公路橋涵地基承載力檢測方法研究

龐 義 琴

(中鐵北京工程局集團(tuán)北京有限公司，北京 102308)

1 地基承載力評定影響因素

1.1 地下水的影響

地下水位的高低直接影響地基的含水率，地下水位越高，地基含水率越高，其地基承載力越低。在地下水的影響下，土體自身的黏聚力和內(nèi)摩擦力降低，造成土體強(qiáng)度下降，進(jìn)而造成土體的地基承載力降低。另外，地下水會使土體的重度下降，進(jìn)一步造成地基承載力下降。在勘察設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)單位必須對施工現(xiàn)場的土質(zhì)進(jìn)行取樣分析，通過土樣的天然含水率分析土體的強(qiáng)度，進(jìn)而分析地基承載力。另外，勘察設(shè)計(jì)中必須對地下水位進(jìn)行準(zhǔn)確測量，并對地下水位的變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為后期施工提供可靠依據(jù)。

1.2 土的物理力學(xué)性質(zhì)

土體的含水率、密度、黏聚力和內(nèi)摩擦力等指標(biāo)都會影響土的承載能力。土體內(nèi)部的含水率越高，硬度越低，承載力隨之下降。土體的密度越高，其內(nèi)部的空隙越小，水分不易滲入，含水率降低，強(qiáng)度提高，承載力也隨之提高。黏聚力和內(nèi)摩擦力是土體強(qiáng)度的重要組成部分，黏聚力越大，內(nèi)摩擦力越大，土體的強(qiáng)度越高。土體的力學(xué)性能可以通過抗剪強(qiáng)度來表征，這是由于土體的破壞主要表現(xiàn)為剪切破壞。

1.3 人為因素

近年來，我國公路建設(shè)項(xiàng)目多，造成施工技術(shù)人員嚴(yán)重緊缺的現(xiàn)象。在這種背景下，很多外專業(yè)甚至文化水平不高的人員進(jìn)入到公路工程試驗(yàn)檢測隊(duì)伍中，大大降低試驗(yàn)檢測人員的總體素質(zhì)。另外，很多試驗(yàn)檢測人員缺乏工作經(jīng)驗(yàn)，責(zé)任心差，造成試驗(yàn)檢測評定結(jié)果偏差過大，留下很多質(zhì)量隱患。

2 公路橋涵地基承載力常用檢測方法

2.1 靜載荷試驗(yàn)

靜載荷試驗(yàn)是在具有一定面積的承壓板上進(jìn)行逐級加載，對地基土的壓力與變形特性進(jìn)行檢測的試驗(yàn)檢測方法。靜載荷試驗(yàn)可以全程模擬橋涵地基的實(shí)際受力狀態(tài)，能夠真實(shí)的記錄地基受力變形情況。相比其他試驗(yàn)檢測方法，靜荷載試驗(yàn)具有明顯的優(yōu)勢，可以比較直觀真實(shí)的反映橋涵基礎(chǔ)的受力情況。通過對地基土強(qiáng)度和變形情況進(jìn)行綜合分析，求出地基土的承載力。

然而，這種試驗(yàn)檢測方法也存在很多問題，主要包括以下幾個(gè)方面：

1)地基上的荷載需要通過堆載獲得。堆載通常使用大型混凝土塊，制作和堆載施工工序復(fù)雜，需要耗費(fèi)大量的人力物力，工程量大。2)每次堆載只能檢測一個(gè)樁，耗費(fèi)的時(shí)間長，檢測周期較長。3)靜載荷試驗(yàn)影響的深度范圍有限。由于受到荷載板和堆載大小的影響，靜荷載的影響深度有限，淺層地基土的情況對地基承載力的影響較大。4)靜載荷試驗(yàn)只能選取幾塊區(qū)域進(jìn)行檢測，在地基較復(fù)雜時(shí)，所檢測的數(shù)據(jù)不具有代表性。5)靜載荷試驗(yàn)所獲得的p—s曲線由人為判定得出，具有很強(qiáng)的隨意性。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)主要用于對粘性土和砂性土的地基承載力進(jìn)行檢測，在我國公路施工中得到了廣泛的應(yīng)用。在公路橋涵設(shè)計(jì)中，通常采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對橋涵基礎(chǔ)承載力進(jìn)行檢測。在公路橋涵施工現(xiàn)場，工地中心試驗(yàn)室也常采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)核檢測。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是通過記錄標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的貫入器打入土中一定深度的錘擊次數(shù)，分析計(jì)算確定地基承載力的。

