静力触探检测构造物地基承载力的应用

地基与基础

DIJIYUJICHU

静力触探检测构造物地基承载力的应用

陈宏新

(安徽省路港工程公司,安徽合肥　230011)

摘　要:静力触探常常被勘测、设计单位用于地质勘察和桩基工程,施工单位很少使用。文章从施工的角度简述了静力触探检测地基承载力的应用、注意事项和数据处理,特别结合了在合六高速公路的使用情况,提出了相应的经验关系。关键词:静力触探;经验关系;地基承载力

中图分类号:U445.55　　　文献标识码:A　　　文章编号:167325781(2007)0520773203

0　引　　言

静力触探是一项原位检测技术,自1917年问世以来,已有90年的历史。但至目前,静力触探结果的分析往往仅仅依赖于经验关系,缺乏科学合理的理论解释[1]。静力触探更多使用于地质勘察,探测在天然结构状态下土的物理、力学性质,并划分地质层次,它和常规的钻探2取样2室内试验等勘探程序相比,具有快速、经济、节省人力等优点。特别是对于取样前后会产生较大变形的饱和软粘土及难以取样的砂土[2]、地质层次变化较大的复杂场地和桩基工程的勘察,静力触探更有其独特的优越性。

两边的摇把施力加压,无需电源,现场操作简单。

图1　触探仪

2.2　反力装置

为防止探头在贯入过程中,地层阻力的反作用将触探架抬起,需要设反力装置,主要分为地锚式和加压式。图1为合六高速公路使用的地锚式触探仪,两边放置在地上带圆盘的即为地锚。地锚式反力装置具有结构简单、便于移动搬运、设置方便等特点。反力装置同时还可保证探杆的垂直度。2.3　探　头

1　工作基本原理

使用静力,将内部装有传感器的探头,匀速压入土中。由于土的强度不同,探头在压入过程中受到的阻力也就不同,传感器将大小不同的阻力转换成电信

号,在测力仪上显示出来,或记录仪上记录下来,然后通过比贯入阻力与土的工程性质之间的相关关系及统计关系,取得土层剖面、提供浅地基承载力、判别场地土液化、选择桩端持力层、预估单桩承载力等结果。探头可以测定比贯入阻力、侧壁摩阻力、锥尖阻力和贯入时的孔隙水压力[3]。

目前,国产静力触探探头已基本定型,分单桥和双桥两种,还有能同时测量孔压的两用或3用探头,表1和表2所列为单双桥探头的规格和型号。图2所示为武汉某公司生产的DY22000型多用数显测力仪,左边即是10cm2单桥探头。国际通用标准为10cm2探头,但国内勘测单位广泛使用15cm2探头。

表1　单桥探头的规格与型号

锥底直径

/mm35.743.7

2　主要构件和技术要求

2.1　加压装置

型号Ⅰ21Ⅰ22

锥底面积

/cm21015

有效侧壁长度

/cm5770

锥角

)/(°6060

国产的加压装置主要分3种,即液压传动式、手摇链条式和电动丝杆式。图1所示为手摇链条式,靠

收稿日期:2006211202;修改日期:2007207218

作者简介:陈宏新(1967-),男,安徽霍邱人,安徽省路港工程公司工程师.

《工程与建设》　2007年第21卷第5期773　

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止触探过程中机架倾斜或移动,影响探杆的垂直度,最后使用水平尺校平机架。3.1.4　穿线

表2　双桥探头的规格与型号

型号Ⅱ21Ⅱ22

锥底直径锥底面积

/mm35.743.7

/cm21015

摩擦筒有效长度/mm

179219

摩擦筒表面积/cm2

200300

锥角

)/(°6060

将足够长的4芯屏蔽电缆线,按顺序穿进当次检测所需的所有探杆内,然后将穿有电缆线的探杆与探头拧紧,并一起插入机架的触探孔内,分别套上左右对开的导正环。3.2　连接测力仪

(1)接线。将探头的电缆引线接到测力仪或记录仪的接线座上,注意电压输入端和测量输出端接线位置。

(2)校准。打开电源,按下校准开关,调节校准电位器,使仪器显示该探头的标准值。

(3)调零。调节平衡电位器,使仪器显示0000。调试完成后,即可进行测试。3.3　测　试

(1)消除温差。将探头压入土中0.5m左右时,稍许提升,使传感器处于不受力状态,待探头温度与地温平衡后,再将测力仪调零(此步不可缺少)。

(2)贯入试验。事前在探杆上每隔10cm做一记号,以便在贯入过程中能方便地每隔10～20cm进行读数。一般贯入5m时,应提升探头检查回零情况,并作好记录,以备校核。当贯入深度超过30m(施工检测很难遇到)或穿过软土层贯入硬土层后应有测斜数据。

