基于原位測試的土地基承載力測量

康金春 王江堤

摘 要：地基土的承載力對工程建設至關重要，文章以泉州地區地層為例，采用靜力觸探法和旁壓測試法對地基土承載力進行試驗。結果表明，通過試驗確定的地基土能滿足的設計要求，同時通過測試得到不同土層的化學構成及地質分布。

關鍵詞：原位測試;地基承載力;靜力觸探法

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）05-0107-04

Measurement of Bearing Capacity of Foundation Based on

In-situ Test

Kang Jinchun， Wang Jiangdi

（Fujian Geotechnical Engineering Investigation and Research Institute Co.， Ltd.， Quanzhou 362000，China）

Abstract：The bearing capacity of foundation soil is very important to engineering construction. Taking the stratum in Quanzhou area as an example， this paper uses static cone penetration method and side pressure test method to test the bearing capacity of foundation soil. The results show that through experiments， the determined foundation soil can meet the design requirements， and at the same time， the chemical composition and geological distribution of different soil layers can be obtained through testing.

Key words：in-situ test; bearing capacity of foundation; static penetration method

地基土的承載力受多種因素影響，對地基土的承載力進行研究，對于基礎工程在安全可靠的基礎上，提高經濟性起到極其重要作用。為了更好地分析確定各種地基荷的承載力，張爭強（2015）論文分析了地基荷載測量試驗與其他兩種原位荷載試驗不同方法地基承載的能力測量差異較大的主要原因，提出了地基荷載測量試驗和原位數據采集整理的基本方法。根據理論推導和綜合驗算，孫宏偉（2017）等多位專家學者得出有關地基基層承載力埋深修正寬度系數的基本計算公式，即計算基礎基層寬度和地基埋深[1]。張欽喜（2015）等幾個人最后利用一種假定地基滑動的平面法成功推導了一種新的下方地基土體承載力計算公式，它不僅直接考慮了固體地基上方土的基礎重力對下方地基土體承載力的直接貢獻，同時它還考慮到了地基上方基礎土體的地基粘聚力和地基抗彈性剪力的強度對上方地基土體承載力的直接貢獻，使得的計算結果更加合理[2-3]。上述相關文獻研究促進了我國地基建筑承載力問題研究的穩步發展。然而，這些試驗研究沒有充分考慮流體抽樣尺寸擾動和流體荷載應力試驗的流體尺寸擾動效應對流體承載力測量指標是否確定的直接影響。因此，如何直接確定建筑地基的地基承載力仍然一直是土力學研究中的一個重要難題。本研究則嘗試通過試驗的方式對地基的力學特性進行分析。

1 研究區域概況

選擇的研究區域生態地貌簡單，地勢開闊，地形平坦，位于東南沿海地區。勘探點地面高程5～50m不等，根據現場地基層面鉆探，選擇地表至地下20m的土體作為勘探范圍。在該范圍內，土體結構豐富，主要由第四系全新世海積、沖洪積地層及中晚更新世殘積土層，主要地層自上而下如下：

雜填土：雜色，稍濕-濕，稍密，主要由砂質粘性土、碎磚瓦礫等組成，局部含生活垃圾等雜物，層厚1.0～4.9m。

淤泥質土：灰色、深灰色，呈飽和、流塑狀態，主要由粘粒、粉粒組成，局部夾薄層粉細砂，層厚2.00～10.30m，部分地段分布，海積成因。

中砂：灰色、深灰色等，呈飽和、稍密狀態，主要由細粒、中粒砂組成，含泥5%～15%不等，層厚1.30～3.50m，部分地段分布。

粉質黏土：黃、褐、灰色等，呈濕、可塑偏軟～可塑偏硬狀態，主要由粘粒、粉粘和砂粒組成，含砂量10%～40%不等，層厚2.70～10.70m，沖洪積成因。

殘積砂質黏性土：黃色、灰白、褐黃色等，呈濕、可塑～硬塑狀態，主花崗巖風化殘積而成的粘粒、粉粒及石英砂組成，石英砂礫含量40%～70%不等，層厚1.30～20.70m。

2 試驗方法與步驟

2.1 靜力觸探法

2.1.1 基本原理

靜力觸探儀的作用原理是應用具有穩定壓力的探頭以恒定的速度進入被測土壤中，然后通過電子電路將鉆頭的電阻應變計顯示在操作面板上。具體原理是采用功率應變電阻測試技術。大多數探針都使用這種方法。探針的空心圓柱上有兩種橋型布置。第一種是半橋式。空心柱中有4個電阻應變片，其中兩個是橫向壓縮，兩個是垂直拉伸。在這種布置方式中，只有垂直受拉的電阻應變片處于工作狀態，而側向壓縮下的應變片起到保持整體儀器處于平衡狀態。第二種橋型裝置是全橋式，在這種橋型布置中，不像半橋式的布置，其工作狀態需要兩組電阻感應器共同作用。如圖1所示。

2.1.2 試驗主要設備及試驗步驟

（1）觸探主機：觸探主機主要包括液壓式觸探主機和機械式觸探主機。兩者之間的區別在于兩者對土壤提供壓力的方式不同。本文選用液壓式觸探主機主要是因為本次實驗所需要的壓力較大，機械式的難以滿足本次實驗需要。此外，液壓式觸探主機的攜帶方式簡單，一般車輛即可滿足轉移需求，并且此次的實驗地點位于西北地區，地形較復雜，采用車載的方式，適用于本次實驗，大大降低了勞動強度。

