公路地基承載力檢測靜力觸探試驗應用

文/胡宗林、張睿

1 前言

公路地基項目在正式開始施工前，應該做好地基承載性能的檢測。如果發(fā)現(xiàn)地基承載力不足，就會給公路地基等結(jié)構(gòu)部分的使用產(chǎn)生不利影響。因此，進行公路地基承載力檢測有著極為重要的作用，需要保證其達到準確性與可靠性的標準。因此，應該選擇科學合理的檢測方法，以提升數(shù)據(jù)的準確性。

2 技術(shù)理念

靜力觸探試驗(又稱CPT)是一種比較重要的原位測試技術(shù)，其主要是通過靜力按照恒定的貫入速率來將規(guī)格相同的圓錐探頭利用多種探桿直接壓入到土體結(jié)構(gòu)內(nèi)，就能夠測定貫入操作過程中探頭的受力情況，然后可以準確地確定土體的物理與化學性質(zhì)。該技術(shù)一般都是應用在碎石土或者密實砂土等地質(zhì)條件下，可以產(chǎn)生較好的效果。從實際應用情況分析你能夠發(fā)現(xiàn)，通過使用靜力觸探參數(shù)的方式可以在一定程度上檢測出地基承載力數(shù)據(jù)，為公路地基的順利施工起到積極的作用。

3 靜力觸探試驗的特點

3.1 靜力觸探的方式來進行土層的劃分，然后就能夠得到連續(xù)的數(shù)據(jù)信息，可以還原土層信息，使得分層更加的客觀和真實，能夠避免受到外部因素的干擾影響。

3.2 靜力觸探是一種原位測試的方法，具備探勘與測試兩種功能，使得土體信息的獲取更加的真實和準確。

3.3 靜力觸探操作的過程中并不需要進行取樣分析，也不會給土體產(chǎn)生任何的擾動影響，能夠直接獲取原狀土，所以最終的檢測結(jié)果更加的可靠與穩(wěn)定[1]。

4 公路地基承載力的檢測方法

4.1 原狀土的物理力學指標查表確定

采用室內(nèi)試驗的方式，明確具體的原狀土測試的指標，并且通過查表的方式來確定土體的基本值與標準值方面，就能夠計算之后得到地基的承載力數(shù)據(jù)。因為沒有必要的規(guī)范化資料，在進行現(xiàn)場試驗的過程中，根據(jù)具體的檢測方式能夠準確地發(fā)現(xiàn)其中的容許承載力。因為規(guī)范資料中需要確定土體的液限、塑性等專業(yè)的指標參數(shù)，但是目前這種物理參數(shù)的測定方式還沒有統(tǒng)一，也會導致實際測定的過程中有著一定偏差的存在。此外，土體的壓縮模量、天然孔隙比等方面參數(shù)的檢驗不能達到準確的標準，這就無法有效的應用到工程中，產(chǎn)生不利的后果。

4.2 動力觸探試驗確定地基承載力

動力觸探試驗主要是通過錘擊的方式將準備好的探桿直接打入到地基結(jié)構(gòu)內(nèi)，然后結(jié)合所確定的貫入深度進行錘擊次數(shù)的判定，就能夠確定具體的承載力參數(shù)。結(jié)合具體的土體類型，然后選擇合適的方式，目前最為主要的是輕型動力觸探、重型和特重型動力觸探等等。

4.3 標準貫入試驗確定地基承載力

標準貫入試驗為當前我國的地基承載力中檢測的主要方式，應用范圍是比較大的，一般都是在現(xiàn)場進行原位測試操作，主要是進行黏性土、砂性土的地質(zhì)條件下來實施地基承載性能的檢測。公路地基在設計方案確定的過程中，可以通過該方式確定最佳的設計方案。在施工現(xiàn)場進行質(zhì)量檢測的過程中，實驗室內(nèi)可以通過該方式來進行數(shù)據(jù)的復核檢測。標準貫入試驗的方式可以把符合要求的貫入器打入到規(guī)定深度的土體結(jié)構(gòu)內(nèi)，記錄所需要的錘擊次數(shù)，然后通過計算確定具體的承載參數(shù)，能夠確定地基承載力參數(shù)。以標準貫入試驗作為基礎，可以獲得相應的試驗參數(shù)，然后將其直接標注到地質(zhì)剖面圖中，就能夠繪制N與△s 直方圖或關系曲線，最終可以準確地確定地基承載力。

