静力触探技术在中华长城博物馆土地基承载力评估中的应用

郭丽丽（中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队，山西 太原 030000）

土地基承载力是其所承受的荷载力，土地基受到建筑物压力后，其所受到的荷载增加易导致地基发生形变，从而影响建筑结构的稳定性，也从基础上影响建筑物的造型设计和分布情况。因此，在建筑开工拟建之前需对其建筑区域的土地基承载力进行计算并依据其承载力设计建筑结构和地基开挖位置[1]。静力触控技术是一种原位测试技术，其利用压力装置将触控探头压入地基土层内，然后计算其压入土层的贯入阻力后，依据土层的变形模量、容许承载力等参数，对压力装置的贯入阻力展开回归分析，获得天然地基的承载力。静力触控技术适用于黏性、砂性以及粉状的地基承载力测量，其在测量时具备快速、精确等优点[2]。静力触控技术可实现地基土层的划分,计算土层工程性质指标,以及计算地基单桩的承载力等，其在工程建筑领域应用极为广泛。静力触控技术在应用过程中，其探头若受到阻力，其静力触探的曲线则出现变化，因此其在勘测地下空洞情况较为精准。依据静力触控技术的特点，本文将其应用在拟建中华长城博物馆过程中，应用其对中华长城博物馆地基承载力展开计算。由此提出静力触探技术在中华长城博物馆土地基承载力评估中的应用方法，为中华长城博物馆项目建设提供指导性的承载力建议，以保障其施工顺利进行。

1 基于静力触探技术的博物馆土地基承载力评估方法

1.1 工程概况

拟建中华长城博物馆（园）项目建设场地位于山西省忻州市忻府区。拟建场地南侧紧临桥西街，西侧为忻州现代双语学校，东侧为七一路。本工程拟建建（构）筑物主要包括中华长城博物馆、门卫、休息亭及小型垃圾转运站。中华长城博物馆基本参数具体情况见表1。

表1 中华长城博物馆（园）项目建筑基本参数

1.2 使用静力触控技术确定地基土承载力

目前大型建筑工程的地基土承载力均是使用静力触控技术来测量的，在使用静力触控技术测量中华长城博物馆土地基承载力时，需先计算地基的允许承载力[3]。由于中华长城博物馆土地基的沉降并未超过20m，使用Boules方法计算其地基允许承载力，表达公式如下：

式中alloable-表示地基允许承载力；

N55-表示55%能量穿的SPT标贯值；B-表示地基基础宽度；Df-表示地基基础埋深。

1.3 单桩承载力估算与地基液化判别

使用静力触控技术测量土地基承载力时，仅对一个小直径地基桩进行贯入实验即可[4-5]。按照相关建筑地基技术规章制度，计算中华长城博物馆单桩竖向极限承载力，其表达公式如下：

式中Quk-表示单桩竖向极限承载力数值；

βi-表示第层土桩的侧阻力综合修正系数；

α-表示桩端阻力修正系数；

fsi-表示侧阻力数值；

u-表示经验系数；

li-表示第i个单桩的高度；

qc-表示静力触控的探头阻力。

结合公式（2）结果，对中华长城博物馆的地基土液化进行判别，此时需使用单桥的静力触控探测方式。令du表示非液化土层厚度；αp表示土性综合影响系数，依据中华长城博物馆建设位置的基础压力、埋深等数据，建立其地基土液化判别公式如下：

式中qccr-表示中华长城博物馆地基土液化判别结果；

qco-表示静力触控装置阻力基准数值；

dw-表示液化土层厚度。

1.4 土地承载力指标选取

对中华长城博物馆的单桩承载力和地基液化进行估算和判别完成后，需选取当前土地承载力指标参数[6-12]，以便于后续建设作参考。在选用土地承载力指标时，根据指标性质，建立土地承载力指标选取公式。令φk表示土壤指标标准值；φm表示土壤指标平均值，则土地承载力指标计算公式如下：

