論原位測(cè)試在巖土工程勘察中的作用

白文勝 龔原

摘 要：本文運(yùn)用工程實(shí)例，具體介紹了巖土工程勘察時(shí)，確定所揭示土層的承載力時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及載荷試驗(yàn)等原位測(cè)試手段對(duì)承載力的最終確定所起到的作用，進(jìn)而影響到基礎(chǔ)型式的選擇，對(duì)建筑物的安全可靠性提供有力保障。

關(guān)鍵詞：原位測(cè)試;巖土工程勘察;標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn);平板載荷試驗(yàn)

前 言

巖土工程勘察是根據(jù)建設(shè)工程的要求，查明、分析、評(píng)價(jià)建設(shè)場(chǎng)地的地質(zhì)、環(huán)境特征和巖土工程條件，編制勘察文件的活動(dòng)[1]，巖土工程勘察工作就是綜合運(yùn)用各種勘察手段和技術(shù)方法，有效查明建筑場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件，分析評(píng)價(jià)建筑場(chǎng)地可能出現(xiàn)的巖土工程問(wèn)題，對(duì)場(chǎng)地地基的穩(wěn)定性和適宜性做出評(píng)價(jià)，為工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和正常使用提供可靠的地質(zhì)依據(jù)，保證工程建筑物的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理和使用正常[2]。

原位測(cè)試作為巖土工程勘察的重要手段，應(yīng)與鉆探取樣和室內(nèi)試驗(yàn)配合使用，尤其在確定地基承載力等方面，有突出的優(yōu)點(diǎn)，在選擇原位測(cè)試方法時(shí)，應(yīng)考慮的因素包括土類條件、設(shè)備要求、勘察階段等，而地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的成熟程度最為重要[3]。

1、 工程實(shí)例

南寧教育園區(qū)某校區(qū)項(xiàng)目規(guī)劃總用地面積832867m2（1249.30畝），凈用地面積621695m2（932.54畝）。一期包含7棟學(xué)生宿舍（西區(qū)）和青年教師公寓，擬采用框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式擬采用天然地基，宿舍樓層高均為6層，高度23.9m，建筑荷載120kPa;青年教師公寓層高7層，高度23.1m，建筑荷載140kPa。本次勘察共布置259個(gè)鉆孔，鉆探揭露，該場(chǎng)地上覆土層為第四系殘積層，下伏基巖為石炭系下統(tǒng)大唐階灰?guī)r，將巖土層分為4層，分別為素填土①、耕表土②、紅黏土③（硬塑狀態(tài)）、紅黏土④（可塑狀態(tài)）、灰?guī)r⑤（破碎），灰?guī)r⑥（較完整）。設(shè)計(jì)要求天然地基紅黏土③層承載力特征值為200kPa。

本文主要針對(duì)該工程的紅黏土③層的承載力通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、平板載荷試驗(yàn)進(jìn)行確定，進(jìn)而說(shuō)明原位測(cè)試在巖土工程勘察中的重要作用。

2、室內(nèi)試驗(yàn)確定土層承載力

本次勘察取原狀土樣80件，室內(nèi)物理、力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。根據(jù)室內(nèi)物理、力學(xué)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值確定地基承載力特征值時(shí)，應(yīng)符合《廣西壯族自治區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》（DBJ/T45-002-2011）附錄C.0.2.4，見(jiàn)表2[4]，紅黏土③層的承載力確定見(jiàn)表3。

試驗(yàn)結(jié)果：根據(jù)土工試驗(yàn)室內(nèi)物理、力學(xué)指標(biāo)確定的紅黏土③層的承載力特征值為260kPa。

3、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)確定土層承載力

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是利用一定的落錘能量，將一定尺寸、一定形狀的探頭打入土中，根據(jù)打入土中的難易程度（可用貫入度、錘擊數(shù)或單位面積動(dòng)貫入阻力來(lái)表示）判定土層性質(zhì)的一種原位測(cè)試方法。用63.5±0.5kg的穿心錘，以76±2.0cm的自由落距，將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)貫入器在孔底預(yù)打入土中15cm，然后測(cè)記再打入30cm的錘擊數(shù)[5]。

本次勘察共進(jìn)行了40次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，參與統(tǒng)計(jì)40次，經(jīng)桿長(zhǎng)修正后的錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為9擊，本次勘察對(duì)紅黏土③層標(biāo)準(zhǔn)貫入資料進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)后確定的承載力見(jiàn)表5，經(jīng)桿長(zhǎng)修正后的錘擊數(shù)確定地基承載力特征值時(shí)應(yīng)符合《廣西壯族自治區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》（DBJ/T45-002-2011）附錄C.0.3-1，見(jiàn)表4。

試驗(yàn)結(jié)果：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的原位測(cè)試方法確定的紅黏土③層的承載力特征值為220kPa。

4、承載力的綜合確定

本次勘察根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試結(jié)果，考慮到試驗(yàn)誤差及施工過(guò)程的影響等因素，結(jié)合地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)，場(chǎng)地紅黏土③層的承載力特征值取值210kPa。

5、紅黏土特點(diǎn)

施工單位在對(duì)青年教師公寓進(jìn)行基槽開(kāi)挖后，經(jīng)勘察單位現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)槽，發(fā)現(xiàn)持力層的濕度、狀態(tài)與紅黏土③層有差異，局部為濕、可塑狀態(tài)或可塑～硬塑狀態(tài)，通過(guò)驗(yàn)槽發(fā)現(xiàn)局部地基土與勘察報(bào)告不符，因此對(duì)局部較差土層需進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)，以驗(yàn)證地基土承載力的大小。結(jié)合紅黏土為特殊性土，裂隙發(fā)育、失水收縮、上硬下軟，黏粒含量高，具有高分散性的特點(diǎn)，室內(nèi)試驗(yàn)往往與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)差異大，經(jīng)參建各方商議，為安全起見(jiàn)，決定對(duì)青年教師公寓已開(kāi)挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高的基槽持力層進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)，以確定其承載力值。

