浅谈静力触探在高速公路软土路基上的应用

浅谈静力触探在高速公路软土路基上的应用

作者：付尚奎

来源：《中小企业管理与科技·下旬》2010年第10期

摘要:通过静力触探实验在高速公路路基工程地质勘察中的实际应用,探讨静力触探试验技术在测试及鉴别软土路基中的实验原理及实际应用。 关键词:静力触探 软土路基 不良地质 路基处理 1 概述

皮口至炮台高速公路起点为大连普兰店市皮口镇,终点为大连瓦房店市炮台镇,全长约43公里。线路K37+260-K39+180段地貌为第四系全新统冲海积平原区,地势平坦,高程1.2-5.2米。路基段内分布的不良地质体主要为流-软塑状态的淤泥质粉质粘土,分布厚度一般0.5-4.0米。为满足设计要求、确保工程质量,快速确定实际的软弱层厚度,该路段采用了静力触探原位测试技术。

2 静力触探简介

2.1 静力触探工作原理 静力触探的基本原理就是借助机械用准静力将一个内部装有传感器的圆锥型触探按一定速率压入土中,通过电子量测仪器测定探头受到的灌入阻力,以获得原始状态的物理力学性质。

静力触探使用微电脑使地质层的数据采集、存储、处理、打印和绘图,实现自动化,在现场即能取得土层剖面的变化信息,并提供土的工程地质勘察参数,大大缩短了勘测周期,并对沿途的工程问题,如天然地基承载力、桩基承载力、地基土层的贯入阻力等进行评价。

目前我国采用的静力触探主要分三类,即单桥静力触探、双桥静力触探、和孔压静力触探。单桥静力触探所测得参数是贯入阻力qc,双桥静力触探所测的参数是锥尖阻力qc和侧壁阻力fs,孔压静力触探所测的参数是锥尖阻力qc、侧壁摩阻力fs和孔隙水压力u。 2.2 静力触探实验成果分析适用范围

2.2.1 划分土层,判定土层类别,查明软、硬土层分布暗塘、古河床等不良地质作用发育范围等及土层在水平和垂直方向的均匀性。

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2.2.2 评价地基土的工程特性,并对一些岩土工程问题作出评价(确定地基土容许承载力、预估单桩承载力、压缩性质、粘性土的不排水抗剪强度、水平向固结系数,砂土的相对密度和内摩擦角)。

2.2.3 探寻及确定桩端持力层,预估打入沉桩可能性和单桩承载力,提供可靠的桩基参数(单桩承载力、桩的极限侧阻力标准值、桩的极限端阻力标准值等)。 2.3 仪器设备

2.3.1 触探主机 应能匀速的将探头垂直压入土中,其额定贯入力和贯入速度应满足GB/T106-94标准7.4的规定。贯入速率1.2m/min,误差正负5mm/s。

2.3.2 反力装置 可用地锚(一般配置2对,分布两侧)压重或车辆自重提供所需的反力。 2.3.3 探头 探头的结构按功能分为单桥探头、双桥探头、孔压探头。

2.3.4 探杆 一般触探主机配套钻杆有φ25mm、φ28mm两种型号,部分机型的探杆有φ38mm型。

2.3.5 测量系统 测量仪器可再用静态电阻应变仪、静力触探数字测力仪、电子电位差计、深度记录装置,还包括传感器接线盒、绝缘4芯线或8芯线、深度信号发生器、不同型号的探头、静探微机充电器、喷墨式打印机等。工作中常见的是采用溧阳科尔仪器有限公司生产的LMC-D310型静探微机。 3 静力触探技术的施工应用 3.1 软土力学性质的判定标准

3.1.1 建设部标准规定凡符合以下三项特征即为软土:①外观以灰色为主的细粒土;②天然含水量大于或等于液限;③天然孔隙比大于或等于1.01。 3.1.2 交通部标准中规定软土鉴别

①天然含水量的测定含水量的变化将使得土的稠度、饱和程度、结构强度随之而变化,其测定可采用公路土工试验规程规定试验方法测定,软土天然含水量大于液限。

②天然孔隙比天然状态下土的孔隙比称之为天然孔隙比,是一个重要的物理性指标,可用来评价天然土层的密实程度。其测定方法可测定土粒比重、土的干密度、土的天然密度、土的含水量等指标通过计算而得。软土天然空隙比大于1.0。 ③十字板剪切强度十字板剪切强度Su≤35kPa。

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但由于十字板试验不能获得连续的试验数据,所以各部门都在研究应用静力触探估算不排水抗剪强度,根据辽宁省经验,静探指标与十字板强度换算关系经验公式见表1 公路行业的规定将锥尖阻力qc

3.2静力触探试验数据现场对软土路段采用了静力触探试验技术,同时又采用原位标准贯入试验及取样室内试验对静力触探试验数据进行验证。 该段软土工程地质物理力学指标统计如下:

3.3软土路基工程地质特征由试验数据分析,天然含水量高,平均值45.4%,大于液限平均值43.4%,;天然孔隙比平均值1.11大于1.0,抗剪强度低,快剪内摩擦角小;直剪粘聚力小,且具有较强的触变性和蠕变形。综合考虑各项数据指标,提供软土体工程地质地基承载力基本容许值为60kPa,桩侧摩阻力标准值为16MPa。

3.4软土路基地基承载力确定《岩土工程测试技术》(王锺琦等编著,中国建筑工业出版社1986)一书中收入的静力触探指标计算地基承载力的公式就有49条之多。比较有代表性的公式有:

fk=0.104ps+26.9上海规范(DGJ08-37-2002)推荐的的软土公式: f0=0.080qc+32

式中:fk—地基承载力标准值(kPa) f0—地基承载力基本值(kPa) ps—比贯入阻力(kPa) qc—锥头阻力(kPa)

综合考虑各项数据指标,计算软土路基工程地质地基承载力基本容许值为60kPa,桩侧摩阻力标准值为16MPa。

3.5软土路基建议处理方案由于路线范围内软土分布范围较小,且埋藏较浅,最深处达4.0米左右,故设计软土路基处理时可考虑为浅层处理。

3.5.1 换填法 适用于该段K37+260-K38+700段,该段软土分布较浅,厚度较小,一般小于2米,且易于挖除不适宜材料。处理这段地基,开挖前要做好排水防护工作,将开挖出的不适宜材料运走或现场处理,然后按要求分层回填,回填材料用砂砾、碎石等透水性材料。

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3.5.2 强夯换填法 适用于该段K38+700-K39+180段,该段软土分布较深,厚度较大,一般2-4米,且水位较高,不易挖除软土体。施工时利用强夯机将碎石夯入软土层中,换填材料要求为级配较好的碎石。 4 结束语

软土路基的判别与分析处理是高速公路建设中的普遍存在的问题,利用静力触探技术判定、鉴别软土路基是高速公路工程地质勘察中较成熟的一项技术。利用各种技术方法综合处理,才能真正处理好高速公路软基问题。随着科技的进步,在各方共同努力下,新的技术将不断涌现,将不断地推动高速公路建设技术向前发展。 参考文献:

[1]《皮口至炮台高速公路施工图设计工程地质勘察报告》.2009年6月. [2]《公路工程地质勘察规范》(JTJ0-98).

[3]徐海云,吴启诚,李君.双桥静力触探在公路软土路基施工中的应用.路基工程2007(2). [4](JTJ017-96)公路软土地基路堤设计与施工技术规范.人民交通出版社. [5]张晓春.软基处理在高速公路中的应用.山西建筑.2005(1).

[6]喻永华.公路中常用的软基处理方法及其检测.辽宁交通科技.2005(4).