黑龍江省伊春市圓礫層地基承載力試驗研究

黃靜波

(水電水利規劃設計總院，北京100120)

黑龍江省伊春市圓礫層地基承載力試驗研究

黃靜波

(水電水利規劃設計總院，北京100120)

利用淺層平板載荷試驗和圓錐動力觸探原位試驗方法，對黑龍江省伊春市圓礫層進行地基承載力測試，獲取了地基承載力特征值fak、變形模量E0與修正后的錘擊數N63.5′的相關系數及經驗公式。分析結果顯示，研究區圓礫層變形量小，構造穩定，負重力強，地基承載力超過GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》標準規定值的30%以上，可為該地區建筑地基基礎設計提供參考。

圓礫層；地基承載力；平板載荷試驗；圓錐動力觸探；一元線性回歸

0 引 言

地基承載力對評價地基穩定性具有重要的指示意義，在不同的地質條件下，其數值也存在較大的差異。我國國土面積大，地質條件復雜，加強對各個地質條件下的地基承載力研究，是確保當地工程安全和順利生產施工的重要基礎[1]。

對圓礫層地基承載力的研究國內起步較晚，僅在西南地區進行過相關工作，北方地區報道極少。目前，多數學者的研究多集中在施工中圓礫層的處理方面，而關于載荷試驗方面的研究較少，地基承載力確定主要應用圓錐動力觸探(DTP)試驗的原位測試技術。相比其他試驗，該方法相對成熟，在公路、建筑、橋梁等多個行業均具有較好的口碑。目前，該技術在確定圓礫層地基變形模量方面已取得一定的成果，但缺乏相關地基承載力經驗公式[2-3]。

針對以上問題，本文以黑龍江省伊春市廣泛分布的第四系和中～上新統圓礫層為研究對象，采用圓錐動力觸探(DTP)試驗方法[4]，對圓礫層地基承載力進行研究，為該地區地基土物理力學特性研究及施工建設提供參考。

1 研究區概況

伊春市位于黑龍江省中北部，地貌類型以低山丘陵為主，兼具平原、高山及沼澤地形區。圓礫層主要包括中～上新統孫吳組及第四系沖洪積層，是本區常見的、面積廣布的基礎持力層。其中，第四系圓礫層位于河床底部和河漫灘形成的階地處，埋深為自然地面下0.5～7 m之間，厚0.5～2 m，呈土黃色、黃褐色、淺褐色，中密，局部為密實，濕～飽和，成分主要包括卵石(20%～30%)和礫石(35%～45%)，一般級配，以凝灰巖、流紋巖、安山巖、花崗斑巖和花崗巖構成骨架顆粒，層理厚度約為0.2～1 m；中～上新統圓礫層在本區大面積出露，主要分布在低洼地帶及低山丘陵區，高山區未見，埋深1～10 m，厚0.6～3 m，單層厚度在0.2～0.8 m之間，顏色以黃褐色、褐色、深褐色為主，偶見灰色，密實，成分主要包括卵石(23%～33%)和礫石(35%～50%)，一般級配，骨架顆粒以安山巖、流紋巖和凝灰巖為主，花崗巖偶見。

目前，伊春地區巖土勘察多應用GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》中的地基承載力數據。但實踐證明，以上數據缺乏事實依據，其計算的數值過于保守，導致當地的地基施工方案選擇困難。

2 地基承載力試驗

本次試驗對象為圓礫層。由于第四系與中～上新統圓礫層物理特征近似，故兩者可合并考慮。試驗區均位于高河漫灘，上部為第四系沖洪積層，下部為孫吳組地層，該處2種圓礫層均有出露，代表性較強。

采用重型圓錐動力觸探(DTP)方法開展原位測試，其圓礫密實程度依據重型動力觸探錘擊數N63.5數據，按相關行業規范進行劃分[5]。由于本區圓礫層均為中密～密實，故本文可參照標準為2個：N63.5在10～20之間為中密；大于20為密實。

2.1 試驗程序

淺層平板載荷試驗依據GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》，并在完全滿足試驗條件(承壓板面積不小于0.5m2，基坑寬度不小于承壓板寬度，保持試驗土層的原狀，滿足最大加載量不小于設計要求的2倍)下進行，測試出本區圓礫層的地基承載力。

圓錐動力觸探(DTP)原位試驗依據 GB 50021—2001《巖土工程勘察規范》進行。落錘利用機械自動脫鉤式，采用重型動力觸探錘(63.5 kg)；鉆孔采用套管護壁，并保證觸探桿最大偏斜度不超過2%；錘擊灌入需連續進行，防止錘擊偏心、探桿傾斜和側向晃動，力爭保持探桿垂直度；在錘擊過程中，每灌入1 m，宜將探桿轉動一圈半，同時還需進行桿長修正。

2.2 試驗成果

對以上2種試驗數據進行整理，擇優選擇滿足統計特征意義的數據12個。以上數據遍布于伊春市區及周邊縣鎮，具有較好的代表性。試驗結果見表1。從表1可知，該區圓礫層地基承載力特征值集中在300～1 000 kPa之間，平均值為625 kPa。

