原位測試在巖土工程勘察中的應用研究

2024-04-03 06:03:06徐慶功

黑龍江水利科技 2024年3期

徐慶功

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司,沈陽 110006)

0 前言

近年來巖土工程勘察在資源開發、各類工程建設領域均發揮著重要作用[1],勘察工作主要為:地質測繪、鉆探、原位測試、取樣與室內試驗[2]。

快速準確確定各層巖土體的物理力學參數一直是困擾工程界的技術難題[3],由于現場原位測試對巖土體擾動小,且能夠較為準確獲取巖土體在自然狀態的各項物理力學參數,應用效果廣泛、明顯[4]。

文章以盤錦凈水廠巖土工程勘察項目為依托,針對表層軟塑狀態粉質黏土層,主要進行靜力觸探、十字板剪切試驗、標準貫入試驗,并與室內試驗成果進行對比分析,評價該軟土地基的物理力學性質。

1 原位測試技術特征

原位測試是在巖土體原位置,基本保持天然應力狀態、結構、含水率等,測定物理力學性質,并評價其強度、變形等性能狀態[5]。原位測試主要包括:①變形特性試驗;②抗剪強度試驗;③觸探試驗;④滲透性試驗等[6]。

相比于室內土工試驗,原位測試優勢在于:①擾動小,更能真實反映原位巖土體的天然物理力學性質[7];②可針對地基土任意部位進行,測試范圍廣泛,可連續測試,測試全面[8]。但部分指標參數很難通過單一測試獲取,仍需多種方法相互驗證,與室內試驗綜合分析[9]。

原位測試未來應用前景將更廣泛,測試手段也將更自動化[10]。

2 工程地質概況

盤錦凈水廠位于盤錦市大洼區榮興鎮,南距濱海大道約1000m,東距和運路約400m,交通便利。

工程區地貌類型為濱海洼地沖海平原,地形平坦,現為蘆葦蕩,現地面高程2.5～3.2m。本區地表地層主要為第四系全新統沖海積(Qhfm),以黏性土、砂土為主。

勘察期間地下水位埋深0.3～1.0m,高程1.8～2.2m。地下水類型為第四系孔隙潛水,微承壓性,地下水主要受潮汐、大氣降水、附近河水補給,以地表、地下徑流、人工抽水及蒸發、蒸騰等形式進行排泄。

場區距入海口約5km,受海水潮汐作用明顯。環境水中Cl-含量較高,對混凝土中鋼筋、鋼結構均具強腐蝕性。

3 表層粉質黏土基本物理力學性質

盤錦凈水廠表層為粉質黏土,呈灰黑色,處于含欠固結狀態,含水率高,基本為飽和狀態,軟塑狀態為主,中等～高壓縮性,抗剪強度較低,鉆探揭露層厚3.1～4.7m。通過對該層采用薄壁取土器取樣、室內試驗,粉質黏土層物理力學指標統計,見表1。

表1 粉質黏土層物理力學指標統計表

5 力學參數估算

5.1 標準貫入試驗(SPT)

標準貫入試驗(SPT),是將一定質量(63.5kg)重錘,將標貫器貫入土45cm(其中前15cm為預打),通過錘擊數判別土層工程性質。作為巖土工程勘察可靠的原位測試方法,在地震液化判別、黏性土及砂土狀態判別、計算地基承載力、土層均勻性等方面廣泛應用,并積累了豐富的工程經驗[11]。

本次勘察對表層粉質黏土進行標準貫入試驗,對試驗錘擊數進行桿長修正,剔除異常值后,進行數理統計,評價地基土性質、確定相關力學參數。標準貫入試驗錘擊數統計,見表2。

表2 標準貫入試驗錘擊數統計

標準貫入試驗表明該層土標貫擊數2.5～5.3,平均3.1擊,建議值3.0擊,土體偏軟,但較均勻。

5.2 十字板剪切試驗(VST)

十字板剪切試驗(VST)(文章采用自鉆式),是用標準十字板鉆入土中預定深度,以一定速率扭轉,直到將土體剪切破壞,自動記錄土體破壞時抵抗力矩。試驗成果一般用來獲取飽和軟黏土不排水抗剪強度Cu、靈敏度St、計算地基承載力、評價地基處理效果等[12]。

本次勘察針對場地表層粉質黏土承載力偏低,易擾動的特點,布置十字板剪切試驗,機器型號為KE-2103型靜探微機外接電測十字板探頭。十字板剪切強度采用土體破壞時峰值強度,先測試原狀土不排水抗剪強度Cu,經充分擾動后測試重塑土不排水抗剪強度Cu＇,靈敏度計算公式St=Cu/Cu＇。本次針對表層粉質黏土共布置6個試驗孔,測試深度分別為0.5、1.5、2.5、3.5m,共24個測試點。十字板剪切試驗成果統計表,見表3。

表3 十字板剪切試驗成果統計表

十字板剪切試驗計算地基承載力采用《工程地質手冊》(第五版)中所列中國建筑科學研究院、華東電力設計院的公式,計算公式為:

q=2Cu+γh

(1)

式中:q為地基承載力,kPa;Cu為修正后的十字板抗剪強度,kPa;γ為土的重度,kN/m3;h為基礎埋置深度,m,本工程按2.0m考慮。十字板剪切試驗計算地基承載力,見表4。

表4 十字板剪切試驗計算地基承載力

十字板剪切試驗成果表明:該土層原狀土不排水抗剪強度Cu為30kPa,重塑土不排水抗剪強度Cu＇為12kPa,數據有一定離散性,說明土體局部不均勻。中等靈敏性,地基承載力特征值98kPa。

5.3 靜力觸探試驗(CPT)

靜力觸探試驗(CPT),是將標準規格的觸探頭以一定壓力勻速壓入土中,根據不同土層探頭所受阻力不同,探頭傳感器記錄入土時所受貫入阻力。是一種常規的原位測試方法,成果曲線能很好的反映地層變異特性,且所測得錐尖阻力qc與地基承載力具有緊密的線性相關性。適用于軟黏土、粉土、砂土,可進行力學分層、估算土的塑性狀態、壓縮性、地基承載力、砂土液化判別等。

本次勘察為掌握了軟土的基本性質指標,為進一步查明工程區表層粉質黏土的物理力學性質,共布置6個靜力觸探試驗孔,測試深度至15m,文章僅分析表層粉質黏土測試成果。所用機器型號為KE-2103型靜探微機外接雙橋探頭,可同時獲得錐尖阻力qc、側壁阻力fs,按公式摩阻比Rf=fs/qc×100%。剔除異常值后進行數理統計,靜力觸探試驗結果數理統計,見表5。