摘 要：地基土的承載力對(duì)工程建設(shè)至關(guān)重要，文章以泉州地區(qū)地層為例，采用靜力觸探法和旁壓測(cè)試法對(duì)地基土承載力進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明，通過試驗(yàn)確定的地基土能滿足的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)通過測(cè)試得到不同土層的化學(xué)構(gòu)成及地質(zhì)分布。

　　關(guān)鍵詞：原位測(cè)試;地基承載力;靜力觸探法

　　地基土的承載力受多種因素影響，對(duì)地基土的承載力進(jìn)行研究，對(duì)于基礎(chǔ)工程在安全可靠的基礎(chǔ)上，提高經(jīng)濟(jì)性起到極其重要作用。為了更好地分析確定各種地基荷的承載力，張爭(zhēng)強(qiáng)(2015)論文分析了地基荷載測(cè)量試驗(yàn)與其他兩種原位荷載試驗(yàn)不同方法地基承載的能力測(cè)量差異較大的主要原因，提出了地基荷載測(cè)量試驗(yàn)和原位數(shù)據(jù)采集整理的基本方法。根據(jù)理論推導(dǎo)和綜合驗(yàn)算，孫宏偉(2017)等多位專家學(xué)者得出有關(guān)地基基層承載力埋深修正寬度系數(shù)的基本計(jì)算公式，即計(jì)算基礎(chǔ)基層寬度和地基埋深[1]。張欽喜(2015)等幾個(gè)人最后利用一種假定地基滑動(dòng)的平面法成功推導(dǎo)了一種新的下方地基土體承載力計(jì)算公式，它不僅直接考慮了固體地基上方土的基礎(chǔ)重力對(duì)下方地基土體承載力的直接貢獻(xiàn)，同時(shí)它還考慮到了地基上方基礎(chǔ)土體的地基粘聚力和地基抗彈性剪力的強(qiáng)度對(duì)上方地基土體承載力的直接貢獻(xiàn)，使得的計(jì)算結(jié)果更加合理[2-3]。上述相關(guān)文獻(xiàn)研究促進(jìn)了我國地基建筑承載力問題研究的穩(wěn)步發(fā)展。然而，這些試驗(yàn)研究沒有充分考慮流體抽樣尺寸擾動(dòng)和流體荷載應(yīng)力試驗(yàn)的流體尺寸擾動(dòng)效應(yīng)對(duì)流體承載力測(cè)量指標(biāo)是否確定的直接影響。因此，如何直接確定建筑地基的地基承載力仍然一直是土力學(xué)研究中的一個(gè)重要難題。本研究則嘗試通過試驗(yàn)的方式對(duì)地基的力學(xué)特性進(jìn)行分析。

　　1 研究區(qū)域概況

　　選擇的研究區(qū)域生態(tài)地貌簡(jiǎn)單，地勢(shì)開闊，地形平坦，位于東南沿海地區(qū)。勘探點(diǎn)地面高程5～50m不等，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地基層面鉆探，選擇地表至地下20m的土體作為勘探范圍。在該范圍內(nèi)，土體結(jié)構(gòu)豐富，主要由第四系全新世海積、沖洪積地層及中晚更新世殘積土層，主要地層自上而下如下：

　　雜填土：雜色，稍濕-濕，稍密，主要由砂質(zhì)粘性土、碎磚瓦礫等組成，局部含生活垃圾等雜物，層厚1.0～4.9m。

　　淤泥質(zhì)土：灰色、深灰色，呈飽和、流塑狀態(tài)，主要由粘粒、粉粒組成，局部夾薄層粉細(xì)砂，層厚2.00～10.30m，部分地段分布，海積成因。

　　中砂：灰色、深灰色等，呈飽和、稍密狀態(tài)，主要由細(xì)粒、中粒砂組成，含泥5%～15%不等，層厚1.30～3.50m，部分地段分布。

　　粉質(zhì)黏土：黃、褐、灰色等，呈濕、可塑偏軟～可塑偏硬狀態(tài)，主要由粘粒、粉粘和砂粒組成，含砂量10%～40%不等，層厚2.70～10.70m，沖洪積成因。