4.4 靜力觸探試驗確定地基承載力

靜力觸探試驗通常都是應用到軟土地基的承載力檢測方式，將準備好的探頭通過靜壓力的作用直接打入到土體結(jié)構(gòu)中，然后進行探頭阻力的檢測，就能夠確定具體的承載力參數(shù)。精力觸探試驗環(huán)節(jié)能夠進行土層的劃分，然后利用操作方式進行物理力學指標的測定，就能夠判定地基承載力參數(shù)。不同地基承載力檢測方式也是不同的，要考慮到公路地基的施工特點，最終選擇合適的測試方式。通過查表法與靜力觸探試驗方式有著比較高的操作難度，并不能應用到多數(shù)的地基承載性能檢測中。動力觸探試驗與標準貫入試驗的方式應用到地基承載力檢測是比較多的，這些方式雖然有一定的相似之處，但是設備、操作方式方面都有著很多的差異，所以應該考慮到實際情況選擇合適的方式[2]。

5 工程概況

某工程項目設計為雙向四車道，總長度是143.182km，路基寬28m。從現(xiàn)場的勘查結(jié)論分析能夠發(fā)現(xiàn)，該工程項目中存在比較多的軟土地基結(jié)構(gòu)，地勢相對低洼，地下水含量比較高，這樣就會導致整個土體受到了長期的水浸泡作用。對于軟土地質(zhì)結(jié)構(gòu)來說，該工程項目中通過應用鉆探、輕型觸探等方式做好軟基勘察操作方式，其中A 段為勘察路段，全長92.642km，其中軟土段較長，為53.4km。在進行勘察作業(yè)環(huán)節(jié)，所確定的機械鉆孔數(shù)量是132 個，簡易勘探孔共606 個，土樣共77 組，標貫為492 次。從勘查結(jié)論分析能夠發(fā)現(xiàn)，本次公路項目的施工范圍內(nèi)主要是存在飽和淤泥、淤泥質(zhì)粘土等等類型，特性比較明顯，厚度一般為2～6m 厚，最大厚度位置已經(jīng)達到8m 左右。從實際情況分析，本次工程確定選擇使用清淤換填或者水泥攪拌樁的方式來進行軟土地基結(jié)構(gòu)部分的處理。結(jié)合該項目的具體狀況，清淤換填部分的長度為48.5km，攪拌樁結(jié)構(gòu)部分的長度為7.6km，樁體結(jié)構(gòu)長度平均尺寸是5.6m。進行了全面深入的地質(zhì)勘察和法分析，軟土取樣數(shù)量很少，這說明地質(zhì)條件很差，根本無法完成原狀土取樣。

6 靜力觸探試驗的應用

為了能夠綜合分析與掌握冉軟土特點，確定具體的力學指標參數(shù)，進行必要的試驗檢測工作?？紤]到本次工程的實際情況，確定應用靜力觸探的方式來實現(xiàn)軟土地基的承載力檢測，然后確定最佳的軟土處理方式。較之其他的試驗方式來說，靜力觸探方式的精確度更高，所檢測的結(jié)果具備實用性。下表1 就是本次工程檢測結(jié)論。根據(jù)實際情況做出分析，淤泥①和黏性土②具有良好規(guī)律性。但是砂土層③的均勻性明顯不足，所以分散存在于該工程各個位置上。

表1 軟土層靜力觸探參數(shù)與承載力表

6.1 試驗條件

為了能夠檢驗確定具體的測試結(jié)果，選擇能夠代表整體工程項目的路段進行試驗，起止樁號是A 段，整個部分為當?shù)氐乃?。根?jù)鉆探結(jié)論發(fā)現(xiàn)，淤泥黏土以及砂土等都是以暗色的顏色存在，以流塑狀的形式存在，1.2～3.8m厚。軟土結(jié)構(gòu)部分的厚度為5.4m。

6.2 樁間土承載力計算

按照設計方案的標準分析，該路段中選擇使用水泥攪拌樁來完成軟體路基結(jié)構(gòu)部分的處理。相關參數(shù)為樁長6.5m；樁徑50cm；樁間距1.3m。為了能夠保證地基加固的效果滿足要求，應該在加固操作的前后要完成靜力觸探的試驗[3]。

6.3 復合地基承載力確定

通常來說，能夠在現(xiàn)場進行具體的單樁符合地基承載性能檢測，然后結(jié)合實際情況明確具體的水泥攪拌樁實現(xiàn)復合地基承載力參數(shù)的確定。按照本次工程的設計標準要求，150kPa 是地基承載力設計值，300kPa 為對應極限荷載。按照當前所實施的技術(shù)標準，要結(jié)合實際情況組織進行荷載性能的測試。