表1 試驗數據

利用一元線性回歸方法對表1中的數據進行分析，發現fak、E0與N63.5′(修正后)相關性較強，fak與N63.5′相關系數為0.901，E0與N63.5′為0.823，并滿足一元線性回歸特征[6]。一元線性回歸關系見圖1。相關性經驗公式為

fak=57.87 6N63.5′-134.76

E0=2.617 8N63.5′-0.650 8

圖1 一元線性回歸關系

3 討 論

現代巖土勘察工程已將測試持力層的地基承載力作為其中的關鍵環節，涉及到工程質量安全、施工成本等方方面面，是開展各項巖土工作的基礎。大量工程事實表明，對承載力的測試應充分考慮當地的地質條件和施工要求，沒有萬能的公式[7]。

傳統的載荷試驗法雖然技術成熟，數據詳實可靠，但該方法耗時耗力且花費昂貴的弊端限制了其大范圍的推廣應用。而其他常用的間接方法獲得的數據可靠性及可操作性均存在缺陷，因此并未得到肯定，需前者進行驗證。本文在搜集大量數據的基礎上，利用淺層平板載荷試驗和圓錐動力觸探(DTP)原位試驗取得了可靠的數據及公式，為巖土勘察工程獲取地基承載力及相關數據提供了一種較為實用的方法。

本文通過試驗認為，圓錐動力觸探(DTP)原位試驗雖然技術方法成熟，流程簡單，但受不同施工地點復雜地質條件的影響，不能形成通用公式。大量事實顯示，以往利用的地基承載力表中的數值普遍偏低，本文也證實了以上觀點(低于30%以上)，證明該表不能適合所有地方。鑒于此，本文根據以往的數據，利用修正的錘擊數N63.5′進行計算，從而獲得了相對接近實際情況的數據資料，為利用圓錐動力觸探(DTP)原位試驗在確定地基承載力方面提出了修正性意見。

針對圓礫層的地基承載力研究，還應注重組成該層物質的顆粒大小、磨圓度、孔隙比、含水量、膠結類型、支撐類型等多個方面，更為細致的研究工作需要新的方法，綜合各個因素統籌考慮，這更要求研究者在以后的工作中繼續創新理論和改良試驗方法。

4 結 語

本文在搜集大量巖土工程數據的基礎上，結合以往試驗經驗，利用淺層平板載荷試驗和圓錐動力觸探(DTP)原位試驗的方法，對伊春地區的圓礫層地基承載力數值進行分析，結果顯示：

(1)伊春地區圓礫層包括第四系沖洪積層和中上新統孫吳組(砂礫巖)，大部分為密實狀態(少部分為中密)，變形量小，構造穩定，負重能力強。

(2)研究區承載力在300～1 000 kPa之間，平均值為625 kPa，遠大于地基承載力表中的數值。地基承載力特征值fak和地基變形模量E0與修正后的圓錐動力觸探原位試驗錘擊數N63.5′均呈線性相關，且相關性強(分別為0.901和0.823)。同時，利用一元線性回歸分析方法推斷出兩者之間的經驗公式，為伊春市建筑地基基礎設計提供數據。

(3)載荷試驗可在對研究區地質情況未知的狀況下得出可靠的地基承載力數據，而圓錐動力觸探(DTP)試驗方法結合研究區地質特征，可間接得出可靠數據，方便高效低投入，可推廣使用。

[1]唐業清. 土力學基礎工程[M]. 北京：中國鐵道出版社，1989.

[2]陳希哲. 土力學地基基礎[M]. 北京：清華大學出版社，1998.

[3]常士驃，張蘇民. 工程地質手冊[M]. 4版. 北京：中國建筑工業出版社，2006.

[4]趙昭熔，曹化平. 動力觸探試驗技術的研究與應用[J]. 鐵道工程學報，2005(z1)：431-439.

[5]李奇峰，梁受運. 圓錐動力觸探成果在碎石土勘察中的應用[J]. 中國科技論文在線，2008，3(7)：542-546.

[6]林永健. 超重型動力觸探曲線的解釋法[J]. 工程勘察，1994(2)：15-17.

[7]董長廷. 關于地基承載力的探討[J]. 煤炭工程，2006(6)：108-109.

(責任編輯 楊 健)

Experimental Study on Foundation Bearing Capacity of Round Gravel Layer in Yichun City of Heilongjiang Province

HUANG Jingbo

(China Renewable Energy Engineering Institute, Beijing 100120, China)

The in-situ test methods of shallow tectonic loading and conical dynamic penetration are used to test the bearing capacity of round gravel layer in Yichun City of Heilongjiang Province. The eigenvalue of bearing capacity of foundationfak, the deformation modulusE0, the corrected hammer numberN63.5′ and related empirical formula are obtained. The results show that the deformation of round gravel layer in study area is small, the structure is stable, and the bearing capacity of foundation is stronger more than 30% of predetermined value of GB 50007-2011 Building Foundation Design Code. These research results can provide references for the design of building foundation in Yichun region.

round gravel layer; foundation bearing capacity; tectonic loading test; conical penetration test; univariate linear regression

2016-09-25

黃靜波(1963—)，女，湖南邵陽人，高級工程師，主要從事水電、風電工程地質工作.

TU413.5(235)

A

0559-9342(2016)12-0119-03