邓勇亮

0 引言

贵州省遵义市某单位扩建工程2号办公楼由于原始地基质量比较差,对地基进行了碎石垫层换填,换填深度 2.8 m,设计砂石比为3∶7(砂∶石),石子的粒径主要集中1 cm～2 cm。换填过程中进行分层夯实,分层厚度不大于30 cm,压实度为93%。为了保证工程的安全,对此碎石垫层进行了重型动力触探试验,以确定其地基承载力,对地基土作出评价。

1 工程实例分析

1.1 试验原理

重型动力触探试验是实际工程中一种常用的原位测试方法,基本原理是利用固定落距将一定规格的圆锥形探头的探杆打入土中,根据打入土中的阻力大小判别土层的变化,通过分析贯入一定深度所需的锤击数对土层进行力学分层,研究土层的物理和力学性质。一定深度的锥击数越多,则动贯入阻力越大,也就是说岩层承载力越高。圆锥动力触探适用于强风化、全风化的硬质岩石、各种软质岩石及各类土,根据锤击能量分为轻型、中型、重型和超重型4种。轻型、中型动力触探适用于一般粘质土及素填土;重型动力触探适用于中粗砾砂和碎石土;超重型动力触探适用于卵石、砾石类土。

1.2 试验工况

由于该工程的换填碎石垫层粒径主要集中在1 cm～2 cm,所以本次试验采用重型(N63.5)圆锥动力触探。根据施工现场情况以及建筑面积,在地基范围内随机选择6个有代表性的试验点(见图1),利用63.5 kg的重锤,落距(76±2)cm,探头为圆锥头,锥角60°,锥底直径74 mm,探杆外径为42 mm,试验时,穿心锤以76 cm的落距自由下落,锤击时应避免偏心及侧向晃动,本次试验锤击速率取20击/min,贯入器打入碎石垫层中10 cm后,开始记录每打入10 cm的锤击数,累计打入30 cm的锤击数为标准贯入击数N。当锤击已达到50击,而贯入深度未达30 cm时,可记录实际贯入深度终止试验。

重型动力触探各项指标见表1。

1.3 试验技术要求

为了准确而科学地取得试验资料数据,客观反映该碎石垫层地基的性能。本次试验根据SL 237-1999土工试验规程中“动力触探试验SL237-047-1999”进行,结合施工现场的情况,具体试验时应注意以下问题:

1)试验前将触探架安装平稳,使触探保持垂直地进行。垂直度的最大偏差不得超过2%,触探杆应保持平直,连接牢固。2)触探应有一定的预打深度,探头预打深度应视消除非正常贯入因素的影响而定。贯入时,应使穿心锤自由下落,落锤落距为(76±2)cm,地面上的触探杆高度不宜过高,以免倾斜与摆动太大。3)锤击速率宜为15击/min～30击/min,打入过程应尽可能连续,所有超过5 min的间断都应在记录中予以注明。4)探头进入预打深度后,及时记录每贯入10 cm所需的锤击数 N63.5。5)每贯入10 cm所需锤击数连续3次超过50击时,即停止试验。

表1 重型触探各项指标

1.4 地基承载力评价

根据现场原位试验取得的数据,参考SL 237-1999土工试验规程,本次试验计算结果见表2。

表2 重型圆锥动力触探测试结果表

设计要求,本工程碎石垫层承载力 fk=220 kPa。根据重型(63.5 kg)圆锥动力触探测试结果,此单位扩建的2号办公楼地基碎石垫层的地基承载力 fk=320 kPa,变形模量 E0=21.3 MPa,满足原设计要求。

通过分析试验数据可以看出,不同试验点贯入相同深度的触探击数不同,说明各试验点的碎石垫层密度有差别,反映出该地基的均匀程度的差异性。

1.5 试验影响因素

重型圆锥动力触探的锤击能量(重锤重量与落距的乘积),一部分用于克服土对探头的贯入阻力,另一部分消耗于锤与触探杆的碰撞、探杆的弹性变形、克服探杆与孔壁土的摩擦,以及触探器贯入时地基土产生塑性变形所消耗能量、贯入时土的弹性变形消耗的能量等。根据以上特点并结合本次试验,其影响因素如下:

1)碎石垫层特性的影响:碎石垫层的密实度,颗粒大小,结构强度和抗剪性能等。

2)人为因素:试验过程中人工操作的准确程度以及人工采集数据可能造成的误差。

3)仪器的影响:仪器精度对试验有直接的影响。探头的形状,重锤的质量以及触探杆的性能,还有重锤和触探杆之间的摩擦阻力等都是重要的因素。

2 结语

通过本次重型圆锥动力触探试验法对碎石垫层压实质量检验,获得了该换填碎石垫层的数据,代表了该地基的真实质量。为碎石地基检测提供了宝贵的经验,也取得了预期的结果。

1)对于天然的不良地基,根据地基承载力要求设计合理的砂石比,分层夯实层换填是一种有效的解决方法。

2)重型圆锥动力触探试验是一种经济、实用、方便、有效的地基承载力试验方法。该试验设备简单、易操作、成本低、时间快,取得了良好的经济效益和社会效益,值得推广。

3)利用动力触探法进行碎石垫层地基压实质量评定是可行的,该方法能够得出准确可靠的数据成果。不仅可以评价地基的承载力,还可以在一定程度上反映出地基的密度分布是否均匀。

重型动力触探试验结果说明该碎石垫层地基承载力满足设计要求,但是也反映出地基的均匀性存在差异。砂石比设计和分层夯实的分层高度都会影响换填效果。在实际工程中,建议采用更合理的砂石比和分层高度提高地基承载力和均匀性。

实际工程中会遇到一些比较复杂的地质情况,单单一个动力触探试验也许不能全面而准确的反映工程实际情况,所以建议加强重型圆锥动力触探与其他检测方法的对比和结合使用,如与静载荷试验联合检测,进行综合对比,总结提高经验认识水平,使重型圆锥动力触探检测的实用性和准确性进一步提高,有利于指导工程实践。

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