經(jīng)過數(shù)據(jù)的檢測和分析，能夠發(fā)現(xiàn)本次工程中的復合地基承載力參數(shù)完全符合技術(shù)標準的要求，達到了工程的使用需要。根據(jù)各項計算數(shù)據(jù)展開分析，水泥攪拌樁的復合地基承載性的參數(shù)計算環(huán)節(jié)，樁體結(jié)構(gòu)部分的抗壓強度、樁身強度折減系數(shù)等都能夠達到本次工程的使用需要，然后根據(jù)技術(shù)標準進行必要的靜力觸探試驗檢測方式，發(fā)現(xiàn)檢測結(jié)果符合真實性與可靠性的要求，然后做好現(xiàn)場的大量試驗做好各項數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，以滿足工程標準的使用要求。

7 地基承載力評定影響因素

7.1 地基土的成因與堆積年代

結(jié)合該工程的土地情況分析能夠發(fā)現(xiàn)，其受到外部環(huán)境因素影響比較大，從實際情況分析，確定了基土分成如下幾個類型：

7.1.1 殘積土。為風力侵蝕或者搬運的影響之下所形成的大量碎屑堆積物，被大量的分布在山區(qū)地帶、山坡的位置上。因為該土質(zhì)在分布中各個位置上的厚度尺寸相差比較大且粒徑粗細不均勻，所以導致這些位置上的承載力很低。

7.1.2 坡積土。這是在風化巖石經(jīng)過長期的雨、雪以及自重的影響之下而逐步的搬運所形成的，以山坡堆積物的方式所存在。從上到下粒徑發(fā)生變化，以縮小的形式存在，厚度在逐步的增加。因為坡積土在長期的形成階段中，其會產(chǎn)生的地基土的承載性能有著一定的差異，均勻性也比較差。

7.1.3 洪積土。這是經(jīng)過雨季的長期作用之下，經(jīng)過雨水沖刷而導致在一些位置上存在有大量的風化巖以及堆積物，而很多情況下平原也會存在。雨水作為搬運土地結(jié)構(gòu)的主要動力，所以在山坡的底部位置上顆粒是比較大的，承載性能也比較高，而一些遠離山坡的位置上其顆粒是比較細的，土體的厚度比較大，相對來說密實度很大。

7.1.4 沖積土。這是長期的影響之下，經(jīng)過江河湖泊的連續(xù)作用，可以把兩岸中存在的土體進行比較的侵蝕作用，經(jīng)過了搬運與沉積的反應之下，在水平的平緩位置上存在的。河床沖擊土通常都是由密度中等的砂礫所組成，這些位置上承載性能是比較強的。對于河床兩側(cè)中所存在的堆積土主要是砂礫、卵石等形式存在，其表面的位置上覆蓋有比較多的細土形式，同時還有部分淤泥與泥炭材料，承載性能相對比較差[4]。

7.2 土的物理力學性質(zhì)

因為天然土內(nèi)的含水量是很高的，所以硬度性能比較差，承載性能也不足。隨著土體密度的持續(xù)上升，其內(nèi)部空隙含量會減少，水分并不會進入到土體的結(jié)構(gòu)中，含水率的下降也會導致強度性能的提升。此外，土體強度的分析主要是通過粘聚力與摩擦力，土體抗剪強度能夠真實的反映出土體結(jié)構(gòu)部分的力學特性，破壞形式主要是以剪切的形式所存在。比如滑坡土體部分的滑動面就會產(chǎn)生較大的剪切力，給土體產(chǎn)生一定的壓迫作用，所以出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損壞。

7.3 地下水

土地處在地下水以下的空間中，因為此時的地下水長期的作用之下，導致其強度與摩擦力很小，所以導致了強度比較小，承載力也不足。由于內(nèi)部水分會給土體造成過大的損壞影響，所以此時不會分析該因素。在現(xiàn)場進行地質(zhì)條件因素分析階段，一般都會選擇土樣來進行含水率的檢測，然后確定具體的強度指標，就能夠明確具體的土地承載力性能。

7.4 人為因素

人為因素對于檢測結(jié)果產(chǎn)生直接的影響，主要是因為人員素質(zhì)不足所導致的，或者工作不細心。當前有些地基承載力檢測人員專業(yè)素質(zhì)水平低，沒有按照操作標準開展工作，導致最終的結(jié)果偏差過大，嚴重影響工程的正常使用。

8 結(jié)語

公路地基承載力會給公路工程的質(zhì)量、安全產(chǎn)生重要影響，所以要按照要求進行檢測。地基承載力測試的方式比較多，可以結(jié)合實際情況選擇合適的檢測方法，以確保承載力數(shù)據(jù)達到真實性、可靠性的要求，為公路工程設計方案的最終確定提供依據(jù)和基礎。