工民建工程勘察中地基承载力的确定方法研究
2021-06-30杨道光
杨道光
江西赣南地质工程院,江西 赣州 341000
工程建设实例中,常因荷载过大超过地基极限承载能力,出现强度问题。因此,地基承载力的准确获取是避免出现强度问题的关键。地基承载力是工程建设的重要依据,决定着基础设计形式、地基处理方式等。在勘察过程中,如何合理准确地确定地基承载力,是岩土工程勘察中一个重要的问题。文章主要介绍工民建勘察过程中确定地基承载力主要的技术手段。
1 现场试验方法介绍
1.1 原位测试
(1)载荷试验。土基平板载荷试验主要通过收集荷载沉降P-S曲线,确定地基承载力特征值。当荷载沉降P-S曲线有比例界限时,取该比例界限所对应荷载值,当极限荷载小于对应比例界限荷载的2倍时,取极限荷载值的50%,当不能按前两款确定时,按相对变形值确定。岩石地基载荷试验,适用于确定完整、较完整、较破碎岩石地基承载力。通过收集荷载沉降P-S曲线,确定岩基承载力特征值。当荷载沉降P-S曲线上起始直线段终点为比例界限,取该比例界限所对应荷载值,当极限荷载小于对应比例界限荷载的3倍时,取极限荷载值的50%。岩石地基承载力不进行深宽修正。现场载荷试验,通过现场获取地基在受荷下的变形特征,按相对变形允许值确定地基承载力。
(2)静力触探。适用于软土、一般黏性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。根据需要可采用单桥探头、双桥探头,单桥可测定比贯入阻力,双桥可测定锥尖阻力和侧壁摩阻力。初步判定地基土承载力特征值时可根据地基土承载力特征值fak与比贯入阻力标准值Ps关系确定(见表1)。
表1 承载力特征值与比贯入阻力标准值关系
(3)动力触探。动力触探包括轻型和重型,可根据触探击数初步判断地基土承载力特征值(见表2、表3)。
表2 轻型动力触探击数与地基土承载力特征值关系
表3 重型动力触探击数与地基土承载力特征值关系
(4)标贯试验。初步判定地基土承载力时,可按表查值(见表4~表6)
表4 砂土承载力特征值表
表5 粉土承载力特征值表
表6 黏性土承载力特征值表
静力触探试验、圆锥动力触探试验、标贯试验均通过现场试验测定贯入难易程度,通过经验值换算,间接获取地基承载力。
1.2 土工试验
通过室内试验确定承载力的方法主要有《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)规定,小偏心受压条件下(e≤0.033b,e为孔隙比,b为基础宽),根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值:
式中:fa为由土的抗剪强度指标确定的地基承载力;Mb、Md、Mc均为承载力系数;b、d分别为基础宽度、埋深;r为基底以下土重;rm为基底以上土重;Ck为基底下1倍短边宽的深度范围内黏聚力标准值。
该公式是基于平面应变、近弹性理论,考虑强度和变形的修正公式,理论基础是太沙基地基承载力理论公式。由式(1)可知地基承载力由三部分组成:滑动面上的黏聚力产生的承载力McCk、滑动土体自重产生的承载力Mbrb、基底以上两侧超载产生的承载力Mdrmd。获取C、φ值的方法,主要有快剪、固结快剪、慢剪、三轴剪等。承载力系数与土层内摩擦角有关,承载力特征值与基础宽埋深及基底上下土性有关。
其他获取地基承载力试验,还有十字板剪切试验,可用于计算饱和软黏土的地基容许承载力。公路桥涵、铁路桥涵等相关规范规定,可通过含水率、液性指数、孔隙比等试验参数查表确定承载力经验值。《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)规定地基承载力特征值fa的计算公式如下:
式中:frk为岩石饱和单轴抗压强度;ψr为折减系数,通过室内岩石饱和单轴抗压强度确定岩基承载力。
2 工程实例
结合工程实例,根据不同岩土性质,确定各岩土层地基承载力(见表7~表10)。钻孔揭露场区地层自上而下大体可分为7层,自上而下分别为素填土、淤泥质黏土、粉质黏土、粉砂、全风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。
素填土:杂色,湿,松散,主要由黏性土组成,属第四系新近人工填筑土层。淤泥质黏土:灰黑色,饱水,流塑,味臭,含少量腐植质,主要由粉黏粒组成,属第四系静水环境沉积层。粉质黏土:黄褐色,湿,可塑~软塑,切面较平整光滑,干强度中等,韧性中等,属第四系全新统冲积层。粉砂:黄色,饱水,中密,砂质成分以石英为主,直径大于0.075mm的颗粒质量约占总重的50%~60%,属第四系上更新统冲积层。全风化泥质粉砂岩:紫红色,稍湿,岩芯呈密实~硬塑土柱状,结构基本破坏,浸水易软化崩解,属白垩系全风化层。强风化泥质粉砂岩:紫红色,稍湿,岩石结构大部破坏,风化裂隙很发育,岩芯呈碎块状,水浸易软化崩解,散体状结构,极软岩,岩体质量类别为Ⅴ类,属白垩系强风化层。中风化泥质粉砂岩:紫红色,质坚,岩石结构部分破坏,裂隙发育一般,岩芯柱状为主,岩石质量指标RQD为50%~80%,中厚层状结构,岩体较完整,质量类别为Ⅴ类,坚硬程度属软岩,属白垩系中风化岩层。
现根据岩土性质,采用不同方法确定各层承载力特征值(见表7~表10)。由表10可知,室内试验由于受到取样的离散型、制样的规范性、人为扰动等的影响,获取的岩土参数部分失真,换算的承载力与原位测试结果出入较大。采用室内试验数据确定地基承载能力时,应充分考虑这些不利影响因素。
表7 标准贯入试验确定承载力统计表
表8 重型动力触探确定承载力统计表
表9 岩石饱和单轴抗压确定承载力统计表
表10 岩土层承载力确定方法异同表
3 结束语
文章通过原位测试、室内试验及查规范手册经验值表等方法,针对不同岩土层性质采用不同的地基承载力确定方法,直接或间接地获取了岩土层地基承载力,较为准确地反映了地层的承载能力,与后期验槽、试桩结果出入不大,收到了较好的效果。岩土层因受到沉积历史和环境的差异性、后期人为的干扰等影响,表现出各异强度变形性质,因此要想合理地获取岩土层的性质,工作人员应充分考虑各方面的影响。