　　殘積砂質(zhì)黏性土：黃色、灰白、褐黃色等，呈濕、可塑～硬塑狀態(tài)，主花崗巖風(fēng)化殘積而成的粘粒、粉粒及石英砂組成，石英砂礫含量40%～70%不等，層厚1.30～20.70m。

　　2 試驗(yàn)方法與步驟

　　2.1 靜力觸探法

　　2.1.1 基本原理

　　靜力觸探儀的作用原理是應(yīng)用具有穩(wěn)定壓力的探頭以恒定的速度進(jìn)入被測(cè)土壤中，然后通過電子電路將鉆頭的電阻應(yīng)變計(jì)顯示在操作面板上。具體原理是采用功率應(yīng)變電阻測(cè)試技術(shù)。大多數(shù)探針都使用這種方法。探針的空心圓柱上有兩種橋型布置。第一種是半橋式。空心柱中有4個(gè)電阻應(yīng)變片，其中兩個(gè)是橫向壓縮，兩個(gè)是垂直拉伸。在這種布置方式中，只有垂直受拉的電阻應(yīng)變片處于工作狀態(tài)，而側(cè)向壓縮下的應(yīng)變片起到保持整體儀器處于平衡狀態(tài)。第二種橋型裝置是全橋式，在這種橋型布置中，不像半橋式的布置，其工作狀態(tài)需要兩組電阻感應(yīng)器共同作用。如圖1所示。

　　2.1.2 試驗(yàn)主要設(shè)備及試驗(yàn)步驟

　　(1)觸探主機(jī)：觸探主機(jī)主要包括液壓式觸探主機(jī)和機(jī)械式觸探主機(jī)。兩者之間的區(qū)別在于兩者對(duì)土壤提供壓力的方式不同。本文選用液壓式觸探主機(jī)主要是因?yàn)楸敬螌?shí)驗(yàn)所需要的壓力較大，機(jī)械式的難以滿足本次實(shí)驗(yàn)需要。此外，液壓式觸探主機(jī)的攜帶方式簡(jiǎn)單，一般車輛即可滿足轉(zhuǎn)移需求，并且此次的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于西北地區(qū)，地形較復(fù)雜，采用車載的方式，適用于本次實(shí)驗(yàn)，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　(2)反力裝置：因本次實(shí)驗(yàn)采用的液壓式觸探主機(jī)，所以反力裝置通過運(yùn)載車輛車體重量提供。

　　(3)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段：首先要做的是根據(jù)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)詳細(xì)的地質(zhì)資料，選擇符合各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)條件的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。當(dāng)選定實(shí)驗(yàn)設(shè)備后，檢查各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行是否正常。

　　(4)實(shí)驗(yàn)開始階段：將實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)打理平整，確保實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件穩(wěn)定。在實(shí)驗(yàn)開始前，再次檢查設(shè)備，確保設(shè)備無故障后，調(diào)整設(shè)備，固定反力裝置(本實(shí)驗(yàn)選用車為反力裝置)，連接量測(cè)儀器與傳感器，開通電源，進(jìn)行設(shè)備預(yù)熱，正式開始實(shí)驗(yàn)。

　　(5)實(shí)驗(yàn)階段：當(dāng)探頭伸入土層約1m后，等待探頭溫度降至土層溫度，要先將儀器停止，待儀表歸零后，繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并在不同深度循環(huán)此操作;根據(jù)電子應(yīng)變儀的數(shù)值變化，每下探10cm記錄一次數(shù)據(jù)。

　　(6)實(shí)驗(yàn)后期：測(cè)試當(dāng)觸探達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的貫穿嵌入試驗(yàn)深度，圓錐形式觸摸試探儀的最大傾斜度不應(yīng)超過觸探允許嵌入范圍，當(dāng)觸探達(dá)到最大深度允許貫穿嵌入力時(shí)，應(yīng)立即停止試驗(yàn)。

　　(7)試驗(yàn)結(jié)束階段：拔出探桿，并將儀器全部恢復(fù)至初始狀態(tài)。值得注意的是，在使用探頭后，應(yīng)立即對(duì)其進(jìn)行清洗和上油保護(hù)。

　　2.2 旁壓試驗(yàn)法

　　2.2.1 試驗(yàn)原理

　　旁壓試驗(yàn)法的實(shí)驗(yàn)原理其實(shí)就是在實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)鉆好的孔中，對(duì)孔壁施加一定的壓力，根據(jù)壓力和體積的變化，建立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)曲線，如圖2所示，一般情況下可將曲線細(xì)分為3段：