6、平板載荷試驗(yàn)

平板載荷試驗(yàn)主要用于測(cè)定承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)巖土的承載力和變形特性。其方法是在保持地基土的天然狀態(tài)下（在土體原來(lái)所處的位置、土的天然結(jié)構(gòu)、天然含水量以及天然應(yīng)力狀態(tài)），在一定面積的承壓板上向地基土逐級(jí)施加荷載，并觀測(cè)每級(jí)荷載下地基土的變形特征-承壓板以下大約2倍承壓板直徑或?qū)挼纳疃葍?nèi)土層的應(yīng)力-應(yīng)變-時(shí)間關(guān)系的綜合性狀。本次選取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)采用鋼梁及混凝土重塊組成壓重平臺(tái)反力裝置，利用千斤頂逐級(jí)加荷，靜載荷測(cè)試儀控制荷載，壓力傳感器測(cè)讀荷載大小，4個(gè)位移傳感器監(jiān)測(cè)承壓板（地基）沉降量。試驗(yàn)所采用的儀器設(shè)備（千斤頂、靜載荷測(cè)試儀、壓力傳感器、位移傳感器）均通過(guò)計(jì)量檢定部門檢定合格并在有效檢定期內(nèi)。

6.1 試驗(yàn)裝置

平板載荷試驗(yàn)裝置主要由加荷系統(tǒng)、反力系統(tǒng)、承壓板、測(cè)力系統(tǒng)和觀測(cè)系統(tǒng)等5部分組成。其各部分功能是：加荷系統(tǒng)控制并穩(wěn)定加荷的大小;反力系統(tǒng)反作用于承壓板（壓板尺寸為1.0*1.0m）;承壓板將荷載均勻傳遞給地基土;測(cè)力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)加、卸荷載的量值;觀測(cè)系統(tǒng)完成地基土變形測(cè)定[2]。試驗(yàn)照片見(jiàn)圖1、2。

6.2 試驗(yàn)結(jié)果

（1）S1#點(diǎn)加載到第7級(jí)385kPa時(shí)，承壓板周邊的土出現(xiàn)明顯側(cè)向擠出，周邊土體出現(xiàn)明顯隆起，總沉降為63.58mm，累計(jì)沉降量已大于等于承壓板邊寬或直徑的6%（60mm），達(dá)到終止加載條件，取前一級(jí)荷載值為極限荷載[6]，即330kPa，故承載力特征值為165kPa。p-s、s-lgt曲線見(jiàn)表6。

（2）S2號(hào)點(diǎn)加載到第7級(jí)385kPa時(shí)，承壓板周邊的土出現(xiàn)明顯側(cè)向擠出，周邊土體出現(xiàn)明顯隆起，總沉降為60.02mm，累計(jì)沉降量已大于等于承壓板邊寬或直徑的6%（60mm），達(dá)到終止加載條件，取前一級(jí)荷載值為極限荷載，即330kPa，故承載力特征值為165kPa。p-s、s-lgt曲線見(jiàn)表7。

（3）S3號(hào)點(diǎn)加載到第8級(jí)440kPa時(shí)，承壓板周邊的土出現(xiàn)明顯側(cè)向擠出，周邊土體出現(xiàn)明顯隆起，總沉降為68.76mm，累計(jì)沉降量已大于等于承壓板邊寬或直徑的6%（60mm），達(dá)到終止加載條件，取前一級(jí)荷載值為極限荷載，即385kPa，故承載力特征值為192.5kPa。p-s、s-lgt曲線見(jiàn)表8。

按照《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 340-2015）中的有關(guān)地基土層承載力的方法確定：3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)承載力特征值平均值為174.2kPa，極差為27.5，不超過(guò)平均值的30%（52.2），故該土層的承載力特征值取值為174.2kPa。

7、結(jié)論

結(jié)合平板載荷試驗(yàn)，該工程青年教師公寓基槽持力層紅黏土的承載力取170kPa。

8、總結(jié)

綜上所述，土工試驗(yàn)與原位測(cè)試兩種方法是相輔相成的，他們可以互補(bǔ)。土工試驗(yàn)試件尺寸小，不能反映宏觀結(jié)構(gòu)、非均質(zhì)性對(duì)土性的影響，代表性差，只能對(duì)有限的若干點(diǎn)取樣試驗(yàn)，點(diǎn)間土樣變化是推測(cè)的，試驗(yàn)結(jié)果也會(huì)由于試樣擾動(dòng)而容易受到影響，因此在利用土工試驗(yàn)得出的參數(shù)時(shí)也必須小心對(duì)待。在工程勘察和巖土設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇時(shí)，原位測(cè)試與室內(nèi)土工試驗(yàn)和當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)應(yīng)結(jié)合使用，綜合考慮，才能得出安全、合理的參數(shù)。尤其對(duì)特殊性土更應(yīng)重視原位測(cè)試的重要性和準(zhǔn)確性，遇到地質(zhì)異常情況，在條件允許時(shí)可采用一種或兩種以上的原位測(cè)試進(jìn)行相互驗(yàn)證以確保安全，從而也積累了地區(qū)經(jīng)驗(yàn)[7]。

最后該工程局部基礎(chǔ)采用CFG樁進(jìn)行地基處理，為工程的安全可靠提供了有力保證。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：白文勝（1986-），男，廣西南寧人，漢族，本科，工程師，研究方向?yàn)榻ㄖこ痰鼗A(chǔ)檢測(cè)。