靜力觸探試驗在公路地基承載力檢測中的應用

趙 杰

(河南省交通公路質監有限公司，河南 南陽 473000)

1 靜力觸探試驗的特點

靜力觸探是指通過壓力裝置向試驗土層內壓入觸探桿，利用量測系統，對土的貫入阻力進行測定，從而獲取土的容許承載力、變形模量等基本物理力學特性。因地層類土的類型不同、軟硬程度不同，因此，觸探桿探頭所受阻力也存有一定區別，此類大小不一的貫入阻力通過傳感器電信號可輸入到記錄儀表內并進行記錄。以此通過貫入阻力和土的工程地質特征之間的定性關系或統計相關關系，來獲取工程地質勘察信息，例如淺基承載力等。在公路地基承載力檢測中，靜力觸探試驗具有操作簡便、工作效率高、檢測速度快、精度高等優勢。

1)通過靜力觸探劃分土層，通過測試可獲取連續性數據，還原土層信息，增強分層的客觀性，減少或消除工程技術人員的主觀意識干擾。

2)作為一種原位測試方法，靜力觸探可同時實現勘探和測試的功能，能夠提高土層信息檢測的準確性。

3)靜力觸探無需取樣，再現性好，相比常規勘察方法鉆探、取樣及室內試驗等，無需擾動土樣，可直接測試原狀土，檢測結果良好。

2 工程概況

某公路工程為雙向四車道，全長143.182 km，路基寬28 m。經勘查報告發現，本路段存在范圍較廣的軟土，地勢低洼，地下水豐富，導致土質長期受水浸泡而軟化。針對軟土段，本工程采用鉆探、輕型觸探等方法進行了軟基前期勘察作業，其中K0+000～K92+642段為勘察路段，全長92.642 km，其中軟土段較長，為53.4 km。勘察時，機械鉆孔數量為132個，簡易勘探孔共606個，土樣共77組，標貫為492次。

勘查顯示，沿線多為飽和淤泥、淤泥質粘黏及砂土等軟土類型，呈流塑-軟塑狀，為2～6 m厚，最大值可達到8 m左右。一般來講，采用清淤換填或水泥攪拌樁復合地基方案進行軟基處理。根據工程實際情況，45.8 km為清淤換填段長度，7.6 km為攪拌樁段長度，需要287 055根樁，平均樁長5.6 m。通過上述情況了解到，此次施工前針對軟土段進行了大量前期勘察工作，但整體來講，軟土取樣數量較少，這表明軟土取樣條件不太好，多數軟土無法取出原狀土樣。表1為本路段軟土特性指標，由表1可見，軟土存在一定離散性，標貫以1～5擊為準，這種情況下，無法保證軟土特性判定的準確性，這說明采用常規軟土勘察法仍有一定弊端。

表1 軟土鑒別(特性)指標表

3 靜力觸探試驗的應用

為全面了解和精確判斷軟土特性和力學指標，需要做好試驗檢測工作。根據工程實際和地質條件，決定采用靜力觸探法進行軟土地基承載力檢測，以便于更好地采用軟土處治辦法。相比其他試驗方法，靜力觸探在地基土承載力檢測中，更具客觀性、精確性。結合工程實際情況，本路段典型軟弱土層的靜力觸探參數、承載力范圍等情況，如表2所示。整體來講，淤泥①和黏性土②具有良好規律性。但是砂土層③、④因其分布不均勻，數據離散性過大。

表2 軟土層靜力觸探參數與承載力表

3.1 試驗條件

為驗證檢測效果，選擇具有代表性的路段作為試驗段，起訖樁號為K17+520～K71+660段，本路段屬于水田段。按照鉆探揭示，淤泥質黏土或淤泥質砂土位于上層，灰、暗灰色，呈軟塑狀，01.2～3.8 m厚。在下層部位存在松散砂層，其中夾雜薄層淤泥。5.4 m為軟土厚度。

3.2 樁間土承載力計算

根據施工方案，本路段采用水泥攪拌樁進行軟基處治。相關參數為樁長：6.5 m；樁徑：50 cm；樁間距：1.3 m。為提高復合地基加固質量，在加固前、后均須進行靜力觸探試驗，可得結果如表3所示。

表3 樁間土不同深度加固前后承載力表

由表3可見，0～1.0 m土層深度時，因水泥攪拌樁施工有填土墊層鋪設，已具備一定承載力。軟土層主要深度集中于1.0～4.0 m，待施工后，水泥攪拌樁間的土承載力可提升1.5倍左右。具有較高砂質含量的部位，承載力較大，原因在于水泥漿沿含砂地層滲透導致。通過表3的承載力試驗數據加權平均，可獲取樁間土天然承載力，為79.4 kPa，水泥攪拌樁加固之后，承載力有所增加，為96.5 kPa。

3.3 復合地基承載力確定

一般情況下，可通過現場單樁復合地基載荷試驗進行水泥攪拌樁復合地基承載力的確定。依據設計文件，150 kPa為本段地基承載力設計值，300 kPa為對應極限荷載。根據現行技術規范要求進行荷載試驗。試驗中，按照0.2%總樁數來確定荷載點頻率。圖1為K71+620位置的Q-S曲線。

圖1 K71+620復合地基荷載試驗Q-S曲線圖

按式(1)、式(2)進行復合地基承載力特征值的計算，具體如下。

fspk=mRa/Ap+β(1+m)fsk

(1)

Ra=ηfcuAp

(2)

其中，復合地基承載力特征值由fspk表示；面積轉換率由m表示；單樁豎向承載力特征值由Ra表示；樁的截面積由Ap表示；樁間土承載力特征值由fsk表示；樁間土折減系數由β表示，取值0.9；水泥土試塊抗壓強度平均值由fcu表示；樁身強度折減系數由η表示，取值0.3。

通過樁設計參數，可獲取面積轉換率，為13.5%。根據水泥攪拌樁現場抽芯、室內抗壓強度結果等，可獲取樁身混凝土抗壓強度，為2.0 MPa。

通過公式(2)可獲取單樁承載力特征值，為118 kN，結合靜力觸探試驗獲取的樁間土承載力96.5 kPa，并通過公式(1)獲取復合地基承載力特征值，為156.3 kPa，可滿足規范要求。

綜上所述，在水泥攪拌樁復合地基承載力特征值確定中，當樁身抗壓強度、樁間土折減系數、樁身強度折減系數取值合理的情況下，僅采用靜力觸探試驗就可保證檢測結果的準確性，可通過現場大量試驗數據對這些系數進行統計與分析。

4 結語

目前，在公路工程當中常用的原位測試方法為靜力觸探，該檢測法可實現連續測試，從而獲取連續的地層數據和信息。地基承載力是檢驗公路質量的指標之一，靜力觸探試驗在公路地基承載力檢測中的應用，可有效提高檢測的準確性。