原位测试在岩土工程勘察中的应用研究

2024-04-03徐庆功

黑龙江水利科技 2024年3期

关键词：十字粉质静力

徐庆功

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司,沈阳 110006)

0 前言

近年来岩土工程勘察在资源开发、各类工程建设领域均发挥着重要作用[1],勘察工作主要为:地质测绘、钻探、原位测试、取样与室内试验[2]。

快速准确确定各层岩土体的物理力学参数一直是困扰工程界的技术难题[3],由于现场原位测试对岩土体扰动小,且能够较为准确获取岩土体在自然状态的各项物理力学参数,应用效果广泛、明显[4]。

文章以盘锦净水厂岩土工程勘察项目为依托,针对表层软塑状态粉质黏土层,主要进行静力触探、十字板剪切试验、标准贯入试验,并与室内试验成果进行对比分析,评价该软土地基的物理力学性质。

1 原位测试技术特征

原位测试是在岩土体原位置,基本保持天然应力状态、结构、含水率等,测定物理力学性质,并评价其强度、变形等性能状态[5]。原位测试主要包括:①变形特性试验;②抗剪强度试验;③触探试验;④渗透性试验等[6]。

相比于室内土工试验,原位测试优势在于:①扰动小,更能真实反映原位岩土体的天然物理力学性质[7];②可针对地基土任意部位进行,测试范围广泛,可连续测试,测试全面[8]。但部分指标参数很难通过单一测试获取,仍需多种方法相互验证,与室内试验综合分析[9]。

原位测试未来应用前景将更广泛,测试手段也将更自动化[10]。

2 工程地质概况

盘锦净水厂位于盘锦市大洼区荣兴镇,南距滨海大道约1000m,东距和运路约400m,交通便利。

工程区地貌类型为滨海洼地冲海平原,地形平坦,现为芦苇荡,现地面高程2.5～3.2m。本区地表地层主要为第四系全新统冲海积(Qhfm),以黏性土、砂土为主。

勘察期间地下水位埋深0.3～1.0m,高程1.8～2.2m。地下水类型为第四系孔隙潜水,微承压性,地下水主要受潮汐、大气降水、附近河水补给,以地表、地下径流、人工抽水及蒸发、蒸腾等形式进行排泄。

场区距入海口约5km,受海水潮汐作用明显。环境水中Cl-含量较高,对混凝土中钢筋、钢结构均具强腐蚀性。

3 表层粉质黏土基本物理力学性质

盘锦净水厂表层为粉质黏土,呈灰黑色,处于含欠固结状态,含水率高,基本为饱和状态,软塑状态为主,中等～高压缩性,抗剪强度较低,钻探揭露层厚3.1～4.7m。通过对该层采用薄壁取土器取样、室内试验,粉质黏土层物理力学指标统计,见表1。

表1 粉质黏土层物理力学指标统计表

5 力学参数估算

5.1 标准贯入试验(SPT)

标准贯入试验(SPT),是将一定质量(63.5kg)重锤,将标贯器贯入土45cm(其中前15cm为预打),通过锤击数判别土层工程性质。作为岩土工程勘察可靠的原位测试方法,在地震液化判别、黏性土及砂土状态判别、计算地基承载力、土层均匀性等方面广泛应用,并积累了丰富的工程经验[11]。

本次勘察对表层粉质黏土进行标准贯入试验,对试验锤击数进行杆长修正,剔除异常值后,进行数理统计,评价地基土性质、确定相关力学参数。标准贯入试验锤击数统计,见表2。

表2 标准贯入试验锤击数统计

标准贯入试验表明该层土标贯击数2.5～5.3,平均3.1击,建议值3.0击,土体偏软,但较均匀。

5.2 十字板剪切试验(VST)

十字板剪切试验(VST)(文章采用自钻式),是用标准十字板钻入土中预定深度,以一定速率扭转,直到将土体剪切破坏,自动记录土体破坏时抵抗力矩。试验成果一般用来获取饱和软黏土不排水抗剪强度Cu、灵敏度St、计算地基承载力、评价地基处理效果等[12]。

本次勘察针对场地表层粉质黏土承载力偏低,易扰动的特点,布置十字板剪切试验,机器型号为KE-2103型静探微机外接电测十字板探头。十字板剪切强度采用土体破坏时峰值强度,先测试原状土不排水抗剪强度Cu,经充分扰动后测试重塑土不排水抗剪强度Cu＇,灵敏度计算公式St=Cu/Cu＇。本次针对表层粉质黏土共布置6个试验孔,测试深度分别为0.5、1.5、2.5、3.5m,共24个测试点。十字板剪切试验成果统计表,见表3。

表3 十字板剪切试验成果统计表

十字板剪切试验计算地基承载力采用《工程地质手册》(第五版)中所列中国建筑科学研究院、华东电力设计院的公式,计算公式为:

q=2Cu+γh

(1)

式中:q为地基承载力,kPa;Cu为修正后的十字板抗剪强度,kPa;γ为土的重度,kN/m3;h为基础埋置深度,m,本工程按2.0m考虑。十字板剪切试验计算地基承载力,见表4。

表4 十字板剪切试验计算地基承载力

十字板剪切试验成果表明:该土层原状土不排水抗剪强度Cu为30kPa,重塑土不排水抗剪强度Cu＇为12kPa,数据有一定离散性,说明土体局部不均匀。中等灵敏性,地基承载力特征值98kPa。

5.3 静力触探试验(CPT)

静力触探试验(CPT),是将标准规格的触探头以一定压力匀速压入土中,根据不同土层探头所受阻力不同,探头传感器记录入土时所受贯入阻力。是一种常规的原位测试方法,成果曲线能很好的反映地层变异特性,且所测得锥尖阻力qc与地基承载力具有紧密的线性相关性。适用于软黏土、粉土、砂土,可进行力学分层、估算土的塑性状态、压缩性、地基承载力、砂土液化判别等。

本次勘察为掌握了软土的基本性质指标,为进一步查明工程区表层粉质黏土的物理力学性质,共布置6个静力触探试验孔,测试深度至15m,文章仅分析表层粉质黏土测试成果。所用机器型号为KE-2103型静探微机外接双桥探头,可同时获得锥尖阻力qc、侧壁阻力fs,按公式摩阻比Rf=fs/qc×100%。剔除异常值后进行数理统计,静力触探试验结果数理统计,见表5。