　　曲線AB段：在初始階段，該階段主要反映孔壁周圍的土體被壓縮的狀況。

　　曲線BC段：處于準(zhǔn)彈性階段，該階段，曲線近乎為直線，表示壓力與體積線性相關(guān)。

　　曲線CD段：處于塑性階段，該階段，體積隨壓力的增加而增大，直到塑性體積達(dá)到最大值。

　　第一、二段曲線的臨界壓力斜率相當(dāng)于臨界初始的水平塑性壓力斜率P0，第二、三段曲線的水平邊界壓力斜率相當(dāng)于臨界初始塑性的水平壓力Pf，根據(jù)旁壓剪切曲線中的標(biāo)準(zhǔn)水平彈性壓力階段(BC段)的邊界壓力斜率，由圓筒體的膨脹軸對(duì)稱平面應(yīng)變的水平彈性壓力理論的解釋可得到旁壓模量EM和旁壓剪切模量GM。

　　式中：μ表示土的泊松比;Vc表示旁壓器的固有體積;V0表示與初始?jí)毫0對(duì)應(yīng)的體積;Vf表示與臨塑壓力pf 對(duì)應(yīng)的體積;/表示旁壓曲線直線段的斜率。

　　2.2.2 試驗(yàn)步驟

　　實(shí)驗(yàn)開始前，檢查校準(zhǔn)各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)儀器。

　　(1)查詢實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的環(huán)境資料和地層情況，確定測(cè)試位置和測(cè)量深度。

　　(2)檢查實(shí)驗(yàn)儀器，確保正常。

　　(3)校準(zhǔn)儀器。

　　(4)將探測(cè)儀器放入預(yù)鉆孔中，并確保各控制儀器數(shù)值歸零。

　　(5)實(shí)驗(yàn)階段：以預(yù)先計(jì)算的壓力的1/7，逐步對(duì)孔壁增加壓力，每隔15s記錄一次壓力水位變化。

　　(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，若水位降至最大允許數(shù)值(s≤35cm)或壓力達(dá)到儀器最大限定值，則實(shí)驗(yàn)終止。

　　3 試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

　　3.1 靜力觸探測(cè)試結(jié)果

　　3.1.1 摩阻比等系數(shù)確定

　　以ZK1(圖1)作為實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。靜力觸探試驗(yàn)設(shè)備選用車載CPT設(shè)備，探頭布置方式選擇雙橋式，因?yàn)榇藢?shí)驗(yàn)需要同時(shí)測(cè)量錐尖阻力和側(cè)摩阻力，各測(cè)點(diǎn)的摩阻比可按式(1)進(jìn)行計(jì)算。

　　根據(jù)計(jì)算得到圖3的結(jié)果。

　　3.1.2 地基承載力確定

　　根據(jù)錐尖阻力qc和地基承載力的經(jīng)驗(yàn)公式(4)，進(jìn)行了計(jì)算：

　　式中：f為地基承載力，kPa;qc為錐尖阻力，kPa

　　每層土層地基承載力的平均值可由公式(1)確定，如表1所示。

　　表1顯示了各土層的地基承載力，為了保證通過旁壓實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要結(jié)合室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以2-1層為例，地基承載力平均值為181kPa，3-2層地基承載力平均值為305kPa。比對(duì)室內(nèi)土工試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：土層中含水率與地基承載力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

　　3.2 旁壓試驗(yàn)結(jié)果處理及分析

　　3.2.1 旁壓測(cè)試結(jié)果

　　測(cè)試地點(diǎn)選擇ZK1，測(cè)試儀器選擇最大探測(cè)深度25m，最大壓力范圍10000kPa的MENA壓力計(jì)。圖5為深度19處ZK1的壓力計(jì)測(cè)試曲線。

　　4 結(jié)論

　　通過基于原位測(cè)試所確定的地基承載力，可得到相對(duì)可靠的地基承載力。利用摩阻比、錐尖阻力與地層埋深之間的關(guān)系對(duì)土層進(jìn)行了劃分，從而更詳細(xì)準(zhǔn)確查明地基土的分布情況。

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