輕型圓錐動力觸探在國外某電源工程驗槽中的應用

李景琳

摘 ?要：文章介紹了美國材料與試驗協會ASTM標準下的輕型圓錐動力觸探試驗在國外某電源項目工程基槽檢驗中的應用，通過試驗分析，應用輕型圓錐動力觸探試驗檢測天然地基承載力是否滿足設計要求在該區域取得了良好的效果，為國內同行從事類似工程提供參考。

關鍵詞：輕型圓錐動力觸探;驗槽;承載力特征值

中圖分類號：U455.49 ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）35-0027-02

1 ?工程背景

隨著“一帶一路”戰略構想的推進，中國有競爭力的企業承擔了越來越多的海外項目。國外某電源項目，根據前期地勘報告，基底下伏全風化第三系泥巖和粉砂巖，承載力特征值為350 kPa。因此，主廠房和鍋爐區域擬采用天然地基基礎型式，基礎開挖深度為-5.00 m。

鍋爐區域基坑開挖完畢后，經地勘人員檢驗，為全風化粉砂巖，呈密實中粗砂狀。國外業主及總包方對基底承載力是否滿足設計要求提出疑問，因此提出采用輕型圓錐動力觸探試驗（Dynamic Cone Penetration Test，下稱“DCP”）方案。由于從國內運輸設備需要的時間和經濟成本過高，且便于業主理解和接受，本次測試采用美國材料與試驗協會（American Society for Testing and Materials，下稱“ASTM”）標準D 6951/D6951M-09進行試驗。

2 ?設備概述

DCP試驗最早起源于1959年的澳大利亞[1]，因其具有設備簡單、操作方便、工效較高、適應性廣、可連續貫入等特性，得到廣泛應用。根據貫入度，可用于估算加州承載比CBR（California Bearing Ratio），從而根據經驗公式確定土層厚度、剪切強度等材料指標，以及在已知土體含水率的情況下估算其重度等[2]。

這種設備可以用來評估地面以下1m深度范圍內的材料特性，并且可以通過增加桿長來增加試驗深度。然而，由于桿長增加，設備的質量和慣性會發生變化，且摩擦力變大，數據需要修正方可使用。

ASTM標準下，輕型動力觸探設備分為2種，對應錘重分別為8 kg和4.6 kg。本次試驗采用的錘重為8 kg，設備示意圖如圖1所示，其部件規格與國標《巖土工程勘察規范》（2009年版）（GB 50021-2001）對比見表1[2]。

3 ?試驗方案

根據現場廠平條件，在主要設備和重要基礎底部共選取6個試驗點。考慮到試驗點基底承載力可能不滿足設計要求，在同一試驗點不同深度處也進行DCP試驗，從而估算不同深度處土層的壓縮模量和承載力，以判斷其是否滿足設計要求。

4 ?數據處理

以試驗點1為例，根據原始數據記錄，以累積擊數為x軸，貫入深度為y軸，做關系曲線如圖2所示。

根據Coonse， J. （1999）[3]，CBR與貫入度之間的關系為：

1g（CBR）=2.53-1.14×1g（CPR）（1）

式中，PR為貫入度（mm/擊）。

對圖2進行線性擬合，得到線性回歸方程：

y=104+8.6x

其中，相關系數R=0.9817，R為0的概率P<0.0001，兩條曲線具有較高的相關度。

式中，斜率8.6為平均貫入度（mm/擊）。

5 ?成果應用

5.1 ?壓縮模量

根據U.S. Army Corps of Engineers Research and Develop

ment Center Waterways Experiment Station（Green and Hall， 1975）[4]，土體壓縮模量與CBR之間的關系為：

E（Mpa）=37.3×CBR■（2）

根據S.D. Mohammadi， M.R. Nikoudel等（2008）[1]，土體壓縮模量與平均貫入度之間的關系為：

E（Mpa）=55.033/（DPI）0.54（3）

式中，DPI為貫入度（mm/擊）。

根據式（2）和（3），可得試驗點1處土體壓縮模量分別為15.8 MPa和17.2 MPa，滿足設計要求。

5.2 ?承載力

根據David Dzitse-Awuku （2008）[5]對淺基礎的模型試驗，承載力與DCP試驗結果的關系為：

f=48.3n+57.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

式中，n為貫入100 mm的擊數。

根據圖2擬合結果，可知，對試驗點1，n=11.6。

將n值代入式（4），可得試驗點1處土體承載力為617.6 kPa，滿足設計要求。

6 ?結 ?論

①輕型圓錐動力觸探在本次地基驗槽過程中，發揮了簡便、快捷、經濟的特點，檢測結果基本能反應該地區地基土層的強度特征，取得了良好的應用效果。

②通過本次輕型圓錐動力觸探應用，提供了ASTM標準下該試驗成果與土體壓縮模量和承載力之間的經驗公式，為國內外的同行提供參考。

參考文獻

[1] S.D. Mohammadi， M.R. Nikoudel， etc. Application of the Dynamic Cone P

enetrometer （DCP） for determination of the engineering parameters o

f sandy soils. Engineering Geology 101，（2008）.

[2] American Society of Testing Materials. Standard test method for us

e of the dynamic cone penetrometer in shallow pavement applicatio

ns （D 6951-09）. ASTM International，2009.

[3] Coonse， J. （1999）. Estimating California Bearing Ratio of cohesive p

iedmont residual soil using the scala Dynamic Cone Penetrometer，M

asterís Thesis （MSCE）， North Carolina State University， Raleigh， N.C.

[4] Pawan Kumar，Deepthi Dilip and G.L. Sivakumar Babu.Critical appr

aisal of correlations between CBR and subgrade modulus.Journal of

the Indian Roads Congress， 2014.

[5] David Dzitse-Awuku， BSc. Geological Engineering （Hons）. Correlatio

n between dynamic cone penetrometer （n-value） and allowable bear

ing pressure of shallow foundation using model footing. Mphil. （Civi

l Engineering），KNUST.