黑龍江省伊春市圓礫層地基承載力試驗研究

黃靜波

(水電水利規(guī)劃設(shè)計總院，北京100120)

黑龍江省伊春市圓礫層地基承載力試驗研究

黃靜波

(水電水利規(guī)劃設(shè)計總院，北京100120)

利用淺層平板載荷試驗和圓錐動力觸探原位試驗方法，對黑龍江省伊春市圓礫層進行地基承載力測試，獲取了地基承載力特征值fak、變形模量E0與修正后的錘擊數(shù)N63.5′的相關(guān)系數(shù)及經(jīng)驗公式。分析結(jié)果顯示，研究區(qū)圓礫層變形量小，構(gòu)造穩(wěn)定，負重力強，地基承載力超過GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》標準規(guī)定值的30%以上，可為該地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計提供參考。

圓礫層；地基承載力；平板載荷試驗；圓錐動力觸探；一元線性回歸

0 引 言

地基承載力對評價地基穩(wěn)定性具有重要的指示意義，在不同的地質(zhì)條件下，其數(shù)值也存在較大的差異。我國國土面積大，地質(zhì)條件復雜，加強對各個地質(zhì)條件下的地基承載力研究，是確保當?shù)毓こ贪踩晚樌a(chǎn)施工的重要基礎(chǔ)[1]。

對圓礫層地基承載力的研究國內(nèi)起步較晚，僅在西南地區(qū)進行過相關(guān)工作，北方地區(qū)報道極少。目前，多數(shù)學者的研究多集中在施工中圓礫層的處理方面，而關(guān)于載荷試驗方面的研究較少，地基承載力確定主要應(yīng)用圓錐動力觸探(DTP)試驗的原位測試技術(shù)。相比其他試驗，該方法相對成熟，在公路、建筑、橋梁等多個行業(yè)均具有較好的口碑。目前，該技術(shù)在確定圓礫層地基變形模量方面已取得一定的成果，但缺乏相關(guān)地基承載力經(jīng)驗公式[2-3]。

針對以上問題，本文以黑龍江省伊春市廣泛分布的第四系和中～上新統(tǒng)圓礫層為研究對象，采用圓錐動力觸探(DTP)試驗方法[4]，對圓礫層地基承載力進行研究，為該地區(qū)地基土物理力學特性研究及施工建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)概況

伊春市位于黑龍江省中北部，地貌類型以低山丘陵為主，兼具平原、高山及沼澤地形區(qū)。圓礫層主要包括中～上新統(tǒng)孫吳組及第四系沖洪積層，是本區(qū)常見的、面積廣布的基礎(chǔ)持力層。其中，第四系圓礫層位于河床底部和河漫灘形成的階地處，埋深為自然地面下0.5～7 m之間，厚0.5～2 m，呈土黃色、黃褐色、淺褐色，中密，局部為密實，濕～飽和，成分主要包括卵石(20%～30%)和礫石(35%～45%)，一般級配，以凝灰?guī)r、流紋巖、安山巖、花崗斑巖和花崗巖構(gòu)成骨架顆粒，層理厚度約為0.2～1 m；中～上新統(tǒng)圓礫層在本區(qū)大面積出露，主要分布在低洼地帶及低山丘陵區(qū)，高山區(qū)未見，埋深1～10 m，厚0.6～3 m，單層厚度在0.2～0.8 m之間，顏色以黃褐色、褐色、深褐色為主，偶見灰色，密實，成分主要包括卵石(23%～33%)和礫石(35%～50%)，一般級配，骨架顆粒以安山巖、流紋巖和凝灰?guī)r為主，花崗巖偶見。

目前，伊春地區(qū)巖土勘察多應(yīng)用GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中的地基承載力數(shù)據(jù)。但實踐證明，以上數(shù)據(jù)缺乏事實依據(jù)，其計算的數(shù)值過于保守，導致當?shù)氐牡鼗┕し桨高x擇困難。

