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静力触探试验在公路地基承载力检测中的应用

2020-11-06 04:45:38 汽车世界·车辆工程技术(下) 2020年5期

李红雨

摘 要:地基承载力是土力学的三大经典问题之一。天然地基承载力是岩土工程勘察文件中不可缺少的一个内容,也是天然地基浅基础设计的基本依据。地基承载力的合理确定,对工程的经济性和安全性影响极大。静力触探试验具有速度快、数据连续、再现性好、操作方便等优点。作为一种日臻完善的原位测试技术已经越来越为广大岩土工程技术人员所接受。为此,本文在全面了解静力触探试验原理及特点的基础上,结合具体案例,对静力触探试验在公路地基承载力检测中的应用进行了分析与探讨。

关键词:静力触探试验;地基承载力;特点

1 工程概述

某公路工程为双向四车道,全长143.182公里,路基宽28m。经勘查报告发现,本路段存在范围较广的软土,地势低洼,地下水丰富,导致土质长期受水浸泡而软化。针对软土段,本工程采用钻探、轻型触探等方法进行了软基前期勘察作业,其中K0+000~K92+642段为勘察路段,全长92.642km,其中软土段较长,为53.4km。勘察时,机械钻孔数量为132个,简易勘探孔共606个,土样共77组,标贯为492次。

勘查显示,沿线多为饱和淤泥、淤泥质粘土及砂土等软土类型,呈流塑~软塑状,为2~6m厚,最大值可达到8m左右。一般来讲,采用清淤换填或水泥搅拌桩复合地基方案进行软基处理。根据工程实际情况,45.8km为清淤换填段长度,7.6km为搅拌桩段长度,需287055根桩,平均桩长5.6m。通过上述情况了解到,此次施工前针对软土段进行了大量前期勘察工作,但整体来讲,软土取样数量较少,这表明软土取样条件不太好,多数软土无法取出原状土样。由此可见,存在一定离散性,标贯以1~5击为准,这种情况下,无法保证软土特性判定的准确性,这说明采用常规软土勘察法仍有一定弊端。

2 静力触探试验在公路地基承载力检测的应用

为全面了解和精确判断软土特性和力学指标,需做好试验检测工作。根据工程实际和地质条件,决定采用静力触探法进行软土地基承载力检测,以便于更好地采用软土处治办法。相比其他试验方法,静力触探在地基土承载力检测中,更具客观性、精确性。结合工程实际情况,本路段为的典型软弱土层,淤泥土层和粘性土层具有良好规律性。但是砂土层因其分布不均匀,数据离散性过大。

2.1 试验条件

为验证检测效果,选择具有代表性的路段作为试验段,起讫桩号为K17+520~K71+660段,本路段属于水田段。按照钻探揭示,淤泥质粘土或淤泥质砂土位于上层,灰、暗灰色,呈软塑状,01.2~3.8m厚。在下层部位存在松散砂层,其中夹杂薄层淤泥。5.4m为软土厚度。

2.2 桩间土承载力计算

根据施工方案,本路段采用水泥搅拌桩进行软基处治。相关参数为桩长:6.5m、桩径:50cm、桩间距:1.3m。为提高复合地基加固质量,在加固前、后均需进行静力触探试验,可得结果如下:

(1)0~1.0m土层深度时,K71+580桩号处天然承载力为90kPa,K71+570桩号处加固后承载力为95kPa,K71+620桩号处加固后承载力为89kPa;(2)1.0~2.0m土层深度时,K71+580桩号处天然承载力为57kPa,K71+570桩号处加固后承载力为76kPa,K71+620桩号处加固后承载力为65kPa;(3)2.0~3.0m土层深度时,K71+580桩号处天然承载力为57kPa,K71+570桩号处加固后承载力为85kPa,K71+620桩号处加固后承载力为90kPa;(4)3.0~4.0m土层深度时,K71+580桩号处天然承载力为78kPa,K71+570桩号处加固后承载力为92kPa,K71+620桩号处加固后承载力为80kPa;(5)4.0~5.0m土層深度时,K71+580桩号处天然承载力为115kPa,K71+570桩号处加固后承载力为142kPa,K71+620桩号处加固后承载力为151kPa。

由此可见,0~1.0m土层深度时,因水泥搅拌桩施工有填土垫层铺设,已具备一定承载力。软土层主要深度集中于1.0~4.0m,待施工后,水泥搅拌桩间的土承载力可提升1.5倍左右。具有较高砂质含量的部位,承载力较大,原因在于水泥浆沿含砂地层渗透导致。通过以上分析承载力试验数据加权平均,可获取桩间土天然承载力,为79.4kPa,水泥搅拌桩加固之后,承载力有所增加,为96.5kPa。

2.3 复合地基承载力确定

一般情况下,可通过现场单桩复合地基载荷试验进行水泥搅拌桩复合地基承载力的确定。依据设计文件,150kPa为本段地基承载力设计值,300kPa为对应极限荷载。根据现行技术规范要求进行荷载试验。试验中,按照0.2%总桩数来确定荷载点频率,按下式(1)、(2)进行复合地基承载力特征值的计算,具体如下:

fspk=mRa/Ap+β(1+m)fsk(1)

Ra=ηfcuAp(2)

其中,复合地基承载力特征值由fspk表示;

面积转换率由m表示;

单桩竖向承载力特征值由Ra表示;

桩的截面积由Ap表示;

桩间土承载力特征值由fsk表示;

桩间土折减系数由β表示,取值0.9;

水泥土试块抗压强度平均值由fcu表示;

桩身强度折减系数由η表示,取值0.3。

通过桩设计参数,可获取面积转换率,为13.5%。根据水泥搅拌桩现场抽芯、室内抗压强度结果等,可获取桩身混凝土抗压强度,为2.0MPa。

通过公式(2)可获取单桩承载力特征值,为118kN,结合静力触探试验获取的桩间土承载力96.5kPa,并通过公式(1)获取复合地基承载力特征值,为156.3kPa,可满足规范要求。

综上所述,在水泥搅拌桩复合地基承载力特征值确定中,当桩身抗压强度、桩间土折减系数、桩身强度折减系数取值合理的情况下,仅采用静力触探试验还可保证检测结果的准确性,可通过现场大量试验数据对这些系数进行统计与分析。

3 结束语

综上所述,近年来,我国交通工程行业取得令人瞩目的成就。在工程勘察早期阶段往往采用钻探法观测土层情况,经室内土工试验,才能获取土体的物理力学参数,在此基础上进行土体性质的分析。钻探法不仅会扰动原状土,还具有测试结果偏差较大等弊端。随着科技水平的提升,大量先进的技术、工艺被广泛用于公路工程检测工作。目前,在公路工程当中常用的原位测试方法为静力触探,该检测法可实现连续测试,从而获取连续的地层数据和信息。地基承载力是检验公路质量的指标之一,静力触探试验在公路地基承载力检测中的应用,可有效提高检测的准确性。

参考文献:

[1]顾国荣,樊向阳.上海地区沉桩阻力估算方法分析探讨[J].压入法沉桩施工技术及其工程应用,2018(13):27-30.

[2]米俊夫.静力触探在岩土工程勘察中的应用解析[J].房地产导刊,2017(26):229.

[3]刘振华.静力触探试验在岩土工程勘察中的应用[J].商品与质量,2016(03):284.

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