單橋靜力觸探在工程勘察中的應(yīng)用

王 玉 山

(山東省城鄉(xiāng)建設(shè)勘察設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)南 250031)

單橋靜力觸探在工程勘察中的應(yīng)用

王 玉 山

(山東省城鄉(xiāng)建設(shè)勘察設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)南 250031)

針對(duì)靜力觸探的特點(diǎn)，以昆山花橋酒店公寓工程為例，從土層劃分定名、確定地基土承載力、確定土的變形指標(biāo)、估算單樁承載力等方面分析了單橋靜力觸探在工程中的應(yīng)用，為其推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

靜力觸探，承載力，勘察，土層

0 引言

靜力觸探于1932年首先在荷蘭研制成功，我國(guó)在20世紀(jì)30年代出現(xiàn)了機(jī)械式的靜力觸探儀，1964年，王鐘琦等獨(dú)立成功研制出我國(guó)第一臺(tái)電測(cè)式的靜力觸探儀。

靜力觸探是通過(guò)探桿用靜力將觸探頭以勻速壓入土中，同時(shí)用探頭內(nèi)的傳感器測(cè)試貫入阻力，再通過(guò)貫入阻力與土的工程性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系，以此來(lái)判斷、分析，進(jìn)行地質(zhì)土層劃分并確定地基土的物理力學(xué)參數(shù)。

靜力觸探是在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定巖土體未擾動(dòng)狀態(tài)下的各種工程性質(zhì)，與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果相比，更加符合巖土體的實(shí)際情況。靜探試驗(yàn)測(cè)試精度高，可以測(cè)定難以取得不擾動(dòng)土樣的土，如飽和砂土、粉土、高靈敏度的軟土的工程力學(xué)性質(zhì)，試驗(yàn)采用電測(cè)技術(shù)，便于實(shí)現(xiàn)成果處理的微機(jī)化和自動(dòng)化，減少了工作強(qiáng)度。

昆山屬長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，其80 m深度范圍內(nèi)土層屬第四系全新統(tǒng)，成因以河床沖積為主，土層分布主要為淤泥質(zhì)土、一般粘性土、粉土和砂土，特別適合靜力觸探。以昆山花橋酒店公寓工程為例，探討單橋靜力觸探在該地區(qū)工程勘察中的應(yīng)用。

1 工程概況

昆山處江蘇省東南部、上海與蘇州之間，境內(nèi)地勢(shì)平坦，自西南向東北略呈傾斜，自然坡度較小。擬建的花橋酒店公寓場(chǎng)地位于昆山市花橋鎮(zhèn)，東與上海市交界，屬長(zhǎng)江三角洲沖積平原地貌。擬建工程場(chǎng)地位于昆山花橋國(guó)際商務(wù)城核心區(qū)內(nèi)，包括酒店公寓、裙房及純地下車庫(kù)等建(構(gòu))筑物。

該工程靜力觸探采用15 cm2單橋探頭，數(shù)據(jù)采集自動(dòng)記錄，記錄儀型號(hào)為L(zhǎng)MC-D310，采樣間距為10 cm。

2 靜力觸探資料的分析、應(yīng)用

靜力觸探由于應(yīng)用歷史較長(zhǎng)、相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式較多而且已經(jīng)列入相關(guān)規(guī)范，故在目前的工程勘察界被廣泛應(yīng)用。昆山地區(qū)靜力觸探主要應(yīng)用在下列幾個(gè)方面：1)劃分土層，確定土的類別；2)確定地基土的承載力和變形模量；3)選擇樁端持力層，預(yù)估單樁承載力。

2.1 土層劃分及定名

對(duì)某一土層的工程性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，需要準(zhǔn)確的劃分土層及確定土的類型。對(duì)劃分土層，靜力觸探試驗(yàn)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。一般而言，觸探頭在貫入土層的過(guò)程中自動(dòng)記錄裝置可以繪制比貫入阻力Ps隨深度h的連續(xù)變化曲線，因而可以直觀地反映出土層力學(xué)性質(zhì)隨深度的變化情況，土層的分層界限非常清楚,相鄰?fù)翆榆浻沧兓浅Ｃ鞔_。

在劃分土層時(shí)，不超過(guò)表1[1]的變動(dòng)幅度可合并為同一層。

表1 Ps并層容許變動(dòng)幅度

工程實(shí)踐中往往借助于地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和場(chǎng)地鉆孔取樣來(lái)對(duì)比分析,不同類型的土層Ps曲線形態(tài)及比貫入阻力亦不相同。一般而言，大多數(shù)土層Ps曲線形態(tài)特征見表2[2]。筆者根據(jù)幾年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出昆山地區(qū)不同土類的Ps值范圍有如下規(guī)律，見表3。

