靜力觸探試驗在公路地基承載力檢測中的應(yīng)用

劉丹丹 元珊珊

（河南海威路橋工程咨詢有限公司，河南 鄭州 450000）

因地基承載力不足，造成結(jié)構(gòu)物下沉、路基沉陷，致使沉降處混凝土產(chǎn)生裂縫，最后造成返工。需重新對地基進行加固處理，不但影響了工期，還對施工單位的信譽度造成不良的影響。因此提高地基承載力檢測意識至關(guān)重要，對保證公路工程質(zhì)量具有深遠的意義。靜力觸探試驗是一種巖土工程勘察中常用的原位測試方法，在我國已有將近60年的應(yīng)用歷史。它不僅操作簡單、貫入速度快、勞動強度低，并且經(jīng)濟性較好、連續(xù)性及重復(fù)再現(xiàn)性好。與室內(nèi)土工試驗相比，靜力觸探試驗克服了特殊地層或薄層地層取原狀試樣的困難，并且試驗范圍較大，各類土體均能保持原狀樣，比較客觀地測試土層的工程特性，為工程地質(zhì)地基評價和設(shè)計基礎(chǔ)形式的選取提供合理、科學依據(jù)。

1 靜力觸探的工作原理

靜力觸探是指利用壓力裝置將有觸探頭的觸探桿壓入試驗土層，通過量測系統(tǒng)測土的貫入阻力，可確定土的某些基本物理力學特性，如土的變形模量、土的容許承載力等。靜力觸探加壓方式有機械式、液壓式和人力式三種。靜力觸探在現(xiàn)場進行試驗，但不適于卵石、礫石地層。將靜力觸探所得比貫入阻力（Ps）與載荷試驗、土工試驗有關(guān)指標進行回歸分析，可以得到適用于一定地區(qū)或一定土性的經(jīng)驗公式，可以通過靜力觸探所得的計算指標確定土的天然地基承載力。

2 靜力觸探適用條件及特點

1）靜力觸探的適用條件。靜力觸探主要適用于粘性土、粉性土、砂性土。就黃河下游各類水利工程、工業(yè)與民用建筑工程、公路橋梁工程而言，靜力觸探適用于地面以下50m內(nèi)的各種土層，特別是對于地層情況變化較大的復(fù)雜場地及不易取得原狀土的飽和砂土和高靈敏度的軟黏土地層的勘察，更適合采用靜力觸探進行勘察。2）靜力觸探的特點。靜力觸探既是一種原位測試手段，也是一種勘探手段，它和常規(guī)的鉆探——取樣——室內(nèi)試驗等勘探程序相比，具有快速、精確、經(jīng)濟和節(jié)省人力等特點。此外，在采用樁基工程勘察中，靜力觸探能準確地確定樁端持力層等特征也是一般常規(guī)勘察手段所不能比擬的。

3 工程概況

某公路工程為雙向四車道，全長143.182公里，路基寬28m。經(jīng)勘查報告發(fā)現(xiàn)，本路段存在范圍較廣的軟土，地勢低洼，地下水豐富，導致土質(zhì)長期受水浸泡而軟化。針對軟土段，本工程采用鉆探、輕型觸探等方法進行了軟基前期勘察作業(yè)，其中K0+000～K92+642段為勘察路段，全長92.642km，其中軟土段較長，為53.4km?？辈鞎r，機械鉆孔數(shù)量為132個，簡易勘探孔共606個，土樣共77組，標貫為492次。

勘查顯示，沿線多為飽和淤泥、淤泥質(zhì)黏土及砂土等軟土類型，呈流塑～軟塑狀，為2～6m厚，最大值可達到8m左右。一般來講，采用清淤換填或水泥攪拌樁復(fù)合地基方案進行軟基處理。根據(jù)工程實際情況，45.8km為清淤換填段長度，7.6km為攪拌樁段長度，需287055根樁，平均樁長5.6m。通過上述情況了解到，此次施工前針對軟土段進行了大量前期勘察工作，但整體來講，軟土取樣數(shù)量較少，這表明軟土取樣條件不太好，多數(shù)軟土無法取出原狀土樣。由此可見，存在一定離散性，標貫以1～5擊為準，這種情況下，無法保證軟土特性判定的準確性，這說明采用常規(guī)軟土勘察法仍有一定弊端。

4 靜力觸探試驗在公路地基承載力檢測的應(yīng)用

為全面了解和精確判斷軟土特性和力學指標，需做好試驗檢測工作。根據(jù)工程實際和地質(zhì)條件，決定采用靜力觸探法進行軟土地基承載力檢測，以便于更好地采用軟土處治辦法。相比其他試驗方法，靜力觸探在地基土承載力檢測中，更具客觀性、精確性。結(jié)合工程實際情況，本路段為的典型軟弱土層，淤泥土層和粘性土層具有良好規(guī)律性。但是砂土層因其分布不均勻，數(shù)據(jù)離散性過大。

