基于原位測試數據的信陽市天然地基承載力定量化分析技術

阮超

信陽市建筑勘察設計研究院有限公司（464000）

試驗研究

基于原位測試數據的信陽市天然地基承載力定量化分析技術

阮超

信陽市建筑勘察設計研究院有限公司（464000）

傳統的工程勘察，多使用室內土工試驗對目標土的物理及力學指標進行測定，得出天然地基的承載力。在實際采集土壤過程中，會因為各類人為因素導致測定結果出現偏差，故而基于原有土體結構以及天然水含量等多方面因素下的原位測試數據的天然地基承載力定量化分析具有必要性。這里結合信陽市的實際工作經驗對此技術進行分析。

原位測試數據；地基承載力；定量化分析

地基承載力一定程度上會給后期工程項目的實施帶來巨大影響，因而需要充分重視。隨著我國社會主義科學技術的迅速發展，國內建筑業的發展前景也較為廣闊，對巖土工程的勘測準確性也有了更為嚴格的要求，天然地基承載力的定量化分析同樣如此。

1 原位測試技術的優勢

原位測試技術同傳統測試方法相比，具有獨特優勢。該技術直接在原有天然土層的基礎上進行測量，受到的人為因素影響更少，測試結果更為準確。原位測試技術的優勢主要在表現在以下方面：

原位測試技術能夠極大地減少對原有土體結構的破壞，尤其是土體原有的含水量、應力狀態等多方面因素，在保障土壤各類物理及力學指標不變的前提下，提高測量準確度；同傳統的室內土樣測試比較,原位測試技術有著更為廣闊的測量范圍，測試結果更具有代表意義，能夠充分反應出巖土結構給巖土性質造成的影響。

2 信陽市地質環境概況和土層分布情況

信陽市位于河南省南部，同湖北省與安徽省相鄰，地理位置較為重要。信陽市的自然地勢呈南高北低情況，地理環境較為多樣化。信陽市西、南部地區是以大別山、桐柏山為主的山地環境，北部地區主要以平原、洼地為主。

信陽市由潢川、固始、羅山、光山、息縣、淮濱、商城與新縣八個縣城組成，每個縣城的地質情況有所不同。信陽地區土壤仍然以黃棕壤為主要組成部分，配合有石質土、粗骨土以及水稻土等。總體來看，信陽地區的地理環境較為復雜，土層的種類較為豐富。

3 以原位測試數據為基礎的信陽市天然地基承載力分析

現有確定土地地基承載力的方法主要有三類：1）根據理論公式進行計算；2）根據相關經驗計算地基承載力;3）利用原位測試數據進行分析計算。本次信陽市地基承載力的分析確定，主要使用到第三種方式，即利用原位測試數據進行分析計算。

原位測試技術的主要手段有載荷試驗、靜力觸探試驗、波速試驗、旁壓試驗等。結合區域內的地質環境等綜合因素，本次對信陽市天然地基承載力的分析中,主要使用到了靜力觸探、動力觸探與載荷試驗三種技術手段。

具體步驟為：先考察信陽市工程地質及水文環境，選擇有代表性的區域進行鉆探取樣，進一步進行動力、靜力等原位數據的測試，然后根據鉆探取樣結果測定土體試探結果及物理、力學指標，最后對比以往數據,總結獲得土體的物理學及力學指標。

3.1 靜力觸探

1）靜力觸探的基本現狀

靜力觸探測試法簡稱靜探法（CPT），主要是將具有相應規格的圓錐形探頭勻速壓入土中，對探頭所受到的阻力等進行測量，最終得出數據的測試方法。該技術最早由荷蘭人研發，傳入我國后，國內大批專家對其進行了改進與優化，最終取得了巨大成就。目前，該技術具有顯著效果，并仍處于不斷完善發展的過程中。

2）靜力觸探的實踐應用

本次研究中，主要針對信陽市有代表性土壤進行測試，主要包含了黏土、粉土及砂土等多個不同種類，主要實踐過程如下：

選擇具有代表性的數據點作為參考，探究反應靜力觸探X、壓縮模量Y與地基承載能力Z三者間的相互關系，將以上三項代表數據進行整理并加以匯總，把每種類型的土壤特點作記錄。經過一段時間內的觀察,發現對于各種類型的土壤,其壓縮模量、地基承載力都能滿足靜力觸探的相應線性關系公式。