2 地基承載力試驗

本次試驗對象為圓礫層。由于第四系與中～上新統(tǒng)圓礫層物理特征近似，故兩者可合并考慮。試驗區(qū)均位于高河漫灘，上部為第四系沖洪積層，下部為孫吳組地層，該處2種圓礫層均有出露，代表性較強。

采用重型圓錐動力觸探(DTP)方法開展原位測試，其圓礫密實程度依據(jù)重型動力觸探錘擊數(shù)N63.5數(shù)據(jù)，按相關(guān)行業(yè)規(guī)范進行劃分[5]。由于本區(qū)圓礫層均為中密～密實，故本文可參照標準為2個：N63.5在10～20之間為中密；大于20為密實。

2.1 試驗程序

淺層平板載荷試驗依據(jù)GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，并在完全滿足試驗條件(承壓板面積不小于0.5m2，基坑寬度不小于承壓板寬度，保持試驗土層的原狀，滿足最大加載量不小于設(shè)計要求的2倍)下進行，測試出本區(qū)圓礫層的地基承載力。

圓錐動力觸探(DTP)原位試驗依據(jù) GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》進行。落錘利用機械自動脫鉤式，采用重型動力觸探錘(63.5 kg)；鉆孔采用套管護壁，并保證觸探桿最大偏斜度不超過2%；錘擊灌入需連續(xù)進行，防止錘擊偏心、探桿傾斜和側(cè)向晃動，力爭保持探桿垂直度；在錘擊過程中，每灌入1 m，宜將探桿轉(zhuǎn)動一圈半，同時還需進行桿長修正。

2.2 試驗成果

對以上2種試驗數(shù)據(jù)進行整理，擇優(yōu)選擇滿足統(tǒng)計特征意義的數(shù)據(jù)12個。以上數(shù)據(jù)遍布于伊春市區(qū)及周邊縣鎮(zhèn)，具有較好的代表性。試驗結(jié)果見表1。從表1可知，該區(qū)圓礫層地基承載力特征值集中在300～1 000 kPa之間，平均值為625 kPa。

表1 試驗數(shù)據(jù)

利用一元線性回歸方法對表1中的數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)fak、E0與N63.5′(修正后)相關(guān)性較強，fak與N63.5′相關(guān)系數(shù)為0.901，E0與N63.5′為0.823，并滿足一元線性回歸特征[6]。一元線性回歸關(guān)系見圖1。相關(guān)性經(jīng)驗公式為

fak=57.87 6N63.5′-134.76

E0=2.617 8N63.5′-0.650 8

圖1 一元線性回歸關(guān)系

3 討 論

現(xiàn)代巖土勘察工程已將測試持力層的地基承載力作為其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及到工程質(zhì)量安全、施工成本等方方面面，是開展各項巖土工作的基礎(chǔ)。大量工程事實表明，對承載力的測試應(yīng)充分考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)條件和施工要求，沒有萬能的公式[7]。

傳統(tǒng)的載荷試驗法雖然技術(shù)成熟，數(shù)據(jù)詳實可靠，但該方法耗時耗力且花費昂貴的弊端限制了其大范圍的推廣應(yīng)用。而其他常用的間接方法獲得的數(shù)據(jù)可靠性及可操作性均存在缺陷，因此并未得到肯定，需前者進行驗證。本文在搜集大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用淺層平板載荷試驗和圓錐動力觸探(DTP)原位試驗取得了可靠的數(shù)據(jù)及公式，為巖土勘察工程獲取地基承載力及相關(guān)數(shù)據(jù)提供了一種較為實用的方法。

本文通過試驗認為，圓錐動力觸探(DTP)原位試驗雖然技術(shù)方法成熟，流程簡單，但受不同施工地點復雜地質(zhì)條件的影響，不能形成通用公式。大量事實顯示，以往利用的地基承載力表中的數(shù)值普遍偏低，本文也證實了以上觀點(低于30%以上)，證明該表不能適合所有地方。鑒于此，本文根據(jù)以往的數(shù)據(jù)，利用修正的錘擊數(shù)N63.5′進行計算，從而獲得了相對接近實際情況的數(shù)據(jù)資料，為利用圓錐動力觸探(DTP)原位試驗在確定地基承載力方面提出了修正性意見。