本工程土層定名及各層Ps值見表4。靜力觸探Ps平均值為最小平均值，即取全部樣本的平均值再與最小值之間取算術(shù)平均值。

2.2 確定地基土承載力

表2 不同土層的Ps曲線特征

表3 按Ps值劃分土層 MPa

表4 地基土層特性及Ps值一覽表

目前利用靜力觸探成果確定地基土的承載力,國(guó)內(nèi)外都是采用適用于特定地區(qū)和土性的經(jīng)驗(yàn)公式。昆山市緊鄰上海，其表層第四系成因與上海地層基本一致，選擇同濟(jì)大學(xué)提出的經(jīng)驗(yàn)公式[3]：對(duì)可塑～硬塑狀粘性土f0=75Ps+42,軟塑狀粘性土f0=75Ps+38，對(duì)淤泥質(zhì)土f0=70Ps+37，對(duì)粉土f0=55Ps+45，并參考上海地區(qū)經(jīng)驗(yàn)[4]：fak=0.9f0。規(guī)范推薦另采用剪切指標(biāo)按公式[5]fak=Mbγb+Mdγmd+Mcck計(jì)算地基土承載力，計(jì)算時(shí)基礎(chǔ)底面寬度b取3 m，基礎(chǔ)埋深d取0.5 m，地下水埋深取0.5 m。通過(guò)計(jì)算得到場(chǎng)地地基土承載力見表5。

表5 地基土承載力一覽表

將由兩種方法計(jì)算的各層地基土承載力進(jìn)行對(duì)比，可知，其大小變化趨勢(shì)大致相同且大部分?jǐn)?shù)據(jù)相差不大。其中砂質(zhì)粉土計(jì)算結(jié)果相較于剪切指標(biāo)計(jì)算結(jié)果偏大，分析認(rèn)為取樣擾動(dòng)導(dǎo)致室內(nèi)試驗(yàn)剪切指標(biāo)偏小所致。根據(jù)上海地區(qū)經(jīng)驗(yàn),靜力觸探結(jié)果更符合實(shí)際地基土承載力。

2.3 確定土的變形指標(biāo)

根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，利用靜力觸探Ps值換算一般粘性土壓縮模量Es采用經(jīng)驗(yàn)公式[6]Es=3.3Ps+3.2。靜探經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果及室內(nèi)壓縮試驗(yàn)成果見表6。

表6 地基土Es值一覽表 MPa

將由兩種方法計(jì)算的各土層壓縮模量進(jìn)行對(duì)比，可知，其大小變化趨勢(shì)大致相同且數(shù)據(jù)相差不大。

2.4 估算單樁承載力

用靜力觸探試驗(yàn)成果預(yù)估單樁承載力的方法建立在一定理論依據(jù)的基礎(chǔ)上，比較符合實(shí)際情況，我國(guó)一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方規(guī)范均有經(jīng)驗(yàn)公式。

本工程樁基持力層為⑧2-1粉質(zhì)粘土夾粉砂，樁型采用φ600 PHC樁，單樁豎向極限承載力采用公式[7]Qu=u∑qsikli+αpsbAp估算。經(jīng)計(jì)算，55m及60m樁長(zhǎng)單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk分別為5 100 kN，5 800 kN。設(shè)計(jì)部門依據(jù)勘察資料對(duì)各建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)該酒店公寓已建成并投入使用，效果良好。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)靜力觸探，我國(guó)進(jìn)行了大量的對(duì)比試驗(yàn)研究，取得了許多可靠、合理的實(shí)測(cè)資料，并建立了靜探測(cè)試指標(biāo)同地基土物理力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系。但需要注意，靜探試驗(yàn)不是依據(jù)理論分析求解，而是依靠經(jīng)驗(yàn)建立回歸返程解決工程問(wèn)題。由于我國(guó)疆域遼闊、土層復(fù)雜、差異很大，故用于解釋的經(jīng)驗(yàn)公式均有其明顯的地域特征，不能形成一個(gè)統(tǒng)一的公式。因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，不同的地區(qū)應(yīng)注意收集經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，建立適合本地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)公式，使靜力觸探在巖土工程勘察中發(fā)揮更大的作用。

[1] 常士驃，張?zhí)K民，項(xiàng) 勃，等.工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006：204-205.

[2] 朱長(zhǎng)歧.WR-Ⅱ型海洋靜力觸探(SCPT)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的巖土力學(xué)分層模型[J].巖土力學(xué)，1994，15(2)：78-88.

[3] 林在貫，高大釗，顧寶和，等.巖土工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994：175.

[4] DGJ 08—37—2002，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[5] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] JGJ 72—2004，高層建筑巖土工程勘察規(guī)程[S].

[7] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

Application of single-bridge static cone penetration test in engineering survey

Wang Yushan

(ShandongAcademyofUrban-RuralConstructionSurvey&Design,Jinan250031,China)

In light of features of static cone penetration test, taking Kunshan Huaqiao hotel apartment engineering as an example, the paper analyzes the application of single-bridge static cone penetration test in engineering from aspects of soil layer classification, foundation soil bearing capacity determination, soil deformation indicators determination and single-pile bearing capacity estimation and so on, which has provided technical support for its application and promotion.

static cone penetration test, bearing capacity, survey, soil layer

2015-04-08

王玉山(1987- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)17-0049-02

TU412

A