1）試驗條件。為驗證檢測效果，選擇具有代表性的路段作為試驗段，起訖樁號為K17+520～K71+660段，本路段屬于水田段。按照鉆探揭示，淤泥質(zhì)黏土或淤泥質(zhì)砂土位于上層，灰、暗灰色，呈軟塑狀，01.2～3.8m厚。在下層部位存在松散砂層，其中夾雜薄層淤泥。5.4m為軟土厚度。2）樁間土承載力計算。根據(jù)施工方案，本路段采用水泥攪拌樁進行軟基處治。相關(guān)參數(shù)為樁長：6.5m、樁徑：50cm、樁間距：1.3m。為提高復(fù)合地基加固質(zhì)量，在加固前、后均需進行靜力觸探試驗，可得結(jié)果如下：（1）0～1.0m土層深度時，K71+580樁號處天然承載力為90kpa，K71+570樁號處加固后承載力為95kpa，K71+620樁號處加固后承載力為89kpa；（2）1.0～2.0m土層深度時，K71+580樁號處天然承載力為57kpa，K71+570樁號處加固后承載力為76kpa，K71+620樁號處加固后承載力為65kpa；（3）2.0～3.0m土層深度時，K71+580樁號處天然承載力為57kpa，K71+570樁號處加固后承載力為85kpa，K71+620樁號處加固后承載力為90kpa；（4）3.0～4.0m土層深度時，K71+580樁號處天然承載力為78kpa，K71+570樁號處加固后承載力為92kpa，K71+620樁號處加固后承載力為80kpa；（5）4.0～5.0m土層深度時，K71+580樁號處天然承載力為115kpa，K71+570樁號處加固后承載力為142kpa，K71+620樁號處加固后承載力為151kpa；由此可見，0～1.0m土層深度時，因水泥攪拌樁施工有填土墊層鋪設(shè)，已具備一定承載力。軟土層主要深度集中于1.0～4.0m，待施工后，水泥攪拌樁間的土承載力可提升1.5倍左右。具有較高砂質(zhì)含量的部位，承載力較大，原因在于水泥漿沿含砂地層滲透導致。通過以上分析承載力試驗數(shù)據(jù)加權(quán)平均，可獲取樁間土天然承載力，為79.4kpa，水泥攪拌樁加固之后，承載力有所增加，為96.5kpa。3）復(fù)合地基承載力確定。一般情況下，可通過現(xiàn)場單樁復(fù)合地基載荷試驗進行水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力的確定。依據(jù)設(shè)計文件，150kpa為本段地基承載力設(shè)計值，300KPa為對應(yīng)極限荷載。根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求進行荷載試驗。試驗中，按照0.2%總樁數(shù)來確定荷載點頻率，

按下式（1）、（2）進行復(fù)合地基承載力特征值的計算，

具體如下：

其中，復(fù)合地基承載力特征值由fspk表示；面積轉(zhuǎn)換率由m表示；單樁豎向承載力特征值由Ra表示；樁的截面積由Ap表示；樁間土承載力特征值由fsk表示；樁間土折減系數(shù)由β表示，取值0.9；水泥土試塊抗壓強度平均值由fcu表示；樁身強度折減系數(shù)由η表示，取值0.3。

通過樁設(shè)計參數(shù)，可獲取面積轉(zhuǎn)換率，為13.5%。根據(jù)水泥攪拌樁現(xiàn)場抽芯、室內(nèi)抗壓強度結(jié)果等，可獲取樁身混凝土抗壓強度，為2.0MPa。

通過公式（2）可獲取單樁承載力特征值，為118KN，結(jié)合靜力觸探試驗獲取的樁間土承載力96.5kpa，并通過公式（1）獲取復(fù)合地基承載力特征值，為156.3KPa，可滿足規(guī)范要求。

綜上所述，在水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值確定中，當樁身抗壓強度、樁間土折減系數(shù)、樁身強度折減系數(shù)取值合理的情況下，僅采用靜力觸探試驗還可保證檢測結(jié)果的準確性，可通過現(xiàn)場大量試驗數(shù)據(jù)對這些系數(shù)進行統(tǒng)計與分析。

5 結(jié)束語

綜上所述，近年來，我國交通工程行業(yè)取得令人矚目的成就。在工程勘察早期階段往往采用鉆探法觀測土層情況，經(jīng)室內(nèi)土工試驗，才能獲取土體的物理力學參數(shù)，在此基礎(chǔ)上進行土體性質(zhì)的分析。鉆探法不僅會擾動原狀土，還具有測試結(jié)果偏差較大等弊端。隨著科技水平的提升，大量先進的技術(shù)、工藝被廣泛用于公路工程檢測工作。作為一種常見的原位測試方法，靜力觸探試驗具有無需取樣、測試連續(xù)、再現(xiàn)性好、測試精度高等特點，目前，在各類巖土工程勘察中得到了廣泛應(yīng)用。本文以某軟土路基段為例，采用靜力觸探試驗進行軟基承載力檢測，重點對試驗應(yīng)用過程及結(jié)果進行了分析與探討，以期提高檢測準確性。