2.3 動(dòng)載荷試驗(yàn)

動(dòng)載荷試驗(yàn)可以用于檢測地基土的承載力和變形特征，尤其適用于對地基承載力要求較大的地區(qū)。與靜載荷試驗(yàn)相比，動(dòng)荷載試驗(yàn)可以確定大型樁的地基承載力，其適用范圍更廣泛，且具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

2.4 觸探方法

常見的觸探方法有靜力觸探和動(dòng)力觸探兩類，其中動(dòng)力觸探試驗(yàn)在我國公路橋涵施工中應(yīng)用較多。靜力觸探試驗(yàn)是通過機(jī)械裝置向金屬探頭上施加一定的靜壓力，通過傳感器和儀器將探頭壓入土層過程中所受到的阻力記錄下來，經(jīng)過分析后確定地基承載力。探頭在壓入過程中所受到的阻力越大，土的強(qiáng)度越大。動(dòng)力觸探試驗(yàn)是將一定標(biāo)準(zhǔn)的圓錐探頭貫入到土層中，通過貫入一定深度的擊數(shù)來確定地基承載力。該方法適用范圍廣泛，且檢測設(shè)備和操作方法簡單，是現(xiàn)今公路橋涵最常用的地基承載力檢測方法。

2.5 波速測試法

波速測試法是通過檢測樁間的剪切波速或瑞利波速，通過分析求出地基承載力的一種方法。采用波速測試法，可以通過分析波形，確定加固前后地基承載力的變化情況。這種方法是在地表施測，操作方便、測試速度快、成本低，近年來得到了快速的發(fā)展。

2.6 動(dòng)力參數(shù)法

動(dòng)力參數(shù)法是利用動(dòng)力學(xué)原理，測量樁和土的自振頻率和初速度，通過進(jìn)一步分析確定地基承載力的。這種方法用于檢測公路樁基承載力，已經(jīng)有比較成熟的理論支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作為支持，但對于復(fù)合地基承載力的檢測仍然處于試驗(yàn)階段。

2.7 附加質(zhì)量法

附加質(zhì)量法是通過建立模型，模擬實(shí)體的受力狀態(tài)，進(jìn)而通過分析確定地基承載力的一種方法。這種檢測方法的準(zhǔn)確性取決于模型與實(shí)體的相似度，對于彈性較好的天然地基效果較好，而對于橡皮土、板結(jié)層等地基形式檢測效果欠佳。

3 公路橋涵地基承載力在工程中的應(yīng)用

3.1 工程案例

某高速公路設(shè)計(jì)車速100 km/h，主線采用雙向四車道，路基總寬度26 m。擬建大橋兩座、中橋一座，總計(jì)500 m，涵洞三座。施工中采用動(dòng)力觸探試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行橋涵地基承載力檢測，并通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

3.2 動(dòng)力觸探試驗(yàn)確定橋梁地基承載力

選取該項(xiàng)目一在建涵洞地基做承載力試驗(yàn)，地基承載力檢測采用動(dòng)力觸探試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)詳見表1。橋涵地基承載力檢測可采用輕型動(dòng)力觸探、重型和特重型動(dòng)力觸探，本項(xiàng)目涵洞地基主要為粉質(zhì)粘土，施工中采用輕型動(dòng)力觸探進(jìn)行地基承載力檢測。

表1 輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

通過對表1所列數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，該涵洞地基經(jīng)過加固處理后，其地基承載力滿足公路橋涵地基承載力的要求。

4 結(jié)語

合理選擇地基承載力檢測方法，對公路橋涵地基承載力進(jìn)行嚴(yán)格準(zhǔn)確的檢測，可有效保證橋涵工程的施工質(zhì)量和穩(wěn)定性。在公路橋涵設(shè)計(jì)與施工過程中，根據(jù)地基土的類型，正確選擇地基承載力檢測方法，獲得準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析計(jì)算后可用于指導(dǎo)施工。文章重點(diǎn)對公路橋涵常用地基承載力檢測方法進(jìn)行闡述，并舉例說明地基承載力的檢測過程和數(shù)據(jù)分析，對施工一線具有一定的指導(dǎo)作用。