式中γS-表示统计修正系数；

n-表示统计频数；

δ-表示变异系数；

1.5 测量方法与过程

1.5.1 勘探点位测设及标高测量

勘探点位采用南方S82-T型GPS-RTK仪器测放于实地，并实测了各勘探点地面高程。平面位置偏差小于0.25m，标高偏差小于±5cm。

1.5.2 钻（掘）探与取样

（1）钻探：依据钻孔操作规范，使用工程钻机在地基水位以上粉土、粉质黏土进行回转钻进，然后采用单动三重管全断面取样器采取土样。

（2）掘探：自地表下1.5m开始，每0.8m位置处采取土样，其不扰动样规格Φ120mm×150mm，土样质量等级为Ⅰ级。

1.5.3 原位测试

标准贯入测试：按照标准锤重量和落差，采用自动脱钩的自由落锤法进行锤击，每一主要土层的标贯击数不少于8次。

1.5.4 压缩试验

对所有不扰动土样均进行了压缩固结试验，各深度段的试验压力见表2。

表2 压缩固结试验压力参数

2 试验分析

由于建筑物地表覆盖的非液化土层对其地基稳定性影响较少，因此在仅针对中华长城博物馆土地基的湿陷性粉土和粉土为重点研究区域。测试得到中华长城博物馆土地基的各层地基土标贯试验指标结果，如表3所示。

表3 中华长城博物馆土地基的各层地基土标贯试验指标

分析表3可知，中华长城博物馆土地基的湿陷性粉土垂直分布区域较大，因此将其从上到下划分为两层，位于湿陷性粉土下方为粉土。第②层湿陷性粉土和第③层湿陷性粉土虽然土类型完全相同，但其分布位置不同其标贯击数的最大数值相差达到了15击/30cm，变异系数则相差0.083，说明越靠近底面的湿陷性粉土承载力越强，而第④层的粉土实测标贯击数的最大值则与第③层湿陷性粉土相差不大，但其变异系数则与第②层湿陷性粉土较为接近，说明其承载力与第②层湿陷性粉土差不多。综上所述，第②层湿陷性粉土和第④层的粉土承载力较强。

给出中华长城博物馆基底各土层不同试验压力下对应的平均孔隙比结果如表4所示。

表4 中华长城博物馆基底土层不同试验压力下对应的平均孔隙比

分析表4可知，中华长城博物馆基底土层在不同压力情况下的平均空隙比均随着压力增加而降低。其中第②层和第③层的平均孔隙比数值在压力为300kPa时的数值为无，说明其当前承载力已经达到最大极限，而第④层的粉土的平均孔隙比则继续呈现下降趋势，说明其承载力还具备一定效应。

按照平均孔隙比数值绘制中华长城博物馆基底下各土层的综合压缩曲线，结果如图1所示。

分析图1可知，中华长城博物馆基底下各土层的综合压缩曲线也是随着压力增加而降低。其中，第③层土层的综合压缩曲线随着压力增加下降幅度较大，而第②层和第④层的综合压缩曲线下降幅度较为缓慢，但第④层的综合压缩数值整体高于第②层，第②层在压力为50kPa之前时，其综合压缩曲线下降较为迅速。

依据上述试验结果，给出中华长城博物馆土地基的承载力特征和承载力建议值，结果如表5所示。

图1中华长城博物馆基底下各土层的综合压缩曲线

表5 中华长城博物馆土地基的承载力特征和承载力建议值

分析表5可知，中华长城博物馆土地基的第④层在其结构内的承载力数值最大，剩下依次是第③层和第②层，其原因在于第③层和第②层土壤类型为湿陷性粉土，其内部水分较多，影响土壤结构的稳定性，而第④层则为粉土，含水量较少，其不易被压缩，因此，其承载力建议值较大。

3 结语

本文研究静力触探技术在中华长城博物馆土地基承载力评估中的应用，从实验角度验证了其应用效果。经过实验验证，利用静力触探技术可获得中华长城博物馆土地基的各层地基土标贯试验指标，从该指标内分析其承载力情况；也可有效获得中华长城博物馆土地基不同层的受压力时的平均孔隙比和综合压缩曲线情况，从中可清楚呈现地基的承载力变化情况，并且依据其孔隙比以及压缩曲线变化数值，有效为中华长城博物馆土地基承载力提供了建议数值。