用

李景琳

摘 ?要：文章介紹了美國材料與試驗(yàn)協(xié)會ASTM標(biāo)準(zhǔn)下的輕型圓錐動力觸探試驗(yàn)在國外某電源項(xiàng)目工程基槽檢驗(yàn)中的應(yīng)用，通過試驗(yàn)分析，應(yīng)用輕型圓錐動力觸探試驗(yàn)檢測天然地基承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求在該區(qū)域取得了良好的效果，為國內(nèi)同行從事類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：輕型圓錐動力觸探;驗(yàn)槽;承載力特征值

中圖分類號：U455.49 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）35-0027-02

1 ?工程背景

隨著“一帶一路”戰(zhàn)略構(gòu)想的推進(jìn)，中國有競爭力的企業(yè)承擔(dān)了越來越多的海外項(xiàng)目。國外某電源項(xiàng)目，根據(jù)前期地勘報告，基底下伏全風(fēng)化第三系泥巖和粉砂巖，承載力特征值為350 kPa。因此，主廠房和鍋爐區(qū)域擬采用天然地基基礎(chǔ)型式，基礎(chǔ)開挖深度為-5.00 m。

鍋爐區(qū)域基坑開挖完畢后，經(jīng)地勘人員檢驗(yàn)，為全風(fēng)化粉砂巖，呈密實(shí)中粗砂狀。國外業(yè)主及總包方對基底承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求提出疑問，因此提出采用輕型圓錐動力觸探試驗(yàn)（Dynamic Cone Penetration Test，下稱“DCP”）方案。由于從國內(nèi)運(yùn)輸設(shè)備需要的時間和經(jīng)濟(jì)成本過高，且便于業(yè)主理解和接受，本次測試采用美國材料與試驗(yàn)協(xié)會（American Society for Testing and Materials，下稱“ASTM”）標(biāo)準(zhǔn)D 6951/D6951M-09進(jìn)行試驗(yàn)。

2 ?設(shè)備概述

DCP試驗(yàn)最早起源于1959年的澳大利亞[1]，因其具有設(shè)備簡單、操作方便、工效較高、適應(yīng)性廣、可連續(xù)貫入等特性，得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)貫入度，可用于估算加州承載比CBR（California Bearing Ratio），從而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定土層厚度、剪切強(qiáng)度等材料指標(biāo)，以及在已知土體含水率的情況下估算其重度等[2]。

這種設(shè)備可以用來評估地面以下1m深度范圍內(nèi)的材料特性，并且可以通過增加桿長來增加試驗(yàn)深度。然而，由于桿長增加，設(shè)備的質(zhì)量和慣性會發(fā)生變化，且摩擦力變大，數(shù)據(jù)需要修正方可使用。

ASTM標(biāo)準(zhǔn)下，輕型動力觸探設(shè)備分為2種，對應(yīng)錘重分別為8 kg和4.6 kg。本次試驗(yàn)采用的錘重為8 kg，設(shè)備示意圖如圖1所示，其部件規(guī)格與國標(biāo)《巖土工程勘察規(guī)范》（2009年版）（GB 50021-2001）對比見表1[2]。

3 ?試驗(yàn)方案

根據(jù)現(xiàn)場廠平條件，在主要設(shè)備和重要基礎(chǔ)底部共選取6個試驗(yàn)點(diǎn)?？紤]到試驗(yàn)點(diǎn)基底承載力可能不滿足設(shè)計(jì)要求，在同一試驗(yàn)點(diǎn)不同深度處也進(jìn)行DCP試驗(yàn)，從而估算不同深度處土層的壓縮模量和承載力，以判斷其是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4 ?數(shù)據(jù)處理

以試驗(yàn)點(diǎn)1為例，根據(jù)原始數(shù)據(jù)記錄，以累積擊數(shù)為x軸，貫入深度為y軸，做關(guān)系曲線如圖2所示。

根據(jù)Coonse， J. （1999）[3]，CBR與貫入度之間的關(guān)系為：

1g（CBR）=2.53-1.14×1g（CPR）（1）

式中，PR為貫入度（mm/擊）。

對圖2進(jìn)行線性擬合，得到線性回歸方程：

y=104+8.6x

其中，相關(guān)系數(shù)R=0.9817，R為0的概率P<0.0001，兩條曲線具有較高的相關(guān)度。

式中，斜率8.6為平均貫入度（mm/擊）。

5 ?成果應(yīng)用

5.1 ?壓縮模量

根據(jù)U.S. Army Corps of Engineers Research and Develop

ment Center Waterways Experiment Station（Green and Hall， 1975）[4]，土體壓縮模量與CBR之間的關(guān)系為：

E（Mpa）=37.3×CBR■（2）

根據(jù)S.D. Mohammadi， M.R. Nikoudel等（2008）[1]，土體壓縮模量與平均貫入度之間的關(guān)系為：

E（Mpa）=55.033/（DPI）0.54（3）

式中，DPI為貫入度（mm/擊）。

根據(jù)式（2）和（3），可得試驗(yàn)點(diǎn)1處土體壓縮模量分別為15.8 MPa和17.2 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 ?承載力

根據(jù)David Dzitse-Awuku （2008）[5]對淺基礎(chǔ)的模型試驗(yàn)，承載力與DCP試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)系為：

f=48.3n+57.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

式中，n為貫入100 mm的擊數(shù)。

根據(jù)圖2擬合結(jié)果，可知，對試驗(yàn)點(diǎn)1，n=11.6。

將n值代入式（4），可得試驗(yàn)點(diǎn)1處土體承載力為617.6 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

6 ?結(jié) ?論

①輕型圓錐動力觸探在本次地基驗(yàn)槽過程中，發(fā)揮了簡便、快捷、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，檢測結(jié)果基本能反應(yīng)該地區(qū)地基土層的強(qiáng)度特征，取得了良好的應(yīng)用效果。

②通過本次輕型圓錐動力觸探應(yīng)用，提供了ASTM標(biāo)準(zhǔn)下該試驗(yàn)成果與土體壓縮模量和承載力之間的經(jīng)驗(yàn)公式，為國內(nèi)外的同行提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] S.D. Mohammadi， M.R. Nikoudel， etc. Application of the Dynamic Cone P

enetrometer （DCP） for determination of the engineering parameters o

f sandy soils. Engineering Geology 101，（2008）.

[2] American Society of Testing Materials. Standard test method for us

e of the dynamic cone penetrometer in shallow pavement applicatio

ns （D 6951-09）. ASTM International，2009.

[3] Coonse， J. （1999）. Estimating California Bearing Ratio of cohesive p

iedmont residual soil using the scala Dynamic Cone Penetrometer，M

asterís Thesis （MSCE）， North Carolina State University， Raleigh， N.C.

[4] Pawan Kumar，Deepthi Dilip and G.L. Sivakumar Babu.Critical appr

aisal of correlations between CBR and subgrade modulus.Journal of

the Indian Roads Congress， 2014.

[5] David Dzitse-Awuku， BSc. Geological Engineering （Hons）. Correlatio

n between dynamic cone penetrometer （n-value） and allowable bear

ing pressure of shallow foundation using model footing. Mphil. （Civi

l Engineering），KNUST.