(3)及时提杆。贯入到预定深度后,及时提拔探杆,并记录仪器回零情况。3.4　收　尾

(1)电缆线的回收。如同把电缆线穿进探杆一样,收回电缆线也要注意,不能与探杆的内口壁相刮,以免电缆线破损。

(2)收集整理。整套触探仪含有较多的零部(配)件,其中还有精密的电子仪表,需要及时仔细收集整理,以免丢失和损坏。3.5　注意事项

(1)备线。应根据贯入深度备有足够长的4芯屏蔽电缆线,一是为了测试需要,二是避免因为电缆线临时受损而无法测试。因为4芯屏蔽电缆线不是普通的电线,一旦损坏难以及时更换。

(2)接线严密。电缆线接线不良或进水,都将影响测试结果,甚至无法测试。

(3)校核。每次测试时都应进行校准和调零程

图2　触探测力仪

2.4　技术要求

探头测力传感器应连同仪器、电缆进行定期标定,探头的非线形误差、重复性误差、滞后误差、温度漂移、归零误差在室内率定时均不应大于1%FS。在现场试验时,现场的归零误差<3%,它是试验质量的重要标志。

探头绝缘电阻不应小于500MΩ[3]。深度记录的误差不应大于触探深度的±1%,探头应匀速垂直压入土中,贯入速率为1.2±0.3m/min[3]。

3　检测步骤

3.1　触探架就位3.1.1　选点

按照构造物的桩号,找到测试位置。根据设计或规范要求,确定测试点位和测点数量。每个点位至少平整出1.5m×1.0m的工作场地。3.1.2　制备反力装置

依据地质状况及触探深度,预估反力大小,确定反力装置的繁简。

如地锚式反力装置,可根据反力的大小,对称下地锚2或4个。由于施工时要求检测构造物地基承载力的深度并不大,触探时的反力较小,所以在实际测试中,往往不使用地锚。而是将短钢管打入地层,通过扣件锁定来形成反力装置。同时,钢管数量较多时还可以进行流水作业,节省检测时间。3.1.3　定位

仪器架立在点位上,调平机架后将机座压紧,防

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序,以保证数据准确。

(4)保养。卸下探头清洗并上油妥善保管,防止探头带泥生锈、暴晒或受冻。

(5)连接。探杆的连接务必牢固,不得有松动,检测时不得转动探杆,防止探杆方榫松动。

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检测报告表应涵盖的主要内容有:结构物的桩号名称、设计承载力、检测深度、使用的经验关系、点位的平面示意图、各点位的检测结果、检测结论等。4.2　数据处理

目前,没有一套完整的理论体系来支撑静力触探;各地的地质状况也千差万别,异常复杂,只有通过试验来取得经验关系,采用全国统一的经验关系不是方向[3]。

所以,数据处理的关键是选用或确定经验关系,经验关系和经验关系下地基承载力的对比计算,见表3和表4所列。

适用范围ps/MPa0.3～60.3～30.35～50.5～5

4　数据处理

4.1　表　格

为方便数据记录和处理,需有相关的表格。施工单位用来测试地基承载力的有关数据处理,没有地质勘测的数据处理复杂,表格也相应的简单一些。

公式来源武汉联合试验组

经验关系/kPa

0.104ps+25.90.083ps+54.6表3　经验关系

适用地区和土类淤泥质土、一般黏土、老黏土

淤泥质土、一般黏土

Ip>10一般黏土

铁道部《静力触探技术规则》5.8ps-460.05ps+65新黄土(东南带)上海灰色黏性土黄土(关中、郑州)

高低液限黏土,弱中膨胀性(合六高速)

同济大学等陕西省勘测院安徽省公路勘测院

0.075ps+380.070ps+50.80.014ps+26.9

表4　对比计算

承载力比贯入阻力ps

2505007501000150020003000

0.104ps+25.90.083ps+54.65.8

5278104130182234338

7596117138179221334

经　　验　　关　　系

ps-46

0.05ps+65

7890103115140165215

0.075ps+38

577694113150188263

0.070ps+50.8

6886103121156191261

0.104ps+26.9

5379105131182235339

4684113137179213272

　　从表4可以看出,当比贯入阻力不是很大时(如

ps<1500kPa),计算得出的地基承载力相差并不大,这具有很重要的应用意义。因为施工单位需要检测的地基承载力并不是很大,选用或确定不同经验关系得出的结果不会有很大误差,从而降低了选用或确定经验关系的难度和风险(当然,最好是现场试验确定或验证经验关系)。本文在合六公路第11合同段通过静荷载试验进行验证,测试结果表明,基本符合实际值。

很多其它原位测试方法不具备的优点,但目前更多的是用在地质勘探上,很少用于检测构造物地基承载力。由于施工单位可以通过构造物基坑和取土坑,对现场的土质了解得更细致更全面,得出的经验关系,可能更接近实际,所以需要施工单位认真及时收集整理有关资料,积累相关经验,为区域检测服务。

〔参考文献〕

[1]　侍　倩.土工试验与测试技术[M].北京:化学工业出版

5　结束语

虽然静力触探具有勘探和测试的双重功能,也有

社,2005.

[2]　JTJ017-96,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].[3]　GB50021-2001,岩土工程勘察规范[S].

《工程与建设》　2007年第21卷第5期775