針對圓礫層的地基承載力研究，還應(yīng)注重組成該層物質(zhì)的顆粒大小、磨圓度、孔隙比、含水量、膠結(jié)類型、支撐類型等多個方面，更為細致的研究工作需要新的方法，綜合各個因素統(tǒng)籌考慮，這更要求研究者在以后的工作中繼續(xù)創(chuàng)新理論和改良試驗方法。

4 結(jié) 語

本文在搜集大量巖土工程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往試驗經(jīng)驗，利用淺層平板載荷試驗和圓錐動力觸探(DTP)原位試驗的方法，對伊春地區(qū)的圓礫層地基承載力數(shù)值進行分析，結(jié)果顯示：

(1)伊春地區(qū)圓礫層包括第四系沖洪積層和中上新統(tǒng)孫吳組(砂礫巖)，大部分為密實狀態(tài)(少部分為中密)，變形量小，構(gòu)造穩(wěn)定，負重能力強。

(2)研究區(qū)承載力在300～1 000 kPa之間，平均值為625 kPa，遠大于地基承載力表中的數(shù)值。地基承載力特征值fak和地基變形模量E0與修正后的圓錐動力觸探原位試驗錘擊數(shù)N63.5′均呈線性相關(guān)，且相關(guān)性強(分別為0.901和0.823)。同時，利用一元線性回歸分析方法推斷出兩者之間的經(jīng)驗公式，為伊春市建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計提供數(shù)據(jù)。

(3)載荷試驗可在對研究區(qū)地質(zhì)情況未知的狀況下得出可靠的地基承載力數(shù)據(jù)，而圓錐動力觸探(DTP)試驗方法結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)特征，可間接得出可靠數(shù)據(jù)，方便高效低投入，可推廣使用。

[1]唐業(yè)清. 土力學基礎(chǔ)工程[M]. 北京：中國鐵道出版社，1989.

[2]陳希哲. 土力學地基基礎(chǔ)[M]. 北京：清華大學出版社，1998.

[3]常士驃，張?zhí)K民. 工程地質(zhì)手冊[M]. 4版. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[4]趙昭熔，曹化平. 動力觸探試驗技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 鐵道工程學報，2005(z1)：431-439.

[5]李奇峰，梁受運. 圓錐動力觸探成果在碎石土勘察中的應(yīng)用[J]. 中國科技論文在線，2008，3(7)：542-546.

[6]林永健. 超重型動力觸探曲線的解釋法[J]. 工程勘察，1994(2)：15-17.

[7]董長廷. 關(guān)于地基承載力的探討[J]. 煤炭工程，2006(6)：108-109.

(責任編輯 楊 健)

Experimental Study on Foundation Bearing Capacity of Round Gravel Layer in Yichun City of Heilongjiang Province

HUANG Jingbo

(China Renewable Energy Engineering Institute, Beijing 100120, China)

The in-situ test methods of shallow tectonic loading and conical dynamic penetration are used to test the bearing capacity of round gravel layer in Yichun City of Heilongjiang Province. The eigenvalue of bearing capacity of foundationfak, the deformation modulusE0, the corrected hammer numberN63.5′ and related empirical formula are obtained. The results show that the deformation of round gravel layer in study area is small, the structure is stable, and the bearing capacity of foundation is stronger more than 30% of predetermined value of GB 50007-2011 Building Foundation Design Code. These research results can provide references for the design of building foundation in Yichun region.

round gravel layer; foundation bearing capacity; tectonic loading test; conical penetration test; univariate linear regression

2016-09-25

黃靜波(1963—)，女，湖南邵陽人，高級工程師，主要從事水電、風電工程地質(zhì)工作.

TU413.5(235)

A

0559-9342(2016)12-0119-03