论砂石垫层承载力检测方法

乌品正

摘 要：重型圆锥动力触探试验与浅层平板载荷试验相比基本上不受场地条件的限制，检测时间快，检测成本低，检测范围大，它不仅能检测承载力，还能对它的施工质量砂石配比的均匀性及压实效果作出定性的判定，对换填厚度作出定量的判断，因此，该方法应是砂石垫层的承载力及施工质量验收检测的首选方法。

关键词：重型动力触探试验；静载荷试验；承载力；砂石垫层

1 概述

在建设工程中对浅层软弱土层或不均匀土层的地基处理常用方法为砂石垫层，用该种方法处理后，应对其施工质量进行检测。《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）第4.4.4条规定竣工验收应采用静载荷试验检验垫层承载力，检测方法依据JGJ79-2012附录A的规定采用处理后地基静载荷试验即平板静载荷试验。

2 平板静载荷试验存在的问题

由于砂石垫层材料存在压力扩散角，导致平板静载荷试验结果的可靠性受荷载板尺寸的影响较大，为保证平板静载荷试验结果较为准确，JGJ79-2012附录A规定平板载荷试验采用的压板面积不应小于1.0m2，为满足此要求又比较经济通常采用的压板面积均为1.0m2，则垫层地面处的受压面积相应的扩大为（1+2ztgθ）m2（z为垫层厚度）。砂石垫层材料压力扩散角最小为200，砂石垫层处理厚度宜为0.5m～3.0m，一般均大于等于1m，以确保垫层底部在承载力较高的土层上，当承载力检测采用平板载荷试验时，假如承压板的尺寸为1m×1m，压力扩散角为200，砂石垫层处理深度假如为1m，在1m2的承压板上进行加载经过压力扩散角的扩散传到垫层底部压力影响面积约为3m2，顶部承压板压力传到垫层底部已降低到顶部的1/3，垫层底部即使还是软弱土层，承载力检测仍能满足设计要求，因此平板载荷试验检测砂石垫层承载力时，其检测结果受承压板面积的影响误差较大，承压板面积越大，则垫层底部受压面积相应的扩大越小，检测结果误差越小，对独立基础和条形基础当承压板的宽度采用基础的设计宽度时，平板载荷试验检测结果的误差才能达到最小，此时检测耗时耗力，耗费用，正常情况下是不采用该方法的平板静载荷试验。

3 工程实例

本人在高速铁路项目中，每年用平板静载荷试验检测砂石垫层承载力的项目至少有3～5个，荷载板面积均不大于1m2，但至今未有一个项目承载力检测不满足设计要求，这也进一步验证了平板静载荷试验检测砂石垫层承载力用1m2面积荷载板存在的问题，近几年的检测项目有。

（1）某县城小学新建教学楼，地基处理采用换填垫层，材料为1：1砂石，垫层厚度为0.75m，垫层底部为可塑灰黄色粘土，地基承载力特征值为180kPa，要求处理后地基承载力特征值不小于180kPa，检测采用平板静载荷试验，荷载板尺寸为1.0m×1.0m，检测数量三个点，三个点最大加载均为360kPa，由于应力扩散的原因导致累计沉降量仅为17.56mm、9.66mm、10.31mm。

（2）某小区一期工程6#楼，地基处理采用换填垫层，材料为1：4砂石，垫层厚度为2.0m，垫层底部为可塑灰黄色粉土，地基承载力特征值为110kPa，要求处理后地基承载力特征值不小于150kPa，检测采用平板静载荷试验，荷载板尺寸为1.0m×1.0m，检测数量三个点，三个点最大加载均为300kPa，由于应力扩散的原因导致累计沉降量僅为3.29mm、3.20mm、3.78mm。

（3）某新区幼儿园工程，地基处理采用换填垫层，材料为1：1砂石，垫层厚度为0.5m，垫层底部为可塑灰黄色粉土，地基承载力特征值为105kPa，要求处理后地基承载力特征值不小于126kPa，检测采用平板静载荷试验，荷载板尺寸为1.0m×1.0m，检测数量三个点，三个点最大加载均为252kPa，由于应力扩散的原因导致累计沉降量仅为6.29mm、5.71mm、11.26mm。

4 重型圆锥动力触探试验方法

重型圆锥动力触探试验设备由63.5±0.5kg穿心锤、直径为74mm截面积为43cm2圆锥角为600的圆锥触探头和直径为42mm的触探杆（包括锤座和导向杆）组成。该试验方法如下：（1）检测前，认真检查机具设备，在设备安装过程中，部件连接处丝扣应完好，触探杆应保持平直，连接牢固。（2）将触探架安装平稳，使触探保持垂直进行。垂直度的最大偏差不得超过2%。在作业过程中触探架不得偏移；贯入时，应使穿心锤自由下落，落锤落距为76±2cm。地面上的触探杆的不宜超过1.5m，以免倾斜和摆动太大。（3）锤击速率宜为每分钟15～30击。打入过程中应尽可能连续，所有超过5min的间断都应在记录中予以注明。（4）及时记录每贯入10cm所需的锤击数。其方法可在触探杆上每隔10cm划出标记，然后直接或用仪器记录锤击数；也可以记录每一锤击的贯入度，然后再换算每贯入10cm所需的锤击数。（5）对于一般砂、圆砾和卵石层或加固土增强体，触探深度不宜超过13m，超过该深度时需考虑触探杆的侧壁摩阻影响。

5 重型圆锥动力触探试验成果的应用

依据《工程地质手册》第四版推荐的铁道部行业标准《铁路工程地质原位测试规程》（TB10041-2003、J261-2003）用N63.5平均值碎石类土地基的承载力见下表。用重型圆锥动力触探N63.5确定地基承载力（kPa）（见表1）。

6 结语

砂石换填垫层相当于碎石类土，根据实测锤击数的大小，经修正和平均值统计查表即可获得换填砂石垫层承载力数值。通过该试验方法还能检测砂石垫层的施工质量，定性判定垫层施工的均匀性和密实度：砂石不均匀，砂子多或不密实，重型圆锥动力触探试验锤击数低；石子多或较密实，重型圆锥动力触探试验锤击数高；通过对实测重型圆锥动力触探试验锤击数的变化情况分析，还可判定砂石垫层的施工厚度、垫层底部持力层是否为较好的土层。

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