（2）反力裝置：因本次實驗采用的液壓式觸探主機，所以反力裝置通過運載車輛車體重量提供。

（3）實驗準備階段：首先要做的是根據實驗地點詳細的地質資料，選擇符合各項實驗條件的實驗設備。當選定實驗設備后，檢查各項設備運行是否正常。

（4）實驗開始階段：將實驗地點打理平整，確保實驗環境條件穩定。在實驗開始前，再次檢查設備，確保設備無故障后，調整設備，固定反力裝置（本實驗選用車為反力裝置），連接量測儀器與傳感器，開通電源，進行設備預熱，正式開始實驗。

（5）實驗階段：當探頭伸入土層約1m后，等待探頭溫度降至土層溫度，要先將儀器停止，待儀表歸零后，繼續進行實驗，并在不同深度循環此操作;根據電子應變儀的數值變化，每下探10cm記錄一次數據。

（6）實驗后期：測試當觸探達到實驗要求的貫穿嵌入試驗深度，圓錐形式觸摸試探儀的最大傾斜度不應超過觸探允許嵌入范圍，當觸探達到最大深度允許貫穿嵌入力時，應立即停止試驗。

（7）試驗結束階段：拔出探桿，并將儀器全部恢復至初始狀態。值得注意的是，在使用探頭后，應立即對其進行清洗和上油保護。

2.2 旁壓試驗法

2.2.1 試驗原理

旁壓試驗法的實驗原理其實就是在實驗前已經鉆好的孔中，對孔壁施加一定的壓力，根據壓力和體積的變化，建立相應的實驗曲線，如圖2所示，一般情況下可將曲線細分為3段：

曲線AB段：在初始階段，該階段主要反映孔壁周圍的土體被壓縮的狀況。

曲線BC段：處于準彈性階段，該階段，曲線近乎為直線，表示壓力與體積線性相關。

曲線CD段：處于塑性階段，該階段，體積隨壓力的增加而增大，直到塑性體積達到最大值。

第一、二段曲線的臨界壓力斜率相當于臨界初始的水平塑性壓力斜率P0，第二、三段曲線的水平邊界壓力斜率相當于臨界初始塑性的水平壓力Pf，根據旁壓剪切曲線中的標準水平彈性壓力階段（BC段）的邊界壓力斜率，由圓筒體的膨脹軸對稱平面應變的水平彈性壓力理論的解釋可得到旁壓模量EM和旁壓剪切模量GM。

式中：μ表示土的泊松比;Vc表示旁壓器的固有體積;V0表示與初始壓力p0對應的體積;Vf表示與臨塑壓力pf 對應的體積;/表示旁壓曲線直線段的斜率。

2.2.2試驗步驟

實驗開始前，檢查校準各項實驗儀器。

（1）查詢實驗地點的環境資料和地層情況，確定測試位置和測量深度。

（2）檢查實驗儀器，確保正常。

（3）校準儀器。

（4）將探測儀器放入預鉆孔中，并確保各控制儀器數值歸零。

（5）實驗階段：以預先計算的壓力的1/7，逐步對孔壁增加壓力，每隔15s記錄一次壓力水位變化。

（6）實驗結束后，若水位降至最大允許數值（s≤35cm）或壓力達到儀器最大限定值，則實驗終止。

3 試驗測量結果

3.1 靜力觸探測試結果

3.1.1 摩阻比等系數確定

以ZK1（圖1）作為實驗點。靜力觸探試驗設備選用車載CPT設備，探頭布置方式選擇雙橋式，因為此實驗需要同時測量錐尖阻力和側摩阻力，各測點的摩阻比可按式（1）進行計算。

根據計算得到圖3的結果。

3.1.2 地基承載力確定

根據錐尖阻力qc和地基承載力的經驗公式（4），進行了計算：

式中：f為地基承載力，kPa;qc為錐尖阻力，kPa

每層土層地基承載力的平均值可由公式（1）確定，如表1所示。

表1顯示了各土層的地基承載力，為了保證通過旁壓實驗所得數據的準確性，需要結合室內土工實驗數據進行分析。以2-1層為例，地基承載力平均值為181kPa，3-2層地基承載力平均值為305kPa。比對室內土工試驗的統計數據，可以得出結論：土層中含水率與地基承載力呈負相關關系。

3.2 旁壓試驗結果處理及分析

3.2.1 旁壓測試結果

測試地點選擇ZK1，測試儀器選擇最大探測深度25m，最大壓力范圍10000kPa的MENA壓力計。圖5為深度19處ZK1的壓力計測試曲線。

4 結論

通過基于原位測試所確定的地基承載力，可得到相對可靠的地基承載力。利用摩阻比、錐尖阻力與地層埋深之間的關系對土層進行了劃分，從而更詳細準確查明地基土的分布情況。

參考文獻

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[2]張欽喜，陶韜，王曉杰，等.鉆孔灌注樁廢棄泥漿處理的試驗研究[A].中國土木工程學會土力學及巖土工程分會.中國土木工程學會第十二屆全國土力學及巖土工程學術大會論文摘要集[C].中國土木工程學會土力學及巖土工程分會，2015.

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