本次研究中，主要用最小二乘法來求出各項數據的相互關系。結合計算結果并配合實踐驗證可知,以上各相關量均存在較為明顯的線性關系，對于實際測量及定量化分析具有參考性意義。

3.2 動力觸探

1）動力觸探的基本現狀

動力觸探試驗又稱圓錐動力觸探試驗，簡稱為動探（DPT），主要是利用一定動能，把特定規格的圓錐形探頭打入土中，直到探頭達到指定預定深度為止。在此過程中，將探頭打入地面的次數進行記錄，據此得出土壤的相關性能以及物理、力學指標等。此方法具有簡單、易操作、經濟實用、測量較快的特點。目前大多數國家都或多或少地使用動力觸探技術，美洲、亞洲及歐洲國家的應用最具代表性。

2）動力觸探的實踐應用

本次研究中，搜集了信陽市近幾年的原位測試數據，通過整理及匯總，選擇了170個代表性數據點，探究其同標準貫入N的關系。利用最小二乘法，算出N同代表數據點的具體系數。將N與數據點系數的關系設置為方程,進一步得出方程的臨界值。對比具體系數與臨界值，可以明顯發現前者大于后者，所以得到兩組數值具有明顯關聯的結論。此次研究過程中的經驗公式，具有一定的實踐應用價值。

在動力觸探法測試中，主要采用了標準貫入法與重型動力觸探法兩種方式,以標準貫入法為主，以黏土、砂土為代表性研究對象。將本次研究當中的數據點及N值關系進行整理，同樣能夠得出不同類型土壤、壓縮模量、地基承載力同N值之間的關系，并進一步得出了相應的經驗公式。通過計算可知，所有N與數據點系數的關系方程臨界值均小于標準值,故可以進一步得出各項相關量間的明確關系。

3.3 載荷試驗

1）載荷試驗的基本現狀

載荷試驗主要是在擬建建筑場地的相應地基持力層上方放置相應尺寸及形狀的剛性板，并逐級增加剛性板所承受的荷載力，測量出相應的穩定沉降結果，直到數值達到地基破壞標準為止。根據荷載力、沉降曲線以及平板載荷試驗能夠具體得到載荷試驗的變化規律，最終計算出地基承載力。

載荷試驗主要應用于較為淺層的天然地基土，如各類填土、含有碎石的土等，在復合型地質承載力的評價方面具有顯著作用。

2）載荷試驗的實踐應用影響

以信陽市的代表性土壤殘積土為例，該土壤在自然環境下,若不受外界影響則具有較高強度，不容易出現變形。在該土層上需要分別進行A與B兩項工程項目，根據不同土質情況下的不同原位測試方法,根據對應的公式計算出地基所承受的荷載值，分別得出A、B兩項工程的地基壓力與承受壓力的平均值P。在A工程中，P≈385kPa，而利用荷載試驗法得出的實際承受壓力值為389.5kPa,兩數據較為接近。同樣B工程中，P≈432kPa，而與之相應的實際承受壓力值則為450kPa，兩數據同樣較為接近。由此可知，載荷試驗中所得出的相關標準數值及公式具有科學合理性，一定程度上可以在工程實踐當中加以應用。

3.4 測量結果

這里結合信陽市巖土工程勘測經驗，參考相關文獻，對各種類型土層情況下的觸探試驗、壓縮模量、地基承受力三部分間的相互關系進行了深入探究，并進一步根據研究結果，歸納出了地基物理、力學性質給地基承受力及壓縮模量帶來的巨大影響,將這部分影響以響應經驗公式的形式表現出來，具有現實參考意義。

通過分析，總結出了土壤天然重度、土壤深度、土層孔隙比、土層含水量等多種因素對地基物理、力學性質、地基承受力及壓縮模量帶來的影響，并以公式的形式表現出來，具有現實工程應用價值。

4 結語

我國幅員廣闊，地形地貌及地質環境有著巨大差別,具有一定的復雜性，無法統一計算不同靜力觸探、壓縮模量以及地基承載力之間的關系，也無法采用較為規范的公式進行準確計算。本次信陽市天然地基承載力的測量實踐,還可以從擴大測量范圍、增加研究因素以及利用實踐驗證測量等多個方面進行優化改進。

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